Sådan fungerer brændstofindsprøjtningssystemer

  • Thomas Dalton
  • 0
  • 2465
  • 289

En typisk elektronisk brændstofinjektor. Se flere bilmotorbilleder.
Næste
  • Quiz til brændstofinjektion
  • Sådan fungerer antændelsessystemer til biler
  • Sådan fungerer benzin
  • TreeHugger.com: Top 5 interne kombinationsteknologier

I forsøget på at holde trit med lovgivningen om emissioner og brændstofeffektivitet har brændstofsystemet, der bruges i moderne biler, ændret sig meget gennem årene. Subaru Justy i 1990 var den sidste bil, der blev solgt i USA med en forgasser; det følgende modelår havde Justy brændstofindsprøjtning. Men brændstofindsprøjtning har eksisteret siden 1950'erne, og elektronisk brændstofinjektion blev brugt meget på europæiske biler fra omkring 1980. Nu har alle biler, der sælges i De Forenede Stater, brændstofindsprøjtningssystemer.

I denne artikel lærer vi, hvordan brændstoffet kommer ind i cylinderen på enien, og hvilke udtryk som "multi-port brændstofinjektion" og "gashåndtaget brændstofinjektion" betyder.

-I det meste af eksistensen af ​​forbrændingsmotoren har karburatoren været den enhed, der leverede brændstof til motoren. På mange andre maskiner, såsom græsslåmaskiner og motorsave, er det stadig. Men efterhånden som bilen udviklede sig, blev karburatoren mere og mere kompliceret ved at prøve at håndtere alle driftskrav. For eksempel til at håndtere nogle af disse opgaver havde karburatorer fem forskellige kredsløb:

  • Hovedkredsløb - Leverer lige nok brændstof til brændstofeffektiv cruising
  • Tomgangskredsløb - Leverer lige nok brændstof til at holde motoren tomgang
  • Gaspumpe - Giver en ekstra brændstofbrændstof, når gaspedalen først trykkes ned, hvilket reducerer tøven, inden motoren går i gang
  • Kraftanrikningskredsløb - Leverer ekstra brændstof, når bilen går op ad en bakke eller trækker en trailer
  • Kvæle - Leverer ekstra brændstof, når motoren er kold, så den starter

For at imødekomme strengere emissionskrav blev katalytiske omformere introduceret. Meget omhyggelig kontrol af luft-til-brændstof-forholdet var påkrævet for at den katalytiske omformer var effektiv. Oxygen sensorer overvåger mængden af ​​ilt i udstødningen og motorstyring (ECU) bruger disse oplysninger til at justere forholdet mellem luft og brændstof i realtid. Dette kaldes lukket sløjfe kontrol -- det var ikke muligt at opnå denne kontrol med karburatorer. Der var en kort periode med elektrisk kontrollerede karburatorer, før brændstofindsprøjtningssystemerne overtog, men disse elektriske kulhydrater var endnu mere komplicerede end de rent mekaniske.

Først blev karburatorer erstattet med brændstofindsprøjtningssystemer til kropsgas (også kendt som enkelt punkt eller central brændstofinjektion systemer), der indbyggede elektrisk styrede brændstofinjektorventiler i gashåndtaget. Disse var næsten en bolt-in erstatning for karburatoren, så bilproducenterne behøvede ikke foretage nogen drastiske ændringer i deres motordesign.

Efterhånden som nye motorer blev designet, blev brændstofindsprøjtningen til gasspjæld erstattet af multi-port brændstofinjektion (også kendt som Havn, multi-point eller sekventiel brændstof indsprøjtning). Disse systemer har en brændstofinjektor til hver cylinder, som normalt er placeret således, at de sprøjter lige ved indtagsventilen. Disse systemer giver en mere præcis brændstofmåling og hurtigere reaktion.

Gaspedalen i din bil er tilsluttet til gassventil -- dette er den ventil, der regulerer, hvor meget luft der kommer ind i motoren. Så gaspedalen er virkelig luftpedalen.


En delvis åben gassventil

Når du træder på gaspedalen, åbnes gasspjældsventilen mere og slipper mere luft ind. Motorstyringsenheden (ECU, computeren, der styrer alle de elektroniske komponenter på din motor) "ser" gassventilen åben og øger brændstofhastigheden i forventning om mere luft ind i motoren. Det er vigtigt at øge brændstofhastigheden, så snart gasventilen åbnes; Ellers kan der være tøven, når gaspedalen først trykkes ned, da nogle luft når cylindrene uden nok brændstof i.

