Распределённый впрыск на УАЗах и «Газелях»
Двигатели ЗМЗ-4052, -4062, -409.10 и УМЗ-4218.10

Принципиальная система распределённого впрыска бензина приведена на рис. 1. Данные системы питания используются, в частности, на двигателях ЗМЗ-4052 и -409.10, устанавливаемых на «Газель» и УАЗ-315195, -3159, -3160, -3162 и ряд их модификаций. Рабочий объём двигателя 409.10 2,69 л. По ГОСТ 14846–81 мощность 105 кВт при 4 400 мин^–1, максимальный крутящий момент 230 Нм при 3 900 мин^–1, удельный расход топлива 265 г/кВт·ч (соответственно показатели нетто для автомобилей УАЗ – 94,1 кВт и 217 Нм при 2 500 мин^–1).

Другие модификации двигателей: ЗМЗ-4062 с рабочим объёмом 2,3 л и ЗМЗ-4052 с рабочим объёмом 2,46 л за счёт повышенной частоты вращения имеют более высокие значения номинальной мощности соответственно 110,3 и 118,8 кВт при 5 200 мин^–1. Максимальный крутящий момент этих моделей вследствие меньшего рабочего объёма цилиндров ниже, чем у двигателя ЗМЗ-409.10 – соответственно 206 и 210,9 Нм при 4 000–4 200 мин–1, а минимальный удельный расход топлива 252 и 265 г/кВт·ч.

По сравнению с карбюраторной системой питания у двигателей с распределённым впрыском бензина литровая мощность повышается на 36% при равной степени сжатия (9,3–9,5) и на 50% при сравнении с двигателем со степенью сжатия 8,0, эксплуатационный расход топлива снижается в среднем на 10%. Но, что самое главное, в сочетании с применением трёхкомпонентного каталитического нейтрализатора, обеспечивается существенное снижение токсичности отработавших газов (на 95% и более).

Повышение мощности достигается в основном за счёт использования инерционного наддува путём установки длинных патрубков (похожих на бараньи рога), идущих от общего ресивера к каждому цилиндру. Патрубки должны быть равной длины для достижения практически одинакового наполнение каждого цилиндра и, соответственно, равного состава смеси. В начале хода сжатия, когда впускные клапана ещё открыты, при высокой частоте вращения за счёт инерции потока воздуха происходит дозарядка цилиндра (на 5–10%) с соответствующим повышением мощности. Однако при низких и средних частотах вращения происходит обратный выброс смеси из цилиндра во впускной трубопровод. В этих зонах снижается крутящий момент, что крайне нежелательно особенно для двигателей грузовых и грузопассажирских машин. Для устранения этого недостатка в современных двигателях легковых автомобилей для повышения мощностных показателей на всех скоростных режимах применяются системы впуска с переменными фазами газораспределения и изменяемой длиной каналов. Однако это усложняет конструкцию и для отечественных двигателей массового производства пока не применяется.

Для УАЗ использовались также двигатели Ульяновского моторного завода (УМЗ) с распределённым впрыском бензина – УМЗ-4218.10 (номинальная мощность 61,8 кВт, крутящий момент 189 Нм при 2 200–2 500 мин^–1 на бензине А-76). По сравнению с карбюраторными двигателями с рабочим объёмом 2,445 л (УМЗ-4178.10 – 55,9 кВт, а ЗМЗ-4021 – 54,4 кВт и крутящий момент 159,8 Нм при 2 200– 2 500 и 155 Нм при 2 400–2 800 мин^–1) за счёт применения впрыска и инерционного наддува мощность повышается на 10–14%, а крутящий момент на 18–22%.

Топливоподающая аппаратура.

У двигателей с распределённым впрыском бензина его подача осуществляется электробензонасосом (рис. 2,а), подсоединённым к электрической цепи автомобиля через электромагнитное реле. Насосная часть бензонасоса находится в общем корпусе с электродвигателем, омываемом топливом. Производительность нового насоса в 3–4 раза превышает расход топлива при максимальной мощности, чтобы обеспечить подачу необходимого количества топлива при износе его деталей. У двигателей ЗМЗ применён насос с уплотнением цилиндрическими роликами (рис. 2,б). От насоса топливо через фильтр тонкой очистки подаётся в коллектор (рампу). В конце рампы расположен регулятор давления впрыска топлива, поддерживающий заданный перепад давления между рампой и впускным трубопроводом независимо от разрежения в нём. Для этого диафрагменный механизм регулятора соединен с задроссельным пространством. В системах распределённого впрыска давление впрыска задаётся в пределах 300–400, а иногда и 600 кПа. В двигателях ЗМЗ и УАЗ давление равно 3 бара (300 кПа). Избыточное топливо из регулятора давления возвращается в топливный бак. Особенностью системы питания автомобилей УАЗ является наличие двух баков (рис. 3). Перекачка бензина из второго бака в первый осуществляется эжекционным насосом.

Рампа устанавливается непосредственно на электромагнитных форсунках. Уплотнение обеспечивается кольцами из бензостойкой резины. В форсунке (рис. 4) на входе расположен фильтр с малой грязеёмкостью только для улавливания случайных частиц, попавших в систему после фильтра тонкой очистки. Статическая производительность форсунки 150 г/мин, динамическая активность 3,23 ±0,19 мг/цикл. Активное сопротивление обмотки 15,9 В. В современных системах с распределённым впрыском регулирование количества впрыскиваемого бензина осуществляется изменением времени открытия клапана (от 5 до 25 мс). Ход клапана форсунки остается постоянным (у двигателей ЗМЗ 0,16 мм). Угол факела топлива выбирается в зависимости от расположения форсунки и формы впускного канала. Основная часть топлива должна попадать на впускной клапан. При установке форсунки во впускной трубе угол факела меньше, при установке в головке блока угол больше. При двух впускных клапанах в каждом цилиндре факел топлива направлен на перемычку между клапанами (двигатели ЗМЗ).

