Одновременный впрыск – «Датчик фаз» — ставить или не ставить? Как правильно выбрать фазу впрыска?

«Датчик фаз» — ставить или не ставить? Как правильно выбрать фазу впрыска?

Maxi(RPD)

   Наверно все знают очередность открытия форсунок в различных видах впрыска, если не все — вот картинки для двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 (ВАЗ) на различных типах впрыска реализуемых системами Январь-5.

 

 

   Итак поясню подробнее, фазированный впрыск подразумевает наличие на двигателе специального датчика фаз, установленного на впускном распределительном валу, по этому датчику система определяет фазу впуска 1 цилиндра. При фазированном впрыске форсунка открывается 1 раз за 2 оборота (1 раз за цикл в 4-х тактном двигателе). Фазированный впрыск штатно реализован на всех двигателях 2112, кроме самых старых систем (где в ГБЦ не предусмотрено место под ДФ). При попарно параллельном впрыске форсунки открываются 2 раза за цикл — таким образом всем цилиндрам обеспечиваются более менее равные условия, без применения датчика фаз. При отказе ДФ система также переходит в попарно параллельный режим. Ранее в таком режиме работали двигатели 2111 под нормы Евро-2. Одновременный впрыск не обеспечивает даже ,более менее равных условий сгорания топлива в цилиндрах, так что его рассматривать не будем вообще, это удел примитивных систем управления из прошлых веков, он приводится только для примера. Так же для примера скажу, что одновременный впрыск реализовывался на двигателях 2111 с эбу Я5.1.1-71 под нормы Россия-83.

 

   Вернемся к нашим баранам — а именно преимуществам фазированного впрыска:

 

1) Выше точность дозирования топлива на ХХ и низких нагрузках в случае применения форсунок с большой производительностью.

2) Отсутствует 2-й «лаг» (достаточно скользкий участок времени переходных процессов открытия и закрытия форсунки, зависящий от характеристик форсунки и напряжения бортсети в автомобиле, которое может быть довольно нестабильным в процессе эксплуатации). Кроме того это несколько увеличивает диапазон регулирования при выходе форсунок на большие времена впрыска (80% открытия и более).

 

3) Селекция детонации ведется поцилиндрово а не попарно. В принципе двигатели не идеальны, возможно небольшое различие в камерах сгорания, вызывающее одиночные детонационные стуки в одном из цилиндров при работе на достаточно ранних углах. В этом случае без ДФ отскок по детонации будет распространятся сразу на 2 цилиндра, что приведет к некоторой потере момента двигателем.

 

4) Возможность задать момент открытия форсунки четко связанный с рабочими процессами в двигателе.

 

   Подробнее остановимся на 4-м пункте, что же такое фаза впрыска и как она влияет. Для ответа следует немножко ознакомится с теорией двигателя. Наверно все знают, что на режимах частичных нагрузок, особенно в зонах малых дросселей, предел обеднения смеси фактически определяется пределом ее воспламеняемости. Если мы будем обеднять смесь дальше — возникнут пропуски в работе двигателя, провалы и рывки. Для холостого хода таким пределом является порог, когда обороты двигателя в результате пропусков будут дестабилизироватся. Но как не странно двигатель работающий в фазированном режиме допускает гораздо более бедные смеси на режимах как низких нагрузок так и хх.

   

   В принципе это несложно объяснить. Впускной клапан обычно открывается с некоторым опережением ВМТ а выпускной закрывается с запаздыванием от ВМТ, это состояние называется перекрытием (overlap). Мы возьмем для примера попарно параллельный режим, — часть топлива в любом случае попадает на закрытый впускной клапан, некоторые фракции испаряются некоторые находится в виде взвеси. Если нагрузка не велика — в ресивере как правило давление небольшое (20-40kpa), а в цилиндре в конце такта выпуска давление все еще может сохранятся достаточно высоким. В этом случае при открытии впускного клапана возникает мощный обратный выброс, топливовоздушная смесь которая находилась перед клапаном выбрасывается в ресивер, в результате этого отдельные фракции топлива могут конденсироваться на стенках ресивера и вовлекаться в процесс сгорания гораздо позднее, чем это нужно. Еще одна аномальная ситуация может возникать в режимах где перекрытие обеспечивает продувку камеры. В этом случае часть концентрированной топливовоздушной смеси находящейся перед впускным клапаном может пролететь в выпуск в несгоревшем виде, что ведет к росту CH и расхода топлива. Все это возможно не так важно если вы пытаетесь получить от двигателя максимальную отдачу, но для гражданского двигателя очень желательно еще обеспечить минимальный эксплуатационный расход топлива.

 

   Проанализировав сказанное несложно сформулировать критерии выбора «фазы впрыска», исключающей описанные нежелательные эффекты:

 

1) На низких оборотах и нагрузках оптимальный момент открытия форсунки должен совпадать с закрытием выпускного клапана (либо чуть чуть раньше за счет ее лага и скорости движения воздуха).

2) Если время впрыска больше фазы впуска момент открытия надо сдвигать раньше от прежней точки с таким расчетом, чтоб форсунка закрылась чуть раньше, чем закроется впускной клапан. Опять же необходимо учитывать время пролета струи топлива от форсунок до камеры сгорания — т.е. фаза впрыска должна зависеть от того где именно установлены форсунки.

 

3) Соседние цилиндры могут оказывать сильное влияние в случае асимметричных схем впуска или схем с «пустыми» сегментами впуска (такое наблюдается с 4-х тактными двигателями у которых 2 или 3 цилиндра). При выборе фазы это обязательно должно учитыватся.

