Секреты газовых форсунок
Сегодня газобаллонное оборудование четвертого поколения на пике популярности. Чаще всего это комплекты, в которые входят узлы от разных производителей. На первый взгляд это неправильно, но в случае с ГБО такой подход оправдан. Например, газовые форсунки отличаются по ряду параметров.
Конструктивно газовые форсунки очень схожи с бензиновыми – исключение составляют всего несколько моделей. Но даже похожие по конструкции газовые форсунки существенно отличаются от бензиновых аналогов по своим параметрам. Так как объем испаренного в редукторе газа, подаваемого в цилиндры, в 250 раз превышает эквивалентную дозу бензина, все проходные сечения у газовой форсунки в десятки раз больше. Кроме того, газовые форсунки имеют низкое электрическое сопротивление – 1–3 Ом, в то время как у их бензиновых коллег оно составляет 16–17 Ом. Это обусловлено тем, что газовым форсункам необходимо пропускать через себя гораздо больше топлива (по объему). Соответственно, у них должна быть другая стратегия управления. Бензиновая форсунка открывается простым импульсом 12 В, но если такой же импульс подать на газовую, из-за низкого сопротивления обмотки она просто сгорит. Поэтому газовые форсунки открывают при помощи широтно-импульсной модуляции (см. графики 2), т.е. на форсунку подается первоначальный импульс, который открывает ее, потом импульс исчезает и снова появляется. Это происходит настолько быстро, что форсунка не успевает закрыться и обмотка при этом не перегревается.
Так как газ находится в испаренном состоянии, в отличие от бензина, нет необходимости в применении высокоточных распылителей, достаточно обычного штуцера, который установлен во впускном коллекторе около бензиновой форсунки
Важные параметры
У газовой форсунки, как, впрочем, и у бензиновой, есть ряд важных параметров, от которых зависит стабильность и равномерность работы двигателя, расход топлива, отказоустойчивость и др.
Один из важнейших параметров – линейность работы. Если форсунка открывается на 3 мс и выдает определенную порцию газа, то при ее открытии на 6 мс порция газа должна быть в два раза больше. При абсолютной очевидности подобных вещей у большинства бюджетных форсунок это не так. Характеристика их производительности не линейна. Использование таких форсунок ведет к перерасходу газа, потере мощности, преждевременному выходу из строя каталитического нейтрализатора, подгоранию клапанов и их седел. По этому параметру наилучшими считаются форсунки Hana, Barracuda и бесспорный эталон Keihin.
Другая важная характеристика – время реакции (отклика). Это время, через которое физически открывается форсунка после того, как на нее пришел сигнал (электрический импульс). Чем это время меньше, тем лучше. Как мы видим из графиков, первое место разделили Keihin и Barracuda, потом с большим отрывом идет Hana, а за ней Valtek. Форсунки Matrix очень быстро открываются, но очень медленно закрываются, что отрицательно сказывается на точности дозирования.
Кроме того, форсунки, установленные на одном двигателе, должны выдавать одинаковое количество газа на каждый цилиндр, т.е. должны иметь одинаковую производительность. Опять же, это не всегда так, особенно у недорогих моделей (см. график 1).
Так как форсункам приходиться работать в достаточно широком диапазоне температур – от -25 до +120 градусов, они должны обладать стабильностью параметров при изменении температур. На этот параметр влияет то, как детали форсунки меняют свои размеры под действием различных температур. Это зависит от качества применяемых материалов. Например, в газовой форсунке Barracuda плунжер изготовлен из металла с очень малым коэффициентом температурного расширения. Ход плунжера, который дозирует газ, очень маленький – около 0,5 мм. А если он увеличится в длину, он будет открываться на меньшую величину. Это снизит производительность форсунки со всеми вытекающими последствиями – падением мощности и ростом расхода топлива. У дешевых изделий ход плунжера из-за температурного «удлинения» может уменьшаться даже на 20%!
Очень важна стабильность характеристик и по мере износа форсунки. Это механический исполнительный элемент, который в процессе работы совершает миллионы циклов. И характеристика производительности может меняться. Очень важно, чтобы она на протяжении всего срока службы изменялась не более чем на 5%. Так, по информации производителя, форсунки Barracuda обеспечивают стабильную характеристику производительности на протяжении 300 млн. циклов (примерно 250 тыс. км пробега). На практике это еще не проверено из-за их новизны. А вот из уже проверенных форсунок, судя по отзывам установщиков, изделие Hana выхаживает около 200 тыс. км, Valtek – 50–70 тыс км, Matrix при отсутствии периодической чистки (очень боятся газового маслянистого конденсата в газе) – до 100 тыс. км. Если маслянистый конденсат зимой попадает в форсунки Matrix, электромагнитные катушечки не могут оторвать лепесток от седла, поэтому их обмотки перегорают.
