För att försöka hålla jämna steg med lagar 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 som hade en förgasare; följande modellår hade Justy bränsleinsprutning. Men bränsleinsprutning har funnits sedan 1950-talet, och elektronisk bränsleinsprutning användes flitigt 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 motorns cylinder och vad termer som "bränsleinsprutning med flera portar" och "bränsleinsprutning för gasspjäll" betyder.
Innehåll
Under större delen av existensen av förbränningsmotorn har förgasaren varit enheten som tillfört bränsle till motorn. På många andra maskiner, som gräsklippare och motorsågar, är det fortfarande så. Men allt eftersom bilen utvecklades blev förgasaren mer och mer komplicerad när han försökte hantera alla driftskrav. Till exempel, för att klara några av dessa uppgifter, hade förgasare fem olika kretsar:
För att möta strängare emissionskrav infördes katalysatorer. Mycket noggrann kontroll av luft-till-bränsleförhållandet krävdes för att katalysatorn skulle vara effektiv. Syresensorer övervakar mängden syre i avgaserna och motorstyrenheten (ECU) använder denna information för att justera luft-till-bränsleförhållandet i realtid. Detta kallas kontroll med sluten slinga -- det var inte möjligt att uppnå denna kontroll med förgasare. Det var en kort period med elektriskt styrda förgasare innan bränsleinsprutningssystem tog över, men dessa elektriska kolhydrater var ännu mer komplicerade än de rent mekaniska.
Först ersattes förgasare med gasspjälls bränsleinsprutningssystem (även känd som single point eller central bränsleinsprutning system) som inkorporerade elektriskt styrda bränsleinsprutningsventiler i spjällhuset. Dessa var nästan en bult-in ersättning för förgasaren, så biltillverkarna behövde inte göra några drastiska förändringar i sina motorkonstruktioner.
Gradvis, allt eftersom nya motorer konstruerades, ersattes gasspjällets bränsleinsprutning med bränsleinsprutning med flera portar (även känd som port , flerpunkts eller sekventiell bränsleinsprutning). Dessa system har en bränsleinjektor för varje cylinder, vanligtvis placerad så att de sprutar precis vid insugningsventilen. Dessa system ger mer exakt bränslemätning och snabbare respons.
Gaspedalen i din bil är ansluten till gasventilen -- detta är ventilen som reglerar hur mycket luft som kommer in i motorn. Så gaspedalen är verkligen luftpedalen.
När du trampar på gaspedalen öppnas gasventilen mer och släpper in mer luft. Motorns styrenhet (ECU, datorn som styr alla elektroniska komponenter på din motor) "ser" gasspjället öppnas och ökar bränslehastigheten i väntan på att mer luft kommer in i motorn. Det är viktigt att öka bränslemängden så snart gasspjällsventilen öppnar; Annars, när gaspedalen först trycks ned, kan det finnas en tvekan eftersom lite luft når cylindrarna utan tillräckligt med bränsle.
Sensorer övervakar mängden luft som kommer in i motorn, såväl som mängden syre i avgaserna. ECU:n använder denna information för att finjustera bränsletillförseln så att luft-till-bränsle-förhållandet blir helt rätt.
En bränsleinsprutare är inget annat än en elektroniskt styrd ventil. Den förses med trycksatt bränsle från bränslepumpen i din bil, och den kan öppnas och stängas många gånger per sekund.
När injektorn är aktiverad, flyttar en elektromagnet en kolv som öppnar ventilen, vilket gör att det trycksatta bränslet kan spruta ut genom ett litet munstycke. Munstycket är utformat för att atomisera bränslet -- för att göra en så fin dimma som möjligt så att den lätt kan brinna.
Mängden bränsle som tillförs motorn bestäms av hur lång tid bränsleinsprutaren förblir öppen. Detta kallas pulsbredden , och den styrs av ECU.
Injektorerna är monterade i insugningsröret så att de sprutar bränsle direkt vid insugningsventilerna. Ett rör som kallas bränsleskenan levererar trycksatt bränsle till alla injektorer.
För att ge rätt mängd bränsle är motorstyrenheten utrustad med en hel massa sensorer. Låt oss ta en titt på några av dem.
För att ge rätt mängd bränsle för varje drifttillstånd måste motorstyrenheten (ECU) övervaka ett stort antal ingångssensorer. Här är bara några:
Det finns två huvudtyper av kontroll för multiport system:Alla bränsleinsprutare kan öppnas samtidigt, eller var och en kan öppnas precis innan insugningsventilen för dess cylinder öppnas (detta kallas sekventiell multi-port bränsleinsprutning ).
Fördelen med sekventiell bränsleinsprutning är att om föraren gör en plötslig ändring kan systemet reagera snabbare eftersom det från det att ändringen görs bara behöver vänta tills nästa insugsventil öppnar, istället för nästa kompletta motorns varv.
Algoritmerna som styr motorn är ganska komplicerade. Mjukvaran måste tillåta bilen att uppfylla utsläppskraven för 100 000 miles, uppfylla EPA:s bränsleekonomiska krav och skydda motorer mot missbruk. Och det finns dussintals andra krav att uppfylla också.
Motorstyrenheten använder en formel och ett stort antal uppslagstabeller för att bestämma pulsbredden för givna driftsförhållanden. Ekvationen kommer att vara en serie av många faktorer multiplicerade med varandra. Många av dessa faktorer kommer från uppslagstabeller. Vi går igenom en förenklad beräkning av bränsleinjektorns pulsbredd . I det här exemplet kommer vår ekvation bara att ha tre faktorer, medan ett riktigt kontrollsystem kan ha hundra eller fler.
För att beräkna pulsbredden letar ECU först upp baspulsbredden i en uppslagstabell. Baspulsbredden är en funktion av motorhastigheten (RPM) och load (vilket kan beräknas från grenrörets absoluta tryck). Låt oss säga att motorvarvtalet är 2 000 rpm och belastningen är 4. Vi hittar siffran i skärningspunkten mellan 2 000 och 4, vilket är 8 millisekunder.
I nästa exempel, A och B är parametrar som kommer från sensorer. Låt oss säga att A är kylvätsketemperatur och B är syrenivån. Om kylvätsketemperaturen är lika med 100 och syrenivån är lika med 3, visar uppslagstabellerna oss att Faktor A =0,8 och Faktor B =1,0.
Så, eftersom vi känner till den baspulsbredden är en funktion av belastning och RPM, och att pulsbredd =(baspulsbredd) x (faktor A) x (faktor B) , den totala pulsbredden i vårt exempel är lika med:
I detta exempel kan du se hur styrsystemet gör justeringar. Med parameter B som syrenivån i avgaserna är uppslagstabellen för B den punkt där det (enligt motorkonstruktörer) finns för mycket syre i avgaserna; och följaktligen minskar ECU:n på bränslet.
Verkliga styrsystem kan ha mer än 100 parametrar, var och en med sin egen uppslagstabell. Vissa av parametrarna ändras till och med över tiden för att kompensera för förändringar i prestanda hos motorkomponenter som katalysatorn. Och beroende på motorvarvtalet kan ECU:n behöva göra dessa beräkningar över hundra gånger per sekund.
Prestandachips
Detta leder oss till vår diskussion om prestationschips. Nu när vi förstår lite om hur styralgoritmerna i ECU:n fungerar, kan vi förstå vad prestandachiptillverkare gör för att få ut mer kraft ur motorn.
Prestandachips tillverkas av eftermarknadsföretag och används för att öka motoreffekten. Det finns ett chip i ECU:n som innehåller alla uppslagstabeller; prestandachippet ersätter detta chip. Tabellerna i prestandachippet kommer att innehålla värden som resulterar i högre bränslehastigheter under vissa körförhållanden. Till exempel kan de leverera mer bränsle vid full gas vid varje motorvarv. De kan också ändra gnisttiden (det finns uppslagstabeller för det också). Eftersom tillverkarna av prestandachip inte är lika bekymrade över frågor som tillförlitlighet, körsträcka och utsläppskontroller som biltillverkarna är, använder de mer aggressiva inställningar i bränslekartorna för sina prestandachips.
För mer information om bränsleinsprutningssystem och andra fordonsämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
Relaterade HowStuffWorks-artiklar