 

   Очевидно, что просто установка датчика фаз дает не много преимуществ, но если поработать с фазой впрыска на конкретных распределительных валах и правильно выбрать составы на низких нагрузках — можно получить серьезную экономию топлива. Поэтому я для себя решил — датчик фаз обязательно должен быть если машина используется для езды по городу. Для многих тюнеров препятствием установки ДФ является отсутствие пластинки маркера ДФ на регулируемом шкиве впускного вала, эта проблема решается элементарно — просто переставьте пластинку с стандартного шкива и закрепите винтами М4.

ДМРВ или ДАД?

 

   Сначала следует вкратце описать отличия прямой методики измерения расхода воздуха от косвенной. ДМРВ термоанемометрического типа работает следующим образом: сквозь нить или пленку пропускается импульс тока, этот ток вызывает нагрев пленки, при этом сопротивление пленки растет, микрочип смонтированный в корпусе ДМРВ может контролировать сопротивление и регулировать импульсы тока, таким образом очень точно поддерживая температуру пленки постоянной. Проходящий около пленки поток воздуха вызывает ее охлаждение, которое определяется количеством воздуха и его температурой. Таким образом расход воздуха пропорционален энергии затрачиваемой на поддержание температуры пленки. К сожалению это накладывает определенные ограничения на методику:

 

1. ДМРВ не может распознать направление движения воздуха, поэтому его стараются ставить как можно дальше, да еще за поворотом потока от дросселя. И физически сделать очень сложный канал препятствующий току воздуха в обратном направлении. Если создаются условия для пульсации потока на впуске в районе ДМРВ — показания ДМРВ ЗАВЫШАЮТСЯ! А создать их очень просто — просто увеличьте фазу валов, вы получите такой импульс при открытии впускного клапана, который уж точно дойдет до ДМРВ. Уберите хобот и состыкуйте ДМРВ с дросселем — показания опять будут завышены…

 

2. Фактически датчик измеряет расход в очень маленьком сечении — порядка 1/50 сечения корпуса, считается, что поток во всем сечении корпуса ламинарный, на входе в ДМРВ для выравнивания скоростей во всем сечении расположена сетка. К сожалению тюнеры очень любят выкидывать сетки, которые «якобы не нужны и являются рестриктором» (кстати модное слово), ставить фильтры «низкого сопротивления» оборудованные конусами и «дудками», и что самое интересное — эти конуса и дудки в отличие от самого фильтра зачастую даже работают, что вызывает отрыв потока от стенок ДМРВ и приводит к тому, что основная масса воздуха проходит через среднюю часть, где расположен измерительный элемент — показания ДМРВ снова завышаются! Не многие понимают причинно следственную связь, и поэтому в форумах встречаются описания положительного эффекта от ФНС подкрепленные логами завышенного расхода воздуха (которые конечно ничего общего с реальностью не имеют).

 

3. Характеристика расхода воздуха выдаваемая ДМРВ экспоненциальна. (у ДАД линейная характеристика). Таким образом точность вычисления расхода воздуха у метода с ДМРВ экспоненциально падает с ростом расхода. Так например если мы возьмем две последние точки в характеристике ДМРВ ВАЗ то мы увидим, что одна только ошибка в один шаг квантования (которая возникает просто по природе АЦП) дает нам погрешность оценки расхода = 1.5% Поэтому на заводских машинах в области больших расходов разработчики постоянно сильно перестраховываются и используют смеси значительно богаче, чем это надо, чтоб нивелировать возможные последствия ошибок измерений.

 

    Исходя из вышесказанного можно выявить достоинства ДМРВ, фактически на его показания не влияет изменение объема двигателя, подъема клапанов и другие модификации слабо влияющие на волновые явления на впуске.

 

    Бытует мнение, что программа под ДМРВ проще настраивается. К сожалению реальность в том, что к настройке это не имеет никакого отношения. Просто систему с ДМРВ сложнее ввести в состояние, когда появятся реально ощущаемые водителем проблемы, которые он может связать с качеством настройки. Например рывки или провалы, вызванные пропусками воспламенения (беднотой), поскольку основная часть проблем с ДМРВв приводит к обогащению смеси — а обогащать смесь можно практически до бесконечности, вплоть до черного дыма из трубы и расхода 20 литров в городе. Естественно такой автомобиль «не едет», но и проблем вроде бы нет — «все настроено» ;). Если же система с ДМРВ каким-то образом обедняется — то в основном это происходит из за неучтенного подсоса воздуха, что является обычной неисправностью и элементарно диагностируется.

 

   Теперь рассмотрим достоинства и недостатки косвенного метода расчета наполнения двигателя воздухом с применением датчика абсолютного давления. У ДАД есть несколько преимуществ:

1) он намного дешевле,

2) он надежнее (выход из строя редкий случай),

3) он позволяет манипулировать длинной впускного тракта и убрать повороты потока.

4) Он обеспечивает гораздо лучшую отзывчивость автомобиля на дроссель.

   

    К недостаткам ДАД следует отнести:

1) несовершенство алгоритма оценки расхода воздуха, что требует при калибровке для обеспечения удовлетворительной работы автомобиля на низких нагрузках задавать довольно богатые смеси

2) сильное влияние конфигурации двигателя на оценку расхода, двигатель с ДАД требует перекалибровки при любом вмешательстве в железо (валы-впуск-выпуск).

 

   Алгоритм оценки расхода воздуха постоянно совершенствуется, об этом можно прочитать тут

Прикрепленные картинки позволяют наглядно увидеть некоторые проблемы с динамикой при использовании ДМРВ для оценки расхода воздуха.

 

 

 

 

    При открытии дросселя 0-25% происходит не совсем адекватный скачок расхода воздуха. Дальнейшее открытие 25-50% как не странно не вызывает изменения расхода, хотя обороты довольно высокие. Переход 50-75% приводит к росту расхода, однако можно заметить, что в дальнейшем на ДМРВ появляется болтанка, которая несколько компенсируется фильтрами GBC, а расход падает.

