Tárgyak:
- Közvetett és közvetlen befecskendezés
- Üzemanyagnyomás szabályozás közvetett befecskendezéssel
- Injekciós stratégia többpontos injekció
- Elektromágneses befecskendező (MPI)
- Piezo injektor (DI)
- Injekciós stratégiák közvetlen befecskendezés
- Dupla injekció
- Feszültség- és áramjellemzők mérése többpontos injektoron
- A befecskendezési időzítés a főtengely helyzetéhez viszonyítva
- ECU áramkorlátozás
- A szükséges üzemanyag mennyiség meghatározása
- VE asztal
- AFR asztal
Közvetett és közvetlen befecskendezés:
A benzinmotorok befecskendezési rendszerei a fojtószelep közvetett befecskendezésére, hengerenkénti közvetett befecskendezésre és közvetlen nagynyomású befecskendezésre vannak osztva. Az ezen az oldalon található bekezdések ismertetik ezeket a különböző befecskendezési rendszereket.
Közvetett befecskendezés:
A fojtószelep előtt van egy befecskendező. Az üzemanyagot a fojtószelepre permetezzük, ahol keveredik a mellette áramló levegővel. A fő hátrány az, hogy nincs pontos üzemanyag-adagolás hengerenként; az egyik henger mindig kicsit többet vagy kevesebbet kap, mint a másik. A rendszer ezért nem állítható, ezért már nem használják a környezetvédelmi követelmények tekintetében. Ezt a rendszert központi befecskendezésnek (Monopoint) is nevezik.
Közvetett befecskendezés:
Minden hengernek saját befecskendezője van. Az injektor befecskendezi az üzemanyagot a szívószelepbe. Az átáramló levegő is biztosítja a keveredést ebben a rendszerben, mielőtt a levegő-üzemanyag keverék belép az égéstérbe. Előnye a közvetett befecskendezéssel szemben, hogy sokkal pontosabban szabályozható az üzemanyag mennyisége. Ezt a rendszert MPI-nek (MultiPoint Injection) vagy PFI-nek (Port Fuel Injection) is nevezik.
Közvetlen befecskendezés:
A DI (Direct Injection) vagy DISI (Direct Injection Spark Ignition) befecskendező szelepei a gyújtógyertya mellett, az égéstér tetején találhatók. Az üzemanyagot ezen a befecskendező szelepen keresztül fecskendezik be körülbelül 200 bar nagy nyomással a szívólöket során. A rendszer fő előnye, hogy az üzemanyag mennyisége még pontosabban állítható, a szívólöket során többször is befecskendezhető, és a levegő-üzemanyag keverék hűvösebb. Ez lehetővé teszi a gyártók számára, hogy növeljék a motor kompressziós arányát. Az injektor tervezhető piezo vagy mágnestekercs injektorként.
A DI nagyobb befecskendezési nyomást igényel, mint az MPI / PFI, mivel a befecskendezés a kompressziós löket során történik; az üzemanyagnak megfelelően porlasztottnak kell lennie, miközben a hengerben lévő levegő össze van sűrítve. Ezért van a DI-nek külön nagynyomású szivattyúja. A nagynyomású szivattyú növeli az üzemanyag nyomását az üzemanyaggalériában. Az injektorok csövekkel vannak rögzítve ehhez az üzemanyaggalériához. Amint a motorvezérlés jelet küld a befecskendező szelepnek, az a kívánt időben kinyílik és bezár.
A DI előnyei a PFI-hez képest a következők:
- Pontosabb injekció;
- Több injekció beadása lehetséges;
- A befecskendezési idő állítható;
- Nagyobb effektív nyomás lehetséges a dugattyú felett (ezáltal lehetővé válik a méretcsökkentés nagyobb tömörítési arány mellett);
- Alacsonyabb üzemanyag-fogyasztás, alacsonyabb CO2-kibocsátás.
A hátrányok közé tartozik:
- Magasabb rendszerköltségek a nagynyomású üzemanyag-szivattyúnak, a fejlett befecskendezőknek, a bonyolultabb hengerfejnek köszönhetően;
- Megnőtt a koromkibocsátás (PM-kibocsátás);
- Az égéstérbe történő közvetlen befecskendezés hűtést biztosít az üzemanyag elpárologtatásához szükséges hő helyett.
A kettős befecskendezéses motor mindkét rendszer előnyeit kihasználja. A közvetlen és közvetett befecskendezés az üzemi körülményektől függően kapcsolható. A kettős befecskendezés működését és alkalmazását ezen az oldalon az azonos nevű bekezdés ismerteti.
Üzemanyagnyomás szabályozás közvetett befecskendezéssel:
Az állandó üzemanyagnyomás előfeltétele az üzemanyag-befecskendezés pontos szabályozásának. Az üzemanyagnyomás (sínnyomás) a befecskendező szelep tetején, a szívócsatorna nyomása pedig alul van. A szívócsonkban lévő nyomás a motor terhelésétől függően változik, és nyomásszabályozó nélkül befolyásolja az üzemanyag nyomáskülönbségét és így a befecskendezési mennyiséget. Emiatt üzemanyagnyomás-szabályozót használunk. Ebben a részben a vezérlő működésével és céljával foglalkozunk.
