Тонкощі настройки форсованих двигунів працюючих на сучасних ЕБУ

Наступний аспект, який необхідно обговорити, це вплив фази подачі палива на ефективні показники двигуна з іскровим запалюванням.

Сучасні ЕБУ дозволяють налаштовувати не тільки гоночні автомобілі, а й відкривають нові можливості при установці на звичайні машини, і при цьому не втративши функціоналу всіх основних бортових систем

Розподілене уприскування, або багатоточкове уприскування (Multi Point injection, MPi) - кожен циліндр обслуговується окремою ізольованою форсункою у впускному колекторі поблизу впускного клапана. У той же час розрізняють кілька типів розподіленого уприскування:

Одночасний (Simultaneous, Batch Fire Injection) - все форсунки відкриваються одночасно.

Попарно-паралельний (Bank Fire Injection) - форсунки відкриваються парами, причому одна форсунка відкривається безпосередньо перед тактом впуску, а друга перед тактом випуску. У зв'язку з тим, що за потрапляння паливо-повітряної суміші в циліндри відповідають клапани, це не має сильного впливу. В сучасних моторах використовується фазований уприскування, попарно-паралельний використовується тільки в момент запуску двигуна і в аварійному режимі при поломці датчика положення розподільного валу (так званої фази).

Фазований уприскування (Sequential Injection) - кожна форсунка управляється окремо і відкривається безпосередньо перед тактом впуску.

Безпосередній впорскування (Direc Injection, DI) - уприскування палива відбувається прямо в камеру згоряння.

Одночасний або груповий тип розподіленого уприскування (Simultaneous or Bank Fire Injection)

При груповому типі розподіленого уприскування все інжектора впорскують паливо одночасно, один раз протягом одного обороту колінчастого валу, тобто два рази протягом повного робочого циклу в чотиритактному двигуні (див. Картинку вище). Таким чином, при груповому механізмі організації подачі палива, форсунки іноді впорскують бензин в уже закритий клапан, і все ж цей тип має свої переваги в простоті.

Понад те, той факт, що уприскування палива відбувається двічі, це в свою чергу дозволяє використовувати інжектора меншого розміру, що зменшує вартість. Крім того, використання форсунок меншого розміру має додаткову перевагу при роботі двигуна на НЕ високих частотах обертання, при малому навантаженні, і особливо на холостому ходу тому це дозволяє збільшити тривалість відкриття форсунок і пропустити другий імпульс тобто впорскувати тільки один раз за кожних два оберти колінчастого вала. Це в свою чергу поліпшить точність вимірювання тривалості відкриття форсунок, тому що більшість інжекторів стають нестійкими при довжині імпульсу менше 2 мілісекунд.

Фазований уприскування (Sequential Injection)

Більшість сучасних автомобілів використовують фазованого систему розподіленого уприскування, яка дозволяє здійснювати подачу палива синхронно з відкриттям впускних клапанів індивідуально для кожного циліндра.

Зазвичай, на серійних автомобілях фаза уприскування починається близько 40-50 градусах до початку відкриття впускного клапана. Щоб обійти труднощі, які виникають внаслідок використання великих форсунок, які розпилюють саме тоді, коли впускний клапан відкритий, досить часто виробники встановлюють малого розміру інжектора. Тому в режимі круїз і малих навантаженнях, форсунки закінчують уприскування палива ще до моменту закриття впускних клапанів. Це знижує шкідливі викиди, зменшує витрату і покращує реакцію на педаль газу.

Однак, зі збільшенням частоти обертання і навантаження, стік форсунок вже не досить для впорскування палива в такий короткий проміжок часу, поки впускний клапан відкритий (в середньому близько 250 градусах). Тому, для забезпечення подачі необхідної кількості палива, час відкриття форсунок значно збільшується і момент уприскування відбувається навіть після закриття впускних клапанів, цей заряд використовується на наступному такті впуску. Стає очевидно, що зі збільшенням навантаження і частоти обертання, вже немає різниці, в такому випадку, між фазованим і одночасним типом розподіленого уприскування. Тому і потужність, на серійних двигунах, приблизно однакова при порівнянні обох систем. Насправді, тільки на малих навантаженнях і швидкостях обертання, фазований впорскування має перевагу в серійних двигунах.

При налаштуваннях форсованих двигунів не всі приділяють достатньо уваги фаз подачі палива. Більш того, навіть професіонали, не завжди можуть сказати, як вплине настройка подачі палива на ефективні показники конкретного двигуна. Зі свого боку можу сказати одне - ефект позитивний, в межах 4-5% від максимальних показників, нормальне явище на будь-якому двигуні.

Звичайно, хтось може сказати, що налаштовував фази подачі палива і результат був практично непомітний. І таке буває, але всьому є пояснення. Результат буде позитивним лише в разі правильно підготовленої та встановленої самої системи упорскування, і не важливо, на атмосферному гоночному двигуні або високофорсованих з нагнітачем.

Нижче наводжу реальний приклад на 2.0 літра атмосферному гоночному двигуні Форд:

І графік потужності в л.с.

Я не можу точно сказати, якою буде результат в поліпшенні характеристик, все залежить від того, що вже зроблено і встановлено на конкретному двигуні, але ось, що треба зробити, для отримання максимально можливого результат я постараюся розповісти.

При будівництві гоночного або високофорсованих двигуна нас особливо не хвилюють робота двигуна на малих навантаженнях, швидкостях обертання і шкідливі викиди (емісія). Тому, перше, що необхідно зробити, так це встановити досить великі форсунки, які здатні в короткий проміжок часу впорснути необхідну кількість палива при максимальній потужності. Зазвичай, коли гоночний двигун працює на фазированной системі уприскування, фази налаштовуються таким чином, що б момент закінчення уприскування припадав до закриття впускного клапана.

Деякі вважають, що тривалість відкриття форсунок не повинна перевищувати період часу поки впускний клапан відкритий. Наприклад, якщо впускний распредвал має повну фазу 290 градусів, то тривалість відкриття форсунок (час впорскування палива) буде обмежено 290 градусами повороту колінчастого вала. Для низьких частот обертання етo правда, але як тільки ми наближаємося до оборотів двигуна, де максимальна потужність, в такому випадку краще всього результат буде при тривалості відкриття форсунок в межах 430-500 градусів (або, якщо 720 градусів повний робочий цикл, то оптимальним duty cycle форсунок буде 60-70%). Таким чином, якщо у нас встановлений розподільний вал з повною фазою 290 градусів, момент відкриття форсунок відбуватиметься 140-210 градусів до початку відкриття впускного клапана.

Для того що б двигун працював з використанням всіх переваг системи фазованого розподіленого уприскування, використовують другий ряд форсунок. В такому випадку, основний ряд форсунок, який встановлений в близькості впускних клапанів, використовується для холостого ходу, малих навантажень і зазвичай мають розмір до трьох разів менше, ніж другий ряд інжекторів.

Залежно від потужності і можливостей ЕБУ на якому буде проводиться настройка є кілька технік, але це вже не так і важливо, я приведу основне правило яке не погано працює. Фази основних, вбудованих форсунок можна налаштувати за принципом, як і на стік тобто скажімо, встановити момент відкриття форсунок десь 40 градусів до початку відкриття впускних клапанів. При впорскування палива на закритий впускний клапан, велика частина миттєво випаровується і це хмару парів паливно-повітряної суміші, з відмінною гомогенність, як раз буде готове до моменту відкриття впускного клапана, і при надходженні в камеру згоряння поліпшить процес згоряння.

А ось під час налаштування фаз другого ряду форсунок, необхідно вибрати за відправну точку момент закриття форсунок. так буде набагато простіше і зручніше (у всякому разі, для мене це так). Сам момент або фазу кінця уприскування палива можна дізнатися тільки при налаштуванні на динамометричному стенді і постійно стежити за умов, що змінюються при цьому значенні лямбда (або AFR, кому як зручно). Але зазвичай, це близько до моменту закриття впускного клапана. Фаза особливо не залежить від навантаження, тому досить зробити 2D таблицю фаз від частоти обертання колінчастого вала.

Також варто згадати про додаткове перевагу використання другого ряду форсунок, тому що вони включаються при вже досить потужному повітряному потоці, а розташовують їх зазвичай якнайдалі від впускних клапанів, в такому випадку, через гарний сумішоутворення і ефекту охолоджування повітряного заряду палива, що впорскується форсунок другого ряду, відбувається збільшення щільності і як наслідок збільшується наповнюваність циліндрів - більше кисню, більше крутного моменту.

Як я вже згадував, настройка фаз подачі палива має сенс тільки за умови, що в режимі максимальної потужності форсунки будуть завантажені в межах 60% -70%. Якщо інжектора будуть занадто великі, і скажімо, максимальне завантаження складе всього 40-45%, результат буде негативний через поганий розпилу, сумішоутворення і природно погіршеної охолодження при випаровуванні. Особливо це помітно на двигунах з нагнітачем. Також, якщо ви плануєте отримувати максимально можливий результат від використання настройки фаз подачі палива - пам'ятайте, що при завантаженні інжекторів 75-80% і вище, не фіга нічого не вийде.

З теорією на сьогодні закінчимо і настав час приступати до конкретних вимірах і подивитися як впливає фаза подачі палива на лямбда і потужності характеристики двигуна.

Але, для кращого розуміння, необхідно пояснити дещо. У програмному забезпеченні ЕБУ трохи по-іншому використовується нумерація градусів колінчастого вала, не як зазвичай в напрямку зліва направо від верхньої мертвої точки на такті стиснення, а навпаки справа наліво, тобто цифри вказують на те, скільки градусів до, а не після. Тому я спеціально підготував таку діаграму.

Для початку пропоную подивитися на вплив фази подачі палива на склад паливно-повітряної суміші (лямбда в даному випадку) при роботі двигуна на холостому ходу.

У програмі ЕБУ Link G + є можливість вибрати тип розподіленого уприскування і позицію, з якої буде вважатися момент впорскування. В даному, а також в наступних прикладах, за відлік береться момент закінчення уприскування або закриття форсунок.

Дуже чітко видно, що при упорскуванні палива у відкритий впускний клапан (250 градусів) суміш стає трохи багатшими (всі адаптації відключені), але в той же час, при подачі палива на вже закритий клапан (400 * і більше) лямбда найбільш стабільна.

Далі пропоную подивитися на експеримент з більш сучасним двигуном, в якому є і класична система розподіленого уприскування і безпосередньо в циліндри (Direct Injection) - Subaru BRZ

Для початку відключимо безпосереднє уприскування і будемо дивитися на результат, при зміні фаз подачі палива тільки друге форсунок, встановлених в впускних каналах двигуна (Fuel timing secondary)

Заміри зроблені при частоті обертання 3000 об / хв і частковому завантаженні в межах 60 кПа або 26% відкритого дроселя. У лівому верхньому кутку показаний момент, знятий з роликів динамометричного стенду - це "папуги", які показують не справжній момент з коліс, а свої значення на гальмі. В даному випадку це зручніше тому ці значення на порядок вище і простіше побачити зміни.

І так, 120 градусів момент закінчення впорскування палива, доводиться вже після закриття впускного клапана, але початок упорскування було ще, коли клапана відкриті. Результат - 416 Нм.

203 градуса - момент закінчення. Тривалість відкриття форсунок припала на період відкриття впускних клапанів. Результат - 428 Нм, на 2.8% вище показник

450 градусів. Час впорскування паливо повністю довелося в закритий впускний клапан. Результат 409.2 Нм, що на 4.8% гірше, ніж в оптимальному варіанті.

Я думаю на сьогодні досить, тим більше настройка фаз подачі палива в двигунах з безпосереднім уприскуванням, не просто дуже важлива тому ці значення в змінах крутного моменту вже не в 5% виражаються, а набагато вище, та й настройка важлива у всіх режимах (3D таблиці - обороти і завантаження). Але там просто і легко можна підірвати двигун