 

 

 

   C ДАД реакция на изменение положения дросселя гораздо более четкая. Расход растет фактически пропорционально, система быстро стабилизируется в новой режимной точке.

 

Настройка на Стенде или на Дороге?

 

   Вопрос по методике настройки часто возникает в форумах, при этом можно услышать достаточно категоричные высказывания в пользу того или иного метода, как правило ничем не подкрепленные. Итак давайте разберемся по порядку. Для начала нам надо понять в каких случаях необходимо руководствоваться выходными показателями двигателя (мощностная характеристика) как критерием его настройки, а в каких это не нужно и возможно даже вредно.

 

   Мощностной стенд как измерительный прибор. Насколько можно доверять графику с мощностного стенда как критерию оценки влияния изменений в программе на момент двигателя!? Замер проводит оператор — следовательно на его результаты может влиять человеческий фактор, кроме того стенд имеет конечную точность снятия данных о моменте, в стенде и трансмиссии автомобиля есть множество вращающихся деталей и подшипников, силы трения в которых могут зависеть например от температуры смазки. Как показывает практика относительная погрешность стенда на серии последовательных замеров достигает значений 2-3%. Для конкретного стенда определить эту цифру можно последовательно измерив мощность одного и того же автомобиля, ничего в нем не изменяя и сравнив несколько графиков. Вы должны понимать, что стенд позволяет оценивать только те изменения, влияние которых больше его собственной относительной погрешности!

 

   Связь состава смеси и мощности. Опыты показывают, что состав смеси при котором двигатель отдает максимальную мощность определяется исключительно химизмом процесса горения — т.е. компонентным составом конкретного топлива! И абсолютно никак не зависит от конструкции двигателя и его систем. Таким образом если мы настраиваем машину по критериям максимальной мощности на некое абстрактное товарное топливо, скажем АИ98 — нам совсем не нужен стенд, для того, чтоб выставить необходимые составы, поскольку они известны однозначно для всех автомобилей и двигателей. Можно просто руководствоваться показаниями широкополосного лямбда-зонда и проделать всю настройку на дороге используя системы съема данных (логеры) или автоматической адаптации топлива (auto mapping).

 

   Для турбодвигателей как правило выбираются составы более богатые, чем мощностные, чтоб обеспечить на приемлемом уровне температуру в камере сгорания. Совсем другое дело если топливо не является товарным бензином, либо является смесью кислородсодержащих компонентов с бензином, тогда стенд необходим для определения, какое AFR для конкретного топлива будет оптимальным с точки зрения получения максимальной мощности двигателя. Дальнейшие настройки автомобиля на данный AFR опять же могут быть проведены на дороге.

   Следует заметить, что многие стенды имеют псевдо-широкополосные датчики состава смеси LSM-11, мало того, что это оборудование применялось для настройки около 10 лет назад и в настоящий момент безнадежно устарело, оно еще и абсолютно безграмотно подключается в систему выхлопа (дело в том, что контакт нерабочей части корпуса зонда с выхлопными газами может искажать его показания), сейчас для настройки рекомендуется использовать только датчики серии LSU и оборудование на их основе, причем обязательно установленные штатно — в отверстие в выпускном коллекторе или даунпайпе. Не следует опираться для настройки автомобиля на результаты стендовых замеров состава смеси и графики таких составов полученных с использованием LSM датчика!

 

   Связь УОЗ — мощность. В отличие от топлива угол опережения зажигания очень сильно зависит как от конструктивных факторов двигателя, так и от состава смеси. Причем оптимальный угол однозначно определяется максимальным моментом двигателя (при условии, что топливо уже настроено). Однако сам диапазон допустимых углов невелик и влияние угла на мощность гораздо меньше, чем влияние топлива, и это влияние в основном определяется конструктивном камеры сгорания двигателя. А именно расстоянием которое фронт пламени проходит от свечи до самого удаленного участка камеры.

   

   Например на двигателях с клиновой камерой сгорания где значения оптимального УОЗ как правило очень велики (35 градусов на 6000) влияние УОЗ так же очень велико и составляет около 1% на градус, однако в подобных двигателях УОЗ как правило всегда находится за гранью детонации. Т.е. фактически как фактор настройки УОЗ в таком двигателе должна выступать детонация а не мощность. В этом случае стенд будет хорошим помощником но не более того. В двигателях с шатровой камерой сгорания (оптимальный уоз 25-27 градусов на 6000) влияние УОЗ на мощность гораздо меньше и находится в пределах 0.4-0.7% на градус однако в этом случае использование стенда как критерия настройки предпочтительнее, поскольку УОЗ как правило лежит перед гранью детонации и избежать излишне ранних углов можно исключительно контролируя момент двигателя.

 

   Скорость воздуха и температура на впуске. При движении автомобиля по дороге основная часть его мощности расходуется на преодоление аэродинамических сил. Попробуйте высунуть руку в окно на скорости 100км/ч — и вы почувствуете насколько велики эти силы. На стендах же как правило для имитации движения и охлаждения радиатора используют вентиляторы, которые к сожалению не могут имитировать скорости потока воздуха достигаемые на дороге, что приводит к повышению температуры воздуха в подкапотном пространстве, в впускном трубопроводе и температуры отдельных элементов двигателя. Стив Динан в своей работе «Дино тест современных двигателей БМВ» http://www.dinancars.com/bmw/technial-info/dynamometer-testing-and-the-modern-bmw-engine показывает каких значений могут достигать температуры воздуха, масла, и блока цилиндров двигателя на реальной дороге и на стенде, и как влияет настройка в условиях стенда на поведение современной системы управления двигателем BOSCH Motroniс (детонационная коррекция и топливная коррекция). Основной вывод который можно сделать из этой статьи — если система управления не имеет на 100% адекватные модели учета температур воздуха и двигателя для расчета наполнения и УОЗ, настройка такой системы на стенде противопоказана. Ее необходимо производить на дороге, чтоб как можно точнее приблизится к условиям эксплуатации автомобиля, и обеспечить соответствие топливоподачи и УОЗ реальным условиям эксплуатации.

