Pedeorelha | Hoe brandstofinjectiesystemen werken

Jacob Hoover
0
2384
371

Een typische elektronische brandstofinjector. Zie meer afbeeldingen van automotoren.

Brandstofinjectiequiz
Hoe auto-ontstekingssystemen werken
Hoe benzine werkt
TreeHugger.com: Top 5 technologieën voor interne verbranding

Om de wetgeving inzake uitstoot en brandstofverbruik bij te houden, is het brandstofsysteem dat in moderne auto's wordt gebruikt in de loop der jaren sterk veranderd. De Subaru Justy uit 1990 was de laatste auto die in de Verenigde Staten werd verkocht met een carburateur; het volgende modeljaar had de Justy brandstofinjectie. Maar brandstofinjectie bestaat al sinds de jaren vijftig en elektronische brandstofinjectie werd vanaf ongeveer 1980 op grote schaal gebruikt in Europese auto's. Nu hebben alle auto's die in de Verenigde Staten worden verkocht brandstofinjectiesystemen..

In dit artikel zullen we leren hoe de brandstof in de cilinder van de motor komt en wat termen als 'multi-port brandstofinjectie' en 'gasklephuis brandstofinjectie' betekenen.

-Gedurende het grootste deel van het bestaan van de verbrandingsmotor was de carburateur het apparaat dat brandstof aan de motor leverde. Op veel andere machines, zoals grasmaaiers en kettingzagen, is dat nog steeds zo. Maar naarmate de auto evolueerde, werd de carburateur steeds ingewikkelder om aan alle operationele vereisten te voldoen. Om een aantal van deze taken uit te voeren, hadden carburateurs bijvoorbeeld vijf verschillende circuits:

Hoofd circuit - Levert net genoeg brandstof om zuinig te cruisen
Inactief circuit - Levert net genoeg brandstof om de motor stationair te laten draaien
Accelerator pomp - Zorgt voor een extra stoot brandstof wanneer het gaspedaal voor het eerst wordt ingetrapt, waardoor aarzeling voordat de motor versnelt wordt verminderd
Stroomverrijkingscircuit - Levert extra brandstof wanneer de auto een heuvel oprijdt of een aanhanger trekt
Stikken - Geeft extra brandstof als de motor koud is, zodat hij start

Om aan strengere emissie-eisen te voldoen, werden katalysatoren geïntroduceerd. Een zeer zorgvuldige controle van de lucht-brandstofverhouding was vereist om de katalysator effectief te laten zijn. Zuurstofsensoren monitoren de hoeveelheid zuurstof in de uitlaat, en de motorbesturingseenheid (ECU) gebruikt deze informatie om de lucht-brandstofverhouding in realtime aan te passen. Dit heet gesloten lusregeling -- het was niet haalbaar om deze controle met carburateurs te bereiken. Er was een korte periode van elektrisch gestuurde carburateurs voordat brandstofinjectiesystemen het overnamen, maar deze elektrische koolhydraten waren zelfs nog ingewikkelder dan de puur mechanische..

In eerste instantie werden carburateurs vervangen door gasklephuis brandstofinjectiesystemen (ook gekend als een punt of centrale brandstofinjectie systemen) die elektrisch gestuurde brandstofinjectorkleppen in het gasklephuis hebben ingebouwd. Dit waren bijna een ingeschroefde vervanging voor de carburateur, dus de autofabrikanten hoefden geen drastische wijzigingen aan hun motorontwerpen aan te brengen.

Geleidelijk aan, toen nieuwe motoren werden ontworpen, werd de brandstofinjectie van het gasklephuis vervangen door multi-port brandstofinjectie (ook gekend als haven, multi-point of opeenvolgend brandstof injectie). Deze systemen hebben een brandstofinjector voor elke cilinder, meestal zo geplaatst dat ze direct bij de inlaatklep spuiten. Deze systemen zorgen voor een nauwkeurigere brandstofdosering en een snellere respons.

Het gaspedaal in uw auto is aangesloten op de gasklep -- dit is de klep die regelt hoeveel lucht de motor binnenkomt. Het gaspedaal is dus echt het luchtpedaal.

Een gedeeltelijk open gasklep

Wanneer u op het gaspedaal trapt, gaat de gasklep meer open en laat u meer lucht binnen. De motorregeleenheid (ECU, de computer die alle elektronische componenten van uw motor aanstuurt) "ziet" de gasklep opengaan en verhoogt de brandstofsnelheid in afwachting van meer lucht die de motor binnenkomt. Het is belangrijk om de brandstofsnelheid te verhogen zodra de gasklep opengaat; anders kan er, wanneer het gaspedaal voor het eerst wordt ingedrukt, enige aarzeling zijn omdat er wat lucht de cilinders bereikt zonder dat er voldoende brandstof in zit.

Sensoren bewaken de massa lucht die de motor binnenkomt, evenals de hoeveelheid zuurstof in de uitlaat. De ECU gebruikt deze informatie om de brandstoftoevoer af te stemmen, zodat de lucht-brandstofverhouding precies goed is.

-Een brandstofinjector is niets anders dan een elektronisch geregelde klep. Het wordt geleverd met brandstof onder druk door de brandstofpomp in uw auto, en het kan vele keren per seconde openen en sluiten.

Binnenin een brandstofinjector

Wanneer de injector wordt geactiveerd, beweegt een elektromagneet een plunjer die de klep opent, waardoor de onder druk staande brandstof door een klein mondstuk naar buiten kan spuiten. Het mondstuk is ontworpen om verstuiven de brandstof - om een zo fijn mogelijke nevel te maken, zodat deze gemakkelijk kan branden.

Een brandstofinjector vuurt

De hoeveelheid brandstof die aan de motor wordt geleverd, wordt bepaald door de tijd dat de brandstofinjector open blijft. Dit heet de pulsbreedte, en het wordt gecontroleerd door de ECU.

Brandstofinjectoren gemonteerd in het inlaatspruitstuk van de motor

De injectoren zijn in het inlaatspruitstuk gemonteerd zodat ze brandstof rechtstreeks bij de inlaatkleppen spuiten. Een pijp genaamd de brandstofrail levert brandstof onder druk aan alle injectoren.

Op deze foto ziet u drie van de injectoren. De brandstofrail is de pijp aan de linkerkant.

Om voor de juiste hoeveelheid brandstof te zorgen, is de motorregeleenheid uitgerust met heel veel sensoren. Laten we er een paar bekijken.

-Om voor elke bedrijfstoestand de juiste hoeveelheid brandstof te leveren, moet de e-ngine-regeleenheid (ECU) een groot aantal ingangssensoren bewaken. Hier zijn er een paar:

Massa luchtstroomsensor - Vertelt de ECU hoeveel lucht de motor binnenkomt
Zuurstofsensor (en) - Bewaakt de hoeveelheid zuurstof in de uitlaat, zodat de ECU kan bepalen hoe rijk of arm het brandstofmengsel is en dienovereenkomstig aanpassingen kan maken
Gasklepstandsensor - Bewaakt de gaskleppositie (die bepaalt hoeveel lucht er in de motor komt), zodat de ECU snel kan reageren op veranderingen en de brandstofsnelheid indien nodig kan verhogen of verlagen
Koelvloeistoftemperatuursensor - Hiermee kan de ECU bepalen wanneer de motor de juiste bedrijfstemperatuur heeft bereikt
Spanningssensor - Bewaakt de systeemspanning in de auto zodat de ECU het stationair toerental kan verhogen als de spanning daalt (wat zou duiden op een hoge elektrische belasting)
Absolute druksensor in het spruitstuk - Bewaakt de druk van de lucht in het inlaatspruitstuk
De hoeveelheid lucht die in de motor wordt gezogen, is een goede indicatie van hoeveel vermogen hij produceert; en hoe meer lucht er in de motor komt, hoe lager de spruitstukdruk, dus deze aflezing wordt gebruikt om te meten hoeveel vermogen er wordt geproduceerd.
Motortoerental sensor - Bewaakt het motortoerental, een van de factoren die worden gebruikt om de pulsbreedte te berekenen

Er zijn twee hoofdtypen controle voor multi-poort systemen: De brandstofinjectoren kunnen allemaal tegelijkertijd openen, of ze kunnen allemaal worden geopend net voordat de inlaatklep voor de cilinder opent (dit wordt genoemd sequentiële multi-port brandstofinjectie).

Het voordeel van sequentiële brandstofinjectie is dat als de bestuurder een plotselinge verandering aanbrengt, het systeem sneller kan reageren omdat het vanaf het moment dat de verandering is aangebracht alleen hoeft te wachten tot de volgende inlaatklep opent, in plaats van tot de volgende volledige revolutie van de motor.

-De algoritmen die de motor besturen, zijn behoorlijk ingewikkeld. De software moet de auto toelaten om te voldoen aan de emissievereisten voor 160.000 kilometer, te voldoen aan de EPA-vereisten voor brandstofverbruik en motoren te beschermen tegen misbruik. En er zijn nog tientallen andere vereisten waaraan moet worden voldaan.

De motorregeleenheid gebruikt een formule en een groot aantal opzoektabellen om de pulsbreedte voor gegeven bedrijfsomstandigheden te bepalen. De vergelijking is een reeks van vele factoren die met elkaar worden vermenigvuldigd. Veel van deze factoren zijn afkomstig van opzoektabellen. We zullen een vereenvoudigde berekening van de pulsbreedte brandstofinjector. In dit voorbeeld heeft onze vergelijking slechts drie factoren, terwijl een echt controlesysteem er honderd of meer kan hebben.

Pulsbreedte = (Basispulsbreedte) x (Factor A) x (Factor B)

Om de pulsbreedte te berekenen, zoekt de ECU eerst de basispulsbreedte in een opzoektabel. De basispulsbreedte is een functie van motor snelheid (RPM) en laden (die kan worden berekend uit de absolute druk van het verdeelstuk). Stel dat het motortoerental 2000 RPM is en de belasting 4. We vinden het getal op het snijpunt van 2000 en 4, wat 8 milliseconden is.

RPM	Laden
RPM	1	2	3	4	5
1.000	1	2	3	4	5
2.000	2	4	6	8	10
3.000	3	6	9	12	15
4.000	4	8	12	16	20

In de volgende voorbeelden, EEN en B. zijn parameters die afkomstig zijn van sensoren. Laten we dat zeggen EEN is koelvloeistoftemperatuur en B. is zuurstofniveau. Als de koelvloeistoftemperatuur gelijk is aan 100 en het zuurstofniveau gelijk is aan 3, vertellen de opzoektabellen ons dat factor A = 0,8 en factor B = 1,0.

EEN	Factor A	B.	Factor B
0	1.2	0	1.0
25	1.1	1	1.0
50	1.0	2	1.0
75	0.9	3	1.0
100	0,8	4	0,75

Dus, aangezien we dat weten basispulsbreedte is een functie van belasting en RPM, en dat pulsbreedte = (basispulsbreedte) x (factor A) x (factor B), de totale pulsbreedte in ons voorbeeld is gelijk aan:

8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 milliseconden

Aan de hand van dit voorbeeld kunt u zien hoe het besturingssysteem aanpassingen maakt. Met parameter B als het zuurstofniveau in de uitlaat, is de opzoektabel voor B het punt waarop er (volgens motorontwerpers) teveel zuurstof in de uitlaat zit; en dienovereenkomstig bezuinigt de ECU op de brandstof.

Echte controlesystemen kunnen meer dan 100 parameters hebben, elk met zijn eigen opzoektabel. Sommige parameters veranderen zelfs in de loop van de tijd om te compenseren voor veranderingen in de prestaties van motoronderdelen zoals de katalysator. En afhankelijk van het motortoerental moet de ECU deze berekeningen meer dan honderd keer per seconde uitvoeren.

Prestatieschips
Dit brengt ons bij onze bespreking van prestatiechips. Nu we een beetje begrijpen hoe de besturingsalgoritmen in de ECU werken, kunnen we begrijpen wat makers van prestatiechips doen om meer vermogen uit de motor te halen.

Prestatiechips worden gemaakt door aftermarketbedrijven en worden gebruikt om het motorvermogen te vergroten. Er zit een chip in de ECU die alle opzoektabellen bevat; de prestatiechip vervangt deze chip. De tabellen in de prestatiechip bevatten waarden die resulteren in hogere brandstofprijzen tijdens bepaalde rijomstandigheden. Ze kunnen bijvoorbeeld bij elk motortoerental bij vol gas meer brandstof leveren. Ze kunnen ook de timing van de vonken wijzigen (daar zijn ook opzoektabellen voor). Omdat de makers van prestatiechips zich niet zo druk maken om zaken als betrouwbaarheid, kilometerstand en emissiecontroles als autofabrikanten, gebruiken ze agressievere instellingen in de brandstofkaarten van hun prestatiechips..

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over brandstofinjectiesystemen en andere auto-onderwerpen.