Az alábbi képen egy többpontos befecskendezéses közvetett befecskendezésű benzinmotor alkatrészei láthatók. Megnézzük az üzemanyag-áramlást a tartályban lévő szivattyútól az injektorig.
Amikor az ECU vezérli az üzemanyag-szivattyú relét, a szivattyú működik. A szivattyú a tüzelőanyag-tartály lehető legalacsonyabb részéből szívja az üzemanyagot, és az üzemanyag-áramot az üzemanyagszűrő felé kényszeríti. Az üzemanyagban lévő szennyeződés részecskék a szűrőanyagban maradnak. A leszűrt üzemanyag ezután megérkezik az üzemanyaggalériába. A legtöbb esetben az üzemanyagtartály közvetlenül a befecskendező szelep bemenetére van felszerelve.
Az üzemanyaggalériában állandó nyomás uralkodik: csak ha a befecskendező szelepet elektromosan vezérli az ECU (lásd a kék vezetéket), akkor nyílik ki a befecskendező szelep, és az üzemanyagot a szívócsonkba fecskendezik a nyitott szívószelepre. A befecskendezett üzemanyag mennyisége a következőktől függ:
- a befecskendezési idő (az ECU határozza meg a befecskendezési jel meghosszabbításával vagy lerövidítésével);
- az üzemanyagnyomás (2 milliszekundumos befecskendezési idő esetén a befecskendező szelep többet fecskendez be, mint amennyit az ECU számított, ha az üzemanyagnyomás túl magas).
A tüzelőanyag-tartályban lévő üzemanyagnyomás (más néven sínnyomás) a motor terhelése alapján kerül beállításra. Erről részletesebben a következő részben fogunk beszélni.
Nyomásszabályozó használata nélkül a következő helyzetek fordulnak elő:
- Alapjáraton a nagyobb vákuum (azaz alacsony légnyomás) a szívócsőben nemkívánatos módon magasabb üzemanyagnyomást eredményezne;
- Kigyorsításkor kevesebb, vagy alig van vákuum (teljes terhelés), és az üzemanyag nyomás csökkenne, míg magasabb üzemanyagnyomás kívánatos.
Az üzemanyagnyomás-szabályozó növeli vagy csökkenti a benzinnyomást az üzemanyaggalériában a szívócsonk légnyomása alapján. A tüzelőanyag nyomásszabályozót tekinthetjük dinamikus szelepnek, amely lehetővé teszi a nyílást az üzemanyag-szivattyú tápvezetéke és a visszatérő vezeték között.
A jobb oldalon egy üzemanyagnyomás diagramot látunk, ahol a relatív nyomáskülönbség minden körülmények között (üresjárat, részterhelés és teljes terhelés) 4 bar a nyomásszabályozónak köszönhetően.
Az alábbi magyarázat azokra a képekre vonatkozik, amelyek a nyomásszabályozót mutatják vákuum nélkül és vákuummal. A jobb oldalon a Bosch üzemanyagnyomás-szabályozója található, amelyet több autógyártó is használ.
Vákuum nélkül (balra):
A nyomásszabályozó nyugalmi állapotban zárva van: a rugó lezárja a membránt, megakadályozva, hogy a betáplált üzemanyag elérje a visszatérő vezetéket.
Vákummal (középen):
Amikor a membrán feletti nyomás csökken, a betáplálási oldalon lévő üzemanyagnyomás a rugóerővel szemben felfelé nyomja a membránt. Létrejön egy nyílás, amelyen keresztül a betáplált üzemanyag a visszatérő vezetéken keresztül az üzemanyagtartályba kerül.
Többpontos injekciós stratégia:
A (közvetett) többpontos befecskendezésnél három különböző befecskendezési módszert alkalmaznak:
- Egyidejű: a befecskendezés minden hengeren egyszerre történik.
- Csoport: az injekció csoportonként történik; különbség van egy vagy több csoport között.
- Szekvenciális: minden injektor külön-külön vezérelhető, ezért saját befecskendezési nyomatékkal rendelkezik.
Az alábbi ábrán látható motorvezérlő rendszer egy csoportos befecskendezést mutat be. Az 1. és 2. henger befecskendező szelepei közös tápellátással rendelkeznek (piros), és mindkettő egyszerre csatlakozik a földhöz (zöld). A 3. és 4. henger befecskendező szelepei azonosak, de az 1. és 2. hengertől külön vezérelhetők.
Elektromágneses befecskendező (MPI):
Az elektromágneses befecskendező szelepet sok olyan benzinmotornál használják, amelyek nem használnak (közvetlen) nagynyomású befecskendezést külön nagynyomású szivattyúval. Az üzemanyag állandó, 1 bar nyomás alatt van a befecskendező szelep bemeneténél. Az üzemanyag nyomását a tartályban lévő üzemanyag-szivattyú biztosítja. Többpontos befecskendezéssel (ezt később az oldalon ismertetjük) minden hengernek saját befecskendezője van. Ez a befecskendező szelep a szívócsőbe van szerelve, és a szelep nyitása előtt legfeljebb 6 bar nyomással fecskendezi be az üzemanyagot. Ekkor az üzemanyagnak elegendő ideje van, amikor a szívószelep nyitni kezd, hogy a hengerbe áramló összes oxigénnel (az ábrán sötétkék nyíllal jelölve) keveredjen.