 

   Когда без стенда не обойтись. Очевидно, что при настройке автомобиля на дороге часто приходится ездить на высоких передачах и развивать близкие к максимальным скорости, соответственно, часто возникают ситуации, когда настройка автомобиля на дороге невозможна. Как правило эта невозможность возникает по причине плохих погодных условий (дождь, снег, зима), либо по причине слишком высоких значений мощности и момента автомобиля (автомобиль просто теряет сцепление с дорогой даже на высоких передачах и скоростях), если автомобиль весом в тонну имеет мощность более 400сил — настройка такого автомобиля на дороге становится чрезвычайно проблематичной, либо по причине технических ограничений скорости автомобиля из за несовершенства его кузова и подвески (многие киткары например не могут ездить быстрее 160 — для них это просто опасно). Естественно во всех этих случаях настраивать автомобиль необходимо на стенде.

 

    Заключение. В конечном счете автомобили ездят не по стендам а по дорогам, поэтому в любом случае, если настройка произведена на стенде, необходима проверка ее адекватности на реальной дороге, без которой настройка автомобиля не может считаться завершенной. Если же настройка проведена на дороге — не лишним будет заехать на стенд для получения численного значения результата доработок в виде мощности и момента.

 

Двухрежимные прошивки. Эконом+динамик.

 

   Данное понятие пришло к нам из каменного века чип-тюнинга автомобилей. В этом каменном веке (а зачастую и сейчас) многие диагносты имели достаточно примерное представление о процессах происходящих в двигателе, а именно о качественном регулировании состава смеси, режимной области, и формулах связи наполнения воздухом с положением дроссельной заслонки. Первые попытки сделать динамичные прошивки из штатных обычно сводились к тупому увеличению топливоподачи в абсолютно всех режимах работы двигателя, даже в тех где такое увеличение не требовалось. А так же тупому задиранию УОЗ везде до звона.

  При этом не оценивались составы смесей — поскольку оборудования для такой оценки просто не было, либо оно было слишком примитивным и медленным (альфаметры на штатных ДК и газоанализаторы), топливо лилось на глаз, и результат оценивался по динамике машины (ощущений от 5-й точки). Естественно полученная таким образом прошивка удивляла своим слоновьим расходом, и ездить на ней в обычном стиле не представлялось возможным. Выход тогда был найден простой, ее «склеивали» с стандартной прошивкой и ставили переключатель позволявший водителю выбирать стиль езды «эконом-динамик», появилось великое множество программ-модификаторов. Естественно полученное в результате таких действий поделие не экономичностью не динамичностью в реальности не обладало.

 

   Не сложно догадаться, одна и та же прошивка может одновременно являться самой экономичной и самой динамичной для одного и того же двигателя — и все, что для этого нужно: На режимах, где обеспечивается движение по трассе с малыми нагрузками (0-30% открытия дросселя) выставить экономичные составы смеси, на режимах где происходит разгон автомобиля и от него требуется максимальная динамика (60-100% открытия дросселя) — выставить мощностные составы. В зоне 30-60% происходит плавный переход от одних составов к другим. Естественно разработчики системы управления предусмотрели такие механизмы, но они задали их не положением дросселя а цикловым наполнением. Следовательно задача выставления составов для стандартной прошивки сводится еще и к пересчету положения дросселя в цикловое наполнение для каждой режимной точки. После установки составов прошивку необходимо настроить (обеспечить соответствие реальных составов заданным).

 

    C появлением программного обеспечения позволяющего автоматически оптимально выставлять составы смеси по зонам режимов а также производить их настройку создание нормальных прошивок перестало представлять какую либо проблему для грамотных настройщиков, и необходимость в двухрежимных прошивках практически полностью отпала (исключая случаи применения газового топлива и систем впрыска закиси азота — где объективно необходимо изменять некоторые калибровки системы управления при переключении газ-бензин или включении закиси). В настоящий момент двухрежимная прошивка на бензиновом двигателе не оборудованном ГБО(закисью) является ни чем иным, как признаком глубокого непрофессионализма человека который занимается чип тюнингом!

 

Maxi(RPD) 

 

 


Тонкости настройки форсированных двигателей работающих на современных ЭБУ

автор: Barik-CZ

 

   Следующий аспект, который необходимо обсудить, это влияние фазы топливоподачи на эффективные показатели двигателя с искровым зажиганием.

Современные ЭБУ позволяют настраивать не только гоночные автомобили, но и открывают новые возможности при установке на обычные машины, и при этом не потеряв функционала всех основных бортовых систем.

 

 

 

   Распределённый впрыск, или многоточечный впрыск (Multi Point injection, MPi) — каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе вблизи впускного клапана. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:

 

   Одновременный (Simultaneous, Batch Fire Injection) — все форсунки открываются одновременно.

 

   Попарно-параллельный (Bank Fire Injection) — форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед тактом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке датчика положения распределительного вала (так называемой фазы).

 

   Фазированный впрыск (Sequential Injection) — каждая форсунка управляется отдельно и открывается непосредственно перед тактом впуска.

Непосредственный впрыск (Direc Injection, DI) — впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.

 

 

   Одновременный или групповой тип распределенного впрыска (Simultaneous or Bank Fire Injection)

 

   При групповом типе распределенного впрыска все инжектора впрыскивают топливо одновременно, один раз в течение одного оборота коленчатого вала, то есть два раза в течение полного рабочего цикла в четырехтактном двигателе (см. картинку выше). Таким образом, при групповом механизме организации подачи топлива, форсунки иногда впрыскивают бензин в уже закрытый клапан, и все же данный тип имеет свои преимущества в простоте.

