Door te proberen de emissie- en brandstofefficiëntiewetten bij te houden, is het brandstofsysteem dat in moderne auto's wordt gebruikt in de loop der jaren veel veranderd. De 1990 Subaru Justy 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 1950, 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 "gasklephuisbrandstofinjectie" betekenen.
Inhoud
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 sommige van deze taken uit te voeren, hadden carburateurs bijvoorbeeld vijf verschillende circuits:
Om aan de strengere emissie-eisen te voldoen, werden katalysatoren geïntroduceerd. Om de katalysator effectief te laten zijn, was een zeer zorgvuldige controle van de lucht-brandstofverhouding vereist. Zuurstofsensoren bewaken de hoeveelheid zuurstof in de uitlaat en de motorregeleenheid (ECU) gebruikt deze informatie om de lucht-brandstofverhouding in realtime aan te passen. Dit heet closed loop control -- het was niet haalbaar om deze controle te bereiken met carburateurs. Er was een korte periode van elektrisch gestuurde carburateurs voordat brandstofinjectiesystemen het overnamen, maar deze elektrische koolhydraten waren nog ingewikkelder dan de puur mechanische.
Aanvankelijk werden carburateurs vervangen door gasklephuisbrandstofinjectiesystemen (ook bekend als single point of centrale brandstofinjectie systemen) die elektrisch gestuurde brandstofinjectorkleppen in het gasklephuis hebben ingebouwd. Deze waren bijna een vastgeschroefde vervanging voor de carburateur, dus de autofabrikanten hoefden geen drastische wijzigingen aan hun motorontwerp aan te brengen.
Geleidelijk aan, toen nieuwe motoren werden ontworpen, werd de brandstofinjectie in het gasklephuis vervangen door multi-port brandstofinjectie (ook bekend als poort , meerpunts of sequentieel 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 brandstofmeting 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.
Als je op het gaspedaal trapt, gaat de gasklep meer open en komt er meer lucht binnen. De motorregeleenheid (ECU, de computer die alle elektronische componenten van uw motor regelt) "ziet" de gasklep open en verhoogt de brandstofsnelheid in afwachting van meer lucht die de motor binnenkomt. Het is belangrijk om de brandstofsnelheid te verhogen zodra de gasklep opent; anders kan er een aarzeling zijn wanneer het gaspedaal voor het eerst wordt ingedrukt, omdat er wat lucht de cilinders bereikt zonder dat er voldoende brandstof in zit.
Sensoren bewaken de hoeveelheid lucht die de motor binnenkomt, evenals de hoeveelheid zuurstof in de uitlaat. De ECU gebruikt deze informatie om de brandstoftoevoer zo af te stemmen dat de lucht-brandstofverhouding precies goed is.
Een brandstofinjector is niets anders dan een elektronisch gestuurde klep. Het wordt van brandstof onder druk voorzien door de brandstofpomp in uw auto, en het kan vele malen per seconde openen en sluiten.
In 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 te vernevelen de brandstof -- om een zo fijn mogelijke nevel te maken zodat deze gemakkelijk kan verbranden.
Een brandstofinjector die afgaat
De hoeveelheid brandstof die aan de motor wordt geleverd, wordt bepaald door de tijd dat de brandstofinjector open blijft. Dit wordt de pulsbreedte . genoemd , en het wordt bestuurd door de ECU.
Brandstofinjectoren gemonteerd in het inlaatspruitstuk van de motor
De injectoren zijn in het inlaatspruitstuk gemonteerd zodat ze de brandstof direct bij de inlaatkleppen spuiten. Een pijp genaamd de brandstofrail levert brandstof onder druk aan alle injectoren.
Op deze foto zie je drie van de injectoren. De brandstofrail is de pijp aan de linkerkant.
Om de juiste hoeveelheid brandstof te leveren, is de motorregeleenheid uitgerust met een heleboel sensoren. Laten we er een paar bekijken.
