ЭКОНОМАЙЗЕР ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Бурный рост автомобильного парка мира приводит к тому, что вопрос снижения расхода топлива и уменьшения токсичности отработавших газов автомобильных дви­гателей становится с каждым годом все более острым. В связи с этим специалисты уделяют большое внимание разработке различных устройств, в том числе и элек­тронных, способствующих улучшению работы двигателя внутреннего сгорания. К числу таких устройств относится и описываемый ниже экономайзер, вступающий в действие на режиме принудительного холостого хода двигателя.

Режим принудительного холостого хода (ПХХ) автомобильного двигателя харак­теризуется повышенной частотой вращения коленчатого вала двигателя при отпу­щенной педали акселератора, т. е. при закрытой дроссельной заслонке карбюрато­ра. На этом режиме коленчатый вал вращается не за счет энергии сгорания топлива, а благодаря инерции движущегося автомобиля. Установлено, что подача топлива в цилиндры на ПХХ не только бесполезна, но и вредна, поскольку из-за неполного его сгорания на этом режиме происходит резкое увеличение количества токсичных компонентов в отработавших газах автомобиля. В условиях городского движения доля режима ПХХ в полном времени работы автомобиля не превышает обычно 20...30%, а в условиях горных дорог приближается к 50% (торможение двигателем на спусках).

Если карбюратор автомобильного двигателя снабдить клапаном, отключающим подачу топлива на время ПХХ, то удается существенно снизить расход топлива и загрязнение атмосферы токсичными веществами. Экономия топлива в этом слу­чае равна его расходу на холостом ходу двигателя, умноженному на время, в тече­ние которого клапан закрыт. Как показали испытания, при выработке водителем определенной манеры вождения автомобиля экономия горючего в условиях города может достигать 5% и более.

Серийный карбюратор нового легкового автомобиля ВАЗ-2105 уже оснащен по­добным экономайзером. Некоторые модели карбюраторов, например у автомобиля ВАЗ-2103, снабжены электромагнитным клапаном, служащим для исключения не­контролируемой работы двигателя от калильного зажигания. Этот клапан можно при­способить также и для отключения подачи топлива на режиме ПХХ. Принципиально возможна установка такого клапана на карбюратор любого автомобильного двигате­ля, однако здесь встречаются известные трудности, связанные с введением в кон­струкцию готового карбюратора дополнительного механизма.

При наличии электромагнитного клапана на карбюраторе введение экономайзе­ра сводится к установке на двигатель датчика закрытого положения дроссельной заслонки, а также электронного блока, который на основании информации о частоте вращения коленчатого вала двигателя вырабатывает сигнал, управляющий работой  клапана. В качестве датчика закрытия дросселя проще всего использовать микропе­реключатель подобно тому, как это сделано у карбюратора автомобиля BA3-210S. При этом придется несколько изменить привод дросселя карбюратора [1].

Электронный блок экономайзера можно изготовить по несложной схеме, изо­браженной на рис. 1. Активными элементами блока являются две микросхемы DD1 и DD2. На резисторах Я/-ЯЗ, конденсаторах СУ-СЗ, диодах VD1, VD2 и логическом элементе DDI. 1 собран формирователь импульсов, поступающих от контактов пре­рывателя системы зажигания двигателя. Триггер DD2.1 служит для выделения пери­ода повторения этих импульсов. Через буферный элемент DD1.2 сигнал поступает на формирователь временного интервала, состоящий из конденсатора С4, резисто" ров Я4, Я5 и элемента DD1.3. Триггер DD2.2 срабатывает при повышенной частоте вращения коленчатого вала (повышенной условно можно считать частоту вращения, превышающую 1500 мин^-'). Элемент DD1.4 работает усилителем мощности. Контак­ты микропереключателя S1, кинематически связанного с приводом дросселя кар­бюратора, на схеме показаны в положении, соответствующем закрытому дросселю

При минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу (около 800 мин^-1) реле К1 выключено и через его замкнутые контакты К1.1 и обмотку электромагнита клапана протекает ток, что обеспечивает нормальную по­дачу топлива через систему холостого хода карбюратора. После нажатия на педаль управления дросселем подвижный контакт группы S1 переключается в нижнее по схеме положение. При этом включается реле К1, его контакты К1.1 размыкаются, но клапан остается открытым, так как ток через обмотку его электромагнита продол­жает протекать через контакты S1, и топливо продолжает поступать к двигателю. Таким образом, при нажатой педали акселератора работа двигателя не зависит от экономайзера.

Если отпустить педаль при частоте вращения коленчатого вала, превышающей заданное значение (около 1500 мин^-1), то реле К1 останется включенным (контакты К1.1 разомкнуты). В этом случае обмотка клапана будет обесточена, поскольку при отпускании педали контакты S1 вновь перейдут в первоначальное положение и По­дача топлива через систему холостого хода карбюратора прекратится. При умень­шении частоты вращения коленчатого вала двигателя до 1500 мин ' реле К1 выключается и подача топлива возобновляется. Следовательно, клапан прекращает пода­чу топлива на всех режимах, характеризующихся повышенной частотой вращения вала двигателя при закрытой дроссельной заслонке карбюратора, т. е. на режи­мах пхх.

Рассмотрим временную диаграмму напряжений на выходе некоторых элементов блока (рис. 2). На выходе элемента DD1.1 формируется импульсная последователь­ность с текущим значением периода Т. При нажатой педали акселератора триггер DD2.2 блокирован в единичном состоянии, а триггер DD2.1 работает и счетном ре­жиме, поэтому на выходах элементов DDI.2 и DD1.3 формируются импульсы с пери­одом повторения, равным 27", На выходе элемента DD1.3 формируются импульсы с паузой f_n, которая изменяется следующим образом: при низкой частоте вращения вала двигателя, когда период повторения импульсов Г больше некоторого заданно­го значения т, пауза равна т, т. е. при 7 > т t_n = т (рис. 2а); при повышенной частоте вращения вала, когда период повторения импульсов Т меньше т, пауза

При отпущенной педали управления дросселем карбюратора триггер DD2.2 ра­ботает как элемент сравнения текущего значения Г с паузой т. После отпускания педали частота вращения вала двигателя уменьшается (период Т повторения им­пульсов увеличивается), и в момент, когда текущее значение периода повторения Т. превысит т, триггер возвращается в нулевое состояние. Этот процесс показан на рис. 3. Для наглядности эта временная диаграмма утрирована, реально период повторения импульсов системы зажигания не увеличивается столь быстро.

Для четырехтактного четырехцилиндрового двигателя на частоте вращения вала, равной 1500 мин^-1, период повторения импульсов системы зажигания равен 20 мс, поэтому формирователь временного интервала должен быть настроен на 20 мс. Это значение определяет порог возобновления подачи топлива.

Если установить этот порог ниже 1500 мин*', то эффективность экономайзера несколько возрастет, однако при этом увеличивается вероятность случаев, когда двигатель, особенно недостаточно прогретый, может останавливаться.

Все резисторы должны иметь мощность рассеяния не менее 0,5 Вт. Конденсатор С1 — бумажный на рабочее напряжение около 300 В. Конденсатор С4 желательно использовать К40У-2 или К40У-9. Конденсатор С7 — К50-6. Остальные конденсато­ры — керамические. Реле К1 — РЭС-10, паспорт РС4.254.303.

Для налаживания электронного блока экономайзера понадобятся генератор пря­моугольных импульсов и осциллограф. Генератор должен иметь выходной сигнал положительной полярности амплитудой 10... 15 В, при этом период повторения им­пульсов нужно установить не менее 20 мс (частота следования — не более 50 Гц). Контакты микропереключателя S1 должны находиться в положении, противополож­ном показанному на схеме. Вывод 1 триггера DD2.1 отключают и соединяют его с выходом генератора. Для измерения длительности паузы т выход элемента DD1.3 (вывод 8) соединяют с входом /осциллографа и подбирают резистор Я5 до получе­ния длительности паузы 20 мс. Методика налаживания блока без использования дополнительных приборов описана ниже.