 

   Сверх того, тот факт, что впрыск топлива происходит дважды, это в свою очередь позволяет использовать инжектора меньшего размера, что уменьшает стоимость. Кроме того, использование форсунок меньшего размера имеет дополнительное преимущество при работе двигателя на не высоких частотах вращения, при малой нагрузке, и особенно на холостом ходу т.к. это позволяет увеличить длительность открытия форсунок и пропустить второй импульс т.е. впрыскивать только один раз за каждых два оборота коленчатого вала. Это в свою очередь улучшит точность измерения длительности открытия форсунок, потому что большинство инжекторов становятся неустойчивыми при длине импульса меньше 2 миллисекунд.

Видео Sequential Injection vs Batch Fire Injection

 

 

 

   Фазированный впрыск (Sequential Injection)

 

   Большинство современных автомобилей используют фазированную систему распределенного впрыска, которая позволяет осуществлять подачу топлива синхронно с открытием впускных клапанов индивидуально для каждого цилиндра.

 

   Обычно, на серийных автомобилях фаза впрыскивания начинается около 40-50 градусах до начала открытия впускного клапана. Чтобы обойти трудности, вызванные использованием больших форсунок, распыляющих именно тогда, когда впускной клапан открыт, достаточно часто производители устанавливают малого размера инжектора. Поэтому в режиме круиз и малых нагрузках, форсунки заканчивают впрыск топлива еще до момента закрытия впускных клапанов. Это снижает вредные выбросы, уменьшает расход и улучшает реакцию на педаль газа.

 

   Однако, с увеличение частоты вращения и нагрузки, сток форсунок уже не достаточно для впрыскивания топлива в столь короткий промежуток времени, пока впускной клапан открыт (в среднем около 250 градусах). Поэтому, для обеспечения подачи необходимого количества топлива, время открытия форсунок значительно увеличивается и момент впрыскивания происходит даже после закрытия впускных клапанов, этот заряд используется на следующем такте впуска. Становится очевидно, что с увеличением нагрузки и частоты вращения, уже нет разницы, в таком случае, между фазированным и одновременным типом распределенного впрыска. Поэтому и мощность, на серийных двигателях, примерно одинаковая при сравнении обоих систем. На самом деле, только на малых нагрузках и скоростях вращения, фазированный впрыск имеет преимущество в серийных двигателях.

 

   При настройках форсированных двигателей не все уделяют достойное внимание фазам топливоподачи. Более того, даже профессионалы, не всегда могут сказать, как повлияет настройка подачи топлива на эффективные показатели конкретного двигателя. Со своей стороны могу сказать одно – эффект положительный, в пределах 4-5% от максимальных показателей, нормальное явление на любом двигателе.

 

   Конечно, кто-то может сказать, что настраивал фазы топливоподачи и результат был практически незаметный. И такое бывает, но всему есть объяснение. Результат будет положительным только в случае правильно подготовленной и установленной самой системы впрыска, и не важно, на атмосферном гоночном двигателе или высокофорсированном с нагнетателем.

 

 

 

Ниже привожу реальный пример на 2.0 литра атмосферном гоночном двигателе Форд:

 

 

И график мощности в л.с.

 

   Я не могу точно сказать, какой будет результат в улучшении характеристик, все зависит от того, что уже сделано и установлено на конкретном двигателе, но вот, что надо сделать, для получения максимально возможного результат я постараюсь рассказать.

 

   При постройке гоночного или высокофорсированного двигателя нас особо не волнуют работа двигателя на малых нагрузках, скоростях вращения и вредные выбросы (эмиссия). Поэтому, первое, что необходимо сделать, так это установить достаточно большие форсунки, которые способны в короткий промежуток времени впрыснуть необходимое количество топлива при максимальной мощности. Обычно, когда гоночный двигатель работает на фазированной системе впрыска, фазы настраиваются таким образом, что бы момент окончания впрыска приходился до закрытия впускного клапана.

 

   Некоторые полагают, что длительность открытия форсунок не должна превышать период времени пока впускной клапан открыт. К примеру, если впускной распредвал имеет полную фазу 290 градусов, то длительность открытия форсунок (время впрыскивания топлива) будет ограничено 290 градусами поворота коленчатого вала. Для низких частот вращения этo правда, но как только мы приближаемся к оборотам двигателя, где максимальная мощность, в таком случае лучше всего результат будет при длительности открытия форсунок в пределах 430-500 градусов (или, если 720 градусов полный рабочий цикл, то оптимальным duty cycle форсунок будет 60-70%). Таким образом, если у нас установлен распределительный вал с полной фазой 290 градусов, момент открытия форсунок будет происходить 140-210 градусов до начала открытия впускного клапана.

 

   Для того что бы двигатель работал с использованием всех преимуществ системы фазированного распределенного впрыска, используют второй ряд форсунок. В таком случае, основной ряд форсунок, который установлен в близости впускных клапанов, используется для холостого хода, малых нагрузок и обычно имеют размер до трех раз меньше, чем второй ряд инжекторов.

 

   В зависимости от мощности и возможностей ЭБУ на котором будет производится настройка есть несколько техник, но это уже не так и важно, я приведу основное правило которое не плохо работает. Фазы основных, встроенных форсунок можно настроить по принципу, как и на сток т.е., скажем, установить момент открытия форсунок где-то 40 градусов до начала открытия впускных клапанов. При впрыскивание топлива на закрытый впускной клапан, большая часть мгновенно испаряется и это образовавшееся облако паров топливно-воздушной смеси, с отличной гомогенностью, как раз будет готово к моменту открытия впускного клапана, и при поступлении в камеру сгорания улучшит процесс сгорания.