Om voor elke bedrijfsomstandigheid de juiste hoeveelheid brandstof te leveren, moet de motorregeleenheid (ECU) een groot aantal ingangssensoren bewaken. Hier zijn er een paar:
Er zijn twee hoofdtypen controle voor multi-poort systemen:De brandstofinjectoren kunnen allemaal tegelijkertijd worden geopend, of ze kunnen allemaal worden geopend net voordat de inlaatklep voor de cilinder opent (dit wordt sequentiële multi-port brandstofinjectie genoemd ).
Het voordeel van sequentiële brandstofinjectie is dat als de bestuurder een plotselinge verandering doorvoert, 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 op de volgende volledige omwenteling van de motor.
De algoritmen die de motor aansturen zijn behoorlijk ingewikkeld. De software moet de auto in staat stellen om te voldoen aan de emissie-eisen voor 100.000 mijl, 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 bepaalde bedrijfsomstandigheden te bepalen. De vergelijking zal een reeks van vele factoren zijn die met elkaar worden vermenigvuldigd. Veel van deze factoren komen uit opzoektabellen. We gaan door een vereenvoudigde berekening van de pulsbreedte van de brandstofinjector . In dit voorbeeld heeft onze vergelijking slechts drie factoren, terwijl een echt controlesysteem er misschien honderd of meer heeft.
Om de pulsbreedte te berekenen, zoekt de ECU eerst de basispulsbreedte op in een opzoektabel. De basispulsbreedte is een functie van motortoerental (RPM) en laden (die kan worden berekend uit de absolute druk van het verdeelstuk). Laten we zeggen dat het motortoerental 2.000 tpm is en de belasting 4. We vinden het getal op het snijpunt van 2.000 en 4, dat is 8 milliseconden.
In de volgende voorbeelden, A en B zijn parameters die afkomstig zijn van sensoren. Laten we zeggen dat A is de koelvloeistoftemperatuur en B zuurstofniveau is. Als de koelvloeistoftemperatuur gelijk is aan 100 en het zuurstofgehalte gelijk is aan 3, vertellen de opzoektabellen ons dat factor A =0,8 en factor B =1,0.
Dus, aangezien we weten dat 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:
Aan dit voorbeeld kunt u zien hoe het besturingssysteem aanpassingen maakt. Met parameter B als het zuurstofgehalte in de uitlaat, is de opzoektabel voor B het punt waarop er (volgens motorontwerpers) te veel zuurstof in de uitlaat zit; en dienovereenkomstig bezuinigt de ECU op de brandstof.
Echte besturingssystemen kunnen meer dan 100 parameters hebben, elk met een eigen opzoektabel. Sommige parameters veranderen zelfs in de loop van de tijd om veranderingen in de prestaties van motorcomponenten zoals de katalysator te compenseren. En afhankelijk van het motortoerental moet de ECU deze berekeningen mogelijk meer dan honderd keer per seconde uitvoeren.
Prestatiefiches
Dit brengt ons bij onze bespreking van prestatiechips. Nu we een beetje begrijpen hoe de besturingsalgoritmen in de ECU werken, kunnen we begrijpen wat fabrikanten van prestatiechips doen om meer vermogen uit de motor te halen.
Prestatiechips worden gemaakt door aftermarket-bedrijven en worden gebruikt om het motorvermogen te vergroten. Er zit een chip in de ECU die alle opzoektabellen bevat; de performance-chip vervangt deze chip. De tabellen in de prestatie-chip zullen waarden bevatten die resulteren in hogere brandstoftarieven tijdens bepaalde rijomstandigheden. Ze kunnen bijvoorbeeld bij elk motortoerental meer brandstof leveren bij volgas. Ze kunnen ook de vonktiming wijzigen (daar zijn ook opzoektabellen voor). Omdat de fabrikanten van prestatiechips zich niet zo druk maken over zaken als betrouwbaarheid, kilometerstand en emissiecontroles als de autofabrikanten, gebruiken ze agressievere instellingen in de brandstofkaarten van hun prestatiechips.
Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over brandstofinjectiesystemen en andere auto-onderwerpen.
Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen
