Hur bränsleinsprutningssystem fungerar

  • Joseph Norman
  • 0
  • 3479
  • 397

En typisk elektronisk bränsleinsprutare. Se fler bilmotorbilder.
Strax
  • Quiz för injektionsbränsle
  • Hur bilantändningssystem fungerar
  • Hur bensin fungerar
  • TreeHugger.com: Topp 5 interna kombinationsteknologier

I försöket att hålla jämna steg med lagstiftningen om utsläpp och bränsleeffektivitet har bränslesystemet som används i moderna bilar förändrats mycket under åren. 1990 Subaru Justy var den sista bilen som såldes i USA för att ha en förgasare; följande modellår hade Justy bränsleinsprutning. Men bränsleinsprutning har funnits sedan 1950-talet, och elektronisk bränsleinsprutning användes allmänt på europeiska bilar från och med 1980. Nu har alla bilar som säljs i USA bränsleinsprutningssystem.

I den här artikeln kommer vi att lära oss hur bränslet kommer in i cylindern på engien, och vilka termer som "multi-port bränsleinsprutning" och "gasreglage bränsleinsprutning" betyder.

-För det mesta av förekomsten av förbränningsmotor har förgasaren varit den enhet som levererade bränsle till motorn. På många andra maskiner, som gräsklippare och motorsåg, är det fortfarande det. Men när bilen utvecklades blev förgasaren mer och mer komplicerad att försöka hantera alla driftskrav. Till exempel, för att hantera några av dessa uppgifter, hade förgasare fem olika kretsar:

  • Huvudkrets - Ger tillräckligt med bränsle för bränsleeffektiv kryssning
  • Tomgångskrets - Tillhandahåller tillräckligt med bränsle för att hålla motorn tomgång
  • Gaspump - Ger en extra bränslebrist när gaspedalen först trycks ned, vilket minskar tvekan innan motorn går snabbare
  • Kraftanrikningskrets - Ger extra bränsle när bilen går upp en kulle eller bogserar en släp
  • Sätta i halsen - Ger extra bränsle när motorn är kall så att den startar

För att uppfylla skärpta utsläppskrav infördes katalytiska omvandlare. Mycket noggrann kontroll av luft-bränsleförhållandet krävdes för att katalysatorn skulle vara effektiv. Syregivare övervakar mängden syre i avgaserna och motorstyrenhet (ECU) använder denna information för att justera luft-bränsleförhållandet i realtid. Det här kallas stängd slingkontroll -- det var inte möjligt att uppnå denna kontroll med förgasare. Det fanns en kort period av elektriskt kontrollerade förgasare innan bränsleinsprutningssystemen tog över, men dessa elektriska kolhydrater var ännu mer komplicerade än de rent mekaniska.

Först ersattes förgasare med gasbränsleinsprutningssystem (också känd som enda poäng eller central bränsleinsprutning system) som införlivade elektriskt styrda bränsleinsprutningsventiler i gasreglaget. Dessa var nästan en ersättning för förgasaren, så biltillverkarna behövde inte göra några drastiska förändringar i deras motorkonstruktioner.

Efterhand som nya motorer konstruerades ersattes bränsleinsprutning av gasreglage av multi-port bränsleinsprutning (också känd som hamn, multi-point eller sekventiell bränsleinsprutning). Dessa system har en bränsleinsprutare för varje cylinder, vanligtvis placerad så att de sprayar rätt vid insugningsventilen. Dessa system ger mer exakt bränslemätning och snabbare respons.

Gaspedalen i din bil är ansluten till gasventil -- detta är ventilen som reglerar hur mycket luft som kommer in i motorn. Så gaspedalen är verkligen luftpedalen.


En delvis öppen gasventil

När du trampar på gaspedalen öppnas gasreglaget mer och släpper in mer luft. Motorns styrenhet (ECU, datorn som styr alla elektroniska komponenter på din motor) "ser" gasventilen öppen och ökar bränslehastigheten i väntan på att mer luft kommer in i motorn. Det är viktigt att öka bränslehastigheten så snart gasreglaget öppnas; annars, när gaspedalen först trycks ned, kan det finnas en tvekan eftersom lite luft når cylindrarna utan tillräckligt med bränsle i den.

