Ruiskutusjärjestelmä

Aiheet:

Epäsuora ja suora ruiskutus
Polttoainepaineen säätö epäsuoralla ruiskutuksella
Injektiostrategia monipisteinjektio
Sähkömagneettinen injektori (MPI)
Pietsosuutin (DI)
Injektiostrategiat suoraruiskutus
Kaksoisruiskutus
Jännitteen ja virran ominaisuuksien mittaaminen monipistesuuttimella
Ruiskutuksen ajoitus suhteessa kampiakselin asentoon
ECU-virran rajoitus
Tarvittavan polttoainemäärän määrittäminen
VE pöytä
AFR pöytä

Epäsuora ja suora ruiskutus:
Bensiinimoottorin ruiskutusjärjestelmätyypit on jaettu epäsuoraan ruiskutukseen kaasuventtiilille, epäsuoraan ruiskutukseen sylinteriä kohden ja suoraan korkeapaineruiskutukseen. Tämän sivun kappaleet selittävät nämä erilaiset ruiskutusjärjestelmät.

Epäsuora injektio:
Kaasuventtiilin edessä on suutin. Polttoaine ruiskutetaan kaasuventtiiliä vasten, jossa se sekoittuu ohi virtaavan ilman kanssa. Suurin haittapuoli on, että ei ole tarkkaa polttoaineannostusta sylinteriä kohden; yksi sylinteri saa aina hieman enemmän tai vähemmän kuin toinen. Järjestelmä ei siten ole säädettävissä, eikä sitä siksi enää käytetä ympäristövaatimusten mukaisesti. Tätä järjestelmää kutsutaan myös keskusinjektioksi (Monopoint).

Epäsuora injektio:
Jokaisella sylinterillä on oma suutin. Injektori ruiskuttaa polttoainetta imuventtiiliin. Ohivirtaava ilma varmistaa myös sekoittumisen tässä järjestelmässä ennen kuin ilma-polttoaineseos tulee polttokammioon. Etuna epäsuoraan ruiskutukseen verrattuna on, että polttoaineen määrää voidaan säätää paljon tarkemmin. Tätä järjestelmää kutsutaan myös nimellä MPI (MultiPoint Injection) tai PFI (Port Fuel Injection).

Suora ruiskutus:
DI (Direct Injection) tai DISI (Direct Injection Spark Ignition) suuttimet sijaitsevat sytytystulpan vieressä, palotilan yläosassa. Polttoaine ruiskutetaan tämän suuttimen kautta noin 200 baarin korkealla paineella imuiskun aikana. Tämän järjestelmän suurimpia etuja ovat, että polttoaineen määrää voidaan säätää entistä tarkemmin, ruiskutuksia voidaan tehdä useita kertoja imuiskun aikana ja ilma-polttoaineseos on viileämpi. Tämä antaa valmistajille mahdollisuuden lisätä moottorin puristussuhdetta. Injektori voidaan suunnitella pietso- tai magneettikela-injektoriksi.

DI vaatii korkeampia ruiskutuspaineita kuin MPI / PFI, koska ruiskutus tapahtuu puristusiskun aikana; polttoaineen tulee olla riittävästi sumutettua, kun sylinterissä oleva ilma on puristettu. Siksi DI:ssä on erillinen korkeapainepumppu. Korkeapainepumppu nostaa polttoaineen painetta polttoainegalleriaan. Suuttimet on kiinnitetty tähän polttoainegalleriaan putkilla. Heti kun moottorin hallinta lähettää signaalin suuttimelle, se avautuu ja sulkeutuu haluttuun aikaan.

DI:n etuja PFI:hen verrattuna ovat:

Tarkempi injektio;
Useat injektiot mahdollisia;
Injektioaikaa voidaan säätää;
Korkeampi tehollinen paine männän yläpuolella mahdollista (täten mahdollistaa koon pienentämisen korkeammalla puristussuhteella);
Pienempi polttoaineenkulutus, pienemmät CO2-päästöt.

Haittoja ovat mm.

Korkeammat järjestelmäkustannukset korkeapaineisen polttoainepumpun, kehittyneiden suuttimien ja monimutkaisemman sylinterinkannen ansiosta;
Nokipäästöt lisääntyivät (PM-päästöt);
Suora ruiskutus polttokammioon jäähdyttää polttoaineen haihtumiseen tarvittavan lämmön sijaan.

Kaksoisruiskutusmoottori hyödyntää molempien järjestelmien etuja. Suora ja epäsuora ruiskutus voidaan vaihtaa käyttöolosuhteiden mukaan. Kaksoisruiskutuksen toiminta ja käyttö on kuvattu tämän sivun samannimisessä kappaleessa.

Polttoaineen paineen säätö epäsuoralla ruiskutuksella:
Jatkuva polttoaineen paine on edellytys polttoaineen ruiskutuksen tarkalle ohjaukselle. Polttoaineen paine (kiskon paine) on suuttimen yläosassa ja imusarjan paine on alaosassa. Imusarjan paine vaihtelee moottorin kuormituksen mukaan ja ilman paineensäädintä vaikuttaa polttoaineen paine-eroon ja siten ruiskutusmäärään. Tästä syystä käytämme polttoaineen paineensäädintä. Tässä osiossa perehdymme tämän ohjaimen toimintaan ja tarkoitukseen.

