Предмети:
- Индиректно и директно впръскване
- Контрол на налягането на горивото с индиректно впръскване
- Стратегия на инжектиране Многоточково инжектиране
- Електромагнитен инжектор (MPI)
- Пиезо инжектор (DI)
- Стратегии за инжектиране директно инжектиране
- Двойна инжекция
- Измерване на напреженови и токови характеристики на многоточков инжектор
- Времето на впръскване в зависимост от положението на коляновия вал
- ECU ограничение на тока
- Определяне на необходимото количество гориво
- VE таблица
- AFR маса
Индиректно и директно инжектиране:
Видовете инжекционни системи на бензинов двигател се разделят на индиректно впръскване за дроселната клапа, индиректно впръскване на цилиндър и директно впръскване под високо налягане. Параграфите на тази страница обясняват тези различни системи за впръскване.
Индиректно инжектиране:
Пред дроселовата клапа има инжектор. Горивото се пръска срещу дроселната клапа, където се смесва с протичащия покрай него въздух. Основният недостатък е, че няма точно дозиране на горивото на цилиндър; единият цилиндър винаги получава малко повече или по-малко от другия. Следователно системата не е регулируема и следователно вече не се използва по отношение на екологичните изисквания. Тази система се нарича още централно впръскване (Monopoint).
Индиректно инжектиране:
Всеки цилиндър има собствен инжектор. Инжекторът впръсква гориво във всмукателния клапан. Протичащият покрай въздух също осигурява смесване в тази система, преди сместа въздух-гориво да влезе в горивната камера. Предимството пред индиректното впръскване е, че количеството гориво може да се контролира много по-точно. Тази система се нарича още MPI (MultiPoint Injection) или PFI (Port Fuel Injection).
Директно впръскване:
Инжекторите за DI (директно впръскване) или DISI (директно впръскване с искрово запалване) се намират до свещта, в горната част на горивната камера. Горивото се впръсква през този инжектор при високо налягане от приблизително 200 бара по време на такта на всмукване. Основните предимства на тази система са, че количеството гориво може да се регулира още по-точно, че могат да се впръскват няколко пъти по време на такта на всмукване и че сместа въздух-гориво е по-хладна. Това дава възможност на производителите да увеличат степента на компресия на двигателя. Инжекторът може да бъде проектиран като инжектор с пиезо или магнитна намотка.
DI изисква по-високо налягане на впръскване от MPI / PFI, тъй като впръскването се извършва по време на такта на компресия; горивото трябва да бъде достатъчно пулверизирано, докато въздухът в цилиндъра е компресиран. Ето защо DI има отделна помпа за високо налягане. Помпата за високо налягане създава налягане на горивото в горивната галерия. Инжекторите са прикрепени към тази горивна галерия с тръби. Веднага след като управлението на двигателя изпрати сигнал до инжектора, той ще се отвори и затвори в желаното време.
Предимствата на DI в сравнение с PFI включват:
- По-точно впръскване;
- Възможност за многократни инжекции;
- Времето за инжектиране може да се регулира;
- Възможно по-високо ефективно налягане над буталото (като по този начин позволява намаляване на размера с по-високо съотношение на компресия);
- По-нисък разход на гориво, по-ниски емисии на CO2.
Недостатъците включват:
- По-високи системни разходи поради горивна помпа с високо налягане, усъвършенствани инжектори, по-сложна цилиндрова глава;
- Увеличени емисии на сажди (PM емисии);
- Директното впръскване в горивната камера осигурява охлаждане вместо топлината, необходима за изпаряване на горивото.
Двигателят с двойно впръскване използва предимствата на двете системи. Директното и индиректното впръскване могат да се превключват в зависимост от условията на работа. Работата и приложението на двойното впръскване е описано в едноименния параграф на тази страница.
Контрол на налягането на горивото с индиректно впръскване:
Постоянното налягане на горивото е предпоставка за прецизен контрол на впръскването на гориво. Налягането на горивото (налягането в релсата) е в горната част на инжектора, а налягането във всмукателния колектор е в долната част. Налягането във всмукателния колектор варира в зависимост от променливото натоварване на двигателя и, без регулатор на налягането, ще повлияе на разликата в налягането на горивото и следователно на инжекционното количество. Поради тази причина използваме регулатор на налягането на горивото. В този раздел ще разгледаме работата и предназначението на този контролер.
