Теоретические сведения

Рисунок 9.1. Устройство электромагнитной форсунки: 1 — насадка распылителя; 2 — уплотнительное кольцо; З — шайба; 4 — игла клапана; 5 — уплотнитель; б — ограничительная шайба; 7— корпус; 8— изолятор; 9— обмотка электромагнита; 10— штекер; 11 — колодка; 12 — фильтр; 13 — трубка; 14 — крышка; 15 — пружина; 16 — сердечник электромагнита; 17— корпус клапана-распылителя.

Форсунки предназначены для подачи бензина в цилиндр двигателей. Известно много типов форсунок, причем они делятся на форсунки для дизельных двигателей и бензиновых, открытого и закрытого типа, форсунки с электромагнитным открыванием и от давления топлива, низкого давления и высокого. В настоящий момент нас интересуют форсунки закрытого типа, с электромагнитным управлением, рассчитанные на давление 285 кПа. Именно такие форсунки и применяются на двигателе ЗМЗ-4062.10.

Форсунки на двигателях с распределенным впрыском установлены во впускном трубопроводе так, что их выпускное отверстие «смотрит» прямо на впускной клапан цилиндра. Когда происходит такт впуска, топливовоздушная смесь прорываясь через зазор между клапаном и головкой блока качественнее перемешивается. Почему форсунка впрыскивает бензин не в цилиндр, а во впускной трубопровод? Дело в том, что в самом цилиндре ЗМЗ-4062.10 давление сжатого воздуха достигает 1,5 мПа, и для качественного впрыска необходимо будет сжимать бензин до более высокого давления – свыше 2,0 мПа. Такое высокое давление создать непросто. Хотя такое решение реализовано на двигателях с непосредственным впрыском топлива, например на Mitsubishi Carisma 1996 года. Но конструкторы ГАЗа и ЦНИИТА ведут работу и в этом направлении.

Принцип действия электромагнитной форсунки достаточно прост (см.Рисунок 9.1.). Через контакты разъёма 10 на обмотку 9 подается напряжение от блока МИКАС. Это заставляет за счет действия электромагнита подниматься запорную иглу 4. Бензин под давлением около 3-х атмосфер начинает выбрасываться из выходных отверстий, и при этом качественно распыляется во впускном трубопроводе. Бензин распыляется намного качественней, чем в карбюраторных системах питания, и более равномерно распределяется по цилиндрам двигателя. Ведь в карбюраторных моторах до крайних цилиндров доходит меньшая часть смеси бензина с воздухом, нежели чем до цилиндров, расположенных рядом с карбюратором. А впоследствии оказывается, что износ 2-го и 3-го цилиндра оказывается больше, так как эти цилиндры работали более интенсивно, а крайние цилиндры:1-й и 4-й работали не на полную мощность. Каждая форсунка находится вблизи своего цилиндра и подает топливо равномерно – без потерь. Мощность двигателя используется наиболее полно, и двигатель ЗМЗ-4062.10 имеет мощность примерно на 20 л.с. больше, чем у карбюраторной модификации ЗМЗ-4063.10.

Рисунок 9.2. Внешний вид форсунки

Форсунка может плавно менять количество бензина, подаваемое в цилиндр, даже если ее отверстие может открываться только на 100% без промежуточных положений. Способ регулирования называется фазовым – форсунка может открыться на тысячную долю секунды, а может быть открытой на более долгий промежуток времени. За это время и бензина может пройти через форсунку существенно больше. Известно, что на двигателе ЗМЗ (у других марок показатели почти такие же) в период холостого хода форсунка открыта на 3,8 миллисекунды, и эту длительность можно узнать с помощью специального диагностического оборудования ДСТ-2 или компьютера с программой «Мотор-Тестер». Если есть отклонения – значит, надо будет искать неполадки в работе двигателя. На режиме полной мощности время открытия форсунки увеличивается в десятки раз.

