Hvordan drivstoffinjeksjonssystemer fungerer

  • Yurii Mongol
  • 0
  • 2006
  • 619

En typisk elektronisk drivstoffinjektor. Se flere bilmotorbilder.
Neste
  • Drivstoffinjeksjonsquiz
  • Slik fungerer tennsystemer for biler
  • Hvordan bensin fungerer
  • TreeHugger.com: Topp 5 interne kombinasjonsteknologier

I forsøk på å følge med på utslipps- og drivstoffeffektivitetslover har drivstoffsystemet som brukes i moderne biler endret seg mye gjennom årene. Subaru Justy i 1990 var den siste bilen som ble solgt i USA for å ha en forgasser; året etter hadde Justy drivstoffinjeksjon. Men drivstoffinnsprøytning har eksistert siden 1950-tallet, og elektronisk drivstoffinjeksjon ble brukt mye på europeiske biler fra og med 1980. Nå har alle biler som er solgt i USA drivstoffinjeksjonssystemer..

I denne artikkelen lærer vi hvordan drivstoffet kommer inn i sylinderen til engien, og hvilke uttrykk som "multi-port drivstoffinnsprøytning" og "gass med drivstoffinnsprøytning".

-For det meste av eksistensen av forbrenningsmotoren har forgasseren vært enheten som leverte drivstoff til motoren. På mange andre maskiner, for eksempel gressklippere og motorsager, er det fremdeles. Men etter hvert som bilen utviklet seg, ble forgasseren mer og mer komplisert å prøve å håndtere alle driftskravene. For eksempel for å håndtere noen av disse oppgavene, hadde forgassere fem forskjellige kretsløp:

  • Hovedkrets - Gir akkurat nok drivstoff for drivstoffeffektiv cruising
  • Tomgangskrets - Gir akkurat nok drivstoff til å holde motoren på tomgang
  • Gasspumpe - Gir en ekstra brenning av drivstoff når gasspedalen først er trykket ned, noe som reduserer nøle før motoren går opp
  • Kraftberikelseskrets - Gir ekstra drivstoff når bilen skal opp en bakke eller tauer en trailer
  • Kvele - Gir ekstra drivstoff når motoren er kald slik at den starter

For å oppfylle strengere utslippskrav ble katalytiske omformere introdusert. Meget nøye kontroll av luft-til-brensel-forholdet var nødvendig for at katalysatoren skulle være effektiv. Oksygensensorer overvåker oksygenmengden i eksosen, og motorstyringsenhet (ECU) bruker denne informasjonen til å justere forholdet mellom luft og drivstoff i sanntid. Dette kalles lukket sløyfekontroll -- det var ikke mulig å oppnå denne kontrollen med forgassere. Det var en kort periode med elektrisk kontrollerte forgassere før drivstoffinjeksjonssystemene tok over, men disse elektriske karbohydrater var enda mer kompliserte enn de rent mekaniske.

Først ble forgassere byttet ut med gassformet drivstoffinjeksjonssystem (også kjent som enkelt poeng eller sentral drivstoffinjeksjon systemer) som inkorporerte elektrisk styrte brennstoffinjektorventiler i gasshuset. Dette var nesten en erstatning for forgasseren, så bilprodusentene trengte ikke gjøre noen drastiske endringer i motorkonstruksjonene sine.

Etter hvert som nye motorer ble designet, ble drivstoffinnsprøytning av gassposer erstattet av multi-port drivstoffinjeksjon (også kjent som havn, multi-point eller sekvensiell drivstoffinjeksjon). Disse systemene har en drivstoffinjektor for hver sylinder, vanligvis plassert slik at de sprøyter rett ved inntaksventilen. Disse systemene gir mer nøyaktig drivstoffmåling og raskere respons.

Bensinpedalen i bilen din er koblet til gassventil -- dette er ventilen som regulerer hvor mye luft som kommer inn i motoren. Så bensinpedalen er virkelig luftpedalen.


En delvis åpen gassventil

Når du tråkker på gasspedalen, åpnes gassventilen mer og slipper inn mer luft. Motorstyringsenheten (ECU, datamaskinen som kontrollerer alle de elektroniske komponentene på motoren din) "ser" gassventilen åpen og øker drivstoffhastigheten i påvente av at mer luft kommer inn i motoren. Det er viktig å øke drivstoffhastigheten så snart gassventilen åpnes; Ellers, når du trykker på bensinpedalen, kan det være en nøling ettersom litt luft når sylindrene uten nok drivstoff i den.

