Первый электронный двигатель (страницы истории)

Появившиеся в середине 90-х годов XX столетия отечественные двигатели, оснащенные электронной подачей топлива, уверенно вытесняют своих карбюраторных предшественников.
И не мудрено, ведь впрысковой мотор обладает лучшими мощностными показателями, более экономичны, выполняют жесткие экологические требования

В самом начале второй мировой войны (1939 год) в немецком «Luftwaffe» появились истребители «Мессершмидт» Me-109F2, на которых стоял V-образный двигатель с непосредственным впрыском и механической системой управления. К середине войны двигатели всех немецких истребителей были впрысковыми

В 1943 году начались испытания советского истребителя «Ла-7» с аналогичной системой топливоподачи

Первый автомобильный двигатель с непосредственным впрыском и механической системой управления был установлен на «Mercedes Benz 300 SL», выпуск которого был начат с 1954 года. Изменение количества топлива происходило в зависимости от оборотов двигателя, положения педали газа с учетом разрежения во впускной трубе.

Вместе с тем, аппаратура «Bosch» оказалась весьма сложной в производстве и эксплуатации. Дальнейшие исследования, проведенные фирмой «Mercedes Benz», показали, что равноценные результаты можно получить при переходе от впрыска топлива в цилиндр к впрыску во впускные патрубки двигателя и что при этом конструкция аппаратуры может быть значительно упрощена. Дальнейшей ступенью развития механического впрыска стала разработка системы непрерывного впрыска топлива во впускную трубу.

С середины 60-х годов автомобили «VolksWagen» стали оснащаться системой электронной подачи топлива «Elefant» Но это за рубежом. А что же у нас?

В 1963 году были начаты испытания опытного образца двигателя ГАЗ-327, спроектированного
и изготовленного в Конструкторско-экспериментальном отделе Горьковского автозавода (КЭО «ГАЗ») и оборудованного топливной аппаратурой впрыска бензина во впускную трубу с электронным управлением цикловой подачей топлива, конструкции
ЦНИТА (г. Ленинград).

Двигатель ГАЗ-327 был создан на базе серийного двигателя ГАЗ-21Д и имел степень сжатия e=7,2 (на серийном двигателе степень сжатия e=6,7). Основные конструктивные особенности опытного двигателя ГАЗ-327, в отличие от серийного ГАЗ-21Д, состояли в следующем:

  • Был изменен объем камер сгорания на другую степень сжатия без изменения формы камер;
  • Для улучшения наполнения цилиндров были применены впускные клапана увеличенного размера (с диаметром 43 мм вместо 39 мм у стандартного);
  • В верхней части головки блока, в специальных приливах против впускных каналов, были сделаны сквозные, с выходом в каналы, отверстия для установки электромагнитных форсунок;
  • Была изменена конструкция впускной трубы с целью впуска воздуха без его подогрева;
  • Из-за изменения конструкции головки блока была изменена конструкция выпускной трубы двигателя, в результате чего приемная труба глушителя стала короче;
  • Изменение режимов работы двигателя достигалось дросселированием потока воздуха в специальном двухгорловом воздушном патрубке, с последовательным открытием воздушных заслонок, имеющих одинаковый диаметр = 33 мм;
  • Отсутствовал бензонасос диафрагменного типа;
  • Была изменена конструкция корпуса привода распределителя зажигания из-за компоновки в нем дополнительного прерывателя для запуска устройства формирователя импульсов (датчик оборотов).

В остальном, конструкция опытного образца двигателя ГАЗ-327 была аналогична серийному ГАЗ-21.

По принципу действия система электронного впрыска топлива двигателя ГАЗ-327 очень напоминала современные системы распределенного впрыска.

Топливо под избыточным давлением (2 кгс/см2) подавалось во впускную трубу посредством электромагнитных форсунок. Давление топлива создавалось специальным электрическим бензонасосом и регулировалось редукционным клапаном и стабилизатором давления.

Впрыск топлива осуществлялся одновременно во все цилиндры один раз на цикл работы двигателя.