Sensorer övervakar massan av luft som kommer in i motorn, såväl som mängden syre i avgaserna. ECU använder denna information för att finjustera bränsletillförseln så att luft-till-bränsleförhållandet är helt rätt.

-En bränsleinsprutare är inget annat än en elektroniskt styrd ventil. Den levereras med -tryckt bränsle av bränslepumpen i din bil, och den kan öppna och stänga många gånger per sekund.


Inuti en bränsleinsprutare

När injektorn är aktiverad flyttar en elektromagnet en kolv som öppnar ventilen, vilket låter trycksatt bränsle spruta ut genom ett litet munstycke. Munstycket är utformat för att finfördela bränslet - för att göra en så fin dimma som möjligt så att den lätt kan brännas.


En bränsleinsprutare skjuter

Mängden bränsle som tillförs motorn bestäms av hur lång tid bränsleinsprutaren förblir öppen. Detta kallas pulsbredd, och det styrs av ECU.


Bränsleinsprutare monterade i motorns insugningsgren

Injektorerna är monterade i insugningsgrenröret så att de sprutar bränsle direkt vid insugningsventilerna. Ett rör som heter bränslestång levererar trycksatt bränsle till alla injektorer.


På den här bilden kan du se tre av injektorerna. Bränslestången är röret till vänster.

För att ge rätt mängd bränsle är motorstyrenheten utrustad med en hel del sensorer. Låt oss ta en titt på några av dem.

-För att tillhandahålla rätt mängd bränsle för alla driftsförhållanden måste e-ngine-styrenheten (ECU) övervaka ett stort antal ingångssensorer. Här är bara några:

  • Massflödesgivare - Beräknar ECU massan av luft som kommer in i motorn
  • Oxygen sensor (s) - Övervakar mängden syre i avgaserna så att ECU kan bestämma hur rik eller mager bränsleblandningen är och göra justeringar i enlighet därmed
  • Gasspjällssensor - Övervakar spjällventilens läge (som bestämmer hur mycket luft som går in i motorn) så att ECU kan reagera snabbt på förändringar, öka eller minska bränslehastigheten vid behov
  • Kylvätsketemperaturgivare - Låter ECU bestämma när motorn har nått rätt driftstemperatur
  • Spänningsgivare - Övervakar systemspänningen i bilen så att ECU kan höja tomgångshastigheten om spänningen tappar (vilket skulle indikera en hög elektrisk belastning)
  • Manifold absoluttrycksensor - Övervakar lufttrycket i insugningsröret
  • Mängden luft som dras in i motorn är en bra indikation på hur mycket kraft den producerar; och ju mer luft som går in i motorn, desto lägre blir manifoldtrycket, så denna avläsning används för att mäta hur mycket effekt som produceras.
  • Motorvarvtalssensor - Övervakar motorvarvtalet, vilket är en av faktorerna som används för att beräkna pulsbredden

Det finns två huvudtyper av styrning för multi-port system: Bränsleinsprutarna kan alla öppna samtidigt, eller var och en kan öppna strax innan inloppsventilen för sin cylinder öppnas (detta kallas sekventiell multi-port bränsleinsprutning).

Fördelen med sekventiell bränsleinsprutning är att om föraren gör en plötslig förändring, kan systemet svara snabbare eftersom från ändringen görs, måste det bara vänta tills nästa inloppsventil öppnas, istället för nästa kompletta motorens varv.

-De algoritmer som styr motorn är ganska komplicerade. Programvaran måste låta bilen uppfylla utsläppskraven på 100 000 mil, uppfylla EPA-bränsleekonomiska krav och skydda motorerna mot missbruk. Och det finns dussintals andra krav också.