Sensorer overvåker massen av luft som kommer inn i motoren, samt mengden oksygen i eksosen. ECU bruker denne informasjonen for å finjustere drivstoffleveransen slik at luft-til-drivstoff-forholdet er helt riktig.

-En drivstoffinjektor er ikke annet enn en elektronisk styrt ventil. Den leveres med trykktrykk av drivstoff av drivstoffpumpen i bilen din, og den er i stand til å åpne og lukke mange ganger i sekundet.


Inni i en drivstoffinjektor

Når injektoren får strøm, beveger en elektromagnet et stempel som åpner ventilen, slik at trykksatt drivstoff kan sprute ut gjennom et ørsmå munnstykke. Dysen er designet for å atomize drivstoffet - for å gjøre en så fin tåke som mulig, slik at den lett kan brenne.


En brennstoffinjektor skyter

Mengden drivstoff som leveres til motoren bestemmes av hvor lang tid drivstoffinjektoren holder seg åpen. Dette kalles pulsbredde, og den kontrolleres av ECU.


Drivstoffinjektorer montert i innsugningsmanifolden til motoren

Injektorene er montert i inntaksmanifolden slik at de sprøyter drivstoff direkte ved inntaksventilene. Et rør kalt drivstoffskinne leverer trykkdrivstoff til alle injektorene.


På dette bildet kan du se tre av injektorene. Drivstoffskinnen er røret til venstre.

For å gi riktig mengde drivstoff er motorstyringsenheten utstyrt med en hel masse sensorer. La oss ta en titt på noen av dem.

-For å skaffe riktig mengde drivstoff for alle driftsforhold, må e-ngine kontrollenheten (ECU) overvåke et stort antall inngangssensorer. Her er bare noen få:

  • Masseflytsensor - Forteller ECU massen av luft som kommer inn i motoren
  • Oksygensensor (er) - Overvåker oksygenmengden i eksosen slik at ECU kan bestemme hvor rik eller mager drivstoffblandingen er og gjøre justeringer deretter
  • Gassposisjonssensor - Overvåker gassventilens stilling (som bestemmer hvor mye luft som går inn i motoren) slik at ECU kan reagere raskt på endringer, øke eller redusere drivstoffhastigheten etter behov
  • Kjølevæsketemperaturføler - Lar ECU bestemme når motoren har nådd riktig driftstemperatur
  • Spenningssensor - Overvåker systemspenningen i bilen slik at ECU kan heve tomgangshastigheten hvis spenningen synker (noe som indikerer høy elektrisk belastning)
  • Manifold absolutt trykkføler - Overvåker trykket i luften i inntaksmanifolden
  • Mengden luft som dras inn i motoren er en god indikasjon på hvor mye kraft den produserer; og jo mer luft som går inn i motoren, jo lavere blir manifoldtrykket, så denne avlesningen brukes til å måle hvor mye kraft som produseres.
  • Motorhastighetssensor - Overvåker motorhastigheten, som er en av faktorene som brukes til å beregne pulsbredden

Det er to hovedtyper av kontroll for multi-port systemer: Drivstoffinjektorene kan alle åpne samtidig, eller hver av dem kan åpne rett før inntaksventilen for sylinderen sin åpnes (dette kalles sekvensiell multi-port drivstoffinjeksjon).

Fordelen med sekvensiell drivstoffinjeksjon er at hvis sjåføren gjør en plutselig endring, kan systemet reagere raskere fordi fra endringen er gjort, trenger det bare å vente til neste inntaksventil åpnes, i stedet for for neste fullførelse revolusjon av motoren.

-Algoritmene som styrer motoren er ganske kompliserte. Programvaren må gjøre det mulig for bilen å tilfredsstille utslippskravene på 100 000 miles, oppfylle EPAs drivstofføkonomiske krav og beskytte motorer mot misbruk. Og det er mange andre krav som du også må oppfylle.

Motorstyringsenheten bruker en formel og et stort antall oppslagstabeller for å bestemme pulsbredden for gitte driftsforhold. Ligningen vil være en serie med mange faktorer multiplisert med hverandre. Mange av disse faktorene kommer fra oppslagstabeller. Vi vil gå gjennom en forenklet beregning av drivstoffinjektorens pulsbredde. I dette eksemplet vil ligningen vår bare ha tre faktorer, mens et reelt kontrollsystem kan ha hundre eller flere.