A motorvezérlő egység a főtengely helyzetét nézi, hogy szabályozza a befecskendezés és a gyújtás időzítését. Több tényező alapján (motor és környezeti hőmérséklet, terhelés, fordulatszám stb.) a megfelelő időben jelet ad az injektornak, hogy kinyíljon. Ennek az injektornak a dugója két vezetéket tartalmaz. Az egyik vezeték állandó pluszja 14 körül volt. A másik vezetéket az ECU köti össze a földeléssel, hogy az áram átfolyjon a befecskendező tekercsen. Amikor a tekercs kellően fel van töltve, az injektortű a rugóerővel szemben kinyílik. Amikor a vezérlés leáll, egy rugó visszanyomja az injektortűt Ekkor az üzemanyag-ellátás leáll.A vezérlés leállása esetén a tekercs még mindig elektromosan töltődik.A tekercsben lévő energia indukciós csúcsot képez,ami az oszcilloszkópon is megfigyelhető.Az indukciós feszültség rövid ideig 60 volt körül van.
Ezeket a befecskendezőket az üzemanyag-elosztócső (más néven üzemanyaggaléria) látja el üzemanyaggal. Az üzemanyagtartályban lévő nyomásfokozó szivattyú biztosítja a nyomást az üzemanyag-elosztócsőben. Az üzemanyag nyomása a sínben állandó (kb. 4 bar). Mivel a nyomás nagyon alacsony, a befecskendezők egy zárókapoccsal és egy O-gyűrűvel vannak rögzítve a tömítéshez. Különösen azoknál a régebbi autóknál, ahol a rendszer szét van szerelve, célszerű beszerelés előtt kicserélni az O-gyűrűket.
Az injektor háza általában műanyagból készül. A ház tetején találjuk a dugós csatlakozást, amely belülről a tekercshez van kötve. A tetején egy gumi O-gyűrű található, amelyen átcsúszik az üzemanyaggaléria. Az O-gyűrűk vagy a teflon tömítőgyűrűk alul találhatók. Az O-gyűrűt főként az alacsony nyomású befecskendezéses MPI befecskendező szelepeknél alkalmazzák, míg a teflongyűrűket a nagynyomású befecskendezéssel rendelkező motorokban, például az FSI motorokban.
A tekercs az injektor magja köré van feltekerve. A mellékelt képen a tekercs pirossal van kiemelve. Az injektor közepén, szintén a tekercsen belül, egy dugattyú található. Ez a dugattyú mechanikus csatlakozóval rendelkezik a tűvel. A dugattyú felett egy rugó található, amely a dugattyút és ezáltal a tűt a fészkében tartja, lezárva az injekciós nyílást.
Nyugalmi állapotban a tekercs mindkét kivezetésén a feszültség körülbelül 14 volt a testhez viszonyítva. Az injektor feltöltéséhez a motor ECU a tekercs egyik oldalát földeléssel látja el, míg a másik oldal pozitív feszültséget kap. Ekkor az áram elkezd átfolyni a tekercsen, ami mágneses mező kialakulását eredményezi. Ez a mágneses tér felfelé húzza a dugattyút és így az injekciós tűt.
Amikor a befecskendezést le kell állítani, az ECU leválasztja a földet, aminek következtében a mágneses tér eltűnik. A rugó visszanyomja a dugattyút, aminek következtében a tű elzárja az üzemanyag-ellátást az égéstérbe.
Az injektornak általában több nyílása van. Ezek a nyílások nagyon kicsik, így az üzemanyagot a befecskendező szelepből ködként fecskendezik be az égéstérbe. Minél finomabb a köd, annál könnyebben elpárolog.
Piezo injektor (DI):
A piezo befecskendezők benzin- és dízelmotorokban egyaránt használhatók. A BMW volt az első márka, amely piezo technológiát alkalmazott benzinmotorokban, de az újabb motoroknál ezt már nem tette meg.
A piezo injektor a nagynyomású befecskendezés része. Egy különálló nagynyomású szivattyú biztosítja az üzemanyag-elosztócső nyomását. Ez az üzemanyag-elosztó elosztja az üzemanyagot az összes befecskendező szelephez (lásd a képet). A nagyon magas nyomás miatt tömszelences alumínium csöveket használnak. A tömszelencéket (amelyek a csőre és az injektorokra vannak csavarozva) mindig megfelelő erővel kell meghúzni. Ez az adott motor javítási kézikönyvében szerepel.
Az injektorban lévő piezo elemnek megvan az a tulajdonsága, hogy hossza megváltozik, ha pozitív vagy negatív feszültséget kapcsolunk rá. Ezt az injektorral használják. Amint a motorvezérlő egység körülbelül 100-150 V vezérlőfeszültséget biztosít, a piezo elem körülbelül 0,03 mm-rel kitágul. Ez a hosszváltozás elegendő ahhoz, hogy kapcsolatot létesítsen a magas és az alacsony nyomású kamra között. Az injekció beadása azonnal megkezdődik. A piezo elem a másodperc ezredrésze alatt képes ki- és bekapcsolni. A nagyon magas, akár 2000 bar befecskendezési nyomással együtt ez nagyon gyors és pontos befecskendezést biztosít. Ezek a sebességek lehetővé teszik több befecskendezés egymás után történő végrehajtását is.
A szívólöket során többszöri befecskendezés azzal az előnnyel jár, hogy a levegő-üzemanyag keverés optimális. A nagy nyomás hatására az üzemanyagcseppek rendkívül finoman porlasztódnak, így még jobban elkeverednek a levegővel. Legfeljebb 8 injekció adható be a beszívás során. Ez pozitív hatással van az üzemanyag-fogyasztásra, a teljesítményre és a kipufogógáz-kibocsátásra.
Közvetlen befecskendezés befecskendezési stratégiái:
A közvetlen befecskendezés befecskendezési stratégiájának különböző változatai vannak: fali, légvezetéses és sugárirányítású (lásd az alábbi képeket). Ezekben a helyzetekben többrétegű égési folyamat zajlik. Ez nem vonatkozik minden üzemi körülményre.
- Fali vezetés: A dugattyú az üzemanyagfelhőt a gyújtógyertyához vezeti. A gyújtógyertya és az injektor közötti távolság nagy. GDI és HPI motorokhoz alkalmazható.
- Levegővel irányított: A légmozgás az üzemanyagfelhőt a gyújtógyertyához juttatja. A gyújtógyertya és az injektor közötti távolság nagy. FSI és JTS motorokra vonatkozik.
- Fúvókás vezérlés: A gyújtógyertya az üzemanyag-felhő szélén található. Az injektor és a gyújtógyertya közötti távolság kicsi. BMW motorokra vonatkozik.
Amint már jeleztük, a közvetlen befecskendezéses benzinmotorok nem rendelkeznek rétegégéssel minden üzemi körülmény között. A sugárvezérlésű közvetlen befecskendezéssel rendelkező motorok szakaszosan működhetnek részterhelés mellett. A réteges égési folyamat azt jelenti, hogy az égéstérben különböző légrétegek vannak. A gyújtógyertyához közel a lambda érték 1. Távolabb a lambda érték magasabb lesz (soványabb, így több levegő). Ez a levegő szigetelő légréteget biztosít. A réteges eljárásban a befecskendezési idő későbbi, mint a homogén eljárásban. A réteges befecskendezés segítségével a fojtószelep teljesen kinyitható, így kevésbé fojtja a levegőt. Mivel a beszívott levegő elfojtódik, kisebb ellenállásba ütközik, így könnyebben beszívható. Mivel az égéstérben réteges befecskendezéssel a lambda érték a szigetelő levegőréteg miatt kisebb, mint 1, ez nem okoz gondot az égésnél. A rétegezési folyamat során az üzemanyag-fogyasztás csökken.
Homogén keveréknél a lambda érték mindenhol 1. Ez azt jelenti, hogy benzinmotorban a levegő és az üzemanyag aránya 14,7:1 (14,7 kg levegő 1 kg üzemanyaggal). Mindegyik motor homogénen működhet. Ha dúsításra kerül sor, a lambda-érték csökken, ha a keveréket soványabbá teszik, akkor a lambda-érték nő:
<1 = Gazdag
>1 = Gyenge
A motor mindig a dús és a sovány között ingadozik, hogy a katalizátor megfelelően működjön. A lambda szenzor elküldi az adatokat a motorvezérlő rendszernek.
Teljes terhelés mellett a motor mindig homogénen működik. Ez nagyobb nyomatékot ad, mint a réteges eljárásnál. Ha a motor homogénen működik, az üzemanyagot korán befecskendezik. A motor álló helyzetből való elhajtáskor is homogénen működik. Ekkor nagyobb az indítónyomaték, mintha a motor rétegesen működne.
Az alábbi jelleggörbe a működési helyzeteket mutatja különböző sebességeknél a égési nyomás, EGR használatával és anélkül.
Kettős injekció:
A VAG csoport kettős befecskendezéses benzinmotorokat használ, hogy megfeleljen a jelenlegi károsanyag-kibocsátási szabványoknak. A kettős befecskendezéses motorokban két üzemanyag-befecskendező rendszer van: egy alacsony nyomású rendszer és egy nagynyomású rendszer.
- Az alacsony nyomású rendszerben évtizedek óta használt MPI injektorok találhatók. Az MPI befecskendezők a szívócsonkba vannak szerelve, és 4-5 bar nyomáson fecskendeznek be a szívószelepbe;
- A nagynyomású rendszer nagynyomású befecskendezőket tartalmaz, amelyek közvetlenül az égéstérbe fecskendeznek be, legfeljebb 150-200 bar befecskendezési nyomással.
