Карбюратор или впрыск?

                « Размышления автолюбителя».
 
1. Системы питания бензинового двигателя разнообразны. Конструктивные отличия систем питания имеют решающее значение в определении качества приготавливаемой ими топливной смеси. Качество топливной смеси, является определяющим фактором в определении детонационной стойкости, и времени горения топливной смеси. Названные параметры топливной смеси определяют рабочие характеристики двигателя. Увеличение детонационной стойкости топливной смеси, позволяет увеличить наполнение цилиндра двигателя смесью и увеличить максимальный крутящий момент двигателя. Уменьшение времени горения смеси снижает тепловые потери, увеличивает максимальный механический момент двигателя и перемещает его в область более высоких оборотов двигателя.
Компьютерное управление работой бензинового двигателя позволяет контролировать и управлять процессами смесеобразования и горения топливной смеси. Исполнительная часть, дозированный впрыск, обладает существенными недостатками:
1.1. Равномерное распределение топлива в объеме воздуха возможно только при максимальной нагрузке двигателя, когда время работы форсунки соизмеримо со временем движением поршня при впуске.
1.2. Время на испарение топлива составляет от 0,5 до 1,0 от времени одного оборота  двигателя. У карбюраторного двигателя от 1,5 до 2,0 от времени одного оборота  двигателя. В зависимости от объема впускного коллектора.
1.3. Наличие катализатора в системе выпуска и необходимость обеспечения температурного режима катализатора, при взаимодействии с ним отработанных газов.
1.4. Катализатор удаляет только 90% вредных выбросов, в следствии этого токсичность отработанных газов выше чем у карбюраторного двигателя. В связи с более высокой температурой горения смеси и отсутствия избытка кислорода.
 Указанные недостатки  усложняют конструкцию автомобиля и не позволяют получить максимально возможную полезную работу при горении топливной смеси. Ограничивают максимальный крутящий момент и мощность двигателя.
 Карбюратор представляет собой прибор, обеспечивающий автоматическое дозирование топлива, его испарение и смешивание с воздухом, а также регулирование количества смеси подаваемой в цилиндры двигателя. Экономичное массовое соотношения воздуха и бензина - 1 часть топлива на 16,5 частей воздуха.
Недостатком карбюратора является отсутствие системы контроля токсичности отработанных газов. Но при наличии избытка воздуха это требование предъявляется только к холостому ходу двигателя и контролируется один раз в год.
 Благодаря простоте и надежности в эксплуатации, многие автолюбители остаются верными карбюраторному автомобилю.

2. Зажигание.
Система зажигания ВАЗ 2106 является достаточно  мощной, характерная особенность зажигания ВАЗ 2108 -  высокая стабильность искры. Дальнейшее развитие - плазменное зажигание гораздо более мощное, способное воспламенять бедные смеси.
 Мощность искры должна быть достаточной для холодного пуска двигателя. Время горения смеси мало зависит от источника воспламенения. Температура, массовое соотношение смеси, наполнение цилиндра, форма и размеры камеры сгорания, расположение свечи зажигания, обороты двигателя и момент зажигания - определяют время горения смеси. Быстрое горение смеси увеличивает крутящий момент двигателя, поскольку смесь сгорает в меньшем объёме.
Первоначальный угол опережения определён режимом холостого хода. Как правило, составляет 5-7 градусов (ВАЗ 2101) 0 градусов (ВАЗ 2108). Дополнительный угол опережения зажигания определяется центробежным регулятором пропорционально оборотам двигателя 15 градусов М-412, 30 градусов ВАЗ-2101. Вакуумным регулятором соответственно разряжению в коллекторе впуска, при разряжении от 0,1кг/см2 до 0,2кг/см2, соответственно от 0 до 7-10 градусов. Задача регулирования угла опережения зажигания - воспламенить смесь так чтобы нарастание давления при горении не вызвало детонацию (не слишком рано), и не было бы слишком малым (не слишком поздно). Ранее зажигание вызывает детонацию, позднее зажигание приводит к горению топливной смеси с малым рабочим давлением. Момент зажигания определяет мощность и экономичность двигателя.
Максимальное давление, при горении топливной смеси, без проявления детонации, определяет максимально допустимое наполнение камеры сгорания топливной смесью. Размеры и форма камеры сгорания, расположение свечи зажигания, обороты двигателя и угол опережения зажигания, допустимое наполнение цилиндра топливной смесью, определяют степень сжатия для топливной смеси, приготовленной системой питания.
Очевидно, что максимальное давление в цилиндре может быть создано лишь при его достаточном наполнении. Реальное наполнение двигателя не превышает 0,85. Максимальное наполнение на наивысшей скорости составляет 0,74-0,79. Падение крутящего момента двигателя на высоких оборотах вызвано уменьшением наполнения цилиндра топливной смесью, время рабочего хода поршня уменьшается, горение происходит в большем объёме.
На высоких оборотах двигателя, искусственно занижается наполнение цилиндров, посредством калибровки впускного коллектора воздушного фильтра. Иначе топливо плохо испаряется посредством разряжения в цилиндре двигателя и медленно сгорает.
  Увеличение времени горения смеси, происходит при разгоне автомобиля, если чрезмерно открыть дроссельную заслонку. Снижение разряжения в цилиндре и уменьшение температуры рабочей смеси (в состав которой входят отработанные газы) приводит к увеличению времени горения смеси, двигатель перестаёт тянуть. Оживить двигатель, можно только уменьшив наполнение цилиндров новой топливной смесью. Так называемый эффект передавливания педали акселератора. Чтобы его исключить стали применять электронную педаль акселератора.
  За наполнение двигателя принимается объем вновь приготовленной карбюратором смеси, на два полных оборота двигателя, приведённый к нормальным условиям, отнесённый к рабочему объему двигателя. Время горения смеси зависит от наполнения цилиндра, и совместно с ним определяет крутящий момент двигателя, в зависимости от оборотов двигателя и угла опережения зажигания.

