Предметы:
- Непрямой и прямой впрыск
- Регулировка давления топлива с непрямым впрыском
- Стратегия впрыска: многоточечный впрыск
- Электромагнитный инжектор (MPI)
- Пьезоинжектор (DI)
- Стратегии впрыска, прямой впрыск
- Двойная инъекция
- Измерение характеристик напряжения и тока на многоточечной форсунке
- Момент впрыска в зависимости от положения коленвала
- Ограничение тока ЭБУ
- Определение необходимого количества топлива
- стол ВЭ
- Таблица AFR
Непрямой и прямой впрыск:
По типам системы впрыска бензинового двигателя делятся на непрямой впрыск за дроссельную заслонку, непрямой впрыск на цилиндр и прямой впрыск под высоким давлением. В параграфах на этой странице описаны различные системы впрыска.
Непрямой впрыск:
Перед дроссельной заслонкой стоит форсунка. Топливо распыляется на дроссельную заслонку, где оно смешивается с проходящим воздухом. Основным недостатком является отсутствие точной дозировки топлива на цилиндр; в один цилиндр всегда поступает немного больше или меньше, чем в другой. Таким образом, система не подлежит регулированию и поэтому больше не используется с учетом экологических требований. Эту систему еще называют центральным впрыском (Monopoint).
Непрямой впрыск:
Каждый цилиндр имеет свою форсунку. Форсунка впрыскивает топливо во впускной клапан. Проходящий воздух также обеспечивает перемешивание в этой системе перед попаданием топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Преимущество перед непрямым впрыском заключается в том, что количество топлива можно контролировать гораздо точнее. Эту систему также называют MPI (многоточечный впрыск) или PFI (портовый впрыск топлива).
Непосредственный впрыск:
Форсунки для DI (Прямой впрыск) или DISI (Прямой впрыск с искровым зажиганием) расположены рядом со свечой зажигания, в верхней части камеры сгорания. Топливо впрыскивается через эту форсунку под высоким давлением примерно 200 бар во время такта впуска. Основные преимущества этой системы заключаются в том, что количество топлива можно регулировать еще точнее, впрыски можно производить несколько раз во время такта впуска и что топливовоздушная смесь охлаждается. Это дает возможность производителям увеличить степень сжатия двигателя. Инжектор может быть выполнен в виде пьезоинжектора или инжектора с магнитной катушкой.
DI требует более высокого давления впрыска, чем MPI/PFI, поскольку впрыск происходит во время такта сжатия; топливо должно быть достаточно распылено, пока воздух в цилиндре сжимается. Именно поэтому DI имеет отдельный насос высокого давления. Насос высокого давления создает давление топлива в топливной магистрали. Форсунки прикреплены к этой топливной галерее трубками. Как только система управления двигателем подаст сигнал на форсунку, она откроется и закроется в нужное время.
К преимуществам DI по сравнению с PFI относятся:
- Более точный впрыск;
- Возможны множественные инъекции;
- Время впрыска можно регулировать;
- Возможно более высокое эффективное давление над поршнем (тем самым позволяя уменьшить размер с более высокой степенью сжатия);
- Меньше расход топлива, меньше выбросов CO2.
К недостаткам относятся:
- Более высокая стоимость системы из-за ТНВД, усовершенствованных форсунок, более сложной ГБЦ;
- Увеличение выбросов сажи (выбросы твердых частиц);
- Непосредственный впрыск в камеру сгорания обеспечивает охлаждение вместо тепла, необходимого для испарения топлива.
Двигатель с двойным впрыском использует преимущества обеих систем. Прямой и непрямой впрыск можно переключать в зависимости от условий эксплуатации. Работа и применение двойного впрыска описаны в одноименном пункте на этой странице.
Регулирование давления топлива при непрямом впрыске:
Постоянное давление топлива является обязательным условием для точного управления впрыском топлива. Давление топлива (давление в рампе) находится вверху форсунки, а давление во впускном коллекторе — внизу. Давление во впускном коллекторе меняется в зависимости от нагрузки двигателя и без регулятора давления будет влиять на разницу давлений топлива и, следовательно, на количество впрыска. По этой причине мы используем регулятор давления топлива. В этом разделе мы углубимся в работу и назначение этого контроллера.