 

   А вот при настройке фаз второго ряда форсунок, необходимо выбрать за отправную точку момент закрытия форсунок, так будет намного проще и удобнее (во всяком случае, для меня это так). Сам момент или фазу конца впрыска топлива можно узнать только при настройке на динамометрическом стенде и постоянно следить за изменяющимся при этом значении лямбда (или AFR, кому как удобно). Но обычно, это близко к моменту закрытия впускного клапана. Фаза особо не зависит от нагрузки, поэтому достаточно сделать 2D таблицу фаз от частоты вращения коленчатого вала.

 

   Также стоит упомянуть о дополнительном преимуществе использование второго ряда форсунок, т.к. они включаются при уже достаточно мощном воздушном потоке, а располагают их обычно как можно дальше от впускных клапанов, в таком случае, из-за хорошего смесеобразования и эффекта охлаждения воздушного заряда впрыскиваемым топливом форсунок второго ряда, происходит увеличение плотности и как следствие увеличивается наполняемость цилиндров – больше кислорода, больше крутящего момента.

 

   Как я уже упоминал, настройка фаз топливоподачи имеет смысл только при условии, что в режиме максимальной мощности форсунки будут загружены в пределах 60%-70%. Если инжектора будут слишком большие, и скажем, максимальная загрузка составит всего 40-45%, результат будет отрицательный из-за плохого распыла, смесеобразования и естественно ухудшенного охлаждения при испарении. Особенно это заметно на двигателях с нагнетателем. Также, если вы планируете получать максимально возможный результат от использования настройки фаз топливоподачи – помните, что при загрузке инжекторов 75-80% и выше, не фига ничего не получится.

 

   С теорией на сегодня закончим и пора приступать к конкретным замерам и посмотреть как влияет фаза топливоподачи на лямбду и мощностные характеристики двигателя.

 

   Но, для лучшего понимания, необходимо пояснить кое-что. В программном обеспечении ЭБУ немного по-другому используется нумерация градусов коленчатого вала, не как обычно в направлении слева направо от верхней мертвой точки на такте сжатия, а наоборот справа налево, т.е. цифры указывают на то, сколько градусов до, а не после. Поэтому я специально подготовил такую диаграмму.

 

   Для начала предлагаю посмотреть на влияние фазы топливоподачи на состав топливно-воздушной смеси (лямбда в данном случае) при работе двигателя на холостом ходу.

 

 

   В программе ЭБУ Link G+ есть возможность выбрать тип распределенного впрыска и позицию, по которой будет считаться момент впрыскивания. В данном, а также в последующих примерах, за отсчет берется момент окончания впрыска или закрытия форсунок.

 

   

    Очень отчетливо видно, что при впрыскивании топлива в открытый впускной клапан ( 250 градусов) смесь становится немного богаче (все адаптации отключены), но в тоже время, при подачи топлива на уже закрытый клапан (400* и больше) лямбда наиболее стабильна.

 

   Далее предлагаю посмотреть на эксперимент с более современным двигателем, в котором имеется и классическая система распределенного впрыска и непосредственно в цилиндры (Direct Injection) – Subaru BRZ

 

 

   Для начала отключим непосредственный впрыск и будем смотреть на результат, при изменении фаз топливоподачи только вторых форсунок, установленных в впускных каналах двигателя (Fuel timing secondary)

 

   Замеры сделаны при частоте вращения 3000 об/мин и частичной загрузке в пределах 60 кПа или 26% открытого дросселя. В левом верхнем углу показан момент, снятый с роликов динамометрического стенда — это “попугаи”, которые показывают не реальный момент с колес, а свои значения на тормозе. В данном случае это удобнее т.к. эти значения на порядок выше и проще увидеть изменения.

 

 

   И так, 120 градусов момент окончания впрыскивания топлива, приходится уже после закрытия впускного клапана, но начало впрыска было еще, когда клапана открыты. Результат – 416 Нм.

 

    203 градуса – момент окончания. Длительность открытия форсунок пришлась на период открытия впускных клапанов. Результат – 428 Нм, на 2.8% выше показатель

 

 

 

   450 градусов. Время впрыскивания топливо полностью пришлось в закрытый впускной клапан. Результат 409.2 Нм, что на 4.8% хуже, чем в оптимальном варианте.

 

   Я думаю на сегодня достаточно, тем более настройка фаз топливоподачи в двигателях с непосредственным впрыском, не просто очень важна т.к. эти значения в изменениях крутящего момента уже не в 5% выражаются, а намного выше, да и настройка важна во всех режимах (3D таблицы – обороты и загрузка). Но там просто и легко можно взорвать двигатель.

 

С уважением
Barik

https://www.drive2.ru/b/2753723/

 

 

Параллельный впрыск топлива.

    Топливные форсунки многих ранних распределённых систем впрыска топлива соединены параллельно. При такой схеме, управление форсунками двигателя происходит одновременно — все форсунки такой системы работают синхронно.

Осциллограммы напряжения сигналов системы управления 4-х цилиндрового 4-х тактного двигателя, осуществляющей параллельный впрыск топлива,  демонстрирующие схему впрыска топлива данной системы.
1 Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной форсункой 1-го цилиндра.
2 Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной форсункой 2-го цилиндра.
3 Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной форсункой 3-го цилиндра.
4 Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной форсункой 4-го цилиндра.
7 Импульс синхронизации с моментом зажигания в первом цилиндре.

    В системах параллельного впрыска, за один полный цикл работы двигателя (за два оборота коленчатого вала 4-х тактного двигателя), каждая форсунка впрыскивает топливо дважды. То есть, каждая порция топлива, попадающего впоследствии в цилиндр во время такта впуска, впрыскивается «за два приёма». Из-за того, что подача каждой порции топлива осуществляется за два впрыска, в сравнении с точечным впрыском, точность дозирования получается несколько лучшей; но в сравнении с фазированным впрыском, точность дозирования получается несколько хуже, особенно на переходных режимах работы двигателя.