Управление топливоподачей, зажиганием и антитоксичными устройствами осуществляется электронными блоками (контроллерами) «Микас» с микропроцессорным (МП) 8-разрядным управлением или на старых моделях «Автрон» с 16-разрядным управлением. Блоки располагаются в салоне автомобиля, где поддерживается более стабильная температура, чем в подкапотном пространстве.

Расположение датчиков положений коленчатого и распределительных валов двигателя ЗМЗ-406 дано на рис.5. Угловое положение коленчатого вала и его частота вращения фиксируется индуктивным датчиком, представляющим электромагнитную катушку с магнитным сердечником. Сопротивление обмотки датчика находится в пределах 880-900 Ом. Датчик установлен в зоне вращения зубчатого диска на переднем конце коленчатого вала. Зазор между датчиком и зубчатым диском, установленным на переднем конце коленчатого вала должен находиться в пределах 0,5–1,0 мм. Фазирование впрыска (впрыск должен начинаться при закрытом впускном клапане) у двигателей ЗМЗ осуществляется датчиком BOSCH или ДФ-1 (ОАО «Пегас»), установленным у распределительного вала, а у двигателей УМЗ на крышке шестерён распределительного вала. Величина воздушного зазора 0,1–1,9 мм.

Рис. 5. Схема расположения датчиков положений коленчатого и распределительного валов двигателей ЗМЗ-406: 1, 5, 20, 35, 50, 58 – условные номера зубьев диска синхронизации

Расход воздуха в системах впрыска автомобилей ГАЗ и УАЗ определяется термоанемометрическими датчиками 0280212014 BOSCH, ДМРВ-М и ДВРВ-П ОАО «Арзамасского приборостроительного завода» (АПЗ). Преимуществом датчиков АПЗ от датчиков BOSCH является защита от кондуктивных помех, от коротких замыканий, от переплюсовки питания, высокая стабильность выходной характеристики. В основном используются два типа датчиков: нитевые и плёночные. У нитевого датчика нагреваются тонкие (70 мкм) платиновые нити (рис.6,а). Схема управления датчика обеспечивает постоянную температуру нити (обычно 150°С). В зависимости от расхода воздуха изменяется напряжение на контактах нити, так чтобы температура нити оставалась постоянной. При этом соответственно изменяется сила тока, по величине которого устанавливается расход топлива. Датчик выбирается так, чтобы в зоне рабочих расходов воздуха его характеристика была близка к линейной. Для самоочищения платиновой нити при выключении зажигания она кратковременно нагревается примерно до 1 000°С.

Плёночные датчики имеют меньшую себестоимость, но при засорении требуют замены элемента. Для снижения степени засоренности через чувствительный элемент проходит только небольшая часть воздушного потока (рис.6,б). Особенностью датчика ДМРВ-П является выполнение чувствительного элемента на основе тонких резисторных плёнок. Питание 10,8–16 В, диапазон измерения 8–480 кг/ч, рабочая температура от –45 до +110°С, выходной сигнал 0,1–5 В.

Регулирование мощности двигателей осуществляется воздухоподающими модулями 40621148100 (АПЗ) и 406.1148090-10 (ОАО «Пегас»). Датчик положения дроссельной заслонки устанавливается обычно на её оси. Он позволяет фиксировать режим принудительного холостого хода (полное закрытие дроссельной заслонки). При повышенной частоте вращения коленчатого вала отключается подача топлива форсунками. В зоне полного открытия дроссельной заслонки электронный блок переводит регулировку топливоподачи на режим близкий к мощностному составу. Датчик представляет собой потенциометр с выходным напряжением 0,26–0,68 В при расходе воздуха 4±1 кг/ч (закрытая заслонка) и 3,97–4,69 В при расходе воздуха не менее 425 кг/ч.

Для поддержания оптимальных частот вращения коленчатого вала и состава смеси на режимах холостого хода используется регулятор добавочного воздуха (рис.7), подключенный в обход дроссельной заслонки: 0-280 140 545 BOSCH или РХХ-60 (максимальный расход воздуха 65±5 м³/ч) и 0-280 140 553 BOSCH РХХ-50 (максимальный расход воздуха 55±5 м³/ч). На режимах пуска и прогрева увеличивается подача воздуха через регулятор, обогащается смесь и задаются повышенные частоты вращения коленчатого вала для быстрого прогрева двигателя и нейтрализатора. После прогрева двигателя с целью снижения выброса токсичных веществ и расхода топлива поддерживается заданная минимальная частота вращения холостого хода независимо от дополнительных нагрузок на двигатель (на освещение, привод кондиционера и др.).

При заправке бензином с низким фактическим октановым числом для предотвращения работы с интенсивной детонацией у двигателей ЗМЗ у четвёртого цилиндра, а у двигателей УМЗ между вторым и третьим цилиндрами установлен пьезоэлектрический датчик детонации, поддерживающий углы опережения зажигания на пределе детонации.