Alla olevassa kuvassa näkyvät monipisteruiskutuksella varustetun epäsuoran ruiskutuksen bensiinimoottorin komponentit. Tarkastelemme polttoainevirtausta säiliössä olevasta pumpusta suuttimeen.

Kun ECU ohjaa polttoainepumpun relettä, pumppu toimii. Pumppu imee polttoainetta polttoainesäiliön alimmasta mahdollisesta kohdasta ja pakottaa polttoaineen virtauksen kohti polttoainesuodatinta. Polttoaineen sisältämät likahiukkaset jäävät suodatinmateriaaliin. Suodatettu polttoaine saapuu sitten polttoainegalleriaan. Useimmissa tapauksissa polttoainevalikoima on asennettu suoraan ruiskutussuuttimen sisääntuloaukkoon.

Polttoainegalleriassa on jatkuva paine: vain kun ruiskua ohjataan sähköisesti ECU:lla (katso sininen johto), suutin avautuu ja polttoainetta ruiskutetaan imusarjaan avoimen imuventtiilin päälle. Ruiskutettavan polttoaineen määrä riippuu:

ruiskutusaika (joka määrittää ECU pidentämällä tai lyhentämällä ruiskutussignaalia);
polttoaineen paine (2 millisekunnin ruiskutusajalla suutin ruiskuttaa enemmän kuin ECU on laskenut, jos polttoaineen paine on liian korkea).

Polttoainevalikoiman polttoainepaine (kutsutaan myös kiskon paineeksi) säädetään moottorin kuormituksen perusteella. Keskustelemme tästä tarkemmin seuraavassa osiossa.

Ilman paineensäädintä syntyy seuraavia tilanteita:

Tyhjäkäyntinopeudella suurempi alipaine (eli alhainen ilmanpaine) imusarjassa tuottaisi ei-toivotun korkeamman polttoainepaineen;
Kiihdytettäessä tyhjiötä (täysi kuorma) on vähemmän tai tuskin ollenkaan ja polttoaineen paine putoaisi, kun taas korkeampi polttoainepaine halutaan.

Polttoaineen paineensäädin lisää tai laskee bensiinin painetta polttoainevalikoimassa imusarjan ilmanpaineen perusteella. Polttoaineen paineensäädintä voidaan pitää dynaamisena venttiilinä, joka mahdollistaa aukon polttoainepumpusta tulevan syöttöjohdon ja paluulinjan väliin.

Oikealla näkyy polttoaineen painekaavio, jossa suhteellinen paine-ero kaikissa olosuhteissa (tyhjäkäynti, osakuorma ja täysi kuorma) on 4 baaria paineensäätimen ansiosta.

Alla oleva selitys viittaa kuviin, joissa näkyy paineensäädin tilanteessa ilman ja tyhjiön kanssa. Oikealla on Boschin polttoaineen paineensäädin, jota useat autonvalmistajat käyttävät.

Ilman tyhjiötä (vasemmalla):
Paineensäädin on suljettu levossa: jousi painaa kalvon kiinni, mikä estää syötettävää polttoainetta pääsemästä paluulinjaan.

Tyhjiöllä (keskellä):
Kun painetta kalvon yläpuolella pienennetään, polttoaineen paine syöttöpuolella työntää kalvoa ylöspäin jousivoimaa vastaan. Muodostuu aukko, jonka kautta syötetty polttoaine tyhjennetään paluulinjan kautta polttoainesäiliöön.

Injektiostrategia monipisteinjektio:
(Epäsuorassa) monipisteinjektiossa käytetään kolmea eri injektiomenetelmää:

Samanaikainen: ruiskutus tapahtuu samaan aikaan kaikkiin sylintereihin.
Ryhmä: injektio tapahtuu ryhmäkohtaisesti; yhden tai useamman ryhmän välillä on ero.
Jaksottainen: jokaista injektoria ohjataan erikseen ja siksi sillä on oma ruiskutusmomenttinsa.

Alla olevan kuvan moottorinhallintajärjestelmä havainnollistaa ryhmäruiskutusta. Sylinterien 1 ja 2 suuttimilla on yhteinen virtalähde (punainen) ja molemmat on kytketty maahan samanaikaisesti (vihreä). Sylinterien 3 ja 4 suuttimet ovat samat, mutta niitä ohjataan erillään sylintereistä 1 ja 2.

Sähkömagneettinen injektori (MPI):
Sähkömagneettista ruiskutussuutinta käytetään monissa bensiinimoottoreissa, joissa ei käytetä (suoraa) korkeapaineruiskutusta erillisellä korkeapainepumpulla. Polttoaine on jatkuvassa 1 baarin paineessa suuttimen tuloaukossa. Polttoaineen paine saadaan aikaan säiliössä olevalla polttoainepumpulla. Monipisteruiskutuksessa (tämä kuvataan myöhemmin sivulla) jokaisella sylinterillä on oma injektori. Tämä suutin on asennettu imusarjaan ja ruiskuttaa polttoainetta jopa 6 baarin paineella ennen venttiilin avautumista. Polttoaineella on tällöin riittävästi aikaa, kun imuventtiili alkaa avautua, sekoittua kaiken sylinteriin virtaavan hapen kanssa (merkitty kuvassa tummansinisellä nuolella).