Газовые форсунки: что это и как работает? Отличия газовых форсунок от бензиновых
Газовые форсунки – это специальные узлы ГБО, которые отвечают за дозирование горючего топлива. Иными словами, их главная функция заключается в распределении газа, поступающего из редуктора-испарителя, по цилиндрам. Исправная работа газовых форсунок обеспечивает оптимальную пропорцию газо-воздушной смеси в моторе, поэтому очень важно следить за их состоянием во избежание возможного возникновения тех или иных неполадок в работе транспортного средства.
Существуют два основных вида газовых форсунок:
Мембранные, у которых в качестве запорного устройства выступает отгибающаяся мембрана.
Штоковые, у которых запорным устройством является цилиндрический шток.
Мембранные газовые форсунки достаточно дорогие и их невозможно будет отремонтировать в случае возможной поломки. Кроме того, мембрана, которая отделяет электромагнитную часть от газовой, под влиянием агрессивной среды может довольно быстро износиться, вызвав тем самым необходимость полной замены узла. В среднем же срок службы мембранных газовых форсунок может достигать 200 тысяч пройденных километров.
Что касается штоковых газовых форсунок, то у них, по сравнению с мембранными, масса запорного устройства больше, поэтому они работают медленнее. Достоинство же штоковых форсунок заключается в их высокой надёжности, доступной цене и возможности ремонта в случае поломки. Срок эксплуатации этого вида форсунок в зависимости от фирмы-производителя может варьироваться в пределах 150-300 тысяч пройденных километров.
На сегодняшний день на рынке представлен широкий ассортимент газовых форсунок различных фирм-производителей: OMVL, Ловато, Valtek, Rail, BRC, Барракуда, AEB и др. Все их отличают друг от друга цена, тип конструкции, материал корпуса, срок эксплуатации и прочие технические характеристики.
Купить форсунки можно в любом специализированном магазине, обращая при этом внимание на:
- производительность;
- поколение ГБО;
- время открытия и закрытия запорного устройства;
- возможность проведения ремонта;
- материал корпуса;
- срок эксплуатации;
- тип топлива;
- электрическое сопротивление катушки;
- рабочее давление и его максимальное значение и пр.
Принцип работы газовых форсунок
Принцип действия газовых форсунок довольно прост и понятен. Газ из баллона поступает в редуктор-испаритель, где преобразовывается в пар. Далее он подаётся на форсунку, где клапан по сигналу, поступающему от электронного блока управления, открывает и закрывает подачу газа на жиклер, а затем подаётся в камеру сгорания. Поскольку газовые форсунки в этот момент работают вместо бензиновых, то блок управления, благодаря нужным прошивкам, полностью контролирует происходящее.
Газовые и бензиновые форсунки: основные отличия
Несмотря на то, что конструктивно газовые форсунки практически не отличаются от бензиновых, по своим параметрам – это два совершенно разных узла.
Во-первых, сечение газовой форсунки значительно больше, чем у бензиновой, что обуславливается особенностями работы газобаллонного оборудования и необходимость обладать большей пропускной способностью.
Во-вторых, отличие газовых форсунок от бензиновых заключается в их электрическом сопротивлении. У бензиновых форсунок оно составляет порядка 17 Ом, у газовых – 3 Ом. Такое низкое значение сопротивления обусловливается тем, что автомобиль на газовой смеси потребляет больший объём топлива и, следовательно, применяется совсем другой способ управления подачей горючего.
В-третьих, открытие бензиновой форсунки происходит за счёт воздействия простого импульса в 12В, в то время как газовая форсунка открывается посредством широтно-импульсной модуляции. Если бы газовая форсунка также открывалась за счёт подачи простого импульса, то из-за небольшого сопротивления обмотки она бы попросту сгорела. В свою очередь, широтно-импульсная модуляция происходит так быстро, что форсунка не успевает закрыться, исключая возможность перегрева обмотки.
