Предмети:
- Непряме і пряме введення
- Контроль тиску палива за допомогою непрямого уприскування
- Багатоточкова стратегія впорскування
- Електромагнітний інжектор (MPI)
- П'єзоінжектор (DI)
- Стратегії впорскування безпосереднє впорскування
- Подвійне впорскування
- Вимірювання напруги та струмової характеристики на багатоточковому інжекторі
- Момент упорскування залежно від положення колінчастого вала
- Обмеження струму ECU
- Визначення необхідної кількості палива
- Таблиця VE
- Таблиця AFR
Непряме та пряме введення:
Типи систем упорскування бензинового двигуна поділяються на непряме уприскування для дросельної заслінки, непряме упорскування на циліндр і безпосереднє уприскування під високим тиском. Параграфи на цій сторінці пояснюють ці різні системи впорскування.
Непряме введення:
Перед дросельною заслінкою знаходиться інжектор. Паливо розбризкується проти дросельної заслінки, де воно змішується з повітрям, що протікає повз. Головним недоліком є те, що немає точного дозування палива на циліндр; один циліндр завжди отримує трохи більше або менше, ніж інший. Таким чином, система не регулюється і тому більше не використовується з огляду на екологічні вимоги. Цю систему також називають центральним уприскуванням (Monopoint).
Непряме введення:
Кожен циліндр має свій інжектор. Форсунка впорскує паливо у впускний клапан. Повітря, що протікає повз, також забезпечує змішування в цій системі перед тим, як повітряно-паливна суміш потрапить у камеру згоряння. Перевага перед непрямим уприскуванням полягає в тому, що кількість палива можна контролювати набагато точніше. Цю систему також називають MPI (багатоточкове впорскування) або PFI (портове вприскування палива).
Пряме впорскування:
Інжектори для DI (пряме вприскування) або DISI (пряме вприскування іскрового запалювання) розташовані поруч зі свічкою запалювання у верхній частині камери згоряння. Паливо впорскується через цю форсунку під високим тиском приблизно 200 бар під час такту впуску. Основні переваги цієї системи полягають у тому, що кількість палива можна регулювати ще точніше, що вприскування можна робити кілька разів під час такту впуску та що повітряно-паливна суміш є холоднішою. Це дозволяє виробникам підвищувати ступінь стиснення двигуна. Інжектор може бути розроблений як інжектор з п’єзо або магнітною котушкою.
DI вимагає вищого тиску впорскування, ніж MPI / PFI, оскільки впорскування відбувається під час такту стиснення; паливо має бути достатньо розпилене, а повітря в циліндрі стиснуте. Тому DI має окремий насос високого тиску. Насос високого тиску створює тиск палива в паливній магістралі. Інжектори прикріплені до цієї паливної галереї за допомогою труб. Як тільки управління двигуном подасть сигнал на інжектор, він відкриється і закриється в потрібний час.
Переваги DI порівняно з PFI включають:
- Більш точне впорскування;
- Можливість багаторазових ін'єкцій;
- Час ін'єкції можна регулювати;
- Можливий вищий ефективний тиск над поршнем (що дозволяє зменшити розмір із більшим ступенем стиснення);
- Менше споживання палива, менші викиди CO2.
До недоліків можна віднести:
- Вища вартість системи за рахунок паливного насоса високого тиску, вдосконалених форсунок, складнішої головки блоку циліндрів;
- Збільшення викидів сажі (викиди PM);
- Пряме вприскування в камеру згоряння забезпечує охолодження замість тепла, необхідного для випаровування палива.
Двигун із подвійним уприскуванням використовує переваги обох систем. Прямий і непрямий впорскування можна перемикати в залежності від умов експлуатації. Робота та застосування подвійного вприскування описано в однойменному параграфі на цій сторінці.
Контроль тиску палива з непрямим уприскуванням:
Постійний тиск палива є обов’язковою умовою для точного контролю впорскування палива. Тиск палива (тиск в рампі) знаходиться у верхній частині інжектора, а тиск у впускному колекторі – у нижній частині. Тиск у впускному колекторі змінюється залежно від навантаження на двигун і, без регулятора тиску, впливатиме на різницю тиску палива, а отже, на кількість вприскування. Для цього ми використовуємо регулятор тиску палива. У цьому розділі ми розглянемо роботу та призначення цього контролера.
На зображенні нижче показано компоненти бензинового двигуна з непрямим упорскуванням і багатоточковим уприскуванням. Дивимося потік палива від насоса в баку до форсунки.
Коли ECU керує реле паливного насоса, насос працює. Насос засмоктує паливо з найнижчої можливої частини паливного баку та спрямовує паливо до паливного фільтра. Частинки бруду в паливі залишаються в матеріалі фільтра. Потім відфільтроване паливо надходить у паливну галерею. У більшості випадків паливна галерея монтується безпосередньо на вході форсунки.
У паливній магістралі існує постійний тиск: тільки коли інжектор електрично керується ECU (див. синій дріт), інжектор відкривається, і паливо впорскується у впускний колектор на відкритий впускний клапан. Кількість палива, що впорскується, залежить від:
- час впорскування (визначається ЕБУ шляхом подовження або скорочення сигналу вприскування);
- тиск палива (при часі впорскування 2 мілісекунди інжектор впорсне більше, ніж розрахував ECU, якщо тиск палива занадто високий).
Тиск палива в паливній магістралі (також називається тиском в рампі) регулюється залежно від навантаження двигуна. Ми обговоримо це більш детально в наступному розділі.
Без використання регулятора тиску виникають такі ситуації:
- На холостому ходу вищий вакуум (тобто низький тиск повітря) у впускному колекторі спричинить небажано вищий тиск палива;
- Під час прискорення розрідження менше або навіть майже немає (повне навантаження), і тиск палива впаде, тоді як бажано збільшити тиск палива.
Регулятор тиску палива збільшує або зменшує тиск бензину в паливній галереї залежно від тиску повітря у впускному колекторі. Ми можемо розглядати регулятор тиску палива як динамічний клапан, який забезпечує отвір між лінією подачі від паливного насоса та лінією повернення.
Праворуч ми бачимо діаграму тиску палива, де відносна різниця тиску в усіх умовах (холостий, часткове та повне навантаження) становить 4 бари завдяки регулятору тиску.
Наведене нижче пояснення відноситься до зображень, на яких показано регулятор тиску в ситуації без і з вакуумом. Справа - регулятор тиску палива від Bosch, який використовується кількома виробниками автомобілів.
Без вакууму (зліва):
Регулятор тиску в стані спокою закритий: пружина притискає діафрагму в закритому стані, не даючи паливу, що подається, досягти зворотної лінії.
З вакуумом (посередині):
Коли тиск над діафрагмою зменшується, тиск палива на стороні подачі штовхає діафрагму вгору проти сили пружини. Створюється отвір, через яке подається паливо зливається по зворотній магістралі в паливний бак.
Багатоточкова стратегія впорскування:
При (непрямій) багатоточковій ін’єкції використовуються три різні методи ін’єкції:
- Одночасний: впорскування відбувається одночасно на всіх циліндрах.
- Група: ін'єкція відбувається на групу; існує відмінність між однією або кількома групами.
- Послідовний: кожна форсунка управляється окремо і тому має свій власний момент впорскування.
Система керування двигуном на малюнку нижче ілюструє групове вприскування. Форсунки циліндрів 1 і 2 мають загальне джерело живлення (червоний) і одночасно з’єднані з масою (зелений). Форсунки циліндрів 3 і 4 однакові, але управляються окремо від циліндрів 1 і 2.
Електромагнітний інжектор (MPI):
Електромагнітний інжектор використовується на багатьох бензинових двигунах, які не використовують (пряме) впорскування під високим тиском за допомогою окремого насоса високого тиску. Паливо знаходиться під постійним тиском 1 бар на вході в інжектор. Тиск палива забезпечує паливний насос в баку. При багатоточковому вприскуванні (це описано далі на сторінці) кожен циліндр має окрему форсунку. Ця форсунка встановлюється у впускний колектор і впорскує паливо під тиском до 6 бар перед відкриттям клапана. Тоді паливо має достатньо часу, коли впускний клапан починає відкриватися, щоб змішатися з усім киснем (позначеним на малюнку темно-синьою стрілкою), що надходить у циліндр.
Блок керування двигуном дивиться на положення колінчастого вала, щоб регулювати момент впорскування та момент запалювання. Залежно від кількох факторів (температура двигуна та навколишнього середовища, навантаження, швидкість тощо) він у потрібний час подасть сигнал для відкриття інжектора. Вилка цього інжектора містить два дроти. Один провід має постійний плюс приблизно 14 вольт. Інший дріт підключається до землі через ECU, щоб пропускати струм через котушку інжектора. Коли котушка достатньо заряджена, голка інжектора відкривається проти сили пружини. Коли керування зупиняється, пружина стискає голку інжектора назад . Потім подача палива припиняється. Коли керування зупиняється, котушка все ще електрично заряджена. Енергія в котушці утворює пік індукції, який можна спостерігати на осцилографі. Напруга індукції короткочасно становить близько 60 вольт.
Ці форсунки подаються паливом через паливну рампу (також звану паливною галереєю). Підкачувальний насос у паливному баку забезпечує тиск у паливній рампі. Тиск палива в рампі постійний (приблизно 4 бар). Оскільки тиск дуже низький, інжектори кріпляться за допомогою фіксуючої скоби та ущільнювального кільця для ущільнення. Особливо в старих автомобілях, де система демонтована, доцільно замінити ущільнювальні кільця перед встановленням.
Корпус інжектора зазвичай виготовлений із пластику. У верхній частині корпусу ми знаходимо штепсельне з'єднання, яке внутрішньо з'єднане з котушкою. У верхній частині є гумове ущільнювальне кільце, по якому ковзає паливна галерея. О-кільця або тефлонові ущільнювальні кільця можна знайти внизу. Ущільнювальне кільце в основному використовується в форсунках MPI з уприскуванням під низьким тиском, тоді як тефлонові кільця можна знайти в двигунах з уприскуванням під високим тиском, наприклад двигун FSI.
Котушка намотується навколо сердечника інжектора. На зображенні, що додається, котушка виділена червоним кольором. У центрі інжектора, також всередині котушки, знаходиться поршень. Даний поршень має механічне зчеплення з голкою. Над поршнем є пружина, яка утримує поршень і, таким чином, голку в гнізді, закриваючи ін’єкційний отвір.
У стані спокою напруга на обох висновках котушки становить приблизно 14 вольт відносно землі. Для заповнення інжектора ЕБУ двигуна подає на одну сторону котушки землю, а на іншу сторону подається позитивна напруга. У цей момент через котушку починає протікати струм, в результаті чого утворюється магнітне поле. Це магнітне поле тягне поршень і, таким чином, ін’єкційну голку вгору.
Коли ін’єкцію необхідно припинити, ЕБУ від’єднує землю, в результаті чого магнітне поле зникає. Пружина штовхає плунжер назад, змушуючи голку перекривати подачу палива в камеру згоряння.
Інжектор зазвичай має кілька отворів. Ці отвори дуже малі, тому паливо впорскується з інжектора в камеру згоряння у вигляді туману. Чим дрібніший туман, тим легше він випаровується.
П'єзоінжектор (DI):
П'єзоінжектори можна використовувати як в бензинових, так і в дизельних двигунах. BMW був першим брендом, який застосував п’єзотехнологію в бензинових двигунах, але припинив це робити з новішими двигунами.
П'єзоінжектор є частиною системи вприскування під високим тиском. Окремий насос високого тиску забезпечує тиск на паливну рампу. Ця паливна рампа розподіляє паливо до всіх форсунок (див. зображення). Через дуже високий тиск використовуються алюмінієві труби з сальниками. Сальники (які пригвинчуються до труби та форсунок) завжди потрібно затягувати з належним зусиллям. Про це йдеться в інструкції з ремонту відповідного двигуна.
П'єзоелемент в інжекторі має властивість змінюватися по довжині при підключенні до нього позитивного або негативного напруги. Це використовується з інжектором. Як тільки блок керування двигуном подає керуючу напругу приблизно від 100 до 150 Вольт, п’єзоелемент розширюється приблизно на 0,03 мм. Цієї зміни довжини достатньо, щоб встановити зв'язок між камерою високого та низького тиску. Ін'єкція починається негайно. П'єзоелемент може вмикатися і вимикатися протягом тисячної частки секунди. У поєднанні з дуже високим тиском уприскування до 2000 бар це забезпечує дуже швидке та точне вприскування. Ці швидкості також дозволяють виконувати кілька ін’єкцій одну за одною.