Pulsbredde = (Basispulsbredde) x (Faktor A) x (Faktor B)


For å beregne pulsbredde, ser ECU først opp base pulsbredde i et oppslagstabell. Basispulsbredde er en funksjon av motor hastighet (RPM) og laste (som kan beregnes fra manifold absolutt trykk). La oss si at motorhastigheten er 2000 o / min og belastningen er 4. Vi finner tallet i krysset 2000 og 4, som er 8 millisekunder.

RPM Laste
1 2 3 4 5
1000 1 2 3 4 5
2000 2 4 6 8 10
3000 3 6 9 12 15
4000 4 8 12 16 20


I de neste eksemplene, EN og B er parametere som kommer fra sensorer. La oss si det EN er kjølevæsketemperatur og B er oksygennivå. Hvis kjølevæsketemperatur er lik 100 og oksygennivået er 3, forteller oppslagstabellene oss at faktor A = 0,8 og faktor B = 1,0.

EN Faktor A
B Faktor B
0 1.2
0 1.0
25 1.1
1 1.0
50 1.0
2 1.0
75 0.9
3 1.0
100 0.8
4 0,75


Så siden vi vet det base pulsbredde er en funksjon av belastning og RPM, og det pulsbredde = (basispulsbredde) x (faktor A) x (faktor B), den totale pulsbredden i vårt eksempel tilsvarer:

8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 millisekunder


Fra dette eksemplet kan du se hvordan kontrollsystemet gjør justeringer. Med parameter B som oksygennivå i eksosen, er oppslagstabellen for B det punktet der (ifølge motordesignere) er for mye oksygen i eksosen; og følgelig kutter ECU ned drivstoffet.

Ekte kontrollsystemer kan ha mer enn 100 parametere, hver med sin egen oppslagstabell. Noen av parameterne endres til og med over tid for å kompensere for endringer i ytelsen til motorkomponenter som katalysator. Og avhengig av motorhastighet, kan det hende at ECU må gjøre disse beregningene over hundre ganger i sekundet.

Performance Chips
Dette fører oss til vår diskusjon av ytelsesbrikker. Nå som vi forstår litt om hvordan kontrollalgoritmene i ECU fungerer, kan vi forstå hva ytelsesbrikkeprodusenter gjør for å få mer kraft ut av motoren.

Ytelsesbrikker er laget av ettermarkedsselskaper, og brukes til å øke motorkraften. Det er en brikke i ECU som inneholder alle oppslagstabellene; ytelsesbrikken erstatter denne brikken. Tabellene i ytelsesbrikken vil inneholde verdier som resulterer i høyere drivstoffhastighet under visse kjøreforhold. For eksempel kan de levere mer drivstoff ved full gass ved hver motorhastighet. De kan også endre gnisttimingen (det er oppslagstabeller for det også). Siden ytelsesbrikkprodusentene ikke er så opptatt av problemer som pålitelighet, kjørelengde og utslippskontroller som bilprodusentene er, bruker de mer aggressive innstillinger i drivstoffkartene til ytelsesbrikkene deres.

For mer informasjon om drivstoffinnsprøytningssystemer og andre bilindustrier, sjekk ut lenkene på neste side.

Relaterte artikler

  • Drivstoffinjeksjonsquiz
  • Slik fungerer tennsystemer for biler
  • Hvordan bilmotorer fungerer
  • Slik fungerer katalysatorer
  • Hvordan bilkjølesystemer fungerer
  • Hvilken hastighet skal jeg kjøre for å oppnå maksimal drivstoffeffektivitet?
  • Hvordan bensin fungerer
  • Hvordan Hydrogenøkonomien fungerer
  • Slik fungerer Aptera Hybrid
Flere gode lenker
  • Drivstoffleveringssystemet
  • Feilsøking av elektroniske problemer med innsprøytning av drivstoff
  • Servicetips for dieselinnsprøytning
  • GM Goodwrench videoer



Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.

De mest interessante artiklene om hemmeligheter og oppdagelser. Mye nyttig informasjon om alt
Artikler om vitenskap, rom, teknologi, helse, miljø, kultur og historie. Forklare tusenvis av emner slik at du vet hvordan alt fungerer