В-четвёртых, поскольку газ находится в испаренном состоянии, то, по сравнению с бензином, нет необходимости применять высокоточные распылители. Достаточно будет обычного штуцера, установленного во впускном коллекторе рядом с бензиновой форсункой.
Таким образом, газовые форсунки являются важнейшим элементом системы ГБО, от состояния которых непосредственно зависит бесперебойная работа газового оборудования и транспортного средства в целом. Чтобы избежать неприятных ситуаций, следует регулярно чистить и промывать форсунки, а также производить их замену в случае крайней необходимости.
В чём главная фишка ГБО шестого поколения
Переводить бензиновый автомобиль на газ специалисты научились давно. Первые системы ГБО были бесхитростными. В машину устанавливался резервуар для топлива (баллон) с клапаном подачи и газовый редуктор. Всё это соединялось газовыми магистралями с форсунками, врезанными во впускной коллектор. С годами система обросла множеством электромагнитных клапанов и датчиков, позволяющих максимально обезопасить и тонко настроить систему. Регулировку подачи газа поручили специальным «мозгам». Работало ГБО по простому принципу: жидкий газ под естественным давлением поступал из баллона в газовый редуктор, где подогревался горячей охлаждающей жидкостью, испарялся и впрыскивался через газовые форсунки в каналы впускного коллектора.
И всё бы ничего, вот только конструкция моторов за последние годы сильно усложнилась: в моду вошли малообъёмные движки с системой непосредственного впрыска и топливным насосом высокого давления. Использовать старые системы ГБО на них стало попросту невозможно. Газовщикам пришлось искать выход из непросто ситуации, и они его нашли.
В ГБО пятого поколения газовый редуктор исчез. Для обеспечения должного давления в баллон вмонтировали насос, напоминающий тот, что стоит в бензиновом баке. Это позволило поднять давление в газовой магистрали до 15–16 атмосфер. Запуск мотора стал возможен непосредственно на газе. Однако этого успеха производителям газобаллонного оборудования показалось мало. Они решили полностью избавиться и от отдельных газовых форсунок.
На ГБО шестого поколения впрыск газа и бензина осуществляется через стандартные бензиновые форсунки. Это позволяет минимизировать количество компонентов и повысить надёжность системы. Единственное, что подвергается модернизации, – это бензиновая магистраль, в которую врезают специальный согласующий модуль. Размеры системы сопоставимы с размерами небольшого аккумулятора. Отдельный блок управления таким ГБО тоже не нужен. Регулировкой высоты поднятия клапана, углом опережения зажигания, и другими параметрами заведуют штатные «мозги» автомобиля.
Блок согласования, установленный после штатного бензинового ТНВД, позволяет машине легко переходить с одного вида топлива на другое. Как бензин, так и газ идут по одним и тем же топливным магистралям.
При переходе автомобиля на альтернативное топливо газ из баллона нагнетается насосом в блок согласования в жидком виде. Там же блокируется подача бензина. Газ начинает идти к форсункам по бензиновому каналу. В момент пропуска газа через бензиновый насос происходит корректировка давления топлива. Форсунки впрыскивают газ ровно так же, как и бензин, смазываясь и охлаждаясь жидким топливом. В системе предусмотрен обратный клапан, позволяющий невостребованному топливу возвращаться в баллон. Такая система не просто позволяет подвести автомобили под жёсткие нормы Euro 5 и Euro 6, но и избавляет от ряда компонентов, в том числе от фильтрующего элемента (сгорание всех примесей происходит внутри двигателя).
Ухищрения разработчиков увенчались небывалым успехом. ГБО шестого поколения позволило сравнять экономичность и мощность работы мотора на бензине и газе, а также обеспечить высокую надёжность устройства.
Назвать ГБО 6-го поколения простым, разумеется, нельзя. Для удержания смеси пропан-бутан в жидкой фазе применяется несколько насосов. Как только начинается подача газа из баллона в топливную магистраль, происходит первая ступень сжатия. На следующем этапе газ накачивается в подкапотном пространстве. Перед каждой бензиновой форсункой также стоят дополнительные индивидуальные насосы.
Цена у такой установки получилась кусачей – в районе двух–трёх тысяч евро. Ещё одним недостатком стала полная неспособность ГБО работать на метане. Как бы то ни было, именно эта технология действительно может позволить любым машинам с непосредственным впрыском топлива играючи конкурировать с набирающими популярность электрокарами. Встретить её сегодня можно даже на китайских авто.