3. Энергетические затраты на равномерное движение автомобиля.
Статическое сопротивление шин качению, это усилие необходимое для начала движения автомобиля, зависит от конструктивных особенностей шин.
Шины диагональной конструкции имеют контакт с поверхностью дороги по форме напоминающий эллипс, обладают большим сопротивлением движению, чем
шины радиальной конструкции, имеющие контакт с поверхностью дороги по  форме напоминающий прямоугольник.
 Динамические потери в шинах разделяются на две составляющие. Потери, связанные с передачей усилия тяги двигателя, линейно зависящие от крутящего момента двигателя. И собственные динамические потери, связанные с изменением формы шины при качении, пропорциональные квадрату скорости движения автомобиля.
Сопротивление воздуха движению автомобиля имеет динамическую и статическую составляющие. Динамическая составляющая линейна квадрату скорости автомобиля, связана с перемещением массы воздуха. Статическая составляющая, связана с разностью давления передней и задней поверхности кузова автомобиля.
Общие затраты энергии на равномерное движение автомобиля складываются из суммы затрат на преодоление сопротивления воздуха, статических и динамических потерь в шинах. Которые могут быть определены как сумма постоянной и переменной части. Постоянная величина равна статическому сопротивлению шин качению, величина переменной части определяется пропорционально квадрату скорости движения автомобиля.
Не смотря на столь вольный подход к определению нагрузки на двигатель, нагрузочная характеристика обладает достаточно высокой точностью.
Статическая нагрузка на двигатель для ВАЗ 21063 составляет 20,6 и 86,3 н*м. При скорости автомобиля на четвертой передаче от 40 до 140 км/ч. на прямой передаче.
Статическая нагрузка на двигатель ВАЗ 21093 - 26,3 и 110 н*м. При скорости автомобиля на пятой передаче от 70 до 170 км/ч. на пятой передаче.
 
4. Распределение тепловой энергии в бензиновом двигателе, внутреннего сгорания при равномерном движении автомобиля.               
Энергия, полученная путём сгорания топливной смеси разделяется на три основные части. Механическая работа. Тепловая энергия, отработанных газов. Тепловая энергия, переданная охлаждающей жидкости.
Наименование линий графика, сверху в низ по правой стороне.
1. Расход топлива * 10 литров/100 км.
2, Показание прибора - разряжение в коллекторе.
3. Разряжение в цилиндре.
4. Наполнение цилиндра топливной смесью.
5. Тепловой коэффициент, в зависимости от наполнения цилиндра и оборотов двигателя.
6. Механическая работа смеси.
7. Механическая работа на валу двигателя.
8. Работа впуска топливной смеси.
9. Работа выпуска отработанных газов.
Механическая работа разделяется на работу движения автомобиля, впуск рабочей смеси, выпуск отработанных газов, динамические потери, привод клапанов, масляного насоса, помпы охлаждения, генератора.
Тепловая энергия отработанных газов разделяется на работу, которую газ совершает при открытии клапана и остаточное тепло нагретых газов.
Для ВАЗ 21063 наполнение цилиндра двигателя смесью изменяется от 30,0 до 79,0%, от рабочего объёма двигателя, при изменении скорости автомобиля от 40 до 140 км/час.
4.1. Работа впуска пропорциональна разности давления в цилиндре и атмосферного давления, изменяется от 5,5-2,2%.
4.2. Работа выпуска пропорциональна количеству рабочей смеси и квадрату скорости автомобиля, изменяется от 2,0-4,0%.
4.3. Работа на движение автомобиля, изменяется от 8,1-29,6%.
4.4. Энергия, переданная охлаждающей жидкости, изменяется от 3,2-21,8%.
4.5. Тепловая энергия, нагретых отработанных газов, изменяется от 4,5-17,4%.
4.6. Разряжение в цилиндре двигателя и наполнение новой смесью связаны функционально и зависят от степени сжатия двигателя, изменяется от 0,38-0,75 от атмосферного давления.
4.7. Расход топлива пропорционален наполнению цилиндра двигателя, умноженному на постоянный коэффициент (зависящий от объёма двигателя, степени сжатия, времени горения смеси и прямой передачи - для ВАЗ 21063 равен  16.
Расход топлива изменяется от 4,72-10,9 Л/100км. 12,0/16 = 0,75 максимальное наполнение цилиндра топливной смесью.

