Как работают системы впрыска топлива

Типичный электронный топливный инжектор. Смотрите больше фотографий автомобильного двигателя. Впереди

• Тест по впрыску топлива
• Как работают автомобильные системы зажигания
• Как работает бензин
• TreeHugger.com:5 лучших технологий внутреннего сгорания
  

В попытке не отставать от законов о выбросах и эффективности использования топлива топливная система, используемая в современных автомобилях, сильно изменилась за эти годы. Subaru Justy 1990 года была последней проданной в США машиной с карбюратором; В следующем модельном году у Justy был впрыск топлива. Но впрыск топлива существует с 1950-х годов, а электронный впрыск топлива широко использовался в европейских автомобилях примерно с 1980 года. Теперь все автомобили, продаваемые в США, оснащены системами впрыска топлива.

В этой статье мы узнаем, как топливо попадает в цилиндр двигателя и что означают такие термины, как «многоточечный впрыск топлива» и «впрыск топлива через дроссельную заслонку».

Содержание

1. Падение карбюратора
2. Когда нажимаешь на газ
3. Инжектор
4. Датчики двигателя
5. Элементы управления двигателем и чипы производительности

>Падение карбюратора

На протяжении большей части существования двигателя внутреннего сгорания карбюратор был устройством, подающим топливо в двигатель. На многих других машинах, таких как газонокосилки и бензопилы, он все еще есть. Но по мере развития автомобиля карбюратор становился все сложнее и сложнее, пытаясь справиться со всеми эксплуатационными требованиями. Например, для выполнения некоторых из этих задач карбюраторы имели пять различных контуров:

• Главная цепь - Обеспечивает достаточно топлива для экономичного круиза
• Неактивный контур - Обеспечивает ровно столько топлива, чтобы двигатель работал на холостом ходу
• Ускорительный насос - Обеспечивает дополнительную порцию топлива при первом нажатии педали акселератора, уменьшая колебания до того, как двигатель наберет обороты
• Схема обогащения энергии - Обеспечивает дополнительное топливо, когда автомобиль поднимается в гору или буксирует прицеп.
• Дроссель - Обеспечивает дополнительное топливо, когда двигатель холодный, чтобы он запустился.

Чтобы соответствовать более строгим требованиям к выбросам, были введены каталитические нейтрализаторы. Для эффективной работы каталитического нейтрализатора требовался очень тщательный контроль соотношения воздух-топливо. Кислородные датчики контролируют количество кислорода в выхлопных газах и блок управления двигателем. (ЭБУ) использует эту информацию для регулировки соотношения воздух-топливо в режиме реального времени. Это называется управление замкнутым контуром. -- с карбюраторами такого контроля добиться было невозможно. Был короткий период карбюраторов с электрическим управлением, прежде чем на смену пришли системы впрыска топлива, но эти электрические карбюраторы были еще сложнее, чем чисто механические.

Сначала карбюраторы были заменены на дроссельные системы впрыска топлива. (также известный как одна точка или центральный впрыск топлива системы), которые включали в корпус дроссельной заслонки клапаны топливных форсунок с электрическим управлением. Они были почти полной заменой карбюратора, поэтому автопроизводителям не пришлось вносить радикальные изменения в конструкцию двигателей.

Постепенно, по мере разработки новых двигателей, впрыск топлива через дроссельную заслонку был заменен многоточечным впрыском топлива. (также известный как порт , многоточечный или последовательно впрыск топлива). Эти системы имеют топливную форсунку для каждого цилиндра, обычно расположенную так, что они распыляют прямо на впускной клапан. Эти системы обеспечивают более точный учет топлива и более быстрое реагирование.

>Когда нажимаешь на газ

Педаль газа в вашем автомобиле соединена с дроссельной заслонкой. -- это клапан, который регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель. Таким образом, педаль газа на самом деле является педалью воздуха.

Частично открытая дроссельная заслонка

Когда вы нажимаете на педаль газа, дроссельная заслонка открывается больше, впуская больше воздуха. Блок управления двигателем (ECU, компьютер, который управляет всеми электронными компонентами вашего двигателя) «видит», что дроссельная заслонка открыта, и увеличивает подачу топлива в ожидании поступления большего количества воздуха в двигатель. Важно увеличить расход топлива, как только откроется дроссельная заслонка; в противном случае при первом нажатии на педаль газа могут возникнуть колебания, поскольку в цилиндры попадает воздух без достаточного количества топлива.

Датчики контролируют массу воздуха, поступающего в двигатель, а также количество кислорода в выхлопе. ЭБУ использует эту информацию для точной настройки подачи топлива, чтобы соотношение воздух-топливо было правильным.

>Инжектор

Топливная форсунка - это не что иное, как клапан с электронным управлением. В него подается топливо под давлением от топливного насоса вашего автомобиля, и он может открываться и закрываться много раз в секунду.

<центр>
Внутри топливной форсунки

Когда на форсунку подается питание, электромагнит перемещает поршень, который открывает клапан, позволяя топливу под давлением выбрасываться через крошечное сопло. Насадка предназначена для распыления топливо - сделать как можно более мелкий туман, чтобы он мог легко гореть.

<центр>
Включение топливной форсунки

Количество топлива, подаваемого в двигатель, определяется временем, в течение которого топливная форсунка остается открытой. Это называется шириной импульса. , и управляется ЭБУ.

<центр>
Форсунки установлены во впускном коллекторе двигателя

Форсунки установлены во впускном коллекторе таким образом, что они распыляют топливо непосредственно на впускные клапаны. Труба под названием топливная рейка подает топливо под давлением ко всем форсункам.

<центр>
На этом снимке видны три форсунки. Топливная рампа — это труба слева.

Для того, чтобы обеспечить нужное количество топлива, блок управления двигателем оснащен целой кучей датчиков. Давайте взглянем на некоторые из них.

>Датчики двигателя

Чтобы обеспечить правильное количество топлива для каждого режима работы, блок управления двигателем (ECU) должен контролировать огромное количество входных датчиков. Вот лишь некоторые из них:

• Датчик массового расхода воздуха - Сообщает ЭБУ массу воздуха, поступающего в двигатель.
• Кислородный датчик(и) - Отслеживает количество кислорода в выхлопных газах, чтобы ЭБУ мог определить, насколько богата или обеднена топливная смесь, и внести соответствующие коррективы.
• Датчик положения дроссельной заслонки - Контролирует положение дроссельной заслонки (от которого зависит, сколько воздуха поступает в двигатель), чтобы ЭБУ мог быстро реагировать на изменения, увеличивая или уменьшая расход топлива по мере необходимости.
• Датчик температуры охлаждающей жидкости – Позволяет блоку управления двигателем определять, когда двигатель достиг необходимой рабочей температуры.
• Датчик напряжения - Контролирует системное напряжение в автомобиле, чтобы ECU мог увеличить скорость холостого хода, если напряжение падает (что указывает на высокую электрическую нагрузку)
• Датчик абсолютного давления во впускном коллекторе - Контролирует давление воздуха во впускном коллекторе
• Количество воздуха, всасываемого в двигатель, является хорошим показателем мощности, которую он производит; и чем больше воздуха поступает в двигатель, тем ниже давление во впускном коллекторе, поэтому это показание используется для измерения производимой мощности.
• Датчик частоты вращения двигателя – Отслеживает частоту вращения двигателя, которая является одним из факторов, используемых для расчета ширины импульса.

Существует два основных типа управления многопортовым. системы:все топливные форсунки могут открываться одновременно или каждая из них может открываться непосредственно перед тем, как откроется впускной клапан соответствующего цилиндра (это называется последовательным многоточечным впрыском топлива). ).

Преимущество последовательного впрыска топлива заключается в том, что если водитель делает резкое изменение, система может реагировать быстрее, потому что с момента внесения изменения ей нужно только дождаться открытия следующего впускного клапана, а не следующего полного. оборот двигателя.

>Элементы управления двигателем и производительность

Алгоритмы, управляющие двигателем, достаточно сложны. Программное обеспечение должно позволить автомобилю соответствовать требованиям по выбросам на 100 000 миль, соответствовать требованиям EPA по экономии топлива и защищать двигатели от неправильного использования. Кроме того, необходимо выполнить десятки других требований.

Блок управления двигателем использует формулу и большое количество справочных таблиц для определения ширины импульса для заданных условий работы. Уравнение будет представлять собой ряд многих факторов, умноженных друг на друга. Многие из этих факторов будут получены из справочных таблиц. Мы проведем упрощенный расчет длительности импульса топливной форсунки. . В этом примере наше уравнение будет иметь только три фактора, тогда как реальная система управления может иметь сто или больше.

Ширина импульса =(базовая ширина импульса) x (фактор A) x (фактор B)

Чтобы рассчитать ширину импульса, ЭБУ сначала ищет базовую ширину импульса. в поисковой таблице. Базовая ширина импульса зависит от частоты вращения двигателя. (об/мин) и загрузить (которое можно рассчитать по абсолютному давлению в коллекторе). Допустим, частота вращения двигателя составляет 2000 об/мин, а нагрузка равна 4. Находим число на пересечении 2000 и 4, что составляет 8 миллисекунд.