Moottorin ohjausyksikkö tarkastelee kampiakselin asentoa ruiskutuksen ajoituksen ja sytytyksen ajoituksen säätämiseksi. Useiden tekijöiden perusteella (moottorin ja ympäristön lämpötila, kuorma, nopeus jne. se antaa signaalin suuttimelle oikealla avautumishetkellä. Tämän suuttimen pistoke sisältää kaksi johtoa. Yhdellä johdolla on jatkuva plussa noin 14 volttia. Toinen johto on kytketty maahan ECU:lla, jotta virta pääsee kulkemaan injektorikelan läpi. Kun kela on riittävästi ladattu, injektorin neula avautuu jousivoimaa vastaan. Kun ohjaus pysähtyy, jousi puristaa injektorineulan takaisin Sen jälkeen polttoaineen syöttö katkaistaan Ohjauksen pysähtyessä kela on edelleen sähköisesti latautunut.Käämin energia muodostaa induktiohuipun, joka on havaittavissa oskilloskoopilla Induktiojännite on hetkellisesti noin 60 volttia.

Näihin suuttimiin syötetään polttoainetta polttoainekiskon kautta (kutsutaan myös polttoainegalleriaksi). Polttoainesäiliössä oleva lisäpumppu tuottaa paineen polttoainekiskoon. Polttoaineen paine kiskossa on vakio (n. 4 bar). Koska paine on niin alhainen, injektorit on kiinnitetty lukitusklipsillä ja O-renkaalla tiivistystä varten. Varsinkin vanhemmissa autoissa, joissa järjestelmä on purettu, on viisasta vaihtaa O-renkaat ennen asennusta.

Injektorin kotelo on yleensä muovia. Kotelon yläosasta löytyy pistokeliitäntä, joka on liitetty sisäisesti kelaan. Yläosassa on kuminen O-rengas, jonka yli polttoainegalleria liukuu. O-renkaat tai teflontiivisterenkaat löytyvät pohjasta. O-rengasta käytetään pääasiassa MPI-suuttimissa, joissa on matalapaineruiskutus, kun taas teflonrenkaita löytyy korkeapaineruiskutusmoottoreista, kuten FSI-moottorista.

Kela on kierretty injektorin sydämen ympärille. Oheisessa kuvassa kela on korostettu punaisella. Injektorin keskellä, myös kelan sisällä, on mäntä. Tässä männässä on mekaaninen liitäntä neulan kanssa. Männän yläpuolella on jousi, joka pitää männän ja siten neulan paikallaan ja sulkee injektioaukon.

Lepotilassa kelan molemmissa navoissa jännite on noin 14 volttia suhteessa maahan. Suuttimen esitäyttöä varten moottorin ECU syöttää kelan toiselle puolelle maadoituksen, kun taas toiselle puolelle tulee positiivinen jännite. Siinä vaiheessa virta alkaa virrata kelan läpi, mikä johtaa magneettikentän muodostumiseen. Tämä magneettikenttä vetää mäntää ja siten injektioneulaa ylöspäin.

Kun ruiskutus on lopetettava, ECU irrottaa maan, jolloin magneettikenttä katoaa. Jousi työntää männän takaisin alas, jolloin neula katkaisee polttoaineen syötön polttokammioon.

Injektorissa on yleensä useita aukkoja. Nämä aukot ovat hyvin pieniä, joten polttoaine ruiskutetaan ruiskusta palokammioon sumuna. Mitä hienompaa sumu on, sitä helpommin se haihtuu.

Pietsosuutin (DI):
Pietsosuuttimia voidaan käyttää sekä bensiini- että dieselmoottoreissa. BMW oli ensimmäinen merkki, joka käytti pietsotekniikkaa bensiinimoottoreissa, mutta on lopettanut sen käyttämisen uudemmissa moottoreissa.
Pietsosuihkutin on osa korkeapaineruiskutusta. Erillinen korkeapainepumppu tuottaa painetta polttoainekiskoon. Tämä polttoaineputki jakaa polttoaineen kaikkiin suuttimiin (katso kuva). Erittäin korkeista paineista johtuen käytetään tiivisteillä varustettuja alumiiniputkia. Kiristysholkit (jotka ruuvataan putkeen ja suuttimiin) tulee aina kiristää oikealla voimalla. Tämä on mainittu kyseisen moottorin korjauskäsikirjassa.

Injektorissa olevan pietsoelementin pituus muuttuu, kun siihen kytketään positiivinen tai negatiivinen jännite. Tätä käytetään injektorin kanssa. Heti kun moottorin ohjausyksikkö syöttää noin 100 - 150 voltin ohjausjännitteen, pietsoelementti laajenee noin 0,03 mm. Tämä pituuden muutos riittää muodostamaan yhteyden korkea- ja matalapainekammion välille. Injektio alkaa välittömästi. Pietsoelementti voi kytkeytyä päälle ja pois päältä sekunnin tuhannesosassa. Yhdessä erittäin korkean, jopa 2000 baarin ruiskutuspaineen kanssa, tämä antaa erittäin nopeat ja tarkat ruiskutukset. Nämä nopeudet mahdollistavat myös useiden ruiskeiden tekemisen peräkkäin.
Useilla ruiskutuksilla imuiskun aikana on se etu, että ilman ja polttoaineen sekoitus on optimaalinen. Korkea paine saa polttoainepisarat sumutettua erittäin hienoksi, jolloin ne sekoittuvat entistä paremmin ilmaan. Imuiskun aikana voidaan tehdä jopa 8 injektiota. Tällä on myönteisiä vaikutuksia polttoaineen kulutukseen, tehoon ja pakokaasupäästöihin.