Изображението по-долу показва компонентите на бензинов двигател с индиректно впръскване с многоточково впръскване. Гледаме потока на горивото от помпата в резервоара към инжектора.
Когато ECU управлява релето на горивната помпа, помпата работи. Помпата засмуква горивото от възможно най-ниската част на резервоара за гориво и принуждава потока на гориво към горивния филтър. Частиците мръсотия в горивото остават във филтърния материал. След това филтрираното гориво пристига в горивната галерия. В повечето случаи горивната галерия се монтира директно на входа на инжектора.
Има постоянно налягане в горивната галерия: само когато инжекторът се управлява електрически от ECU (вижте синия проводник), инжекторът се отваря и горивото се впръсква във всмукателния колектор върху отворения всмукателен клапан. Количеството впръскано гориво зависи от:
- времето за впръскване (определено от ECU чрез удължаване или съкращаване на сигнала за впръскване);
- налягането на горивото (при време на впръскване от 2 милисекунди, инжекторът ще впръска повече, отколкото е изчислил ECU, ако налягането на горивото е твърде високо).
Налягането на горивото в горивната галерия (наричано още налягане в релсата) се регулира въз основа на натоварването на двигателя. Ще обсъдим това по-подробно в следващия раздел.
Без използване на регулатор на налягането възникват следните ситуации:
- При скорост на празен ход по-високият вакуум (т.е. ниско налягане на въздуха) във всмукателния колектор би довел до нежелано по-високо налягане на горивото;
- При ускоряване има по-малко или дори почти никакъв вакуум (пълно натоварване) и налягането на горивото ще падне, докато е желателно по-високо налягане на горивото.
Регулаторът на налягането на горивото увеличава или намалява налягането на бензина в горивната галерия въз основа на налягането на въздуха във всмукателния колектор. Можем да разглеждаме регулатора на налягането на горивото като динамичен клапан, който позволява отвор между захранващата линия от горивната помпа и връщащата линия.
Вдясно виждаме диаграма на налягането на горивото, където относителната разлика в налягането при всички условия (празен ход, частично натоварване и пълно натоварване) е 4 бара благодарение на регулатора на налягането.
Обяснението по-долу се отнася до изображенията, показващи регулатора на налягането в ситуация без и с вакуум. Вдясно е регулатор на налягането на горивото от Bosch, който се използва от няколко автомобилни производители.
Без вакуум (вляво):
Регулаторът на налягането е затворен в покой: пружината притиска диафрагмата затворена, предотвратявайки подаденото гориво да достигне връщащата линия.
С вакуум (средно):
Когато налягането над диафрагмата се намали, налягането на горивото от страната на захранването избутва диафрагмата нагоре срещу силата на пружината. Създава се отвор, през който подаденото гориво се източва през връщащата линия към резервоара за гориво.
Стратегия на инжектиране Многоточково инжектиране:
При (непряко) многоточково инжектиране се използват три различни метода на инжектиране:
- Едновременно: впръскването се извършва едновременно на всички цилиндри.
- Група: инжектирането се извършва на група; има разграничение между една или повече групи.
- Последователен: всеки инжектор се управлява отделно и следователно има свой собствен момент на впръскване.
Системата за управление на двигателя на фигурата по-долу илюстрира групово впръскване. Инжекторите на цилиндри 1 и 2 имат общо захранване (червено) и са свързани към маса едновременно (зелено). Инжекторите на цилиндри 3 и 4 са еднакви, но се управляват отделно от цилиндри 1 и 2.
Електромагнитен инжектор (MPI):
Електромагнитният инжектор се използва при много бензинови двигатели, които не използват (директно) впръскване под високо налягане с отделна помпа за високо налягане. Горивото е под постоянно налягане от 1 бар на входа на инжектора. Налягането на горивото се осигурява от горивната помпа в резервоара. При многоточково впръскване (това е описано по-нататък на страницата), всеки цилиндър има свой собствен инжектор. Този инжектор е монтиран във всмукателния колектор и впръсква гориво с налягане до 6 бара преди отварянето на клапана. След това горивото има достатъчно време, когато всмукателният клапан започне да се отваря, за да се смеси с всичкия кислород (посочен на фигурата като тъмносиня стрелка), който тече в цилиндъра.