Багаторазове впорскування під час такту впуску має ту перевагу, що змішування повітря та палива є оптимальним. Високий тиск призводить до надтонкого розпилення крапель палива, завдяки чому вони ще краще змішуються з повітрям. Під час такту всмоктування можна зробити до 8 ін’єкцій. Це позитивно впливає на споживання палива, потужність і викиди вихлопних газів.
Стратегії впорскування прямого впорскування:
Стратегія впорскування прямого впорскування має різні варіанти: з наведенням через стінку, з наведенням повітря та з наведенням струменя (див. зображення нижче). У цих ситуаціях відбувається пошаровий процес горіння. Це стосується не всіх умов експлуатації.
- Керування стінкою: поршень направляє хмару палива до свічки запалювання. Відстань між свічкою запалювання та інжектором велика. Застосовується до двигунів GDI і HPI.
- Спрямований повітрям: рух повітря приносить хмару палива до свічки запалювання. Відстань між свічкою запалювання та інжектором велика. Застосовується для двигунів FSI і JTS.
- Керований струмінь: свічка запалювання розташована на краю паливної хмари. Відстань між інжектором і свічкою невелика. Застосовується для двигунів BMW.
Як уже зазначалося, бензинові двигуни з прямим уприскуванням не мають пошарового згоряння в усіх умовах експлуатації. Двигуни з реактивним прямим уприскуванням можуть працювати пофазно з частковим навантаженням. Пошаровий процес горіння означає наявність різних прошарків повітря в камері горіння. Поблизу свічки запалювання значення лямбда дорівнює 1. Далі значення лямбда стає вищим (мізерніше, тому більше повітря). Це повітря забезпечує ізоляційний повітряний прошарок. У пошаровому процесі час ін'єкції настає пізніше, ніж у гомогенному процесі. За допомогою пошарового впорскування дросельну заслінку можна повністю відкрити, щоб вона менше забивала повітря. Оскільки всмоктуване повітря вивільняється, воно стикається з меншим опором і тому його легше всмоктувати. Оскільки значення лямбда в камері згоряння з пошаровим упорскуванням менше 1 через ізоляційний повітряний прошарок, це не викликає проблем із згорянням. У процесі шарування зменшується витрата палива.
При однорідній суміші значення лямбда скрізь дорівнює 1. Це означає, що в бензиновому двигуні співвідношення повітря і палива становить 14,7:1 (14,7 кг повітря на 1 кг палива). Кожен двигун може працювати однорідно. Якщо відбувається збагачення, значення лямбда зменшиться, а якщо суміш стане збідненішою, значення лямбда збільшиться:
<1 = багатий
>1 = погано
Двигун завжди буде коливатися між багатим і бідним, щоб каталітичний нейтралізатор працював належним чином. The лямбда-зонд надсилає дані в систему керування двигуном.
При повному навантаженні двигун завжди працює рівномірно. Це дає вищий крутний момент, ніж при пошаровому процесі. Якщо двигун працює рівномірно, паливо впорскується раніше. Двигун також працює рівномірно під час руху з місця. У такому разі пусковий момент буде вищим, ніж у випадку, якщо двигун працює поетапно.
Наведена нижче характерна крива показує робочі ситуації на різних швидкостях порівняно з тиск горіння, з використанням і без використання EGR.
Подвійне впорскування:
Група VAG використовує бензинові двигуни з подвійним уприскуванням, щоб відповідати поточним стандартам викидів. У двигунах з подвійним уприскуванням є дві системи впорскування палива: система низького тиску та система високого тиску.
- Система низького тиску містить інжектори MPI, які використовувалися десятиліттями. Інжектори MPI встановлені у впускному колекторі та впорскують у впускний клапан під тиском від 4 до 5 бар;
- Система високого тиску містить форсунки високого тиску, які впорскують безпосередньо в камеру згоряння з максимальним тиском упорскування від 150 до 200 бар.
Система керування двигуном визначає, який інжектор керується.
На наступному зображенні показано поперечний розріз головки циліндра з двома паливними системами.
Впорскування MPI забезпечує краще змішування повітря та палива. Прямі інжектори використовуються на холостому ході та повному навантаженні. За допомогою прямого впорскування досягається краще охолодження, що робить можливим більш високий ступінь стиснення. Однак змішування повітря і палива не є оптимальним. Це спричиняє більше викидів сажі. З цієї причини двигуни з безпосереднім уприскуванням сьогодні оснащені сажовим фільтром. Це не проблема з подвійним уприскуванням. «Система змінного пальця», скорочено VTS, є версією змінного впускного колектора, яка забезпечує кращий потік повітря. «Палець» — це повітряний потік, який утворюється у вир, коли він потрапляє в циліндр. Завихрення повітря необхідне для належного змішування палива з інжектора MPI з повітрям.
Подвійне вприскування в поєднанні з VTS забезпечує кращі викиди вихлопних газів. Додатковою перевагою є те, що впускний клапан очищається інжектором MPI. Двигуни з прямим уприскуванням часто страждають від забруднення впускного тракту (впускного колектора та впускних клапанів), що спричиняє такі проблеми, як обмежена подача повітря. У екстремальному сценарії впускний отвір стає настільки засміченим, що впускний клапан більше не може належним чином закриватися на головці блоку циліндрів і зрештою горить, оскільки він не може достатньо розсіювати тепло.
Відомо, що ті ж двигуни в США оснащені тільки безпосереднім уприскуванням для двигунів VAG з подвійним уприскуванням. Впускний колектор заглушений. Це пояснюється тим, що на момент написання статті екологічні вимоги в Європі суворіші, ніж у США, і виробник не пропонує двигуни для ринків, де стандарти викидів є менш суворими з такими дорогими системами з міркувань вартості.
Вимірювання напруги та струмової характеристики на багатоточковому інжекторі:
Осцилограф може вимірювати лише напругу. Вимірювальні кабелі можна підключати паралельно до електричних компонентів. Послідовне вимірювання струму неможливо. Струм можна виміряти за допомогою індуктивних струмових кліщів. Датчики Холла в струмових кліщах вимірюють магнітне поле і перетворюють його в напругу. Напругу можна виміряти за допомогою осцилографа. У цьому випадку коефіцієнт перерахунку становить 10 мВ на ампер; Для кожних 0,010 вольт, які передає струмовий кліщ, це можна перетворити на 1 А.
На наступному зображенні показаний профіль напруги та струму електромагнітного інжектора.
- Червоний: градієнт напруги;
- Жовтий: струм.
У стані спокою напруга становить 14 вольт. Тепер на вилці немає різниці напруги, тому струм не тече. ЕБУ підключає один провід до маси для керування інжектором. Різниця напруг призводить до протікання струму через котушку інжектора.
Жовта лінія вказує на струм: коли напруга падає до 0 вольт, починається наростання струму. Завантаження котушки вимагає часу. Сила струму не збільшується більше ніж приблизно на 0,9 А. На півдорозі наростання струму ми бачимо вигин лінії: це момент, коли накопичується достатній магнетизм, щоб підняти голку з гнізда. Інжектор починає впорскувати.
ЕБУ розриває заземлення, щоб припинити керування. Залишкова енергія в котушці забезпечує індукційну напругу приблизно 60 вольт. Інжектор припиняє впорскування, оскільки пружина штовхає голку назад у гніздо. Це можна побачити на зображенні осциллографа за різкістю сигналу напруги.
Якщо двигун працює нерівномірно і відбувається пропуск запалювання циліндрів, це може бути викликано низкою причин:
- Відсутня або погана іскра через несправну свічку запалювання, кабель свічки або котушку запалювання;
- Обмеження подачі палива через засмічення паливного фільтра, несправності регулятора тиску, проблеми з паливним насосом або форсункою;
- Втрата компресії через проблему з поршневими кільцями, дефектною прокладкою головки або ущільненнями клапанів.
Під час діагностики за допомогою осциллографа можна перевірити, чи форсунки все ще працюють належним чином. На початку цього розділу були показані вимірювання, де не було несправності. Сині лінії показують як приклад, як виглядатиме профіль напруги та струму несправного інжектора.
У тому випадку, якщо управління інжектором правильне, але на зображенні напруги і струму не видно перегинів, можна зробити висновок, що голка інжектора не рухається. Оскільки інжектор одного циліндра не працює належним чином, а інші форсунки працюють належним чином, зображення різних форсунок можна легко порівняти між собою.
Якщо обережно постукати по інжектору, голка інжектора може ослабнути. У цьому випадку двигун одразу працюватиме тихіше, а перегини знову будуть помітні на зображеннях прицілу. Однак це не гарантує постійного рішення; є хороший шанс, що проблема повернеться протягом короткого часу. Необхідна заміна відповідного інжектора.
Голка в інжекторі відкривається лише після того, як спіраль достатньо заряджена. Як наслідок, інжектор не впорскує паливо відразу, коли ЕБУ починає контролювати його. Після завершення спрацьовування пружина притискає голку інжектора до гнізда. Це також вимагає часу. Контрольний час зазвичай не дорівнює часу впорскування. На наступному зображенні показана крива напруги та струму того самого інжектора, що й вище, але зі збільшеною швидкістю.
- Початок керування: ECU перемикає провід керування на масу. Струм проходить через котушку інжектора, щоб відкрити її. Злам у структурі потоку вказує на момент відкриття голки інжектора. Тоді струм трохи збільшується і тому залишається постійним. Голка інжектора залишається відкритою.
- Кінець контролю: як уже було описано, ми розпізнаємо момент, коли голка інжектора закривається за горбком на зображенні напруги.
Контроль займає 4 мс, але фактичний час впорскування становить 3 мс. Ми називаємо різницю між ними «затримка», що перекладається нідерландською як «затримка». Таким чином, ECU контролює інжектор протягом 4 мс, щоб дозволити йому вприскувати протягом 3 мс.
Момент упорскування залежно від положення колінчастого вала:
Момент інжекції можна спостерігати за допомогою осцилографа. Канал A (червоний) знаходиться на дроті заземлення форсунки, а канал B (жовтий) — на дроті форсунки. датчик положення коленвала підключений. Поки двигун працює, ми можемо використовувати це зображення осциллографа для визначення часу впорскування та часу впорскування.
Зображення прицілу зроблено на холостому ходу. Червоне зображення напруги показує відкриття та закриття інжектора (див. розділ: Вимірювання характеристик напруги та струму на багатоточковому інжекторі). У момент -2,860 мс починається контроль; напруга з 12 вольт падає до 0 вольт. Це точка, в якій котушка інжектора заземлена і тече струм. Контроль форсунки закінчується, коли червона лінія знову піднімається. Завдяки енергії, накопиченій у котушці, виникає індукційна напруга понад 60 вольт. Потім напруга поступово падає до 12 вольт; тут інжектор знову вимикається.
Червоне змінна напруга походить від індуктивного датчик положення коленвала. Кожного разу, коли зуби імпульсного колеса обертаються повз датчик колінчастого вала, створюється синусоїдальна змінна напруга. Імпульсне колесо містить 60 зубів, 2 з яких відточені. Два шліфовані зубці утворюють точку відліку, в якій система керування двигуном розпізнає, що поршні циліндрів 1 і 4 знаходяться між 90⁰ і 120⁰ перед ВМТ (верхньою мертвою точкою). Після розпізнавання відсутності зуба система керування двигуном встигає (можливо, у поєднанні з датчик распредвала), щоб визначити правильний момент упорскування та запалювання та активувати інжектор та котушку запалювання до того, як поршень опиниться у ВМТ.
Зображення осциллографа показує час, коли починається ін’єкція; уприскування починається з четвертого імпульсу від датчика коленвала. Припускаючи, що є 60 - 2 зуби, після кожного оберту колінчастого вала на 6⁰ (360⁰ за 1 оберт / 60 зубів) впорскування відбувається на 24 градуси після контрольної точки. Відсутній зуб знаходиться за 90⁰ до ВМТ, тому впорскування починається (90⁰ – 24⁰) = 66⁰ до ВМТ.
При збільшенні частоти обертання на 2000 об/хв імпульси індуктивного датчика коленвала зближуються. Частота цього сигналу перетворюється на швидкість системою керування двигуном. Залежно від швидкості, навантаження (вимірюється датчик MAP) і температура всмоктуваного повітря та охолоджувальної рідини визначається необхідний час впорскування. Час впорскування відбувається раніше, і інжектор довше знаходиться на землі: інжектор впорскує раніше і довше.
Від початку активації до точки спрацьовування (стрілка на рівні відключення інжектора) час активації становить приблизно 5,2 мс. Час, протягом якого інжектор активується, не дорівнює фактичному вприскуванню (див. попередній параграф).
На наступному зображенні масштабу індуктивний сигнал колінчастого вала показано червоним кольором, а сигнал інжектора – жовтим. При збільшенні швидкості приблизно до 3000 об/хв можна побачити два елементи керування форсунками. Добре видно, що впорскування палива циліндра 1 відбувається з кожним другим обертом колінчастого вала.
Обмеження струму в ECU:
Як показали вимірювання в розділі «Вимірювання напруги та струму на багатоточковому інжекторі», існує затримка між активацією та фактичним відкриттям голки інжектора. У цьому випадку для відкриття потрібно 1,5 мс.
Голка інжектора відкривалася б швидше, якби струм через котушку збільшувався швидше. Струм залежить від опору котушки: чим менший опір, тим швидше наростає струм. Високоомні форсунки, які використовуються в двигуні вимірювань, мають опір 16 Ом. При бортовій напрузі 14 вольт буде протікати невеликий струм:
Сила струму достатня, щоб відкрити голку інжектора, але не надто велика, щоб вона сильно нагрілася через занадто високу потужність:
Оскільки створюється лише низька потужність, немає необхідності використовувати контроль струму. Це було б необхідно з інжекторами з низьким опором.
- Інжектори з низьким опором мають перевагу в тому, що накопичення струму швидко зростає з самого початку. Це призводить до швидкого відкриття голки інжектора, тому невелика затримка.
- Низькоомні інжектори мають опір приблизно 2,8 Ом. Низький опір викликає високий струм:
Також різко зростає потужність:
Споживання електроенергії майже в сім разів вище, ніж у високоомних форсунок. Якщо струм занадто сильно збільшується, в інжекторах і вихідному каскаді пристрою керування виділяється тепло. Для обмеження струму напруга вмикається і вимикається кілька разів за короткий проміжок часу. Після відкриття голки інжектора потрібно мало енергії, щоб утримувати голку відкритою. Сила струму зменшується під час вмикання та вимикання. Цю прогресію можна побачити на зображенні прицілу.
Визначення необхідної кількості палива:
Виробник визначив необхідну кількість палива в різних характерних полях, які зберігаються в ПЗУ ЕБУ. Це система управління двигуном зчитує з цих діаграм, скільки палива потрібно без виправлень. Звичайно, це залежить від швидкості двигуна, температури та навантаження. Найбільш важливі параметри для визначення правильної кількості палива пояснюються в цьому розділі як таблиці VE та таблиці AFR.
Таблиця VE:
Таблиця VE представляє об’ємну ефективність і співвідношення повітря/паливо для кожної швидкості двигуна та тиску у впускному колекторі. Об'ємна ефективність - це співвідношення між виміряною кількістю повітря, що наповнює циліндри, і кількістю повітря, яке заповнило б циліндр у статичній ситуації, залежно від частоти обертання двигуна та тиску у впускному колекторі. Значення в таблиці використовуються ECU для визначення поточної маси повітря і, отже, рівня наповнення. Ці дані використовуються для розрахунку кількості палива, яке потрібно впорснути.
Цей теоретичний підхід відрізняється від реальності. Специфікації двигуна тут ще не враховані. Враховуйте діаграму клапанів (перекриття клапанів або, можливо, змінні фази газорозподілу), опір повітря у впускному тракті тощо. Тому застосовано поправочний коефіцієнт, який дає відхилення від лінійної залежності. Поправочний коефіцієнт показано на зображенні вище пунктирною лінією. Крива показує, наскільки лінійна залежність правильна. При тиску 60 кПа відхилення становить приблизно 50% від лінії, що показує лінійну залежність. Поправочний коефіцієнт можна сформувати у відсотках.
У таблиці VE кожна комірка вказує на відсоток, пов’язаний із негативним тиском по відношенню до швидкості. Цей відсоток буде найвищим на швидкості, при якій крутний момент найвищий. Адже там двигун найефективніший, тому що двигун заповнює найкраще.
Значення в таблицях VE та AFR далі в цьому розділі отримано з кривої крутного моменту та потужності двигуна 1.8 20v від VW Golf.
На зображеннях нижче показано таблицю VE як додаткову таблицю та тривимірне представлення, створене за допомогою кривої крутного моменту та потужності в програмі «TunerStudio». Ця програма в основному використовується для забезпечення програмного забезпечення для програмованого ECU, такого як MegaSquirt або Speeduino. Для отримання додаткової інформації дивіться сторінки про це Проект MegaSquirt.
Вертикальна вісь показує MAP (тиск повітря в колекторі) від 15 кПа (значний негативний тиск) до 100 кПа (тиск зовнішнього повітря). КАРТА вказує навантаження двигуна. Горизонтальна вісь вказує швидкість двигуна між холостим ходом і максимальною швидкістю двигуна.
Комірки в таблиці VE показують рівень заповнення двигуна. Іншими словами; наскільки ефективний двигун при певній швидкості та навантаженні. Двигун найбільш ефективний на швидкості, де крутний момент найвищий (близько 4200 об/хв); тут відсотки найвищі. Тут двигун «наповнюється» найкраще. Застосування методів, що підвищують рівень наповнення, таких як змінна фаза фаз газорозподілу, регулювання впускного колектора або використання турбіни, принесе користь у відсотках.
Таблиця AFR:
Необхідний склад повітря/палива записується в таблицю AFR. AFR – це абревіатура від «Air Fuel Ratio». При стехіометричному співвідношенні змішування (лямбда = 1) для спалювання 14,7 кг бензину необхідно 1 кг повітря. Стехіометрична суміш не є бажаною у всіх ситуаціях.
- Збіднена суміш сприяє споживанню палива;
- Багата суміш забезпечує більшу потужність.
Коли двигун повинен видавати більше потужності (P), відбувається збагачення. Багатша суміш також забезпечує охолодження. Збагачення до λ = 0,8 означає, що застосовується коефіцієнт змішування (AFR) 11,76 кг повітря на 1 кг бензину. Отже, для спалювання 1 кг палива менше повітря, ніж для стехіометричної суміші. З іншого боку, бідна суміш дає кращу витрату палива (be), але дає більше шансів на детонацію. Збагачення або збіднення суміші завжди повинно залишатися в межах горіння.
Під час холостого ходу швидкість коливається від 600 до 900 об/хв. Газовий клапан майже повністю закритий, а негативний тиск високий: він становить від 25 до 40 кПа. У цьому діапазоні швидкостей суміш є стехіометричною (14,7:1).
При частковому навантаженні швидкість двигуна збільшиться до 4200 об/хв. Дросельна заслінка відкривається далі, тому розрідження у впускному колекторі падає до 40 – 75 кПа. Зі збільшенням навантаження на двигун негативний тиск зменшується; відбувається збагачення (AFR 13:1). Збіднена суміш можлива при невеликому навантаженні двигуна. При повному навантаженні дросель повністю відкритий. Негативний тиск падає до 100 кПа (тиск зовнішнього повітря) і відбувається максимальне збагачення (12,5:1).
Значення лямбда впливає не лише на потужність і споживання палива, а й на викиди вихлопних газів. Багатша суміш забезпечує нижчий вміст NOx, але також вищі викиди CO та HC. Зі збідненішою сумішшю частинки палива розташовані далі одна від одної, тому згоряння більше не є оптимальним; в результаті чого викиди вуглеводнів також збільшуються.
При використанні каталізатора бажано стежити за тим, щоб впорскування постійно чергувалося між багатим і бідним. У збагаченій суміші в результаті дефіциту кисню утворюється CO, за допомогою якого каталізатор знижує NOx. Збіднена суміш містить надлишок кисню, який окисляє CO і HC.
Блок управління визначає, скільки палива потрібно впорснути. По-перше, базові дані впорскування зчитуються з характерних полів. Значення з таблиць VE і AFR, серед іншого, включені в розрахунок кількості впорскування. Також враховуються наступні значення, визначені виробником:
- збагачення в залежності від температури охолоджуючої рідини і всмоктуваного повітря;
- короткочасне прискорення збагачення при (швидкому) відкритті дросельної заслінки;
- корекція через зміну бортової напруги.
На додаток до цих визначених значень ретельно враховуються напруги, які лямбда-зонд посилає на блок керування. Ці напруги залежать від вмісту кисню у вихлопних газах. Це змінний фактор, який постійно змінюється. Вхідна напруга цих датчиків називається так званим «обрізки палива"об'єднано.
Як визначаються значення таблиці VE і AFR та інші згадані параметри, описано на сторінках виконаного Проект MegaSquirt.