5. Мощность двигателя.
Поскольку мощность, объём, вес и линейные размеры двигателя связаны между собой. Мощность, приходящаяся на единицу рабочего объёма двигателя, является универсальной характеристикой двигателя.
Мощность на единицу объёма камеры сгорания, характеризует качество работы систем питания и зажигания, детонационную стойкость смеси и камеры сгорания, экономичность двигателя. Тепловой коэффициент двигателя зависит от степени сжатия и угла открытия выпускного клапана.
  Максимальная мощность двигателя зависит от рабочего объёма, теплового коэффициента двигателя, теплотворной способности топлива, времени горения и детонационной стойкости смеси.
Увеличение наполнения двигателя смесью, увеличивает механическую работу, совершаемую рабочими газами пропорционально.
Степень сжатия и наполнение определяют начальное давление при воспламенении смеси. Начальное давление воспламенения, время горения смеси и скорость вращения двигателя - определяют рабочее давление горения и реальную степень сжатия двигателя. Увеличение детонационной стойкости смеси, позволяет увеличить наполнение двигателя топливной смесью, и крутящий момент двигателя. Уменьшение времени горения смеси, позволяет уменьшить тепловые потери и увеличить максимальную мощность двигателя.

6. Влияние прямой передачи, объёма двигателя и степени сжатия, на расход топлива при равномерном движении автомобиля.
Прямая передача автомобиля рассчитана таким образом, чтобы максимально возможная скорость автомобиля была достигнута при максимально допустимой паспортной  мощности двигателя.
  Если увеличить прямую передачу, либо уменьшить размер шин, произойдет уменьшение максимальной скорости автомобиля на максимальных оборотах двигателя. Двигатель окажется недогруженным. Аналогичный результат будет получен, если просто увеличить рабочий объем двигателя. Объём камеры сгорания и самого двигателя (при сохранении степени сжатия двигателя) увеличивается, что приведёт к увеличению работы впуска, и снижению рабочего давления.
  Уменьшение рабочего давления произойдёт при уменьшении степени сжатия двигателя. Расход топлива при этом увеличится. Обратные действия приведут к уменьшению расхода топлива, в ущерб динамики автомобиля и его максимальной скорости.

7. Экономичность двигателя.
Экономичность двигателя, при равномерном движении автомобиля, зависит от объёма камеры сгорания, степени сжатия, теплового коэффициента двигателя, передаточного числа коробки передач и главной передачи, времени горения смеси.
Чем выше детонационная стойкость топливной смеси, тем выше допустимое наполнение цилиндра, тем меньше достаточный рабочий объём двигателя на туже требуемую мощность. Тепловой коэффициент двигателя зависит от степени сжатия и угла открытия выпускного клапана.
Уменьшение времени горения топливной смеси увеличивает тепловой коэффициент двигателя. 
Увеличивать степени сжатия выше 9,0 нецелесообразно, снижается литражная мощность, при незначительном росте экономичности автомобиля.
Снижение расхода топлива современных автомобилей получено в основном благодаря уменьшению сопротивления воздуха при движении автомобиля, снижению сопротивления шин качению, уменьшению передаточного числа прямой передачи, уменьшению объема камеры сгорания, увеличения детонационной стойкости топливной смеси, при увеличении октанового числа применяемого топлива.
               