Блокът за управление на двигателя гледа позицията на коляновия вал, за да регулира момента на впръскване и момента на запалване. Въз основа на няколко фактора (температура на двигателя и околната среда, натоварване, скорост и т.н., той ще даде сигнал на инжектора в точното време за отваряне. Щепселът на този инжектор съдържа два проводника. Единият проводник има постоянен плюс от около 14 волта. Другият проводник е свързан към маса от ECU, за да позволи на тока да тече през бобината на инжектора. Когато бобината е достатъчно заредена, иглата на инжектора се отваря срещу силата на пружината. Когато управлението спре, пружина притиска иглата на инжектора обратно .Подаването на гориво след това се спира.Когато управлението спре, намотката все още е електрически заредена.Енергията в намотката образува индукционен пик, който може да се наблюдава на осцилоскопа.Напрежението на индукция е за кратко около 60 волта.
Тези инжектори се захранват с гориво от горивната релса (наричана също горивна галерия). Нагнетателната помпа в резервоара за гориво осигурява налягането в горивната релса. Налягането на горивото в релсата е постоянно (приблизително 4 бара). Тъй като налягането е толкова ниско, инжекторите са прикрепени със заключваща скоба и О-пръстен за уплътняване. Особено при по-стари автомобили, където системата е демонтирана, е разумно да смените О-пръстените преди монтажа.
Корпусът на инжектора обикновено е изработен от пластмаса. В горната част на корпуса намираме щепселната връзка, която е вътрешно свързана към бобината. В горната част има гумен О-пръстен, върху който се плъзга горивната галерия. О-пръстени или тефлонови уплътнителни пръстени могат да бъдат намерени на дъното. О-пръстенът се използва главно в MPI инжектори с впръскване под ниско налягане, докато тефлоновите пръстени могат да бъдат намерени в двигатели с впръскване под високо налягане, като двигател FSI.
Бобината е навита около сърцевината на инжектора. В приложеното изображение намотката е маркирана в червено. В центъра на инжектора, също вътрешно на бобината, има бутало. Това бутало има механично свързване с иглата. Над буталото има пружина, която държи буталото и по този начин иглата в нейното гнездо, затваряйки отвора за инжектиране.
В покой напрежението на двата извода на бобината е приблизително 14 волта по отношение на земята. За да зареди инжектора, ECU на двигателя захранва едната страна на бобината със земя, докато другата страна получава положително напрежение. В този момент токът започва да тече през намотката, което води до образуването на магнитно поле. Това магнитно поле дърпа буталото и по този начин инжекционната игла нагоре.
Когато инжектирането трябва да бъде спряно, ECU изключва масата, което води до изчезване на магнитното поле. Пружината натиска буталото обратно надолу, карайки иглата да спре подаването на гориво към горивната камера.
Инжекторът обикновено има множество отвори. Тези отвори са много малки, така че горивото се впръсква от инжектора в горивната камера като мъгла. Колкото по-фина е мъглата, толкова по-лесно се изпарява.
Пиезо инжектор (DI):
Пиезо инжекторите могат да се използват както в бензинови, така и в дизелови двигатели. BMW беше първата марка, която използва пиезо технология в бензиновите двигатели, но спря да го прави с по-новите двигатели.
Пиезо инжектор е част от инжекцията под високо налягане. Отделна помпа за високо налягане осигурява натиск върху горивната шина. Тази горивна релса разпределя горивото към всички инжектори (вижте изображението). Поради много високото налягане се използват алуминиеви тръби с уплътнения. Уплътненията (които са завинтени към тръбата и инжекторите) винаги трябва да бъдат затегнати с правилната сила. Това е посочено в ръководството за ремонт на съответния двигател.
Пиезо елементът в инжектора има свойството да променя дължината си, когато към него е свързано положително или отрицателно напрежение. Това се използва с инжектора. Веднага щом блокът за управление на двигателя подаде управляващо напрежение от приблизително 100 до 150 волта, пиезо елементът се разширява с приблизително 0,03 mm. Тази промяна в дължината е достатъчна, за да се установи връзка между камерата за високо и ниско налягане. Инжектирането започва веднага. Пиезо елементът може да се включва и изключва в рамките на хилядна от секундата. Заедно с много високото налягане на впръскване до 2000 бара, това осигурява много бързи и точни инжекции. Тези скорости също позволяват множество инжекции да се извършват едно след друго.