    Блок управления параллельной системы впрыска топлива должен учитывать инерционность открытия клапана форсунки, которая сильно зависит от величины напряжения в бортовой сети автомобиля. При больших порциях впрыскиваемого топлива, к примеру, во время ускорения автомобиля или во время холодного пуска, часть топлива оседает на стенках впускного коллектора и попадает в цилиндр с некоторой задержкой, что сказывается на приемистости двигателя. Но к качеству распыла топлива здесь предъявляются немного меньшие требования, так как отводится достаточно времени на
испарение топлива и смешивание его с воздухом.


    Недостаток параллельного впрыска заключается в неодинаковом для всех цилиндров времени от начала впрыскивания топлива форсункой до момента открытия впускного клапана цилиндра. При одновременном впрыске топлива порядок работы цилиндров не учитывается, соответственно время подготовки топливовоздушной смеси (время испарения топлива) для каждого цилиндра получается разным.

Ответы@Mail.Ru: какой же впрыск лучше

Лучший впрыск непосредственный многоточечный, а машина может быть любой

Судя по камасутре, то первый

Распределенный или точечный (то есть, когда на каждый цилиндр работает своя форсунка) впрыск топлива делится на три типа: • Одновременный, когда за один рабочий цикл двигателя (2 оборота коленвала) все 4 форсунки отрабатывают два раза одновременно. • Попарно-параллельный или групповой, когда за один рабочий цикл двигателя форсунки отрабатывают парами (1-4 и 2-3) по два раза. • Фазированный или последовательный, когда за один рабочий цикл двигателя каждая форсунка отрабатывает по одному разу в соответствии с фазой впрыска. Суммарное время впрыска на одновременном и попарно- параллельном способе одинаково, на фазированном — в два раза выше, т. к за 1 цикл одновременного и попарно- параллельного впрыска форсунка включается 2 раза, а на фазированном — 1, поэтому время ее работы увеличено примерно в 2 раза.

Если впрыск фазированный, то каждая форсунка ╚прыскает╩ только в момент впуска в ╚ее╩ цилиндр. Таким образом, каждая форсунка прыскает один раз за два оборота коленвала (аспекты мощностного обогащения и асинхронного впрыска я опущу) . При попарно-параллельном впрыске форсунки прыскают попарно (1 и 4 цилиндр, 2 и 3 цилиндр) каждый оборот коленвала. Один ╚впрыск╩ получается при такте впуска, второй √ при такте рабочего хода соответствующего форсунке цилиндра (заметьте, что форсунки прыскают топливо не в цилиндр, а во впускной патрубок!) . При одновременном впрыске все четыре форсунки прыскают одновременно каждый оборот коленвала (фактически, пара форсунок 1 и 4-го цилиндров подключены к цепи управления форсунками 2 и 3-го цилиндров) . Таким образом, момент впрыска во 2-ой и 3-ей форсунке ╚попадает╩ в такты впуска и рабочего хода, а в 1 и 4-ой форсунки √ в такты выпуска и сжатия соответствующих цилиндров. По этой причине двигатели с системой одновременного впрыска требуют более точной настройки СО и, из-за несбалансированного питания пар цилиндров, хуже пускаются в сильные морозы. Фазированный впрыск применяется на 16V двигателях переднеприводных ВАЗ, попарно-параллельный и одновременный √ на 8V. Хотя, есть информация, что фазированный впрыск пришел и на 8V двигатели в комплектации под нормы ЕВРО-3. ЭБУ в разных системах разные. Блоки GM и ╚Январь-4╩ √ это блоки управления поколения GM. Блоки ╚Январь-5.х╩, BOSCH M1.5.4, BOSCH M1.5.4N и BOSCH MP7 √ поколения BOSCH. Блоки BOSCH M1.5.4 и BOSCH M1.5.4N √ это различающиеся аппаратно (!) блоки, они не взаимозаменяемые.

Попарно-параллельный впрыск топлива.

    Для уменьшения зависимости качества подготовки топливовоздушной смеси от момента впрыска топлива, а так же для улучшения точности дозирования топлива на переходных режимах работы двигателя, топливные форсунки были разделены на группы согласно порядку работы цилиндров и соединены попарно-параллельно — половина форсунок соединена параллельно и управляется своим выходным силовым транзистором блока управления двигателем, другая половина форсунок так же соединена параллельно и управляется своим, вторым выходным силовым транзистором блока управления двигателем.

    Управление форсунками одной группы происходит одновременно — все форсунки одной группы работают синхронно. Когда форсунки первой группы впрыскивают топливо, форсунки второй группы закрыты, и наоборот. При этом, первая и вторая группы форсунок, так же как и в системе параллельного впрыска топлива, впрыскивают топливо дважды за один цикл работы 4-х тактного двигателя (за два оборота коленвала).

Осциллограммы напряжения сигналов системы управления 4-х цилиндрового 4-х тактного двигателя, осуществляющей попарно-параллельный впрыск топлива, демонстрирующие схему впрыска топлива данной системы. Порядок работы цилиндров 1 — 3 — 4 — 2. В данном случае в первую пару объединены форсунки, обслуживающие цилиндры №1 и №4, а во вторую пару объединены форсунки, обслуживающие цилиндры №2 и №3. Но встречаются системы, где при таком же порядке работы цилиндров двигателя, форсунки объединены в пары по-другому.

1 Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной  форсункой   1-го цилиндра.

2 Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной  форсункой   2-го цилиндра.

3 Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной  форсункой   3-го цилиндра.

4 Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной  форсункой   4-го цилиндра.