Motorns styrenhet använder en formel och ett stort antal uppslagstabeller för att bestämma pulsbredden för givna driftsförhållanden. Ekvationen kommer att vara en serie med många faktorer som multipliceras med varandra. Många av dessa faktorer kommer från uppslagstabeller. Vi kommer att gå igenom en förenklad beräkning av bränsleinsprutningspulsbredd. I detta exempel kommer vår ekvation bara att ha tre faktorer, medan ett verkligt kontrollsystem kan ha hundra eller fler.

Pulsbredd = (Baspulsbredd) x (Faktor A) x (Faktor B)


För att beräkna pulsbredd ser ECU först upp baspulsbredd i en uppslagstabell. Baspulsbredd är en funktion av motorvarvtal (RPM) och ladda (som kan beräknas utifrån ett stort antal tryck). Låt oss säga att motorvarvtalet är 2 000 varv / min och belastningen är 4. Vi hittar antalet i skärningspunkten mellan 2 000 och 4, vilket är 8 millisekunder.

RPM Ladda
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 nästa exempel, EN och B är parametrar som kommer från sensorer. Låt oss säga det EN är kylvätsketemperatur och B är syrenivån. Om kylvätsketemperaturen är lika med 100 och syrgasnivån är 3, beräknar uppslagstabellerna att faktor A = 0,8 och 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 eftersom vi vet det baspulsbredd är en funktion av belastning och varvtal, och det pulsbredd = (baspulsbredd) x (faktor A) x (faktor B), den totala pulsbredden i vårt exempel är lika:

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


Från det här exemplet kan du se hur kontrollsystemet gör justeringar. Med parameter B som syrgasnivån i avgaserna är uppslagstabellen för B den punkt där det (enligt motordesigners) är för mycket syre i avgaserna; och följaktligen skär ECU ned på bränslet.

Verkliga styrsystem kan ha mer än 100 parametrar, var och en med en egen uppslagstabell. Vissa av parametrarna ändras till och med över tiden för att kompensera för förändringar i prestandan hos motorkomponenter som katalysatorn. Och beroende på motorvarvtalet kan ECU behöva göra dessa beräkningar över hundra gånger per sekund.

Performance Chips
Detta leder oss till vår diskussion om prestationschips. Nu när vi förstår lite om hur kontrollalgoritmerna i ECU fungerar kan vi förstå vad prestandachiptillverkare gör för att få mer kraft ur motorn.

Prestandachips tillverkas av eftermarknadsföretag och används för att öka motorns kraft. Det finns ett chip i styrenheten som innehåller alla uppslagstabeller; prestandachipet ersätter detta chip. Tabellerna i prestandachipet kommer att innehålla värden som resulterar i högre bränslehastigheter under vissa körförhållanden. Till exempel kan de leverera mer bränsle med full gas vid varje motorvarvtal. De kan också ändra gnisttidsinställningen (det finns uppslagstabeller för det också). Eftersom prestanda-chiptillverkarna inte är lika bekymrade över frågor som tillförlitlighet, körsträcka och utsläppskontroller som biltillverkarna är, använder de mer aggressiva inställningar i bränslekartorna för deras prestandachips.

För mer information om bränsleinsprutningssystem och andra fordonsämnen, kolla in länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

  • Quiz för injektionsbränsle
  • Hur bilantändningssystem fungerar
  • Hur bilmotorer fungerar
  • Hur katalytiska omvandlare fungerar
  • Hur bilkylsystem fungerar
  • Vilken hastighet ska jag köra för att få maximal bränsleeffektivitet?
  • Hur bensin fungerar
  • Hur väteekonomin fungerar
  • Hur fungerar Aptera-hybriden
Fler bra länkar
  • Bränsletillförselsystemet
  • Felsökning av elektroniska bränsleinsprutningsproblem
  • Servicetips för dieselbränsleinsprutning
  • GM Goodwrench videor



Ingen har kommenterat den här artikeln än.

De mest intressanta artiklarna om hemligheter och upptäckter. Massor av användbar information om allt
Artiklar om vetenskap, rymd, teknik, hälsa, miljö, kultur och historia. Förklara tusentals ämnen så att du vet hur allt fungerar