Injektiostrategiat suora injektio:
Suoraruiskutuksen ruiskutusstrategialla on erilaisia muunnelmia: seinäohjattu, ilmaohjattu ja suihkuohjattu (katso kuvat alla). Näissä tilanteissa tapahtuu kerrostettu palamisprosessi. Tämä ei päde kaikissa käyttöolosuhteissa.

Seinäohjattu: Mäntä ohjaa polttoainepilven sytytystulppaan. Sytytystulpan ja suuttimen välinen etäisyys on suuri. Soveltuu GDI- ja HPI-moottoreihin.
Ilmaohjattu: Ilmaliike tuo polttoainepilven sytytystulppaan. Sytytystulpan ja suuttimen välinen etäisyys on suuri. Koskee FSI- ja JTS-moottoreita.
Suihkuohjattu: Sytytystulppa sijaitsee polttoainepilven reunalla. Injektorin ja sytytystulpan välinen etäisyys on pieni. Soveltuu BMW-moottoreihin.

Kuten jo todettiin, suorasuihkutus bensiinimoottoreissa ei ole kerrostettua palamista kaikissa käyttöolosuhteissa. Moottorit, joissa on suihkuohjattu suoraruiskutus, voivat toimia vaiheittain osakuormalla. Kerrospolttoprosessi tarkoittaa, että palotilassa on erilaisia ilmakerroksia. Lähellä sytytystulppaa lambda-arvo on 1. Kauempana lambda-arvo kasvaa (laihampi, joten enemmän ilmaa). Tämä ilma muodostaa eristävän ilmakerroksen. Kerrostetussa prosessissa ruiskutusaika on myöhempi kuin homogeenisessa prosessissa. Kerrosruiskutuksen avulla kaasuventtiili voidaan avata kokonaan, jolloin se kuristaa vähemmän ilmaa. Koska imetty ilma tukahdutetaan, se kohtaa vähemmän vastusta ja siksi se voidaan imeä helpommin. Koska lambda-arvo palotilassa kerrosruiskutuksella on pienempi kuin 1 eristävän ilmakerroksen takia, tämä ei aiheuta palamisongelmia. Kerrosprosessin aikana polttoaineenkulutus pienenee.

Homogeenisella seoksella lambda-arvo on kaikkialla 1. Tämä tarkoittaa, että bensiinimoottorissa ilman ja polttoaineen suhde on 14,7:1 (14,7 kg ilmaa 1 kg polttoainetta). Jokainen moottori voi toimia tasaisesti. Jos rikastus tapahtuu, lambda-arvo laskee ja jos seos laihennetaan, lambda-arvo kasvaa:

<1 = Rikas
>1 = Huono

Moottori vaihtelee aina täyteläisen ja laihan välillä, jotta katalysaattori toimii kunnolla. The lambda anturi lähettää tiedot moottorinhallintajärjestelmään.

Täydellä kuormituksella moottori käy aina tasaisesti. Tämä antaa suuremman vääntömomentin kuin kerrosprosessissa. Jos moottori käy tasaisesti, polttoaine ruiskutetaan aikaisin. Moottori käy tasaisesti myös pysähdyksiltä pois ajettaessa. Tällöin käynnistysmomentti on suurempi kuin jos moottoria käytettäisiin kerroksittain.

Alla oleva ominaiskäyrä näyttää käyttötilanteet eri nopeuksilla verrattuna palamispaine, EGR:n kanssa ja ilman.

Kaksoisruiskutus:
VAG-konserni käyttää kaksoisruiskutusbensiinimoottoreita täyttääkseen nykyiset päästöstandardit. Kaksoisruiskutusmoottoreissa on kaksi polttoaineen ruiskutusjärjestelmää: matalapainejärjestelmä ja korkeapainejärjestelmä.

Matalapainejärjestelmä sisältää vuosikymmeniä käytettyjä MPI-suuttimia. MPI-suuttimet on asennettu imusarjaan ja ruiskutetaan imuventtiiliin 4-5 baarin paineella;
Korkeapainejärjestelmä sisältää korkeapainesuuttimet, jotka ruiskuttavat suoraan polttokammioon enintään 150-200 barin ruiskutuspaineella.

Moottorin hallintajärjestelmä määrittää, mitä suutinta ohjataan.

Seuraavassa kuvassa on poikkileikkaus sylinterinkannen kahdesta polttoainejärjestelmästä.