5 Осциллограмма напряжения выходного сигнала датчика положения / частоты вращения коленчатого вала. За один полный оборот коленвала датчик генерирует 58 импульсов и один пропуск, продолжительность которого соответствует продолжительности двух импульсов. Соответственно, за один полный цикл работы 4-х тактного двигателя (за два оборота коленвала) датчик генерирует такие пропуски дважды.
7 Импульс синхронизации с моментом зажигания в первом цилиндре.

Следует заметить, что в момент пуска двигателя блок управления двигателем переключается на параллельную схему впрыска топлива, то есть, включает и выключает все топливные форсунки одновременно.

Фазированный впрыск топлива.

 

 

Дальнейшего повышения точности дозирования впрыскиваемого топлива при малых длительностях впрыска путём уменьшения негативного влияния инерционности электромагнитных топливных форсунок, каждую форсунку стали обслуживать собственным выходным транзистором блока управления двигателем. Такая схема впрыска называется фазированным впрыском или последовательным впрыском топлива. За счёт уменьшения частоты срабатывания форсунки по сравнению с параллельным и попарно-параллельным впрыском в два раза, потребовалось уже более продолжительное открытие форсунки для обеспечения подачи того же количества топлива.

То есть, схема управления форсунками была модернизирована так, что вместо двух коротких впрысков топлива осуществляется один более продолжительный впрыск. Таким образом, замена параллельной схемы впрыска топлива на фазированную позволила заметно повысить точность дозирования впрыскиваемого топлива при малых длительностях впрыска.

  Осциллограммы напряжения сигналов системы управления 4-х цилиндрового 4-х тактного  двигателя, осуществляющей фазированный впрыск топлива, демонстрирующие схему впрыска топлива данной системы.

  1. Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной  форсункой 1-го цилиндра.
  2. Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной  форсункой 2-го цилиндра.
  3. Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной  форсункой 3-го цилиндра.
  4. Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной  форсункой 4-го цилиндра.
  5. Осциллограмма напряжения выходного сигнала датчика положения / частоты вращения коленчатого вала. За один полный оборот коленвала датчик генерирует 58 импульсов и один пропуск, продолжительность которого соответствует продолжительности двух импульсов. Соответственно, за один полный цикл работы 4-х тактного двигателя (за два оборота коленвала) датчик генерирует такие
    пропуски дважды.
  6. Осциллограмма напряжения выходного сигнала датчика положения распределительного вала (датчика фаз). За два полных оборота коленвала датчик генерирует один импульс.

  7. Импульс синхронизации с моментом зажигания в первом цилиндре. 

     Здесь, впрыск топлива осуществляется тогда, когда обслуживаемый данной форсункой цилиндр находится на такте выпуска отработавших газов, то есть, незадолго до такта впуска. За два полных оборота коленчатого вала двигателя соответствующих одному полному циклу работы четырёхтактного двигателя, каждая форсунка впрыскивает топливо только один раз. То есть, по сравнению с параллельным и попарно-параллельным впрыском, здесь частота срабатывания форсунки уменьшена в два раза. За счёт этого, для обеспечения подачи заданного количества топлива потребовалось более продолжительное открытие форсунки, а за счёт увеличения продолжительности открытого состояния
форсунки уменьшилось негативное влияние инерционности электромагнитных топливных форсунок на точность дозирования топлива. Таким образом, замена попарно-параллельной схемы впрыска топлива на фазированную позволила ещё больше повысить точность дозирования впрыскиваемого топлива при малых длительностях впрыска.

    Для реализации фазированной схемы впрыска топлива потребовались заметные доработки системы управления двигателем, обеспечивающие привязку алгоритма управления форсунками к фазам рабочего цикла цилиндров. По этому, двигатели, оборудованные фазированным впрыском топлива, дополнительно оснащены датчиком положения распределительного вала (датчиком фаз). Кроме того, блок управления такого двигателя потребовалось дооснастить ещё несколькими силовыми транзисторами, для управления каждой форсункой индивидуально. Кроме внесения изменений в блок
управления двигателем, потребовалось применение форсунок с более тонким распылом топлива, так как уменьшилась продолжительность процесса испарения топлива и смешивания его с воздухом. На некоторых двигателях, дополнительно, это позволило использовать режим работы при более бедной смеси (дополнительно потребовалось изменение конструкции впускного коллектора и применение заслонок завихрителей, для формирования вертикальных потоков воздуха в цилиндре).

   Следует заметить, что в момент пуска двигателя блок управления двигателем переключается на параллельную схему впрыска топлива, то есть, включает и выключает все топливные форсунки одновременно до тех пор, пока не распознает сигнал от датчика положения распределительного вала.
Дополнительно применяется асинхронный режим впрыска. В момент, когда водитель очень резко нажимает на педаль акселератора, некоторые блоки управления могут осуществлять впрыскивание дополнительного количества топлива несколькими малыми порциями в цилиндры, которые в данный момент находятся перед или вначале такта впуска.

Осциллограммы напряжения сигнала управления форсункой и сигнала от датчика положения дроссельной заслонки системы фазированного впрыска топлива в момент резкой перегазовки.

4  Осциллограмма напряжения выходного сигнала датчика положения дроссельной заслонки.

Осциллограмма напряжения управляющих импульсов топливной форсункой одного из цилиндров.

    Как видно из приведённым выше осциллограммам, на переходных режимах работы двигателя, в данном примере в момент резкого открытия дроссельной заслонки, система фазированного впрыска топлива может осуществлять дополнительные циклы впрыска топлива, дополнительно обогащая таким образом состав приготовляемой топливовоздушной смеси. Благодаря этому снижается вероятность возникновения пропусков воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндрах при работе двигателя на переходных режимах.

    В системах точечного впрыска топлива подавляющего большинства двигателей современных автомобилей реализован именно фазированный впрыск топлива.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о