A motorvezérlő rendszer határozza meg, hogy melyik befecskendezőt vezérli.
A következő képen a hengerfej keresztmetszete látható a két üzemanyagrendszerrel.
Az MPI befecskendezés jobb keverést biztosít a levegő és az üzemanyag között. A közvetlen befecskendezők alapjáraton és teljes terhelésen használatosak. Közvetlen befecskendezéssel jobb hűtés érhető el, ami nagyobb tömörítési arányt tesz lehetővé. A levegő és az üzemanyag keverése azonban nem optimális. Ez több koromkibocsátást okoz. Emiatt a közvetlen befecskendezéses motorokat manapság részecskeszűrővel szerelik fel. Ez nem probléma kettős befecskendezéssel. A „változtatható hüvelykujj rendszer”, rövidítve VTS, a változtatható szívócsonk egyik változata, amely jobb légáramlást biztosít. A „hüvelykujj” egy légáram, amely örvénylé válik, amikor belép a hengerbe. A légörvény szükséges ahhoz, hogy az MPI befecskendező szelepből származó üzemanyag megfelelően keveredjen a levegővel.
A kettős befecskendezés a VTS-sel kombinálva jobb kipufogógáz-kibocsátást biztosít. További előny, hogy a szívószelepet az MPI injektor tisztítja. A közvetlen befecskendezéses motorok gyakran szennyezett szívócsatornától (szívócső és szívószelepek) szenvednek, ami problémákat, például korlátozott levegőellátást okoz. Extrém forgatókönyv esetén a szívónyílás annyira eltömődik, hogy a szívószelep már nem tud megfelelően zárni a hengerfejen, és végül megég, mert nem tudja megfelelően elvezetni a hőt.
Ismeretes, hogy az Egyesült Államokban ugyanazok a motorok csak közvetlen befecskendezéssel vannak felszerelve a kettős befecskendezéses VAG-motorokhoz. A szívócső le van zárva. Ennek az az oka, hogy a cikk írásakor a környezetvédelmi követelmények szigorúbbak Európában, mint az Egyesült Államokban, és a gyártó költség okok miatt nem biztosít motorokat olyan piacokra, ahol a károsanyag-kibocsátási előírások kevésbé szigorúak.
Feszültség- és áramjellemzők mérése többpontos injektoron:
Az oszcilloszkóp csak feszültséget tud mérni. A mérőkábelek párhuzamosan csatlakoztathatók az elektromos alkatrészekhez. Az áram soros mérése nem lehetséges. Az áramerősség induktív árambilincs segítségével mérhető. Az árambilincsben lévő Hall érzékelők mérik a mágneses teret és feszültséggé alakítják át. A feszültség oszcilloszkóppal mérhető. Ebben az esetben a konverziós tényező 10 mv/amper; Minden 0,010 voltnál, amit az árambilincs továbbít, ez 1 A-re konvertálható.
Az alábbi kép egy elektromágneses injektor feszültség- és áramprofilját mutatja.
- Piros: feszültség gradiens;
- Sárga: áramáramlás.
Nyugalmi állapotban a feszültség 14 volt. Most már nincs feszültségkülönbség a csatlakozónál, így nem folyik áram. Az ECU egy vezetéket csatlakoztat a testhez az injektor vezérléséhez. A feszültségkülönbség hatására áram folyik át az injektor tekercsén.
A sárga vonal jelzi az áram áramlását: abban a pillanatban, amikor a feszültség 0 voltra csökken, megkezdődik az áramfelvétel. A tekercs betöltése időt vesz igénybe. Az áramerősség nem nő körülbelül 0,9 A fölé. Az áramfelhalmozódás felénél kanyarodást látunk a vonalban: ez az a pillanat, amikor elegendő mágnesesség gyűlik össze ahhoz, hogy a tűt felemelje a helyéről. Az injektor elkezdi az injekciót.
Az ECU megszakítja a földelést, hogy leállítsa a vezérlést. A tekercsben lévő maradék energia körülbelül 60 voltos indukciós feszültséget biztosít. Az injektor leállítja az injekciót, mert a rugó visszanyomja a tűt a helyére. Ez látható a szkóp képén a feszültségjelben lévő ütésen.
Ha a motor szabálytalanul jár, és a henger gyújtáskihagyása következik be, ennek számos oka lehet:
- Hibás gyújtógyertya, gyújtógyertya-kábel vagy gyújtótekercs miatt nincs szikra vagy gyenge;
- Az üzemanyag-ellátás korlátozása eltömődött üzemanyagszűrő, hibás nyomásszabályozó, üzemanyag-szivattyú vagy befecskendező szelep probléma miatt;
- Kompresszióvesztés a dugattyúgyűrűk, hibás fejtömítés vagy szeleptömítések miatt.
A diagnózis során egy szondával ellenőrizhető, hogy az injektorok továbbra is megfelelően működnek-e. A szakasz elején olyan méréseket mutattak be, ahol nem volt hiba. A kék vonalak példaként mutatják, hogyan nézne ki egy hibás injektor feszültség- és áramprofilja.
Abban az esetben, ha az injektor vezérlése megfelelő, de a feszültség- és áramfelvételen nem láthatók törések, akkor megállapítható, hogy az injektortű nem mozog. Mivel az egyik henger befecskendezője nem működik megfelelően, a többi befecskendező pedig megfelelően működik, a különböző befecskendezők képei könnyen összehasonlíthatók egymással.
Ha finoman megütögeti az injektort, az injektortű kilazulhat. Ebben az esetben a motor azonnal halkabban fog működni, és a törések ismét láthatóak lesznek a szkópképeken. Ez azonban nem garantálja a végleges megoldást; jó esély van rá, hogy a probléma rövid időn belül visszatér. A megfelelő injektor cseréje szükséges.
Az injektorban lévő tű csak akkor nyílik ki, ha a tekercs kellően fel van töltve. Ennek eredményeként az injektor nem fecskendez be azonnal üzemanyagot, amikor az ECU elkezdi vezérelni. A működtetés befejezése után a rugó rányomja az injektortűt az ülésére. Ez is időt vesz igénybe. A szabályozási idő általában nem egyenlő a befecskendezési idővel. A következő képen ugyanannak az injektornak a feszültség- és áramgörbéje látható, mint fent, de megnövelt fordulatszámmal.
- Vezérlés indítása: az ECU a vezérlővezetéket testre kapcsolja. Az áram átfolyik az injektor tekercsén, hogy kinyissa azt. Az áramlási mintában lévő csavarodás azt a pillanatot jelzi, amikor az injektortű kinyílik. Ezután az áramerősség kissé megnő, és ezért állandó marad. Az injektortű nyitva marad.
- Vezérlés vége: a már leírtak szerint a feszültségképen felismerjük azt a pillanatot, amikor az injektortűt a dudor zárja.
A vezérlés 4 ms-t vesz igénybe, de a tényleges befecskendezési idő 3 ms. Ezek közötti különbséget „késleltetésnek” nevezzük, hollandul „késés”-nek fordítjuk. Az ECU ezért 4 ms-ig vezérli az injektort, hogy 3 ms-ig befecskendezhessen.
A befecskendezési időzítés a főtengely helyzetéhez viszonyítva:
Az injektálás pillanata oszcilloszkóp segítségével megtekinthető. Az A csatorna (piros) az injektor földelővezetékén, a B csatorna (sárga) pedig az injektor vezetékén található főtengely helyzet érzékelő csatlakoztatva. Amíg a motor jár, ezt a szkópképet használhatjuk a befecskendezési időzítés és a befecskendezési idő meghatározására.
A szkóp kép alapjáraton készült. A piros feszültségképen az injektor nyitása és zárása látható (lásd: Feszültség- és áramjellemzők mérése többpontos injektoron című fejezetet). -2,860 ms időpontban a vezérlés elindul; a feszültség 12 voltról 0 voltra csökken. Ez az a pont, ahol az injektor tekercs földelve van, és az áram folyik. Az injektor vezérlése véget ér, amikor a piros vonal ismét felemelkedik. A tekercsben felhalmozódott energia miatt 60 voltnál nagyobb indukciós feszültség lép fel. Ezután a feszültség fokozatosan 12 voltra csökken; itt az injektor ismét kikapcsol.
A piros váltakozó feszültség az induktívból származik főtengely helyzet érzékelő. Minden alkalommal, amikor az impulzuskerék fogai a főtengely-érzékelő mellett elfordulnak, szinuszos váltakozó feszültség jön létre. Az impulzuskerék 60 fogat tartalmaz, amelyek közül 2 már le van köszörülve. A két köszörült fog alkotja azt a referenciapontot, amelynél a motorvezérlő rendszer felismeri, hogy az 1. és 4. henger dugattyúi 90⁰ és 120⁰ között vannak a TDC (felső holtpont) előtt. A hiányzó fog felismerése után a motorvezérlő rendszernek van ideje (esetleg a vezérműtengely érzékelő).
A szkóp kép azt az időpontot mutatja, amikor az injekció elkezdődik; A befecskendezés a főtengely-érzékelő negyedik impulzusával kezdődik. Feltételezve, hogy 60-2 fog van, a főtengely minden 6⁰ fordulatát követően (360⁰ 1 fordulatnál / 60 fog) a befecskendezés a referenciapont után 24 fokkal történik. A hiányzó fog 90⁰ a TDC előtt, tehát az injekció beindul (90⁰ – 24⁰) = 66⁰ a TDC előtt.
2000 ford./perc megnövelt fordulatszám mellett az induktív főtengely-érzékelő impulzusai közelebb vannak egymáshoz. Ennek a jelnek a frekvenciáját a motorvezérlő rendszer fordulatszámmá alakítja. Sebességtől függően a terhelés (mért a MAP érzékelő) és a hőmérsékletek A beszívott levegő és a hűtőfolyadék befecskendezési idejét meghatározzuk. A befecskendezési idő korábban történik, és az injektor hosszabb ideig van talajon: az injektor korábban és hosszabb ideig injektál.