На изображении ниже показаны компоненты бензинового двигателя с непрямым впрыском и многоточечным впрыском. Смотрим на подачу топлива от насоса в баке к форсунке.
Когда ЭБУ управляет реле топливного насоса, насос работает. Насос всасывает топливо из самой нижней части топливного бака и направляет поток топлива к топливному фильтру. Частицы грязи в топливе остаются в фильтрующем материале. Отфильтрованное топливо затем поступает в топливный коллектор. В большинстве случаев топливный канал устанавливается непосредственно на входе в форсунку.
В топливной магистрали постоянное давление: только при электрическом управлении форсункой от ЭБУ (см. синий провод) форсунка открывается и топливо впрыскивается во впускной коллектор на открытый впускной клапан. Количество впрыскиваемого топлива зависит от:
- время впрыска (определяется ЭБУ путем удлинения или сокращения сигнала впрыска);
- давление топлива (при времени впрыска 2 миллисекунды форсунка впрыскивает больше, чем рассчитал ЭБУ, если давление топлива слишком высокое).
Давление топлива в топливной магистрали (также называемое давлением в рампе) регулируется в зависимости от нагрузки двигателя. Мы обсудим это более подробно в следующем разделе.
Без использования регулятора давления возникают следующие ситуации:
- На холостом ходу более высокий вакуум (т.е. низкое давление воздуха) во впускном коллекторе приведет к нежелательно более высокому давлению топлива;
- При ускорении вакуум меньше или почти отсутствует (полная нагрузка), и давление топлива падает, хотя желательно более высокое давление топлива.
Регулятор давления топлива увеличивает или уменьшает давление бензина в топливной магистрали в зависимости от давления воздуха во впускном коллекторе. Регулятор давления топлива можно рассматривать как динамический клапан, который обеспечивает открытие линии подачи топлива от топливного насоса и линии возврата.
Справа мы видим диаграмму давления топлива, где относительная разница давления во всех режимах (холостой ход, частичная и полная нагрузка) составляет 4 бар благодаря регулятору давления.
Пояснения ниже относятся к изображениям, показывающим регулятор давления в ситуации без вакуума и с ним. Справа — регулятор давления топлива от Bosch, который используется несколькими автопроизводителями.
Без вакуума (слева):
Регулятор давления в состоянии покоя закрыт: пружина прижимает диафрагму в закрытое положение, не давая подаваемому топливу попасть в обратную магистраль.
С вакуумом (средний):
Когда давление над диафрагмой снижается, давление топлива на стороне подачи толкает диафрагму вверх, преодолевая силу пружины. Создается отверстие, через которое подаваемое топливо сливается по обратной магистрали в топливный бак.
Стратегия многоточечного впрыска:
При (непрямом) многоточечном впрыске используются три различных метода впрыска:
- Одновременно: впрыск происходит одновременно во все цилиндры.
- Группа: инъекция происходит в каждой группе; существует различие между одной или несколькими группами.
- Последовательный: каждая форсунка управляется отдельно и поэтому имеет свой момент впрыска.
Система управления двигателем на рисунке ниже иллюстрирует групповой впрыск. Форсунки цилиндров 1 и 2 имеют общее питание (красные) и обе соединены с массой одновременно (зеленые). Форсунки 3 и 4 цилиндров одинаковые, но управляются отдельно от цилиндров 1 и 2.
Электромагнитный инжектор (MPI):
Электромагнитный инжектор используется на многих бензиновых двигателях, в которых не используется (прямой) впрыск высокого давления с помощью отдельного насоса высокого давления. Топливо находится под постоянным давлением 1 бар на входе в форсунку. Давление топлива создается топливным насосом в баке. При многоточечном впрыске (об этом написано далее на странице) каждый цилиндр имеет свою форсунку. Эта форсунка установлена во впускном коллекторе и впрыскивает топливо под давлением до 6 бар до открытия клапана. Тогда у топлива будет достаточно времени, когда впускной клапан начнет открываться, чтобы смешаться со всем кислородом (обозначенным на рисунке темно-синей стрелкой), поступающим в цилиндр.