MPI-ruiskutus tarjoaa paremman sekoittumisen ilman ja polttoaineen välillä. Suorasuuttimia käytetään joutokäynnillä ja täydellä kuormalla. Suoraruiskutuksella saavutetaan parempi jäähdytys, mikä mahdollistaa suuremman puristussuhteen. Ilman ja polttoaineen sekoitus ei kuitenkaan ole optimaalinen. Tämä aiheuttaa enemmän nokipäästöjä. Tästä syystä suoraruiskutuksella varustetut moottorit on nykyään varustettu hiukkassuodattimella. Tämä ei ole ongelma kaksoisruiskutuksessa. "Vaihteleva peukalojärjestelmä", lyhennettynä VTS, on versio muuttuvasta imusarjasta, joka tarjoaa paremman ilmavirran. "Tumble" on ilmavirta, joka syntyy pyörteeksi, kun se tulee sylinteriin. Ilmapyörre on välttämätön, jotta MPI-suuttimesta tuleva polttoaine sekoittuu kunnolla ilmaan.

Kaksoisruiskutus yhdessä VTS:n kanssa varmistaa paremmat pakokaasupäästöt. Lisäetuna on, että imuventtiili puhdistetaan MPI-suuttimella. Suoraruiskutuksella varustetut moottorit kärsivät usein likaisesta imukanavasta (imusarja ja imuventtiilit), mikä aiheuttaa ongelmia, kuten rajallisen ilmansyötön. Äärimmäisessä tilanteessa imuaukko tukkeutuu niin, että imuventtiili ei enää voi sulkeutua kunnolla sylinterinkannessa ja lopulta palaa, koska se ei pysty hajottamaan lämpöä riittävästi.

Tiedetään, että Yhdysvalloissa samat moottorit on varustettu kaksoisruiskutuksella varustetuissa VAG-moottoreissa vain suoraruiskutuksella. Imusarja on korkki. Tämä johtuu siitä, että tätä kirjoitettaessa ympäristövaatimukset ovat Euroopassa tiukemmat kuin Yhdysvalloissa, eikä valmistaja toimita moottoreita markkinoille, joilla päästöstandardit ovat vähemmän tiukat niin kalliilla järjestelmillä kustannussyistä.

Jännitteen ja virran ominaisuuksien mittaaminen monipistesuuttimella:
Oskilloskooppi voi mitata vain jännitettä. Mittauskaapelit voidaan kytkeä rinnan sähkökomponenttien yli. Virran mittaaminen sarjassa ei ole mahdollista. Virta voidaan mitata käyttämällä induktiivista virtapihtiä. Virtapuristimen Hall-anturit mittaavat magneettikentän ja muuntavat sen jännitteeksi. Jännite voidaan mitata oskilloskoopilla. Tässä tapauksessa muuntokerroin on 10 mv per ampeeri; Jokaista 0,010 volttia kohden, jonka virtapihti lähettää, tämä voidaan muuntaa 1 A:ksi.

Seuraavassa kuvassa näkyy sähkömagneettisen injektorin jännite- ja virtaprofiili.

Punainen: jännitegradientti;
Keltainen: virta.

Lepotilassa jännite on 14 volttia. Nyt pistokkeessa ei ole jännite-eroa, joten virtaa ei kulje. ECU yhdistää yhden johdon maahan ruiskun ohjaamiseksi. Jännite-ero saa virran kulkemaan injektorikäämin läpi.

Keltainen viiva osoittaa virran kulun: virran muodostuminen alkaa heti, kun jännite putoaa 0 volttiin. Kelan lataaminen vie aikaa. Virta ei kasva enempää kuin noin 0,9 A. Puolivälissä virran kertymistä näemme linjan mutkan: tämä on hetki, jolloin on kertynyt riittävästi magnetismia nostaakseen neulan paikaltaan. Injektori alkaa ruiskuttaa.

ECU katkaisee maadoitusliitännän pysäyttääkseen ohjauksen. Käämin jäännösenergia tuottaa noin 60 voltin induktiojännitteen. Injektori lopettaa ruiskutuksen, koska jousi työntää neulan takaisin paikalleen. Tämä näkyy skooppikuvassa jännitesignaalin iskusta.

Jos moottori käy epäsäännöllisesti ja sylinterin sytytyskatko tapahtuu, tämä voi johtua useista syistä:

Ei kipinää tai se on huono viallisen sytytystulpan, sytytystulpan kaapelin tai sytytyspuolan vuoksi;
Polttoaineen syötön rajoitus tukkeutuneen polttoainesuodattimen, viallisen paineensäätimen, polttoainepumpun tai suuttimen ongelman vuoksi;
Puristuksen menetys männänrenkaiden, viallisen kannen tiivisteen tai venttiilin tiivisteiden ongelman vuoksi.

Diagnoosin aikana voidaan tarkastaa kiikaritähtäimen avulla, toimivatko suuttimet edelleen kunnolla. Tämän jakson alussa näytettiin mittaukset, joissa ei ollut vikaa. Siniset viivat osoittavat esimerkkinä, miltä viallisen injektorin jännite- ja virtaprofiili näyttäisi.

Siinä tapauksessa, että injektorin ohjaus on oikea, mutta jännite- ja virtakuvassa ei ole näkyvissä taitoksia, voidaan päätellä, että ruiskun neula ei liiku. Koska yhden sylinterin suutin ei toimi kunnolla ja muut ruiskut toimivat kunnolla, eri suuttimien kuvia on helppo verrata keskenään.