Az aktiválás kezdetétől a trigger pontig (nyíl az injektor kikapcsolási szintjén) az aktiválási idő kb. 5,2 ms. Az injektor aktiválásának ideje nem egyenlő a tényleges befecskendezéssel (lásd az előző bekezdést).
A következő képen az induktív főtengely jele piros, a befecskendező szelep jele pedig sárga színnel látható. A fordulatszám kb. 3000 ford./percre emelésekor két befecskendező vezérlő látható. Jól látható, hogy az 1. henger üzemanyag-befecskendezése minden második főtengely-fordulatnál megtörténik.
Jelenlegi korlátozás az ECU-ban:
Ahogy a mérések a „Feszültség és áram mérése többpontos injektoron” című részben mutatták, az injektortű működtetése és tényleges kinyitása között késleltetés van. Ebben az esetben 1,5 ms szükséges a nyitáshoz.
Az injektortű gyorsabban nyílna, ha a tekercsen áthaladó áram gyorsabban nő. Az áramerősség a tekercs ellenállásától függ: minél kisebb az ellenállás, annál gyorsabb az áramfelvétel. A mérések motorjában használt nagy impedanciájú injektorok ellenállása 16 Ohm. 14 voltos fedélzeti feszültségnél kis áram folyik:
Az áramerősség elegendő az injektortű kinyitásához, de nem túl nagy, hogy a túl nagy teljesítmény miatt túl meleg legyen:
Mivel csak kis teljesítmény épül fel, nem szükséges áramszabályozást használni. Erre kis impedanciájú injektoroknál lenne szükség.
- Az alacsony impedanciájú befecskendezőknek megvan az az előnye, hogy az áramfelhalmozás kezdettől fogva gyorsan növekszik. Ez az injektortű gyors nyitását eredményezi, így kis késéssel.
- Az alacsony ohmos injektorok ellenállása körülbelül 2,8 ohm. Az alacsony ellenállás miatt nagy áram folyik:
A teljesítmény is meredeken növekszik:
Az energiafogyasztás csaknem hétszer nagyobb, mint a nagy impedanciájú injektoroknál. Ha az áramerősség túlságosan megnövekszik, hő fejlődik az injektorokban és a vezérlőkészülék végfokozatában. Az áram korlátozása érdekében a feszültséget rövid időn belül többször be- és kikapcsolják. Az injektortű kinyitása után kevés energiát igényel a tű nyitva tartása. Be- és kikapcsoláskor az áram csökken. Ez a fejlődés a szkóp képén látható.
A szükséges üzemanyag mennyiség meghatározása:
A gyártó meghatározta a szükséges üzemanyag mennyiséget különböző jellemző mezőkben, amelyeket az ECU ROM memóriájában tárolnak. Azt motorvezérlő rendszer korrekció nélkül leolvassa ezekről a diagramokról, hogy mennyi üzemanyagra van szükség. Ez természetesen függ a motor fordulatszámától, hőmérsékletétől és terhelésétől. A helyes üzemanyagmennyiség meghatározásához szükséges legfontosabb paramétereket ebben a részben VE táblázatként és AFR táblázatként ismertetjük.
VE táblázat:
A VE táblázat a térfogati hatásfokot és a levegő/üzemanyag arányt mutatja minden motorfordulatszám és szívócsatorna nyomás esetén. A térfogati hatásfok a hengereket megtöltő mért levegőmennyiség és a statikus helyzetben a hengert megtöltő levegőmennyiség aránya, a motor fordulatszámától és a szívócsatorna nyomásától függően. A táblázatban szereplő értékeket az ECU használja az aktuális légtömeg és így a töltési szint meghatározására. Ezen adatok alapján számítják ki a befecskendezendő üzemanyag mennyiségét.
Ez az elméleti megközelítés eltér a valóságtól. A motor specifikációit itt még nem vették figyelembe. Vegyük figyelembe a szelepdiagramot (szelepátfedés, esetleg változó szelepidő), a légellenállást a szívócsatornában stb. Ezért alkalmazunk egy korrekciós tényezőt, amely eltérést ad a lineáris összefüggéstől. A korrekciós tényezőt a fenti képen szaggatott vonal jelzi. A görbe azt mutatja, hogy a lineáris összefüggés mennyire helyes. 60 kPa nyomáson az eltérés körülbelül 50% a lineáris összefüggést mutató vonaltól. A korrekciós tényező százalékos formában alakítható ki.
A VE táblázatban minden cella a negatív nyomáshoz tartozó százalékos arányt jelzi a sebességhez viszonyítva. Ez a százalék azon fordulatszámon lesz a legmagasabb, amelynél a legnagyobb a nyomaték. Hiszen ott a leghatékonyabb a motor, mert a motor tölt a legjobban.
Az ebben a szakaszban későbbi VE és AFR táblázatokban szereplő értékek egy VW Golf 1.8 20 V-os motorjának nyomaték- és teljesítménygörbéjéből származnak.
Az alábbi képeken a VE táblázat kitöltési táblázatként, valamint a „TunerStudio” program nyomaték- és teljesítménygörbéjének felhasználásával létrehozott háromdimenziós ábrázolás látható. Ezt a programot elsősorban programozható ECU-hoz, például a MegaSquirthez vagy a Speeduinohoz való szoftver biztosítására használják. További információ: lásd a róla szóló oldalakat MegaSquirt projekt.
A függőleges tengelyen a MAP (elosztó légnyomás) látható 15 kPa (sok negatív nyomás) és 100 kPa (külső légnyomás) között. A MAP a motor terhelését jelzi. A vízszintes tengely az alapjárat és a maximális motorfordulatszám közötti motorfordulatszámot jelzi.
A VE táblázat cellái a motor töltöttségi szintjét mutatják. Más szavakkal; milyen hatékony a motor egy bizonyos fordulatszám és terhelés mellett. A motor azon a fordulatszámon a leghatékonyabb, ahol a legnagyobb a nyomaték (körülbelül 4200 ford./perc); a százalékok itt a legmagasabbak. Itt „telik meg” a legjobban a motor. A töltési szintet növelő technikák alkalmazása, mint például a változó szelepvezérlés, a szívócsatorna-beállítás vagy a turbó használata, jót tesz a százalékos aránynak.
AFR táblázat:
A szükséges levegő/üzemanyag összetételt egy AFR táblázat rögzíti. Az AFR az „Air Fuel Ratio” rövidítése. Sztöchiometrikus keverési aránynál (lambda = 1) 14,7 kg levegő szükséges 1 kg benzin elégetéséhez. A sztöchiometrikus keverék nem minden helyzetben kívánatos.
- A sovány keverék javítja az üzemanyag-fogyasztást;
- A gazdag keverék nagyobb teljesítményt tesz lehetővé.
Amikor a motornak nagyobb teljesítményt (P) kell leadnia, dúsítás történik. A gazdagabb keverék hűtést is biztosít. A λ = 0,8-ra dúsítás azt jelenti, hogy 11,76 kg levegő/1 kg benzin keverési aránya (AFR) érvényesül. Így kevesebb levegő áll rendelkezésre 1 kg tüzelőanyag elégetéséhez, mint egy sztöchiometrikus keverékkel. A sovány keverék viszont jobb üzemanyag-fogyasztást (be) ad, de nagyobb esélyt ad a kopogásra. A keverék dúsításának vagy szegényítésének mindig az égési határokon belül kell maradnia.
Alapjáraton a fordulatszám 600 és 900 ford./perc között van. A gázszelep szinte teljesen zárt, a negatív nyomás magas: 25 és 40 kPa között van. A keverék sztöchiometrikus (14,7:1) ebben a sebességtartományban.
Részterhelés esetén a motor fordulatszáma 4200 ford./percre nő. A fojtószelep tovább nyílik, így a szívócsőben a vákuum 40-75 kPa-ra csökken. A motor terhelésének növekedésével a negatív nyomás csökken; dúsítás történik (AFR 13:1). Alacsony motorterhelés mellett sovány keverék is lehetséges. Teljes terhelésnél a fojtószelep teljesen nyitva van. A negatív nyomás 100 kPa-ra csökken (a külső levegő nyomása), és a maximális dúsítás megtörténik (12,5:1).
A lambda érték nemcsak a teljesítményt és az üzemanyag-fogyasztást, hanem a kipufogógáz-kibocsátást is befolyásolja. A gazdagabb keverék alacsonyabb NOx-tartalmat, de magasabb CO- és HC-kibocsátást is biztosít. A soványabb keveréknél az üzemanyag részecskék távolabb helyezkednek el egymástól, így az égés már nem optimális; ennek eredményeként a HC-kibocsátás is nő.
Katalizátor használatakor kívánatos biztosítani, hogy a befecskendezés folyamatosan váltakozzon a dús és a sovány között. Gazdag keverékben oxigénhiány következtében CO képződik, amellyel a katalizátor csökkenti az NOx-ot. A sovány keverék oxigéntöbbletet tartalmaz, ami oxidálja a CO-t és a HC-t.
A vezérlőegység határozza meg, hogy mennyi üzemanyagot kell befecskendezni. Először az alapvető befecskendezési adatokat olvassuk ki a jellemző mezőkből. A befecskendezési mennyiség számításánál többek között a VE és AFR táblázatok értékeit is figyelembe veszik. A gyártó által meghatározott alábbi értékeket is figyelembe veszik:
- dúsítás a hűtőfolyadék és a beszívott levegő hőmérsékletétől függően;
- rövid távú gyorsulás dúsítás a fojtószelep (gyors) nyitásakor;
- korrekció a fedélzeti feszültség változása miatt.
Ezeken a meghatározott értékeken kívül gondosan figyelembe veszik azokat a feszültségeket, amelyeket a lambda-szonda küld a vezérlőegységnek. Ezek a feszültségek a kipufogógázok oxigéntartalmától függenek. Ez egy változó tényező, amely folyamatosan változik. Ezeknek az érzékelőfeszültségeknek a bemenetére ún.üzemanyag trimmek" bejegyzett.
A VE és AFR tábla értékeinek és a többi említett beállítás meghatározásának módját a végrehajtott oldalak ismertetik. MegaSquirt projekt.