Перед проверкой работы экономайзера на автомобиле для визуальього контро­ля параллельно обмотке клапана временно подключают маломощную лампу накали­вания на напряжение 12 В. Запускают и прогревают двигатель, устанавливают час­тоту вращения вала, соответствующую холостому ходу. Далее останавливают двига­тель и регулируют работу датчика закрытия дросселя карбюратора. Методика этой операции подробно описана в [1] и поэтому здесь не рассматривается.

Снова запускают двигатель и приоткрывая дроссель, устанавливают частоту вра­щения вала более 1500 Мин^-1. При последующем резком закрывании дросселя кон­трольная лампа должна на некоторое время погаснуть, а затем вновь загореться. Чем выше частота вращения, до которой предварительно разгонятся вал двигателя, тем дольше должно быть время погасания лампы. В связи с разбросом параметров стабилитронов VD3, VD4 может понадобиться регулировка формирователя импуль­сов. Если после разгона двигателя до частоты вращения вала, близкой к максималь­ной (около 6000 мин^-1), и последующем закрытии дросселя лампы гаснет не сразу, а с некоторым запаздыванием, то необходимо несколько уменьшить номинал рези­стора R3.

Затем необходимо проверить герметичность клапана на карбюраторе. При рабо­те двигателя на минимальной частоте вращения нужно отключить обмотку клапана, это должно вызвать быструю остановку двигателя. Если двигатель останавливается не сразу, клапан не герметичен и не сможет обеспечить нормальной работы эконо­майзера.

Далее проверяют работу экономайзера при движении автомобиля. Контрольная лампа должна кратковременно гаснуть при всех переключениях передач, а также гаснуть на длительное время на режимах торможения двигателем. В связи с тем, что прерыватель системы зажигания передает информацию о частоте вращения вала двигателя с некоторым искажением [2], полезно проконтролировать порог возоб­новления подачи топлива в движении. Для этого следует разогнать автомобиль до скорости около 50 км/ч, а затем на прямой передаче, отпустив педаль управления дросселем (при этом контрольная лампа должна погаснуть), определить показание спидометра в момент, когда снова загорится контрольная лампа. При правильной работе блока это должно произойти при скорости 35 км/ч. Если скорость, при кото­рой загорается контрольная лампа, вышеуказанной, то следует подобрать резистор R5 большего номинала. После проведения указанных операций налаживание блока можно считать законченным и контрольную лампу отключить.

Необходимо отметить, что использование в блоке интегральных микросхем вы-сйкопороговой логики (серии К511) позволило достичь высокой его помехоустойчи­вости, что при установке на автомобиль особенно важно в связи со значительным уровнем помех от системы зажигания и других потребителей, подключенных к бор­товой сети. Для питания микросхем использовано напряжение, пониженное по сравнению е рекомендуемым (около 11 В вместо 15), однако практика показывает, что это не сказывается отрицательно на работе экономайзера.

ЛИТЕРАТУРА

1.  Дмитриевский А., Тюфяков А. УЭТ «Каскад»,— За рулем, 1980, №7, с. 18.

2.  Осипов Г., Яковлев Г. ВАЗ-2105. Система питания.— За рулем, 1980, № 12, с. 16.

3. Дмитриевский А., Тюфяков А. «Озон» и «Каскад».— За рулем, 1981, № 3, с. 24.

4.  Покровский Г., Ефременков С, Банников В. Измерение частоты вращения коленчатого вала

двигателя на переменных режимах.-^ Автомобильная промышленность, 1978, № 8, с. 6.

Журнал «Радио», 1982, № 11, с. 27