Jos naputtelet varovasti injektoria, injektorin neula voi irrota. Siinä tapauksessa moottori käy välittömästi hiljaisemmin ja taivutukset näkyvät taas skooppikuvissa. Tämä ei kuitenkaan takaa pysyvää ratkaisua. on hyvä mahdollisuus, että ongelma palaa lyhyen ajan kuluessa. Asianmukainen injektori on vaihdettava.

Injektorissa oleva neula avautuu vasta, kun kela on ladattu riittävästi. Tämän seurauksena suutin ei ruiskuta polttoainetta välittömästi, kun ECU alkaa ohjata sitä. Toiminnan päätyttyä jousi painaa injektorineulan istukkaan. Tämäkin vie aikaa. Kontrolliaika ei yleensä ole yhtä suuri kuin injektioaika. Seuraava kuva näyttää saman injektorin jännite- ja virtakäyrän kuin yllä, mutta suuremmalla nopeudella.

Ohjauksen käynnistys: ECU kytkee ohjausjohdon maahan. Virta kulkee injektorikäämin läpi sen avaamiseksi. Virtauskuvion mutka osoittaa hetken, jolloin injektorin neula avautuu. Virta kasvaa sitten hieman ja pysyy siksi vakiona. Injektorin neula pysyy auki.
Ohjauksen loppu: Kuten jo kuvattiin, tunnistamme hetken, jolloin injektorin neula sulkeutuu jännitekuvassa olevalla iskulla.

Ohjaus kestää 4 ms, mutta todellinen ruiskutusaika on 3 ms. Kutsumme näiden välistä eroa "viiveeksi", joka käännetään hollanniksi "viiveeksi". Siksi ECU ohjaa injektoria 4 ms, jotta se voi ruiskuttaa 3 ms.

Ruiskutuksen ajoitus suhteessa kampiakselin asentoon:
Ruiskutusmomenttia voi tarkastella oskilloskoopilla. Kanava A (punainen) on suuttimen maadoitusjohdossa ja kanava B (keltainen) on injektorijohdossa kampiakselin asentoanturi yhdistetty. Kun moottori on käynnissä, voimme käyttää tätä kiikarikuvaa ruiskutusajan ja ruiskutusajan määrittämiseen.

Kiikarikuva on otettu joutokäynnillä. Punainen jännitekuva näyttää injektorin avautumisen ja sulkeutumisen (katso kohta: Jännitteen ja virran ominaisuuksien mittaaminen monipistesuuttimella). Ajanhetkellä -2,860 ms ohjaus käynnistyy; jännite 12 voltista putoaa 0 volttiin. Tämä on piste, jossa injektorikela on maadoitettu ja virta kulkee. Suuttimen ohjaus päättyy, kun punainen viiva nousee jälleen. Kelaan kertyneen energian takia syntyy yli 60 voltin induktiojännite. Sitten jännite laskee vähitellen 12 volttiin; tässä injektori kytketään jälleen pois päältä.

Punainen vaihtojännite tulee induktiivisesta kampiakselin asentoanturi. Joka kerta kun impulssipyörän hampaat kääntyvät kampiakselin anturin ohi, syntyy sinimuotoinen vaihtojännite. Impulssipyörässä on 60 hammasta, joista 2 on hiottu pois. Kaksi hiottua hammasta muodostavat vertailupisteen, jossa moottorin ohjausjärjestelmä tunnistaa, että sylintereiden 1 ja 4 männät ovat välillä 90⁰ - 120⁰ ennen TDC:tä (yläkuolokohta). Kun puuttuva hammas on tunnistettu, moottorin ohjausjärjestelmällä on aikaa (mahdollisesti yhdessä nokka-akselin anturi) määrittääksesi oikean ruiskutus- ja sytytysmomentin ja aktivoidaksesi ruiskun ja sytytyspuolan ennen kuin mäntä on TDC:ssä.

Kiikarikuva näyttää ajan, jolloin injektio alkaa; ruiskutus alkaa neljännellä pulssilla kampiakselin anturista. Olettaen, että hammasta on 60-2, kampiakselin jokaisen 6⁰ kierroksen jälkeen (360⁰ 1 kierros / 60 hammasta) ruiskutus tapahtuu 24 astetta vertailupisteen jälkeen. Puuttuva hammas on 90⁰ ennen TDC:tä, joten injektio alkaa (90⁰ – 24⁰) = 66⁰ ennen TDC:tä.
Nopeudella 2000 rpm induktiivisen kampiakselin anturin pulssit ovat lähempänä toisiaan. Moottorin hallintajärjestelmä muuntaa tämän signaalin taajuuden nopeudeksi. Nopeudesta riippuen kuorma (mitattu MAP anturi) ja lämpötilat imuilmasta ja jäähdytysnesteestä määritetään tarvittava ruiskutusaika. Injektioaika tapahtuu aikaisemmin ja injektori on maassa pidempään: injektori ruiskuttaa aikaisemmin ja pidempään.

Aktivoinnin alusta liipaisupisteeseen (nuoli ruiskun katkaisun tasolla) aktivointiaika on noin 5,2 ms. Aika, jolloin injektori aktivoituu, ei ole sama kuin todellinen ruiskutus (katso edellinen kappale).