Блок управления двигателем следит за положением коленчатого вала, чтобы регулировать момент впрыска и момент зажигания. На основе нескольких факторов (температура двигателя и окружающей среды, нагрузка, скорость и т. д.) он в нужный момент подаст сигнал форсунке на открытие. Вилка этой форсунки содержит два провода. Один провод имеет постоянный плюс около 14 Вольт. Другой провод подключается к массе ЭБУ, чтобы обеспечить протекание тока через катушку форсунки. Когда катушка достаточно заряжена, игла форсунки открывается против силы пружины. Когда управление прекращается, пружина сжимает иглу форсунки назад. .Подача топлива отключается.Когда управление прекращается, катушка все еще электрически заряжена.Энергия в катушке образует пик индукции, который можно наблюдать на осциллографе.Индукционное напряжение кратковременно составляет около 60 Вольт.
Питание этих форсунок осуществляется через топливную рампу (также называемую топливной магистралью). Подкачивающий насос в топливном баке обеспечивает давление в топливной рампе. Давление топлива в рампе постоянное (ок. 4 бар). Поскольку давление очень низкое, форсунки крепятся с помощью стопорного зажима и уплотнительного кольца для уплотнения. Особенно в старых автомобилях, где система разобрана, перед установкой целесообразно заменить уплотнительные кольца.
Корпус форсунки обычно изготавливается из пластика. В верхней части корпуса мы находим штекерное соединение, которое внутренне соединено с катушкой. Сверху имеется резиновое уплотнительное кольцо, по которому скользит топливный канал. Внизу можно найти уплотнительные кольца или тефлоновые уплотнительные кольца. Уплотнительное кольцо в основном используется в форсунках MPI с впрыском под низким давлением, а тефлоновые кольца можно встретить в двигателях с впрыском под высоким давлением, например в двигателе FSI.
Катушка намотана на сердечник форсунки. На прикрепленном изображении катушка выделена красным. В центре форсунки, также внутри катушки, находится плунжер. Этот поршень имеет механическое соединение с иглой. Над поршнем находится пружина, которая удерживает поршень и, следовательно, иглу на своем месте, закрывая инъекционное отверстие.
В состоянии покоя напряжение на обоих выводах катушки составляет примерно 14 В относительно земли. Для подачи топлива в форсунку ЭБУ двигателя подает на одну сторону катушки заземление, а на другую сторону подается положительное напряжение. В этот момент через катушку начинает течь ток, что приводит к образованию магнитного поля. Это магнитное поле тянет поршень и, следовательно, инъекционную иглу вверх.
Когда впрыск необходимо прекратить, ЭБУ отключает массу, в результате чего магнитное поле исчезает. Пружина толкает плунжер обратно вниз, в результате чего игла перекрывает подачу топлива в камеру сгорания.
Инжектор обычно имеет несколько отверстий. Эти отверстия очень малы, поэтому топливо впрыскивается из форсунки в камеру сгорания в виде тумана. Чем тоньше туман, тем легче он испаряется.
Пьезоинжектор (DI):
Пьезофорсунки могут использоваться как в бензиновых, так и в дизельных двигателях. BMW была первой маркой, которая использовала пьезотехнологию в бензиновых двигателях, но прекратила это делать в новых двигателях.
Пьезоинжектор является частью системы впрыска под высоким давлением. Давление в топливной рампе обеспечивает отдельный насос высокого давления. Эта топливная рампа распределяет топливо по всем форсункам (см. изображение). Из-за очень высокого давления используются алюминиевые трубы с сальниками. Сальники (которые привинчиваются к трубке и форсункам) всегда должны быть затянуты с правильным усилием. Об этом говорится в руководстве по ремонту соответствующего двигателя.
Пьезоэлемент в форсунке имеет свойство изменять длину при подаче на него положительного или отрицательного напряжения. Используется с инжектором. Как только блок управления двигателем подает управляющее напряжение примерно от 100 до 150 вольт, пьезоэлемент расширяется примерно на 0,03 мм. Этого изменения длины достаточно, чтобы установить соединение между камерой высокого и низкого давления. Инъекцию начинают немедленно. Пьезоэлемент может включаться и выключаться за тысячную долю секунды. В сочетании с очень высоким давлением впрыска (до 2000 бар) это обеспечивает очень быстрые и точные впрыски. Эти скорости также позволяют выполнять несколько инъекций одну за другой.