Множеството впръсквания по време на такта на всмукване имат предимството, че смесването на въздуха и горивото е оптимално. Високото налягане кара капките гориво да бъдат ултра фино пулверизирани, така че да се смесят още по-добре с въздуха. Могат да се извършат до 8 инжекции по време на такта на всмукване. Това има положителни последици за разхода на гориво, мощността и емисиите на отработени газове.
Стратегии за инжектиране директно инжектиране:
Инжекционната стратегия на директното впръскване има различни варианти: насочване по стена, насочване по въздух и насочване чрез струя (вижте изображенията по-долу). В тези ситуации има послоен процес на горене. Това не важи за всички работни условия.
- Насочване по стената: Буталото насочва облака гориво към запалителната свещ. Разстоянието между запалителната свещ и инжектора е голямо. Прилага се за GDI и HPI двигатели.
- Въздушно насочване: Движението на въздуха довежда горивния облак до запалителната свещ. Разстоянието между запалителната свещ и инжектора е голямо. Прилага се за двигатели FSI и JTS.
- Насочване на струята: запалителната свещ е разположена на ръба на горивния облак. Разстоянието между инжектора и свещта е малко. Прилага се за двигатели BMW.
Както вече беше посочено, бензиновите двигатели с директно впръскване нямат стратифицирано горене при всички работни условия. Двигателите с директно впръскване с струйно управление могат да работят на фази при частично натоварване. Послойният процес на горене означава, че в горивното пространство има различни въздушни слоеве. В близост до запалителната свещ ламбда стойността е 1. По-далеч ламбда стойността става по-висока (по-бедна, така че повече въздух). Този въздух осигурява изолиращ въздушен слой. При послоен процес времето за инжектиране е по-късно, отколкото при хомогенния процес. С помощта на послойно впръскване дроселовата клапа може да се отвори напълно, така че да задушава по-малко въздуха. Тъй като засмуканият въздух се обезвъздушава, той среща по-малко съпротивление и следователно може да бъде засмукан по-лесно. Тъй като стойността на ламбда в горивното пространство с послойно впръскване е по-малка от 1 поради изолиращия въздушен слой, това не създава проблеми с горенето. По време на процеса на наслояване разходът на гориво намалява.
При хомогенна смес ламбда стойността навсякъде е 1. Това означава, че при бензинов двигател съотношението на въздух и гориво е 14,7:1 (14,7 кг въздух с 1 кг гориво). Всеки двигател може да работи хомогенно. Ако се извърши обогатяване, ламбда стойността ще намалее и ако сместа стане по-бедна, ламбда стойността ще се увеличи:
<1 = Богат
>1 = Лошо
Двигателят винаги ще варира между богато и бедно, за да поддържа каталитичния конвертор да работи правилно. The ламбда сонда изпраща данните към системата за управление на двигателя.
При пълно натоварване моторът винаги работи хомогенно. Това дава по-висок въртящ момент, отколкото при послоен процес. Ако двигателят работи хомогенно, горивото се впръсква рано. Двигателят работи хомогенно и при движение от спряло място. Тогава има по-висок стартов въртящ момент, отколкото ако двигателят работи на пластове.
Характеристичната крива по-долу показва работните ситуации при различни скорости в сравнение с налягане при горене, със и без използване на EGR.
Двойно впръскване:
Групата VAG използва бензинови двигатели с двойно впръскване, за да отговори на настоящите стандарти за емисии. При двигателите с двойно впръскване има две системи за впръскване на гориво: система с ниско налягане и система с високо налягане.
- Системата с ниско налягане съдържа MPI инжектори, които се използват от десетилетия. MPI инжекторите са монтирани във всмукателния колектор и впръскват във всмукателния клапан при налягане от 4 до 5 бара;
- Системата за високо налягане съдържа инжектори за високо налягане, които впръскват директно в горивната камера с налягане на впръскване от максимум 150 до 200 бара.
Системата за управление на двигателя определя кой инжектор се управлява.
Следното изображение показва напречно сечение на главата на цилиндъра с двете горивни системи.
MPI инжекцията предлага по-добро смесване между въздух и гориво. Директните инжектори се използват при празен ход и пълно натоварване. При директно впръскване се постига по-добро охлаждане, което прави възможно по-високо съотношение на компресия. Смесването на въздух и гориво обаче не е оптимално. Това причинява повече емисии на сажди. Поради тази причина двигателите с директно впръскване днес са оборудвани с филтър за твърди частици. Това не е проблем при двойно впръскване. „Системата с променлив палец“, съкратено VTS, е версия на променлив всмукателен колектор, който осигурява по-добър въздушен поток. „Палецът“ е въздушен поток, който се създава във вихър, докато влиза в цилиндъра. Завихрянето на въздуха е необходимо за правилното смесване на горивото от MPI инжектора с въздуха.
Двойното впръскване в комбинация с VTS осигурява по-добри емисии на отработени газове. Допълнително предимство е, че всмукателният клапан се почиства от MPI инжектора. Двигателите с директно впръскване често страдат от мръсен всмукателен тракт (всмукателен колектор и всмукателни клапани), което причинява проблеми като ограничено подаване на въздух. В екстремния сценарий всмукателният отвор става толкова запушен, че всмукателният клапан вече не може да се затваря правилно на главата на цилиндъра и в крайна сметка изгаря, защото не може да разсее достатъчно топлина.
Известно е, че същите двигатели в САЩ са оборудвани само с директно впръскване за VAG двигателите с двойно впръскване. Всмукателният колектор е запушен. Това е така, защото към момента на писане екологичните изисквания са по-строги в Европа, отколкото в САЩ, и производителят не предоставя двигатели за пазари, където стандартите за емисии са по-малко строги с такива скъпи системи поради разходни причини.
Измерване на характеристики на напрежение и ток на многоточков инжектор:
Осцилоскопът може да измерва само напрежение. Измервателните кабели могат да бъдат свързани паралелно през електрическите компоненти. Измерването на тока в серия не е възможно. Токът може да се измери с помощта на индуктивна токова клеща. Сензорите на Хол в клещите за ток измерват магнитното поле и го преобразуват в напрежение. Напрежението може да се измери с осцилоскоп. В този случай има коефициент на преобразуване от 10 mv на ампер; За всеки 0,010 волта, които текущата клема предава, това може да се преобразува в 1 A.
Следното изображение на обхват показва профила на напрежение и ток на електромагнитен инжектор.
- Червено: градиент на напрежението;
- Жълто: текущият поток.
В покой напрежението е 14 волта. Вече няма разлика в напрежението на щепсела, така че не протича ток. ECU свързва един проводник към масата, за да управлява инжектора. Разликата в напрежението предизвиква протичане на ток през бобината на инжектора.
Жълтата линия показва текущия поток: в момента, в който напрежението падне до 0 волта, започва натрупването на ток. Зареждането на бобината отнема време. Токът не нараства повече от приблизително 0,9 A. По средата на натрупването на ток виждаме огъване на линията: това е моментът, в който се е натрупал достатъчно магнетизъм, за да повдигне иглата от нейното гнездо. Инжекторът започва да инжектира.
ECU прекъсва заземяването, за да спре управлението. Остатъчната енергия в бобината осигурява индукционно напрежение от приблизително 60 волта. Инжекторът спира да инжектира, защото пружината избутва иглата обратно в нейното гнездо. Това може да се види в изображението на обхвата чрез неравномерността на сигнала за напрежение.
Ако двигателят работи неравномерно и възникне прекъсване на запалването на цилиндъра, това може да се дължи на редица причини:
- Няма или слаба искра поради дефектна свещ, кабел на свещта или запалителна бобина;
- Ограничаване на подаването на гориво поради запушен горивен филтър, дефектен регулатор на налягането, проблем с горивната помпа или инжектора;
- Загуба на компресия поради проблем с буталните пръстени, дефектно уплътнение на главата или уплътнения на клапана.
По време на диагностика може да се използва обхват, за да се провери дали инжекторите все още функционират правилно. В началото на този раздел бяха показани измервания, при които няма неизправност. Сините линии показват като пример как би изглеждал профилът на напрежението и тока на дефектен инжектор.
В случай, че управлението на инжектора е правилно, но не се виждат прегъвания в изображението на напрежението и тока, може да се заключи, че иглата на инжектора не се движи. Тъй като инжекторът на един цилиндър не функционира правилно, а другите инжектори функционират правилно, изображенията на различни инжектори могат лесно да се сравняват едно с друго.