8.  Возможности карбюратора «Feniks».
Двигатель ВАЗ-21093. Степень сжатия 9,9 (8,5). Рабочий объём 1500 см3.
Мощность двигателя при скорости автомобиля 180 км/час. Составляет 82,9 при наполнении 0,758 (82,9 при наполнении 0,772)Л.С. при 5600об/мин.
Максимальная мощность двигателя оставляет 90,93 при наполнении 0,838 (90,93 при наполнении 0,803)Л.С. при 5600об/мин.
Максимальный крутящий момент двигателя 124 (150) н*м. при 3750 об/мин.   
Расход топлива при скорости 60 км/час составляет 5,11 (5,45) Л/100км.
Расход топлива при скорости 100 км/час составляет 6,75 (7,05) Л/100км.
Расход топлива при скорости 120 км/час составляет 8,24 (8,47) Л/100км.
Мощность на единицу объёма двигателя 44 кВт/1000см3. 60 ЛС/1000 СМ3. Топливо стандартное А-92.
Не забываем, что 08 двигатель имеет 8 клапанов, что ограничивает мощность.
Коэффициент использования воздуха у инжектора больше на 1,1.
А экономичность двигателя, в следствии увеличения использования воздуха на 1,1 хуже.
Многие пользователи, пересев на инжекторный автомобиль, ожидали экономию топлива. А потом грешили на динамику автомобиля, которая провоцирует воителя на более интенсивный стиль вождения. Но перейдя на более плавную динамику, так и не получили экономию топлива. Перерасход в 10% никуда не спрячешь.
Основные характеристики ВАЗ 21124.
Двигатель - 1,6 Л. 16 клапанов. 91 Л.С. при 5600 об/мин.
Крутящий момент, Н*м / оборотов в мин. - 130/3700.
Расход топлива при скорости 100 км/ час. 7,4-7,6 Л./100 км.
Максимальная скорость - 185 км/ч.
Рекомендуемое топливо - АИ-95.
Подводя итоги, что можно сказать?
Динамку автомобилю дает крутящий момент двигателя. Инжекторный двигатель имеет 2,5% плюсом, но в то же время имеет на 4,8% больше расход топлива, в той же геометрии двигателя.
Что бы избавится от перерасхода топлива, увеличили объем двигателя с 1,5 на 1,6 Л. Но даже в этом случае, согласно тепловому расчету, перерасход остается в 1,75%. Тогда пошли на уменьшение камеры сгорания с 42,13 на 40.0 см3. и получили экономию топлива в 3,0 %. В ущерб уменьшения максимального момента двигателя.
Карбюраторный двигатель может выдать 100 Н. на один литр рабочего объема двигателя. Инжекторный двигатель выдает только 96,66 Н. на один рабочий объема двигателя, а большего объема двигатели и того меньше, при уменьшении максимального числа оборотов двигателя и соответственно уменьшения его мощности.
Кто-то мне скажет, что более новое оборудование, не может быть хуже в эксплуатации и полезности. А я в ответ скажу следующее. Это просто бизнес, и ничего личного. Экономичность инжектора вовсе не заслуга системы питания, а заслуга топлива и металла.
Каждый в праве остаться при своем мнении.
   
9. Секреты топливной смеси.
  Двигатель ВАЗ-21011.  карбюратор «Feniks». Степень сжатия двигателя 8,5 объём 1300 см3. Первоначальное опережение зажигания 0 градусов. Вакуумный регулятор опережения зажигания подключен к впускному коллектору с помощью дроссельного устройства. Для обеспечения опережения зажигания при холостом ходе двигателя.
Мощность – 85 л.с. при наполнении 0,78 (5600 об/мин). Максимальный крутящий момент 130 н*м. (4500 об/мин). Паспортная мощность 69 л.с. достигнута при наполнении двигателя 0,63. Расход топлива при равномерном движении 90 км/час снижен на 10%. И составил 6,3 Л/100км.
Уменьшение времени горения смеси позволили увеличить реальную степень сжатия и получить прирост мощности двигателя в 1,23 раза.
Быстрое горение и высокая детонационная стойкость смеси, позволяют получить экономичность дизеля, сохранив мягкость и мощность бензинового двигателя.
Карбюраторная система питания позволяет применение низко октанового топлива, при сохранении максимального крутящего момента двигателя. Обеспечивает мягкую работу двигателя на низких оборотах. Не требует применение дорогостоящих катализаторов в системе выпуска и компьютерной системы управления двигателем. Надёжна и проста в эксплуатации. 205 тысяч пробег, на самом дешевом топливе в округе, никакой детонации, и ни один клапан не прогорел.

10. Детонация.
При детонации, воспламенение смеси носит взрывной характер. Фронт пламени проходит по всему объёму смеси с высокой скоростью. Форма и температура стенок камеры сгорания, расположение свечи зажигания играют в этом процессе не последнюю роль. Несгоревшее при этом топливо, медленно догорает. Более высокая скорость горения смеси в близи поверхности камеры сгорания, приводит к охвату несгоревшей части смеси пламенем, с чрезмерным нарастанием давления. Температура стенок и форма камеры сгорания определяют детонационную стойкость двигателя.                Желаю успеха «ЛИХАЧЕВ» 16 декабря 2005г.