Форсунки электромагнитного типа бывают с различной формой выходных отверстий, но в двигателях автомобилей ГАЗ применяются только некоторые модификации, подходящие по производительности, давлению и форме электрических контактов. Давление топлива на входе в форсунку в стандартных системах многоточечного впрыска, как правило, равняется 285 кПа (2,85 атм). Только некоторое количество форсунок рассчитано на иное давление 250кПа, но тогда об этом дается дополнительная информация от производителя. Основными производителями форсунок в Европе являются компании Bosch и Siemens, на Востоке - Nippon Denso и Toyota. Разумеется, на автомобилях ГАЗ и ВАЗ применяются форсунки европейского производства, либо отечественные. Чаще всего для ЗМЗ-4062.10 указывается ссылка на каталожный номер Bosch 0280150711. Производительность этой форсунки равна 210 см³/мин при давлении 300 кПа. Иногда применяют форсунки с номерами, близкими к данному. Дело в том, что ЗМЗ выпускает несколько модификаций впрысковых моторов, поэтому для получения несколько иной мощности требуется применять и другие форсунки (см. таблицу 1).

В России лидером по производству форсунок для впрысковых автомобилей является Петербургский карбюраторный завод – ПЕКАР. На сайте этого завода даны характеристики форсунки отечественного производства:

Номинальное значение напряжения питания, В – 14
Рабочий перепад давления рабочей жидкости между входом и выходом, кПа - 300±6
Статистическая производительность форсунки при рабочем перепаде давления, г/мин - 150±6
Динамическая производительность форсунки при рабочем перепаде давления в опорной точке характеристики, мг/цикл – 3,23±0,19
Активное сопротивление обмотки форсунки при температуре 20±1˚С, Ом – 15,9±0,35
Масса, кг, не более – 0,068

Рисунок 9.3. Расположение деталей топливной аппаратуры на ЗМЗ-4062.10

Форсунки разного цвета отличаются своей производительностью. Причем у каждой фирмы разная цветовая маркировка. Даже дизельные форсунки GM имеют разную цветовую маркировку, которая отличает давление впрыска 1500 PSI от 1700 PSI (давление - фунтов на квадратный дюйм).

Форсунка с натягом через уплотнительное колечко устанавливается нижним концом в основание головки блока цилиндров, а верхним концом в так называемую топливную рампу (см.Рисунок 9.2). Топливная рампа играет роль накопителя бензина и к ней присоединены все 4 форсунки (см. Рисунок 9.3). Работают форсунки точно в соответствии с порядком работы двигателя – это называется «фазированным впрыском». Каждая форсунка открывается незадолго до открытия впускных клапанов. Но в случае неработающего датчика фаз и при стартерном пуске форсунки работают попарно-параллельно.

Роль регулятора давления топлива часто недооценивается. Регулятор давления топлива (РДТ) устанавливается в конце топливной рампы и его роль сводится к сбросу избыточного давления в дренажную магистраль к бензобаку. В результате в топливной рампе мы имеем всегда свежую, холодную порцию бензина и стабильное давление топлива, а значит – точное дозирование топлива на всех режимах работы мотора. Регулятор давления выставляет момент открытия клапана по отношению к давлению во впускном трубопроводе – один трубопровод уходит во впускной коллектор, другой – к дренажному каналу. При полностью нажатой педали газа в коллекторе вакуума почти нет – и давление топлива возрастает настолько, чтобы перепад между входом форсунке и её выходом был 300 кПа. При сбрасывании газа, во впускном коллекторе возникает сильное разрежение, способное «высосать» из форсунки избыточное количество бензина. Но этого не происходит – регулятор давления топлива выставляет давление по отношении к тому же вакууму, и давление топлива также оказывается ниже. В итоге мы всегда имеем одинаковый перепад давлений между входом и выходом форсунки и стабильную подачу топлива. Если регулятор негерметичен, то бензин способен попадать во впускной трубопровод, минуя форсунки. Засорение клапана способно изменить давление неподобающим образом и ухудшить работу системы питания.

Регулятор давления топлива производится многими заводами. В продаже имеются регуляторы давления Bosch или завода ПЕКАР. Разница в цене объясняется ценой металла и качества обработки поверхностей.

Иногда ремонтники пытаются использовать недорогие, бывшие в употреблении форсунки с японских автомобилей. Некоторые японские форсунки зачастую имеют другую форму разъёма и расположение контактов, сопротивление обмотки и напряжение питания, производительность, размеры корпуса. Если сопротивление форсунок ЗМЗ-406 около 16 ом, то на японских машинах чаще сопротивление форсунок всего 2 ома, иногда в них есть встроенный резистор.

Оценить качество работы форсунок можно быстро – провести оценку баланса мощностей форсунок. Суть методики проста – На каждую из форсунок подается импульс тока длительностью по 1 секунды. Форсунка при открытии сбрасывает давление в топливной рампе на определенную величину, которая в идеальном случае должна быть равна, как в 1-м цилиндре, так и в остальных. В случае расхождения показаний делаются выводы о засоренности, либо негерметичности форсунки.

Импульс тока фиксированной длины можно подать с помощью прибора ДСТ-6, либо с помощью конденсатора емкостью 20000 мкФ, заряжаемого до номинального напряжения – 12 вольт. К конденсатору припаян стандартный разъем для контактов питания форсунки и защитный диод, подключенный параллельно контактам конденсатора таким образом, что анод диода соединен с минусовым контактом конденсатора.

Порядок выполнения работы:

1. Запустить электробензонасос таким образом, чтобы давление в рампе достигло максимально возможного значения. Записать это значение в таблицу.

2. Отсоединить все штатные разъёмы форсунок

3. Подключить к форсунке №1 источник одиночного импульса (либо прибор ДСТ-6, либо специальный конденсатор с разъёмом).

4. После закрытия форсунки отметить и занести в таблицу показания манометра.

5. Повторить замеры по остальным цилиндрам двигателя.

6. Присоединить все штатные разъёмы форсунок на свои места.

7. Подсчитать значения перепада давления в каждой форсунке, среднее значение в целом, отклонения в каждом цилиндре от среднего значения и сделать вывод по работоспособности форсунки каждого цилиндра.

8. Изучить конструкцию форсунки и сделать эскиз ее продольного разреза.

9. Оформить отчет.

10. Ответить на контрольный вопрос.

Таблица 9.1.

Результаты проверки баланса мощностей форсунок

Отчет должен содержать титульный лист, эскиз форсунки, таблицы с измеренными и подсчитанными величинами давлений, выводы по работе форсунок, ответ на контрольный вопрос по работе.

Контрольные вопросы

1. В какую сторону изменятся параметры форсунки при неправильной полярности подключения?

2. Для чего подключен диод к конденсатору тестера для форсунок, ведь он не пропускает ток от заряженного правильной полярность конденсатора?

3. Как можно увеличить производительность форсунки?

4. О чем говорит затягивание длительности импульса тока на форсунки по сравнению с эталонным значением?

5. Как определить возможную неисправность форсунки, не пользуясь диагностическими устройствами типа ДСТ-2, ДСТ-6 и ЭВМ с программой Мотор-Тестер?

6. Как определить возможную неисправность форсунки, ЭВМ с программой Мотор-Тестер?

7. Каким образом можно очистить форсунки от загрязнения?

8. Как можно уменьшить производительность форсунки?

9. Как можно устранить негерметичность форсунок?

10. Каким образом можно приблизительно оценить достаточность давления в топливной рампе, не пользуясь манометром (2 способа)?

11. На некоторых автомобилях регулятор давления топлива установлен наряду с электробензонасосом внутри бензобака. Какой недостаток в такой системе?

12. Для чего на японских автомобилях сделаны форсунки с меньшим сопротивлением обмотки, чем у впрысковых системах фирмы Bosch?

13. Для чего разные производители форсунок делают неодинаковые по форме штекеры для подключения форсунок?

14. Почему на восьмиклапанных двигателях ВАЗ не реализован фазированный впрыск топлива?

15. Почему напряжение на форсунках при работе двигателя на разных нагрузках изменяется, хотя контроллер всегда подает напряжение 12 вольт?

16. Почему МИКАС корректирует длительность импульса тока на форсунке при снижении напряжения аккумуляторной батареи при холодном пуске?

17. Для чего электробензонасос автомобиля Toyota Mark 2 питается напряжением, зависящим от нагрузки двигателя – чем больше нагрузка – тем больше напряжение?

18. Как будет работать двигатель, если перепутать штекеры подключения всех форсунок произвольным образом?

19. Почему в систему питания впрысковых двигателей ЗМЗ и ВАЗ не встраивают манометр, либо датчик давления топлива?

20. Возникнут ли негативные последствия для блока управления, если при работе двигателя штекер форсунки будет ошибочно отсоединен?