Многократные впрыски во время такта впуска имеют то преимущество, что смешивание топлива с воздухом является оптимальным. Высокое давление приводит к сверхтонкому распылению капель топлива, благодаря чему они еще лучше смешиваются с воздухом. Во время такта впуска может быть выполнено до 8 инъекций. Это положительно сказывается на расходе топлива, мощности и выбросах выхлопных газов.
Стратегии впрыска, прямой впрыск:
Стратегия прямого впрыска имеет различные варианты: со стеновым, пневматическим и струйным управлением (см. изображения ниже). В этих ситуациях происходит послойный процесс горения. Это справедливо не для всех условий эксплуатации.
- Настенное направление: поршень направляет топливное облако к свече зажигания. Расстояние между свечой зажигания и форсункой большое. Применяется для двигателей GDI и HPI.
- Направление воздуха: движение воздуха приближает топливное облако к свече зажигания. Расстояние между свечой зажигания и форсункой большое. Применяется для двигателей FSI и JTS.
- Направленная струя: Свеча зажигания расположена на краю топливного облака. Расстояние между форсункой и свечой зажигания небольшое. Применяется для двигателей BMW.
Как уже указывалось, бензиновые двигатели с непосредственным впрыском не имеют послойного сгорания во всех условиях эксплуатации. Двигатели с непосредственным впрыском с струйным управлением могут работать поэтапно при частичной нагрузке. Послойный процесс горения означает, что в пространстве сгорания присутствуют различные слои воздуха. Рядом со свечой зажигания значение лямбды равно 1. Дальше значение лямбды становится выше (беднее, поэтому больше воздуха). Этот воздух обеспечивает изолирующий воздушный слой. В послойном процессе время впрыска позже, чем в гомогенном процессе. С помощью послойного впрыска дроссельную заслонку можно полностью открыть, чтобы она меньше душила воздух. Поскольку всасываемый воздух освобождается от задушения, он встречает меньшее сопротивление и, следовательно, его легче всасывать. Поскольку значение лямбда в камере сгорания при послойном впрыске меньше 1 из-за изолирующего слоя воздуха, это не вызывает никаких проблем со сгоранием. В процессе наслоения снижается расход топлива.
При однородной смеси значение лямбды везде равно 1. Это означает, что в бензиновом двигателе соотношение воздуха и топлива составляет 14,7:1 (14,7 кг воздуха на 1 кг топлива). Каждый двигатель может работать равномерно. Если происходит обогащение, значение лямбда уменьшится, а если обеднить смесь, то значение лямбда увеличится:
<1 = Богатый
>1 = Плохо
Двигатель всегда будет переключаться между богатой и обедненной смесью, чтобы каталитический нейтрализатор работал правильно. лямбда-зонд отправляет данные в систему управления двигателем.
При полной нагрузке двигатель всегда работает равномерно. Это дает более высокий крутящий момент, чем при послойном процессе. Если двигатель работает равномерно, топливо впрыскивается раньше. Двигатель также работает равномерно при трогании с места. Тогда пусковой крутящий момент будет выше, чем если бы двигатель работал послойно.
На приведенной ниже характеристической кривой показаны рабочие ситуации на разных скоростях по сравнению с давление сгорания, с использованием EGR и без него.
Двойная инъекция:
Группа VAG использует бензиновые двигатели с двойным впрыском, соответствующие действующим стандартам выбросов. В двигателях с двойным впрыском имеется две системы впрыска топлива: система низкого давления и система высокого давления.
- Система низкого давления содержит форсунки MPI, которые используются десятилетиями. Форсунки MPI установлены во впускном коллекторе и впрыскивают во впускной клапан под давлением от 4 до 5 бар;
- Система высокого давления содержит форсунки высокого давления, которые впрыскивают непосредственно в камеру сгорания с максимальным давлением впрыска от 150 до 200 бар.
Система управления двигателем определяет, какая форсунка контролируется.
На следующем изображении показано поперечное сечение головки блока цилиндров с двумя топливными системами.