Ако леко почукате инжектора, иглата на инжектора може да се разхлаби. В този случай двигателят незабавно ще работи по-тихо и прегъванията ще бъдат видими отново в изображенията на обхвата. Това обаче не гарантира трайно решение; има голям шанс проблемът да се върне за кратко време. Необходима е смяна на съответния инжектор.
Иглата в инжектора се отваря само след като бобината е достатъчно заредена. В резултат на това инжекторът не впръсква веднага гориво, когато ECU започне да го контролира. След завършване на задействането, пружината притиска иглата на инжектора към нейното гнездо. Това също отнема време. Контролното време обикновено не е равно на времето за инжектиране. Следното изображение показва кривата на напрежението и тока на същия инжектор като по-горе, но с повишена скорост.
- Начало на управлението: ECU превключва контролния проводник към маса. Токът протича през бобината на инжектора, за да го отвори. Извивката в модела на потока показва момента, в който иглата на инжектора се отваря. След това токът се увеличава малко и следователно остава постоянен. Иглата на инжектора остава отворена.
- Край на контрола: както вече беше описано, ние разпознаваме момента, когато иглата на инжектора е затворена от издатината в изображението на напрежението.
Контролът отнема 4 ms, но реалното време на инжектиране е 3 ms. Ние наричаме разликата между тях „закъснение“, преведено на холандски като „закъснение“. Следователно ECU контролира инжектора за 4 ms, за да му позволи да инжектира за 3 ms.
Времето на впръскване в зависимост от положението на коляновия вал:
Моментът на инжектиране може да се види с помощта на осцилоскоп. Канал A (червен) е на заземяващия проводник на инжектора, а канал B (жълт) е на проводника на инжектора Сензор за положението на коляновия вал свързан. Докато двигателят работи, можем да използваме това изображение на обхвата, за да определим момента на впръскване и времето за впръскване.
Изображението на обхвата е направено по време на празен ход. Червеното изображение на напрежение показва отварянето и затварянето на инжектора (вижте раздела: Измерване на характеристиките на напрежение и ток на многоточков инжектор). В момент -2,860 ms започва управлението; напрежението от 12 волта пада до 0 волта. Това е точката, в която бобината на инжектора е заземена и протича ток. Контролът на инжектора приключва, когато червената линия се покачи отново. Поради енергията, натрупана в намотката, възниква индукционно напрежение над 60 волта. След това напрежението постепенно пада до 12 волта; тук инжекторът отново се изключва.
Червеното променливо напрежение идва от индуктивното Сензор за положението на коляновия вал. Всеки път, когато зъбите на импулсното колело се завъртят покрай сензора на коляновия вал, се създава синусоидално променливо напрежение. Импулсното колело съдържа 60 зъба, 2 от които са шлифовани. Двата шлайфани зъба образуват референтната точка, в която системата за управление на двигателя разпознава, че буталата на цилиндри 1 и 4 са между 90⁰ и 120⁰ преди ГМТ (горна мъртва точка). След като липсващият зъб бъде разпознат, системата за управление на двигателя има време да (евентуално в комбинация с датчик на разпределителния вал), за да определите правилния момент на впръскване и запалване и да активирате инжектора и запалителната бобина, преди буталото да е в ГМТ.
Изображението на обхвата показва времето, в което започва инжектирането; инжекцията започва с четвъртия импулс от датчика на коляновия вал. Ако приемем, че има 60 - 2 зъба, след всеки 6⁰ завъртане на коляновия вал (360⁰ за 1 оборот / 60 зъба) впръскването става на 24 градуса след референтната точка. Липсващият зъб е 90⁰ преди ГМТ, така че инжекцията започва (90⁰ – 24⁰) = 66⁰ преди ГМТ.
При повишена скорост от 2000 rpm импулсите на индуктивния сензор на коляновия вал са по-близо един до друг. Честотата на този сигнал се преобразува в скорост от системата за управление на двигателя. В зависимост от скоростта, натоварването (измерено чрез MAP сензор) и температури на входящия въздух и охлаждащата течност се определя необходимото време за впръскване. Времето за впръскване настъпва по-рано и инжекторът е на земята за по-дълго време: инжекторът инжектира по-рано и по-дълго.
От началото на активирането до точката на задействане (стрелката на нивото на изключване на инжектора) времето за активиране е приблизително 5,2 ms. Времето, през което инжекторът е активиран, не е равно на действителното впръскване (вижте предходния параграф).