об/мин Загрузить 1 2 3 4 5 1000 <центр>1 <центр>2 <центр>3 <центр>4 <центр>5 2000 <центр>2 <центр>4 <центр>6 <центр>8 <центр>10 3000 <центр> 3 <центр> 6 <центр> 9 <центр> 12 <центр> 15 4000 <центр> 4 <центр> 8 <центр> 12 <центр>16 <центр>20

В следующих примерах A и Б параметры, поступающие от датчиков. Предположим, что A температура охлаждающей жидкости и B это уровень кислорода. Если температура охлаждающей жидкости равна 100, а уровень кислорода равен 3, справочные таблицы сообщают нам, что фактор A =0,8, а фактор B =1,0.

А Фактор А
Б Фактор B 0 <центр>1.2
0 <центр>1.0 25 <центр>1.1
1 <центр>1.0 50 <центр>1.0
2 <центр> 1.0 75 <центр> 0,9
3 <центр> 1.0 100 <центр>0,8
4 0,75

Итак, поскольку мы знаем, что базовая ширина импульса является функцией нагрузки и оборотов, и что ширина импульса =(базовая ширина импульса) x (фактор A) x (фактор B) , общая ширина импульса в нашем примере равна:

8 x 0,8 x 1,0 =6,4 миллисекунды

Из этого примера видно, как система управления вносит коррективы. С параметром B в качестве уровня кислорода в выхлопных газах справочная таблица для B представляет собой точку, в которой (по мнению разработчиков двигателя) слишком много кислорода в выхлопных газах; и, соответственно, ЭБУ урезает топливо.

Реальные системы управления могут иметь более 100 параметров, каждый из которых имеет собственную справочную таблицу. Некоторые параметры даже меняются со временем, чтобы компенсировать изменения в работе компонентов двигателя, таких как каталитический нейтрализатор. И в зависимости от частоты вращения двигателя ЭБУ может выполнять эти вычисления более ста раз в секунду.

Фишки производительности
Это подводит нас к обсуждению производительных чипов. Теперь, когда мы немного понимаем, как работают алгоритмы управления в ЭБУ, мы можем понять, что делают производители высокопроизводительных чипов, чтобы получить больше мощности от двигателя.

Чипы производительности производятся компаниями послепродажного обслуживания и используются для увеличения мощности двигателя. В ECU есть микросхема, которая содержит все таблицы поиска; чип производительности заменяет этот чип. Таблицы в чипе производительности будут содержать значения, которые приводят к более высоким расходам топлива при определенных условиях вождения. Например, они могут подавать больше топлива при полностью открытой дроссельной заслонке на каждой частоте вращения двигателя. Они также могут изменить момент зажигания (для этого тоже есть справочные таблицы). Поскольку производители производительных чипов не так озабочены такими вопросами, как надежность, пробег и контроль выбросов, как производители автомобилей, они используют более агрессивные настройки в топливных картах своих высокопроизводительных чипов.

Для получения дополнительной информации о системах впрыска топлива и других автомобильных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

Часто задаваемые вопросы о системах впрыска топлива

Можно ли перевести карбюратор на впрыск топлива?

Комплект для переоборудования впрыска топлива на вторичном рынке может заменить карбюратор топливными форсунками.

Сколько стоит система преобразования впрыска топлива?

Хотя есть несколько систем, доступных менее чем за 1000 долларов, большинство из них стоят намного дороже.

Увеличивает ли впрыск топлива мощность?

В зависимости от вашего двигателя впрыск топлива может добавить от 10 до 20 лошадиных сил.

Есть ли в старых автомобилях топливные форсунки?

До 1990 года большинство автомобилей в Соединенных Штатах имели карбюратор, а не топливные форсунки, хотя впрыск топлива существует с 1950-х годов и широко используется на европейских автомобилях с 1980 года.

Какие существуют типы систем впрыска топлива?

Современный впрыск топлива включает четыре основных типа:одноточечный, многоточечный, последовательный и непосредственный впрыск.

>Дополнительная информация

Связанные статьи HowStuffWorks

• Тест по впрыску топлива
• Как работают автомобильные системы зажигания
• Как работают автомобильные двигатели
• Как работают каталитические нейтрализаторы
• Как работают автомобильные системы охлаждения
• С какой скоростью следует двигаться, чтобы добиться максимальной топливной экономичности?
• Как работает бензин
• Как работает водородная экономика
• Как работает гибрид Aptera

Больше отличных ссылок

• Система подачи топлива
• Устранение неполадок с электронным впрыском топлива
• Советы по обслуживанию системы впрыска дизельного топлива
• Видео GM Goodwrench