Создание импульсов тока на открытие топливных форсунок, изменяющейся продолжительности, в зависимости от режима и условий работы двигателя обеспечивался полупроводниковым блоком управления и различными датчиками:

  • Прерыватель запуска (датчик оборотов) служил для определения числа оборотов двигателя;
  • Нагрузка на двигатель определялась посредством датчика разрежения сильфонного типа с рабочим ходом 30 мм при перепаде давления в 500 мм. рт. ст.
    Этот датчик обеспечивал экономический состав топливной смеси на всех установившихся режимах работы двигателя;
  • Для обеспечения оптимального регулирования цикловой подачи топлива на холостом ходу (обороты ниже 11001200 об/мин) применялся специальный каскад холостого хода;
  • Пневматический экономайзер, установленный на впускной трубе, отвечал за обогащение топливоподачи на режимах максимальной мощности (разрежение на впуске — 4060 мм. рт. ст.);
  • Обогащение топливоподачи при прогреве двигателя осуществлялось в ручную с помощью переменного сопротивления;
  • В качестве укорительного устройства, обеспечивающего обогащение состава смеси при резком падении разрежения на впуске (с 130150 мм. рт. ст. до 0 мм. рт. ст.), в момент резкого нажатия на педаль газа, использовался ускорительный датчик;
  • Для высотной коррекции состава смеси в условиях горной эксплуатации автомобиля применялся барометрический датчик, который по устройству и принципу действия был аналогичен датчику разрежения;
  • Кроме вышеуказанных датчиков, имелся и датчик горного отключения цикловых подач топлива, в задачу которого входила отсечка топлива на режимах принудительного холостого хода («торможение двигателем»).

Для получения сравнительных характеристик в КЭО «ГАЗ» были подвергнуты стендовым и дорожным испытаниям два двигателя:
ГАЗ-327 с электронным впрыском топлива и ГАЗ-21Д1 (стандартный карбюраторный двигатель с увеличенной степенью сжатия до e=7,1).

В результате стендовых испытаний были определены внешние скоростные характеристики двигателей, по которым можно сделать следующие выводы:

  • Впрысковой двигатель ГАЗ-327 развивал максимальную мощность на 14,3 л.с. (18,3%) больше, чем карбюраторный ГАЗ-21Д1. При этом обороты максимальной мощности увеличились на 400 об/мин.
  • Максимальный крутящий момент практически не изменился, однако обороты максимального момента увеличились на 1000 об/мин.
  • Дорожные испытания двигателей ГАЗ-327 и ГАЗ-21Д1 проводились на автомобилях М-21 «Волга».
Автомобиль и тип двигателя Разгон с 0 до 100 км/час, сек. Максимальная скорость, км/час Средний расход топлива, л/100 км
М-21 с двигателем ГАЗ-327 24,0 140,0 10,81
М-21 с двигателем ГАЗ-21Д1 30,0 127,5 11,52

Как видно из таблицы, динамика автомобиля с впрысковым двигателем была выше на 6 секунд (20,1%), максимальная скорость движения на прямой передаче выше на 12,5 км/ч (9,9%), а средний расход топлива в интервале скоростей движения 20120 км/час ниже на 0,71 л/100 км (6,2%).

По результатам испытаний авторитетной комиссией под председательством главного конструктора «ГАЗ». Просвирина были сделаны следующие выводы:

  • Двигатель ГАЗ-327, оборудованный системой впрыска бензина с электронным управлением подачи, работоспособен и имеет более высокие мощностные показатели, чем сравниваемый с ним двигатель ГАЗ-21Д1.
  • Система питания впрыска бензина с электронным управлением подачи работоспособна, обеспечивает быстрый и надежный запуск двигателя, хорошую приемистость и устойчивость его работы на различных режимах.
  • Автомобиль М-21 с двигателем ГАЗ-327 имеет удовлетворительную топливную экономичность и более высокие динамические качества, чем автомобиль М-21 «Волга» с двигателем ГАЗ-21Д1.
  • Двигатель ГАЗ-327 обеспечивает автомобилю М-21 «Волга» хорошие тяговые качества и приемистость, особенно при движении по городским улицам с интенсивным движением и по горным шоссе с частыми поворотами и крутыми спусками.
    Торможение автомобиля двигателем ГАЗ-327 при движении на крутых, затяжных спусках, эффективнее, чем двигателем ГАЗ-21Д1, что уменьшает необходимость применения тормозов.
  • Отдельные узлы аппаратуры впрыска во время испытаний работали недостаточно стабильно и недостаточно надежно.
  • Комплект аппаратуры впрыска представляет собой сложное устройство, требующее при устранении неполадок и регулировках аппаратуры, наличия у обслуживающего персонала специальных знаний, стендов и приборов.

В заключение, комиссия сделала резюме: «двигатель ГАЗ-327, оборудованный аппаратурой впрыска с электронным управлением цикловой подачей топлива в принципе работоспособен, но аппаратура впрыска работает недостаточно надежно и недостаточно стабильно, и требует дальнейшей доводки».

Дальнейшая судьба двигателя ГАЗ-327 осталась неизвестной, но первый серийный отечественный электронный впрыск топлива появился лишь спустя 30 лет на двигателях Заволжского моторного завода

А. Воробьев и А. Адясов

Реклама
  • Гусеничный бульдозер б-170 неприхотлив и прекрасно ремонтируется в любых условиях