Впрыск MPI обеспечивает лучшее смешивание воздуха и топлива. Форсунки прямого действия используются на холостом ходу и при полной нагрузке. При прямом впрыске достигается лучшее охлаждение, что делает возможным более высокую степень сжатия. Однако смешивание воздуха и топлива не является оптимальным. Это приводит к увеличению выбросов сажи. По этой причине двигатели с непосредственным впрыском в настоящее время оснащаются сажевым фильтром. Это не проблема при двойном впрыске. «Система регулируемого большого пальца», сокращенно VTS, представляет собой версию регулируемого впускного коллектора, обеспечивающую лучший поток воздуха. «Большой палец» — это поток воздуха, который превращается в вихрь при входе в цилиндр. Завихрение воздуха необходимо для правильного смешивания топлива из форсунки MPI с воздухом.
Двойной впрыск в сочетании с системой VTS обеспечивает снижение выбросов выхлопных газов. Дополнительным преимуществом является то, что впускной клапан очищается форсункой MPI. Двигатели с непосредственным впрыском часто страдают от загрязнения впускного тракта (впускного коллектора и впускных клапанов), что вызывает такие проблемы, как ограниченная подача воздуха. В крайнем случае впускной клапан настолько забивается, что впускной клапан больше не может должным образом закрываться на головке блока цилиндров и в конечном итоге сгорает, поскольку не может достаточно рассеивать тепло.
Известно, что те же двигатели в США оснащены только непосредственным впрыском, а двигатели VAG с двойным впрыском. Впускной коллектор заглушен. Это связано с тем, что на момент написания экологические требования в Европе более строгие, чем в США, и производитель не поставляет двигатели для рынков, где стандарты выбросов менее строгие, с такими дорогими системами по соображениям стоимости.
Измерение характеристик напряжения и тока на многоточечной форсунке:
Осциллограф может измерять только напряжение. Измерительные кабели можно подключать параллельно электрическим компонентам. Измерение тока последовательно невозможно. Ток можно измерить с помощью индуктивных токовых клещей. Датчики Холла в токовых клещах измеряют магнитное поле и преобразуют его в напряжение. Напряжение можно измерить осциллографом. В этом случае коэффициент преобразования составляет 10 мВ на ампер; Каждые 0,010 В, передаваемые токовыми клещами, можно преобразовать в 1 А.
На следующем изображении показан профиль напряжения и тока электромагнитного инжектора.
- Красный: градиент напряжения;
- Желтый: ток.
В состоянии покоя напряжение 14 вольт. Теперь на вилке нет разницы напряжений, поэтому ток не течет. ЭБУ подключает один провод к массе для управления форсункой. Разница напряжений заставляет ток течь через катушку форсунки.
Желтая линия указывает на протекание тока: в тот момент, когда напряжение падает до 0 вольт, начинается нарастание тока. Загрузка катушки требует времени. Ток не увеличивается дальше примерно 0,9 А. На полпути нарастания тока мы видим изгиб линии: это момент, когда накопилось достаточно магнетизма, чтобы поднять иглу с гнезда. Форсунка начинает впрыскивать.
ЭБУ разрывает соединение с массой, чтобы прекратить управление. Остаточная энергия в катушке обеспечивает индукционное напряжение примерно 60 вольт. Инжектор прекращает впрыск, поскольку пружина возвращает иглу на свое место. Это можно увидеть на изображении прицела по скачку сигнала напряжения.
Если двигатель работает неравномерно и возникают пропуски зажигания в цилиндрах, это может быть связано с рядом причин:
- Отсутствие или плохая искра из-за неисправной свечи зажигания, кабеля свечи зажигания или катушки зажигания;
- Ограничение подачи топлива из-за забитого топливного фильтра, неисправного регулятора давления, проблемы с топливным насосом или форсункой;
- Потеря компрессии из-за проблем с поршневыми кольцами, дефектной прокладкой ГБЦ или сальниками клапанов.
Во время диагностики можно использовать осциллограф, чтобы проверить, правильно ли функционируют форсунки. В начале этого раздела были показаны измерения там, где не было неисправностей. Синие линии показывают в качестве примера, как будет выглядеть профиль напряжения и тока неисправной форсунки.
В том случае, если управление форсункой правильное, но на изображении напряжения и тока не видно перегибов, можно сделать вывод, что игла форсунки не движется. Поскольку форсунка одного цилиндра не работает должным образом, а остальные форсунки работают нормально, изображения разных форсунок можно легко сравнить друг с другом.