Sensorer overvåger massen af ​​luft, der kommer ind i motoren, samt mængden af ​​ilt i udstødningen. ECU bruger disse oplysninger til at finjustere brændstofleveringen, så forholdet mellem luft og brændstof er helt rigtigt.

-En brændstofinjektor er intet andet end en elektronisk styret ventil. Det leveres med-trykt brændstof af brændstofpumpen i din bil, og den er i stand til at åbne og lukke mange gange i sekundet.


Inde i en brændstofinjektor

Når injektoren er tændt, bevæger en elektromagnet et stemplet, der åbner ventilen, så trykbrændstoffet kan sprøjtes ud gennem en lille dyse. Dysen er designet til forstøve brændstof - for at gøre en så fin tåge som muligt, så den let kan brænde.


En brændstofinjektor skyder

Mængden af ​​brændstof, der leveres til motoren, bestemmes af, hvor lang tid brændstofinjektoren forbliver åben. Dette kaldes Pulsbredde, og det kontrolleres af ECU.


Brændstofinjektorer monteret i motorens indgangsmanifold

Injektorerne er monteret i indsugningsmanifolden, så de sprøjter brændstof direkte ved indtaksventilerne. Et rør kaldet brændstofskinne forsyner brændstof under tryk til alle injektorer.


På dette billede kan du se tre af injektorerne. Brændstofskinnen er røret til venstre.

For at give den rigtige mængde brændstof er motorstyringsenheden udstyret med en hel masse sensorer. Lad os se på nogle af dem.

-For at tilvejebringe den rigtige mængde brændstof til enhver driftsforhold skal e-ngine-kontrolenheden (ECU) overvåge et stort antal indgangssensorer. Her er bare et par:

  • Masseluftstrømsføler - Fortæller ECU den luftmasse, der trænger ind i motoren
  • Oxygen sensor (r) - Overvåger mængden af ​​ilt i udstødningen, så ECU kan bestemme hvor rig eller mager brændstofblandingen er og foretage justeringer i overensstemmelse hermed
  • Gasspjældsensor - Overvåger gasspjældventilets position (som bestemmer, hvor meget luft der går ind i motoren), så ECU kan reagere hurtigt på ændringer, øge eller sænke brændstofhastigheden efter behov
  • Kølevæsketemperaturføler - Tillader ECU at bestemme, hvornår motoren har nået sin rette driftstemperatur
  • Spændingssensor - Overvåger systemspændingen i bilen, så ECU kan hæve tomgangshastigheden, hvis spændingen falder (hvilket antyder en høj elektrisk belastning)
  • Manifold absolut tryksensor - Overvåger trykket i luften i indsugningsmanifolden
  • Mængden af ​​luft, der trækkes ind i motoren, er en god indikation af, hvor meget strøm den producerer; og jo mere luft der går ind i motoren, jo lavere er manifoldtrykket, så denne aflæsning bruges til at måle, hvor meget strøm der produceres.
  • Motorhastighedssensor - Overvåger motorhastigheden, som er en af ​​de faktorer, der bruges til at beregne pulsbredden

Der er to hovedtyper af kontrol til multi-port systemer: Brændstofinjektorerne kan alle åbne på samme tid, eller hver kan åbne lige inden indløbsventilen til dens cylinder åbnes (dette kaldes sekventiel multi-port brændstofinjektion).

Fordelen ved sekventiel brændstofinjektion er, at hvis chaufføren foretager en pludselig ændring, kan systemet reagere hurtigere, fordi det fra det tidspunkt, hvor ændringen foretages, det kun skal vente til den næste indblæsningsventil åbnes, i stedet for til den næste komplette omdrejning af motoren.

-Algoritmerne, der styrer motoren, er ret komplicerede. Softwaren skal give bilen mulighed for at opfylde emissionskravene på 100.000 miles, opfylde EPA-brændstoføkonomiske krav og beskytte motorer mod misbrug. Og der er snesevis af andre krav, der også skal opfyldes.