В следното изображение на обхвата индуктивният сигнал на коляновия вал е показан в червено, а сигналът на инжектора е показан в жълто. При увеличаване на скоростта до приблизително 3000 оборота в минута могат да се видят два контрола на инжектора. Ясно се вижда, че впръскването на гориво от цилиндър 1 се извършва при всяко второ завъртане на коляновия вал.
Текущо ограничение в ECU:
Както показаха измерванията в раздела „Измерване на напрежение и ток на многоточков инжектор“, има забавяне между задействането и действителното отваряне на иглата на инжектора. В този случай отварянето отнема 1,5 ms.
Иглата на инжектора би се отворила по-бързо, ако токът през намотката нараства по-бързо. Токът зависи от съпротивлението на бобината: колкото по-ниско е съпротивлението, толкова по-бързо се натрупва токът. Инжекторите с висок импеданс, използвани в двигателя на измерванията, имат съпротивление от 16 Ohm. При бордово напрежение от 14 волта ще тече малък ток:
Силата на тока е достатъчна за отваряне на иглата на инжектора, но не прекалено висока, за да не стане прекалено гореща поради твърде висока мощност:
Тъй като се изгражда само ниска мощност, не е необходимо да се използва контрол на тока. Това би било необходимо при инжектори с нисък импеданс.
- Инжекторите с нисък импеданс имат предимството, че натрупването на ток се увеличава бързо от самото начало. Това води до бързо отваряне на иглата на инжектора, толкова малко забавяне.
- Нискоомните инжектори имат съпротивление приблизително 2,8 ома. Ниското съпротивление води до протичане на висок ток:
Силата също се увеличава рязко:
Консумацията на енергия е почти седем пъти по-висока, отколкото при инжекторите с висок импеданс. Ако токът се увеличи твърде много, се отделя топлина в инжекторите и в изходния етап на управляващото устройство. За ограничаване на тока напрежението се включва и изключва няколко пъти за кратък период от време. След отваряне на иглата на инжектора е необходима малко енергия, за да се поддържа иглата отворена. Токът намалява при включване и изключване. Тази прогресия може да се види в изображението на обхвата.
Определяне на необходимото количество гориво:
Производителят е определил необходимото количество гориво в различни характерни полета, които се съхраняват в ROM паметта на ECU. То система за управление на двигателя чете от тези диаграми колко гориво е необходимо без корекции. Това разбира се зависи от оборотите на двигателя, температурата и натоварването. Най-важните параметри за определяне на правилното количество гориво са обяснени в този раздел като таблица VE и таблица AFR.
VE таблица:
Таблицата VE представлява обемната ефективност и съотношението въздух/гориво при всяка скорост на двигателя и налягане във всмукателния колектор. Обемната ефективност е съотношението между измереното количество въздух, изпълващо цилиндрите, и количеството въздух, което би изпълнило цилиндъра в статична ситуация, в зависимост от оборотите на двигателя и налягането във всмукателния колектор. Стойностите в таблицата се използват от ECU за определяне на текущата въздушна маса и следователно нивото на пълнене. Тези данни се използват за изчисляване на количеството гориво, което трябва да се впръска.
Този теоретичен подход се различава от действителността. Спецификациите на двигателя все още не са взети под внимание тук. Вземете под внимание диаграмата на клапаните (припокриване на клапаните или евентуално променлива фаза на газоразпределение), съпротивлението на въздуха във всмукателния тракт и т.н. Ето защо се прилага корекционен коефициент, който дава отклонение от линейната зависимост. Коефициентът на корекция е показан на горното изображение с пунктирана линия. Кривата показва до каква степен линейната връзка е правилна. При налягане от 60 kPa отклонението е приблизително 50% от линията, показваща линейната зависимост. Коефициентът на корекция може да се формира в проценти.
В таблица VE всяка клетка показва процента, свързан с отрицателното налягане по отношение на скоростта. Този процент ще бъде най-висок при скоростта, при която въртящият момент е най-висок. Все пак там двигателят е най-ефективен, защото двигателят пълни най-добре.
Стойностите в таблиците VE и AFR по-късно в този раздел са получени от кривата на въртящия момент и мощността на двигател 1.8 20v от VW Golf.
Изображенията по-долу показват таблицата VE като таблица за попълване и триизмерното представяне, създадено с помощта на кривата на въртящия момент и мощността в програмата “TunerStudio”. Тази програма се използва главно за предоставяне на софтуер за програмируемо ECU като MegaSquirt или Speeduino. За повече информация: вижте страниците за него Проект MegaSquirt.