Если слегка постучать по инжектору, игла инжектора может ослабнуть. В этом случае двигатель сразу начнет работать тише, и на изображениях в телескоп снова будут видны изломы. Однако это не гарантирует окончательного решения; есть большая вероятность, что проблема вернется в течение короткого времени. Необходима замена соответствующей форсунки.
Игла в инжекторе открывается только после достаточного заряда катушки. В результате форсунка не впрыскивает топливо сразу, когда ЭБУ начинает ею управлять. После завершения срабатывания пружина прижимает иглу форсунки к ее седлу. Это также требует времени. Время регулирования обычно не равно времени впрыска. На следующем изображении показаны кривые напряжения и тока той же форсунки, что и выше, но с увеличенной скоростью.
- Начало управления: ЭБУ переключает провод управления на массу. Ток протекает через катушку форсунки, открывая ее. Излом на картине потока указывает на момент открытия иглы форсунки. Ток при этом немного увеличивается и поэтому остается постоянным. Игла инжектора остается открытой.
- Конец управления: как уже было описано, момент закрытия иглы форсунки мы распознаем по скачку на изображении напряжения.
Управление занимает 4 мс, но фактическое время впрыска составляет 3 мс. Мы называем разницу между ними «задержкой», что переводится на голландский как «задержка». Таким образом, ЭБУ управляет форсункой в течение 4 мс, чтобы обеспечить впрыск в течение 3 мс.
Момент впрыска в зависимости от положения коленчатого вала:
Момент впрыска можно посмотреть с помощью осциллографа. Канал A (красный) находится на проводе массы форсунки, а канал B (желтый) — на проводе форсунки. Датчик положения коленчатого вала связанный. Пока двигатель работает, мы можем использовать это изображение, чтобы определить момент впрыска и время впрыска.
Изображение прицела было сделано на холостом ходу. Красное изображение напряжения показывает открытие и закрытие форсунки (см. раздел: Измерение характеристик напряжения и тока на многоточечной форсунке). В момент времени -2,860 мс начинается управление; напряжение с 12 вольт падает до 0 вольт. Это точка, в которой катушка форсунки заземлена и по ней течет ток. Управление форсунками заканчивается, когда красная линия снова поднимется. За счет накопленной энергии в катушке возникает индукционное напряжение более 60 вольт. Затем напряжение постепенно падает до 12 Вольт; здесь форсунка снова отключается.
Красное переменное напряжение исходит от индуктивного Датчик положения коленчатого вала. Каждый раз, когда зубцы импульсного колеса проходят мимо датчика коленвала, создается синусоидальное переменное напряжение. Импульсное колесо содержит 60 зубцов, 2 из которых сточены. Два шлифованных зубца образуют контрольную точку, по которой система управления двигателем распознает, что поршни цилиндров 1 и 4 находятся в диапазоне от 90⁰ до 120⁰ перед ВМТ (верхней мертвой точкой). После распознавания отсутствующего зуба система управления двигателем успевает (возможно, в сочетании с датчик распредвала), чтобы определить правильный момент впрыска и зажигания и активировать форсунку и катушку зажигания до того, как поршень окажется в ВМТ.
На изображении осциллографа показано время начала инъекции; Впрыск начинается с четвертого импульса от датчика коленвала. Если считать, что зубьев 60 - 2, то после каждых 6⁰ поворота коленвала (360⁰ за 1 оборот/60 зубьев) впрыск происходит на 24 градуса после контрольной точки. Отсутствующий зуб находится за 90⁰ до ВМТ, поэтому впрыск начинается (90⁰ – 24⁰) = 66⁰ до ВМТ.
При увеличении частоты вращения до 2000 об/мин импульсы индуктивного датчика коленвала становятся ближе друг к другу. Частота этого сигнала преобразуется в скорость системой управления двигателем. В зависимости от скорости нагрузка (измеренная датчик карты) и температура Всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости определяют необходимое время впрыска. Время впрыска происходит раньше, и форсунка находится на земле дольше: форсунка впрыскивает раньше и дольше.
От начала активации до точки срабатывания (стрелка на уровне отключения форсунки) время активации составляет примерно 5,2 мс. Время активации форсунки не равно фактическому впрыску (см. предыдущий пункт).
На следующем изображении индуктивный сигнал коленчатого вала показан красным, а сигнал форсунки — желтым. При увеличении числа оборотов примерно до 3000 об/мин можно увидеть два регулятора форсунок. Хорошо видно, что впрыск топлива в 1-й цилиндр происходит при каждом втором обороте коленчатого вала.
Ограничение тока в ЭБУ:
Как показали измерения в разделе «Измерение напряжения и тока на многоточечной форсунке», между срабатыванием и фактическим открытием иглы форсунки существует задержка. В этом случае на открытие требуется 1,5 мс.
Игла форсунки открылась бы быстрее, если бы ток через катушку увеличивался быстрее. Ток зависит от сопротивления катушки: чем меньше сопротивление, тем быстрее нарастает ток. Высокоомные форсунки, использованные в двигателе, имеют сопротивление 16 Ом. При бортовом напряжении 14 вольт потечет небольшой ток:
Ток достаточен для открытия иглы форсунки, но не слишком большой, чтобы она не стала слишком горячей из-за слишком большой мощности:
Поскольку создается только небольшая мощность, нет необходимости использовать контроль тока. Это было бы необходимо для инжекторов с низким импедансом.
- Преимущество инжекторов с низким импедансом состоит в том, что ток нарастания быстро увеличивается с самого начала. Это приводит к быстрому открытию иглы инжектора с небольшой задержкой.
- Низкоомные форсунки имеют сопротивление примерно 2,8 Ом. Низкое сопротивление вызывает протекание большого тока:
Мощность также резко возрастает:
Потребляемая мощность почти в семь раз выше, чем у высокоомных форсунок. Если ток увеличивается слишком сильно, в форсунках и выходном каскаде устройства управления выделяется тепло. Для ограничения тока напряжение включается и выключается несколько раз за короткий промежуток времени. После открытия иглы инъектора требуется мало энергии, чтобы удерживать иглу открытой. Ток уменьшается при включении и выключении. Этот прогресс можно увидеть на изображении прицела.
Определение необходимого количества топлива:
Необходимое количество топлива производитель определил в различных полях характеристик, которые хранятся в ПЗУ ЭБУ. Это система управления двигателем читает по этим графикам, сколько топлива необходимо без поправок. Это, конечно, зависит от частоты вращения двигателя, температуры и нагрузки. Наиболее важные параметры для определения правильного количества топлива описаны в этом разделе в виде таблицы VE и таблицы AFR.
Таблица ВЭ:
В таблице VE представлены объемный КПД и соотношение воздух/топливо при каждой частоте вращения двигателя и давлении во впускном коллекторе. Объемный КПД — это соотношение между измеренным количеством воздуха, наполняющего цилиндры, и количеством воздуха, которое могло бы заполнить цилиндр в статической ситуации, в зависимости от частоты вращения двигателя и давления во впускном коллекторе. Значения в таблице используются ЭБУ для определения текущей массы воздуха и, следовательно, уровня наполнения. Эти данные используются для расчета количества впрыскиваемого топлива.
Этот теоретический подход отличается от реальности. Технические характеристики двигателя здесь пока не учитывались. Учитывайте диаграмму клапанов (перекрытие клапанов или, возможно, изменение фаз газораспределения), сопротивление воздуха во впускном тракте и т. д. Именно поэтому применяется поправочный коэффициент, дающий отклонение от линейной зависимости. Поправочный коэффициент показан на изображении выше пунктирной линией. Кривая показывает, насколько правильна линейная зависимость. При давлении 60 кПа отклонение составляет примерно 50% от линии, показывающей линейную зависимость. Поправочный коэффициент может быть выражен в процентах.
В таблице VE каждая ячейка указывает процент, связанный с отрицательным давлением по отношению к скорости. Этот процент будет самым высоким на скорости, при которой крутящий момент является максимальным. Ведь там двигатель наиболее эффективен, потому что двигатель лучше всего наполняется.
Значения в таблицах VE и AFR далее в этом разделе получены на основе кривой крутящего момента и мощности двигателя 1.8 20 В от VW Golf.
На изображениях ниже представлена таблица VE в виде заполняемой таблицы и трехмерное представление, созданное с использованием кривой крутящего момента и мощности в программе «TunerStudio». Эта программа в основном используется для предоставления программного обеспечения для программируемого ЭБУ, такого как MegaSquirt или Speeduino. Для получения дополнительной информации: см. Страницы об этом. Проект МегаСквирт.
Вертикальная ось показывает MAP (давление воздуха в коллекторе) от 15 кПа (большое отрицательное давление) до 100 кПа (давление наружного воздуха). MAP указывает нагрузку двигателя. Горизонтальная ось указывает частоту вращения двигателя между холостым ходом и максимальной частотой вращения двигателя.
Ячейки таблицы VE показывают уровень наполнения двигателя. Другими словами; насколько эффективен двигатель при определенной скорости и нагрузке. Двигатель наиболее эффективен на тех оборотах, где крутящий момент самый высокий (около 4200 об/мин); проценты здесь самые высокие. Именно здесь двигатель «наполняется» лучше всего. Применение методов, повышающих уровень наполнения, таких как изменение фаз газораспределения, регулировка впускного коллектора или использование турбонаддува, улучшит процентное соотношение.
Таблица АФР:
Требуемый состав воздуха/топлива записывается в таблице AFR. AFR — это аббревиатура от «Соотношение воздух-топливо». При стехиометрическом соотношении смеси (лямбда = 1) для сгорания 14,7 кг бензина необходимо 1 кг воздуха. Стехиометрическая смесь желательна не во всех ситуациях.
- Бедная смесь увеличивает расход топлива;
- Богатая смесь позволяет увеличить мощность.
Когда двигатель должен развивать большую мощность (P), происходит обогащение. Более богатая смесь также обеспечивает охлаждение. Обогащение до λ = 0,8 означает, что применяется соотношение смешивания (AFR) 11,76 кг воздуха на 1 кг бензина. Таким образом, для сжигания 1 кг топлива доступно меньше воздуха, чем при использовании стехиометрической смеси. Бедная смесь, напротив, дает лучший расход топлива (бэ), но дает больше шансов на детонацию. Обогащение или обеднение смеси всегда должно оставаться в пределах сгорания.
На холостом ходу частота вращения составляет от 600 до 900 об/мин. Газовый клапан почти полностью закрыт, отрицательное давление высокое: оно составляет от 25 до 40 кПа. В этом диапазоне скоростей смесь является стехиометрической (14,7:1).
При частичной нагрузке частота вращения двигателя увеличивается до 4200 об/мин. Дроссельная заслонка открывается дальше, поэтому разрежение во впускном коллекторе падает до 40 – 75 кПа. По мере увеличения нагрузки на двигатель отрицательное давление уменьшается; происходит обогащение (AFR 13:1). Бедная смесь возможна при небольшой нагрузке двигателя. При полной нагрузке дроссельная заслонка полностью открыта. Отрицательное давление падает до 100 кПа (давление наружного воздуха) и происходит максимальное обогащение (12,5:1).
Значение лямбды влияет не только на мощность и расход топлива, но и на выбросы выхлопных газов. Более богатая смесь обеспечивает более низкое содержание NOx, но также более высокие выбросы CO и HC. В более бедной смеси частицы топлива располагаются дальше друг от друга, поэтому сгорание уже не является оптимальным; в результате чего выбросы углеводородов также увеличиваются.
При использовании катализатора желательно следить за тем, чтобы впрыск постоянно чередовал богатое и бедное. В богатой смеси в результате дефицита кислорода образуется CO, при котором катализатор снижает NOx. Бедная смесь содержит избыток кислорода, который окисляет CO и HC.
Блок управления определяет, сколько топлива следует впрыскивать. Сначала из характеристических полей считываются основные данные впрыска. Значения из таблиц VE и AFR, среди прочего, включаются в расчет количества впрыска. Также учитываются следующие значения, определенные производителем:
- обогащение в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха;
- кратковременное обогащение ускорения при (быстром) открытии дроссельной заслонки;
- коррекция из-за изменения бортового напряжения.
Помимо этих определенных значений, тщательно учитываются напряжения, которые лямбда-зонд посылает в блок управления. Эти напряжения зависят от содержания кислорода в выхлопных газах. Это переменный фактор, который постоянно меняется. Входные напряжения этих датчиков называются так называемыми «корректировка топлива"включён.
Как определяются значения таблицы VE и AFR и другие упомянутые настройки, описано на страницах выполненного Проект МегаСквирт.