Motorstyringsenheden bruger en formel og et stort antal opslagstabeller til at bestemme pulsbredden for givne driftsbetingelser. Ligningen vil være en serie med mange faktorer ganget med hinanden. Mange af disse faktorer kommer fra opslagstabeller. Vi gennemgår en forenklet beregning af brændstofinjektorens pulsbredde. I dette eksempel vil vores ligning kun have tre faktorer, hvorimod et reelt kontrolsystem måske har hundrede eller mere.

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


For at beregne pulsbredden ser ECU først op på basispulsbredde i en opslagstabel. Basispulsbredde er en funktion af motorhastighed (RPM) og belastning (som kan beregnes ved hjælp af mangfoldigt absolut tryk). Lad os sige, at motorhastigheden er 2.000 o / min, og belastningen er 4. Vi finder antallet i krydset 2.000 og 4, hvilket er 8 millisekunder.

RPM belastning
1 2 3 4 5
1.000 1 2 3 4 5
2.000 2 4 6 8 10
3.000 3 6 9 12 15
4.000 4 8 12 16 20


I de næste eksempler, EN og B er parametre, der kommer fra sensorer. Lad os sige det EN er kølevæsketemperatur og B er iltniveau. Hvis kølevæsketemperatur er lig med 100 og iltniveauet er 3, fortæller opslagstabellerne, 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 da vi ved det basispulsbredde er en funktion af belastning og omdrejningstal, og det pulsbredde = (basispulsbredde) x (faktor A) x (faktor B), den samlede pulsbredde i vores eksempel er lig med:

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


Fra dette eksempel kan du se, hvordan kontrolsystemet foretager justeringer. Med parameter B som niveauet af ilt i udstødningen er opslagstabellen for B det punkt, hvor der (ifølge motordesignere) er for meget ilt i udstødningen; og følgelig skærer ECU ned på brændstoffet.

Reelle kontrolsystemer kan have mere end 100 parametre, hver med sin egen opslagstabel. Nogle af parametrene ændres endda over tid for at kompensere for ændringer i ydelsen af ​​motorkomponenter som den katalysator. Og afhængigt af motorhastigheden er ECU muligvis nødt til at udføre disse beregninger over hundrede gange i sekundet.

Performance chips
Dette fører os til vores diskussion af performance chips. Nu hvor vi forstår lidt om, hvordan kontrolalgoritmerne i ECU fungerer, kan vi forstå, hvad ydelse-chip-producenter gør for at få mere energi ud af motoren.

Performancechips fremstilles af eftermarkedsselskaber og bruges til at øge motorkraften. Der er en chip i ECU, der indeholder alle opslagstabeller; præstationschippen erstatter denne chip. Tabellerne i ydelseschippen vil indeholde værdier, der resulterer i højere brændstofsatser under visse kørselsforhold. For eksempel kan de levere mere brændstof ved fuld gas ved hver motorhastighed. De kan også ændre gnisttimingen (der er også opslagstabeller til det). Da ydeevne af chip-chip ikke er så optaget af problemer som pålidelighed, kilometertal og emissionskontrol som bilproducenterne, bruger de mere aggressive indstillinger i brændstofkortene for deres ydelseschips.

For mere information om brændstofindsprøjtningssystemer og andre bilindhold, se linkene på næste side.

Relaterede artikler

  • Quiz til brændstofinjektion
  • Sådan fungerer antændelsessystemer til biler
  • Sådan fungerer bilmotorer
  • Sådan fungerer katalytiske omformere
  • Sådan fungerer bilkølesystemer
  • Hvilken hastighed skal jeg køre for at opnå maksimal brændstofeffektivitet?
  • Sådan fungerer benzin
  • Sådan fungerer brintøkonomien
  • Sådan fungerer Aptera Hybrid
Flere gode links
  • Brændstofleveringssystem
  • Fejlfinding af elektroniske brændstofinjektionsproblemer
  • Servicetips til injektion af dieselbrændstof
  • GM Goodwrench videoer



Endnu ingen kommentarer

De mest interessante artikler om hemmeligheder og opdagelser. Masser af nyttige oplysninger om alt
Artikler om videnskab, rum, teknologi, sundhed, miljø, kultur og historie. Forklare tusinder af emner, så du ved, hvordan alt fungerer