Вертикалната ос показва MAP (въздушно налягане в колектора) от 15 kPa (много отрицателно налягане) до 100 kPa (външно въздушно налягане). Картата показва натоварването на двигателя. Хоризонталната ос показва скоростта на двигателя между празен ход и максималната скорост на двигателя.
Клетките в таблицата VE показват нивото на пълнене на двигателя. С други думи; колко ефективен е двигателят при определени обороти и натоварване. Двигателят е най-ефективен около скоростта, където въртящият момент е най-висок (около 4200 об/мин); тук процентите са най-високи. Това е мястото, където двигателят се „пълни“ най-добре. Прилагането на техники, които увеличават нивото на пълнене, като променливо газоразпределение, регулиране на всмукателния колектор или използване на турбо, ще допринесе за процентите.
AFR таблица:
Необходимият състав въздух/гориво се записва в AFR таблица. AFR е съкращението от „съотношение въздух-гориво“. При стехиометрично съотношение на смесване (ламбда = 1) са необходими 14,7 kg въздух за изгаряне на 1 kg бензин. Стехиометричната смес не е желателна във всички ситуации.
- Бедната смес благоприятства разхода на гориво;
- Богатата смес позволява по-висока мощност.
Когато двигателят трябва да достави повече мощност (P), се извършва обогатяване. По-богатата смес осигурява и охлаждане. Обогатяването до λ = 0,8 означава, че се прилага съотношение на смесване (AFR) от 11,76 kg въздух към 1 kg бензин. Така че има по-малко наличен въздух за изгаряне на 1 kg гориво, отколкото при стехиометрична смес. Бедната смес, от друга страна, дава по-добър разход на гориво (be), но дава повече шансове за тропане. Обогатяването или обедняването на сместа винаги трябва да остава в границите на горене.
По време на празен ход оборотите са между 600 и 900 об/мин. Газовият вентил е почти напълно затворен и отрицателното налягане е високо: то е между 25 и 40 kPa. Сместа е стехиометрична (14,7:1) в този скоростен диапазон.
Когато има частично натоварване, скоростта на двигателя ще се увеличи до 4200 об./мин. Дроселната клапа се отваря допълнително, така че вакуумът във всмукателния колектор пада до 40 – 75 kPa. С увеличаване на натоварването на двигателя, отрицателното налягане намалява; настъпва обогатяване (AFR от 13:1). Оскъдна смес е възможна при ниско натоварване на двигателя. При пълно натоварване дроселът е напълно отворен. Отрицателното налягане пада до 100 kPa (налягането на външния въздух) и се получава максимално обогатяване (12,5:1).
Стойността на ламбда влияе не само върху мощността и разхода на гориво, но и върху емисиите на отработени газове. По-богатата смес осигурява по-ниско съдържание на NOx, но също така и по-високи емисии на CO и HC. При по-бедна смес, частиците на горивото са по-далеч една от друга, така че горенето вече не е оптимално; в резултат на което емисиите на HC също се увеличават.
При използване на катализатор е желателно да се гарантира, че инжекцията постоянно се редува между богата и бедна. В богата смес CO се образува в резултат на недостиг на кислород, с който катализаторът намалява NOx. Бедната смес съдържа излишък от кислород, който окислява CO и HC.
Контролният блок определя колко гориво трябва да се впръска. Първо, основните данни за инжектиране се четат от характеристичните полета. Стойностите от таблиците VE и AFR, наред с други, са включени в изчислението за инжекционното количество. Взети са предвид и следните стойности, определени от производителя:
- обогатяване в зависимост от температурата на охлаждащата течност и входящия въздух;
- краткотрайно обогатяване на ускорението при (бързо) отваряне на дросела;
- корекция поради промяна в бордовото напрежение.
В допълнение към тези определени стойности внимателно се вземат предвид напреженията, които ламбда сондата изпраща към контролния блок. Тези напрежения зависят от съдържанието на кислород в отработените газове. Това е променлив фактор, който се променя непрекъснато. Входът на тези сензорни напрежения се нарича т.нар.корекции на горивото“ включен.
Как се определят стойностите на таблицата VE и AFR и другите споменати настройки са описани на страниците на извършените Проект MegaSquirt.