Seuraavassa kuvassa induktiivisen kampiakselin signaali näkyy punaisena ja injektorisignaali keltaisena. Kun nopeus nostetaan noin 3000 rpm:iin, näkyy kaksi suuttimen säädintä. On selvästi nähtävissä, että sylinterin 1 polttoaineen ruiskutus tapahtuu joka toisella kampiakselin kierroksella.

Nykyinen rajoitus ECU:ssa:
Kuten mittaukset osoittivat "Jännityksen ja virran mittaaminen monipistesuuttimessa", ruiskun neulan käynnistämisen ja varsinaisen avaamisen välillä on viive. Tässä tapauksessa avautuminen kestää 1,5 ms.
Injektorin neula avautuisi nopeammin, jos kelan läpi kulkeva virta kasvaisi nopeammin. Virta riippuu kelan resistanssista: mitä pienempi vastus, sitä nopeampi virran muodostuminen. Mittausmoottorissa käytettyjen korkeaimpedanssisten suuttimien resistanssi on 16 ohmia. 14 voltin sisäisellä jännitteellä virtaa pieni virta:

Virta riittää avaamaan injektorineulan, mutta ei liian korkealle, jotta se tulisi liian kuumaksi liian suuren tehon takia:

Koska tehoa kertyy vain vähän, virransäätöä ei tarvitse käyttää. Tämä olisi tarpeen matalaimpedanssisilla injektoreilla.

Matalaimpedanssisilla injektoreilla on se etu, että virran muodostuminen kasvaa nopeasti alusta alkaen. Tämä johtaa injektorineulan nopeaan avautumiseen, joten viive on pieni.
Pieniohmin suuttimien resistanssi on noin 2,8 ohmia. Pieni vastus aiheuttaa suuren virran kulkeutumisen:

Teho myös kasvaa jyrkästi:

Tehonkulutus on lähes seitsemän kertaa suurempi kuin korkeaimpedanssisilla injektoreilla. Jos virta kasvaa liikaa, lämpöä kehittyy suuttimissa ja ohjauslaitteen lähtöasteessa. Virran rajoittamiseksi jännite kytketään päälle ja pois useita kertoja lyhyessä ajassa. Kun injektorineula on avattu, neulan auki pitäminen vie vähän energiaa. Virta pienenee päälle- ja poiskytkennän aikana. Tämä eteneminen näkyy skooppikuvassa.

Tarvittavan polttoainemäärän määrittäminen:
Valmistaja on määrittänyt tarvittavan polttoainemäärän erilaisissa ominaisuuskentissä, jotka on tallennettu ECU:n ROM-muistiin. Se moottorin hallintajärjestelmä lukee näistä kaavioista kuinka paljon polttoainetta tarvitaan ilman korjauksia. Tämä riippuu tietysti moottorin nopeudesta, lämpötilasta ja kuormituksesta. Tärkeimmät parametrit oikean polttoainemäärän määrittämiseksi selitetään tässä osiossa VE-taulukoina ja AFR-taulukoina.

VE-taulukko:
VE-taulukko esittää tilavuushyötysuhdetta ja ilma/polttoainesuhdetta kullakin moottorin kierrosluvulla ja imusarjan paineella. Tilavuushyötysuhde on mitatun sylintereihin täyttävän ilmamäärän ja sylinterin staattisessa tilanteessa täyttävän ilmamäärän välinen suhde moottorin kierrosluvusta ja imusarjan paineesta riippuen. ECU käyttää taulukon arvoja nykyisen ilmamassan ja siten täyttötason määrittämiseen. Näitä tietoja käytetään ruiskutettavan polttoaineen määrän laskemiseen.

Tämä teoreettinen lähestymistapa eroaa todellisuudesta. Tässä ei ole vielä otettu huomioon moottorin ominaisuuksia. Ota huomioon venttiilikaavio (venttiilien limitys tai mahdollisesti muuttuva venttiilin ajoitus), imukanavan ilmanvastus jne. Tästä syystä käytetään korjauskerrointa, joka antaa poikkeaman lineaarisesta suhteesta. Korjauskerroin näkyy yllä olevassa kuvassa katkoviivalla. Käyrä osoittaa, missä määrin lineaarinen suhde on oikea. 60 kPa:n paineessa poikkeama on noin 50 % lineaarista suhdetta osoittavasta viivasta. Korjauskerroin voidaan muodostaa prosentteina.

VE-taulukossa jokainen solu osoittaa alipaineen prosenttiosuuden suhteessa nopeuteen. Tämä prosenttiosuus on suurin sillä nopeudella, jolla vääntömomentti on suurin. Loppujen lopuksi moottori on siellä tehokkain, koska moottori täyttyy parhaiten.

Myöhemmin tässä osiossa olevien VE- ja AFR-taulukoiden arvot on johdettu VW Golfin 1.8 20 voltin moottorin vääntö- ja tehokäyrästä.

Alla olevissa kuvissa näkyy VE-taulukko täyttötaulukkona ja kolmiulotteinen esitys, joka on luotu käyttämällä ”TunerStudio”-ohjelman vääntömomentti- ja tehokäyrää. Tätä ohjelmaa käytetään pääasiassa ohjelmistojen tarjoamiseen ohjelmoitavalle ECU:lle, kuten MegaSquirt tai Speeduino. Lisätietoja: katso asiaa käsittelevät sivut MegaSquirt projekti.
Pystyakselilla näkyy MAP (Manifold Air Pressure) 15 kPa:sta (paljon alipainetta) 100 kPa:iin (ulkoilman paine). MAP näyttää moottorin kuormituksen. Vaaka-akseli osoittaa moottorin kierrosluvun joutokäynnin ja moottorin suurimman nopeuden välillä.
VE-taulukon solut osoittavat moottorin täyttötason. Toisin sanoen; kuinka tehokas moottori on tietyllä nopeudella ja kuormituksella. Moottori on tehokkain noin nopeudella, jolla vääntömomentti on suurin (noin 4200 rpm); prosenttiosuudet ovat korkeimmat täällä. Tässä moottori "täyttyy" parhaiten. Täyttötasoa lisäävien tekniikoiden soveltaminen, kuten säädettävä venttiilin ajoitus, imusarjan säätö tai turbon käyttö, hyödyttää prosentteja.

AFR-taulukko:
Tarvittava ilman/polttoaineen koostumus kirjataan AFR-taulukkoon. AFR on lyhenne sanoista "Air Fuel Ratio". Stökiömetrisellä sekoitussuhteella (lambda = 1) tarvitaan 14,7 kg ilmaa 1 kg bensiinin polttamiseen. Stökiömetrinen seos ei ole toivottava kaikissa tilanteissa.

Laiha seos edistää polttoaineen kulutusta;
Rikas seos mahdollistaa suuremman tehon.

Kun moottorin on annettava enemmän tehoa (P), rikastus tapahtuu. Rikkaampi seos tarjoaa myös jäähdytystä. Rikastaminen arvoon λ = 0,8 tarkoittaa, että sekoitussuhde (AFR) on 11,76 kg ilmaa ja 1 kg bensiiniä. Näin ollen käytettävissä on vähemmän ilmaa 1 kg polttoaineen polttamiseen kuin stoikiometrisellä seoksella. Laiha seos puolestaan antaa paremman polttoaineenkulutuksen (be), mutta antaa enemmän nakutusmahdollisuuksia. Seoksen rikastamisen tai köyhdyttämisen tulee aina pysyä palamisrajojen sisällä.

Tyhjäkäynnillä nopeus on 600-900 rpm. Kaasuventtiili on lähes kokonaan kiinni ja alipaine korkea: se on 25-40 kPa. Seos on stoikiometrinen (14,7:1) tällä nopeusalueella.
Osakuormituksessa moottorin nopeus on noussut 4200 rpm:iin. Kuristusventtiiliä avataan edelleen, jolloin imusarjan tyhjiö putoaa 40 – 75 kPa:iin. Kun moottorin kuormitus kasvaa, alipaine laskee; rikastus tapahtuu (AFR 13:1). Laiha seos on mahdollista alhaisella moottorin kuormituksella. Täydellä kuormituksella kaasu on täysin auki. Alipaine laskee 100 kPa:iin (ulkoilmanpaine) ja tapahtuu maksimirikastus (12,5:1).

Lambda-arvo ei vaikuta ainoastaan tehoon ja polttoaineenkulutukseen, vaan myös pakokaasupäästöihin. Rikkaampi seos varmistaa alhaisemman NOx-pitoisuuden, mutta myös korkeammat CO- ja HC-päästöt. Laiheemmalla seoksella polttoainehiukkaset ovat kauempana toisistaan, joten palaminen ei ole enää optimaalista; Tämän seurauksena myös HC-päästöt lisääntyvät.
Katalyyttiä käytettäessä on toivottavaa varmistaa, että ruiskutus vaihtelee jatkuvasti täyteläisen ja laihan välillä. Rikkaassa seoksessa hapen puutteen seurauksena muodostuu CO:ta, jolla katalyytti vähentää NOx:a. Laiha seos sisältää ylimääräistä happea, joka hapettaa CO:n ja HC:n.

Ohjausyksikkö määrittää, kuinka paljon polttoainetta ruiskutetaan. Ensinnäkin perusinjektiotiedot luetaan ominaiskentistä. Muun muassa VE- ja AFR-taulukoiden arvot sisältyvät ruiskutusmäärän laskelmaan. Myös seuraavat valmistajan määrittämät arvot otetaan huomioon:

rikastus jäähdytysnesteen ja imuilman lämpötilasta riippuen;
lyhytaikainen kiihtyvyyden rikastaminen, kun kaasua avataan (nopeasti);
korjaus johtuen sisäisen jännitteen vaihtelusta.

Näiden määritettyjen arvojen lisäksi otetaan tarkasti huomioon jännitteet, jotka lambda-anturi lähettää ohjauskeskukseen. Nämä jännitteet riippuvat pakokaasujen happipitoisuudesta. Tämä on muuttuva tekijä, joka muuttuu jatkuvasti. Näiden anturijännitteiden tuloa kutsutaan ns.polttoaineen trimmit" sisällytetty.

Kuinka VE- ja AFR-taulukon arvot ja muut mainitut asetukset määritetään, kuvataan suoritetun sivun sivuilla. MegaSquirt projekti.

Aiheeseen liittyvät sivut: