Injectiesysteem:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Bepaling van de benodigde hoeveelheid brandstof
-VE-tabel
-AFR-tabel
-Verschillende injectiesystemen



Bepaling van de benodigde hoeveelheid brandstof:
De constructeur heeft de benodigde hoeveelheid brandstof vastgesteld in verschillende kenvelden die in het ROM-geheugen van de ECU zijn opgeslagen. Het motormanagementsysteem leest uit deze kenvelden hoeveel brandstof er zonder correcties nodig is. Dit is uiteraard afhankelijk van het motortoerental, temperatuur en belasting. De belangrijkste kenvelden om de juiste brandstofhoeveelheid te bepalen, worden in deze paragraaf uitgelegd als de VE-tabel en AFR-tabel.



VE-tabel:
De VE-tabel vertegenwoordigd het volumetrisch rendement en de lucht- / brandstofverhouding bij elk motortoerental en inlaatspruitstukdruk. Het volumetrisch rendement is de verhouding tussen de gemeten hoeveelheid lucht die de cilinders vult en de hoeveelheid lucht die de cilinder in een statische situatie zou vullen, afhankelijk van het toerental en het inlaatspruitstukdruk. De waarden in de tabel worden door de ECU gebruikt om de actuele luchtmassa en daarmee dus de vullingsgraad te bepalen. Met deze gegevens wordt de hoeveelheid in te spuiten brandstof berekend.

De required fuel (benodigde hoeveelheid brandstof) wordt bepaald aan de hand van de motorspecificaties en de injectorgrootte. De vullingsgraad van de motor is theoretisch 100% bij een buitenluchtdruk van 100 kPa. De MegaSquirt gaat er vanuit dat er een lineair verband bestaat tussen de MAP en de inspuittijd. De doorgetrokken rechte lijn in de onderstaande figuur toont dit lineaire verband.



Deze theoretische benadering wijkt af van de werkelijkheid. Er is hier namelijk nog geen rekening gehouden met de motorspecificaties. Denk hierbij aan het kleppendiagram (klepoverlap, of eventueel variabele kleptiming), de luchtweerstand in het inlaattraject, etc. Daarom wordt er een correctiefactor toegepast die een afwijking ten opzichte van het lineaire verband geeft. De correctiefactor wordt in de bovenstaande afbeelding middels de onderbroken streeplijn getoond. De curve geeft een aan in hoeverre het lineaire verband correct is. Bij een druk van 60 kPa is de afwijking ongeveer 50% ten opzichte van de lijn die het lineaire verband weergeeft. De correctiefactor kan worden gevormd naar een percentage.
In een VE-tabel wordt in elke cel het percentage aangegeven dat hoort bij de onderdruk in relatie met het toerental. Dit percentage zal het hoogst zijn bij het toerental waarbij het koppel het hoogst is. Daar is de motor immers het meest efficiënt omdat de motor het beste vult.

De waarden in de VE- en AFR-tabellen verderop in deze paragraaf zijn afgeleid uit de koppel- en vermogenskromme van een 1.8 20v motor uit een VW Golf.



De onderstaande afbeeldingen tonen de VE-tabel als invultabel en de driedimensionale weergave die aan de hand van de koppel- en vermogenskromme in het programma “TunerStudio” zijn gecreëerd. Dit programma wordt voornamelijk toegepast om een programmeerbare ECU zoals de MegaSquirt of Speeduino van software te voorzien. Voor meer informatie: zie de pagina's over het MegaSquirt project.
Op de verticale as is de MAP (Manifold Air Pressure) getoond van 15 kPa (veel onderdruk) tot 100 kPa (de buitenluchtdruk). De MAP geeft de motorbelasting aan. De horizontale as geeft het motortoerental aan tussen het stationaire en maximale motortoerental.






De cellen in de VE-tabel tonen de vullingsgraad van de motor. Met andere woorden; hoe efficiënt de motor is bij een bepaald toerental en belasting. Rond het toerental waar het koppel het hoogst is, (rond de 4200 rpm) is de motor het meest efficiënt; de percentages zijn hier het hoogst. Hier “vult” de motor het beste. Met het toepassen van technieken die de vullingsgraad verhogen, zoals variabele kleptiming, inlaatspruitstuk verstelling, of het toepassen van een turbo, komt dit ten goede van de percentages.



AFR-tabel:
De benodigde lucht- / brandstofsamenstelling is in een AFR-tabel vastgelegd. AFR is de afkorting van “Air Fuel Ratio”. Bij een stoichiometrische mengverhouding (lambda = 1) is er 14,7 kg lucht nodig om 1 kg benzine te verbranden. Niet in alle situaties is een stoichiometrisch mengsel gewenst.

• Een arm mengsel komt ten goede van het brandstofverbruik;
• Een rijk mengsel maakt een hoger vermogen mogelijk.

Wanneer de motor meer vermogen (P) moet leveren, vindt er verrijking plaats. Tevens zorgt een rijker mengsel voor koeling. Het verrijken naar λ = 0,8 betekent dat er een mengverhouding (AFR) van 11,76 kg lucht op 1 kg benzine van toepassing is. Er is dus minder lucht aanwezig om 1 kg brandstof te verbranden dan bij een stoichiometrisch mengsel.
Een arm mengsel daarentegen, geeft een gunstiger brandstofverbruik (be), maar geeft weer meer kans op pingelen. Het verrijken of verarmen van het mengsel moet altijd binnen de verbrandingsgrenzen blijven.



Tijdens het stationair draaien bedraagt het toerental tussen de 600 en 900 omw./min. De gasklep is bijna helemaal gesloten en de onderdruk is hoog: deze bedraagt tussen de 25 en 40 kPa. Het mengsel is in dit toerengebied stoichiometrisch (14,7:1).
Wanneer er sprake is van deellast, zal het motortoerental zijn toegenomen tot 4200 omw./min. De gasklep is verder geopend, dus de onderdruk in het inlaatspruitstuk daalt naar 40 – 75 kPa. Bij toenemende motorbelasting neemt de onderdruk af; er wordt verrijkt (AFR van 13:1) . Bij een lage motorbelasting is een arm mengsel mogelijk. Bij vollast staat de gasklep volledig geopend. De onderdruk daalt tot 100 kPa (de buitenluchtdruk) en er vindt maximale verrijking plaats (12,5:1).

De lambdawaarde heeft niet alleen invloed op het vermogen en het brandstofverbruik, maar ook op de uitlaatgasemissies. Een rijker mengsel zorgt voor een lager NOx-gehalte, maar ook voor een hogere CO- en HC-uitstoot. Bij een armer mengsel liggen de brandstofdeeltjes verder uit elkaar, waardoor de verbranding niet meer optimaal is; met als gevolg dat de HC-uitstoot eveneens stijgt.
Bij het toepassen van een katalysator is het gewenst om de inspuiting constant wisselend rijk en arm te laten verlopen. Bij een rijk mengsel wordt CO gevormd als gevolg van een zuurstoftekort, waarmee de katalysator de NOx reduceert. Een arm mengsel bevat een overschot aan zuurstof, waarmee CO en HC worden geoxideerd.



De regeleenheid bepaalt hoeveel brandstof er moet worden ingespoten. In de eerste plaats worden de basis-inspuitgegevens uit de kenvelden gelezen. De waarden uit o.a. de VE- en AFR-tabellen worden meegenomen in de berekening voor de inspuithoeveelheid. Ook wordt er rekening gehouden met de volgende waarden die door de constructeur zijn vastgesteld:

- verrijking afhankelijk van koelvloeistof- en inlaatluchttemperatuur;
- kortstondige acceleratieverrijking bij het (snel) openen van de gasklep;
- correctie door variatie in de boordspanning.

Naast deze vastgestelde waarden wordt er nauwlettend rekening gehouden met de spanningen die de lambdasonde naar de regeleenheid verstuurd. Deze spanningen zijn afhankelijk van het zuurstofgehalte in de uitlaatgassen. Dit is een variabele factor die continu wijzigt. De input van deze sensorspanningen worden als zogenaamde “fuel trims” verwerkt.

Hoe de waarden van de VE- en AFR-tabel en de overige genoemde instellingen worden bepaald, wordt beschreven op de pagina's van het uitgevoerde MegaSquirt project.




Verschillende injectiesystemen:
Er zijn 3 verschillende injectiesystemen in een benzinemotor, namelijk indirecte inspuiting voor de gasklep (links), indirecte inspuiting per cilinder (midden) en directe hogedruk inspuiting (rechts).



Klik hier om naar de pagina van de benzinemotor te gaan, waar deze verschillende injectiesystemen uitgebreid worden beschreven.