Funktionsweise von Kraftstoffeinspritzsystemen

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Ein typischer elektronischer Einspritzventil. Weitere Bilder von Automotoren.
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Bei dem Versuch, mit den Emissions- und Kraftstoffeffizienzgesetzen Schritt zu halten, hat sich das in modernen Autos verwendete Kraftstoffsystem im Laufe der Jahre stark verändert. Der 1990er Subaru Justy war das letzte in den USA verkaufte Auto, das einen Vergaser hatte. Im folgenden Modelljahr hatte der Justy eine Kraftstoffeinspritzung. Die Kraftstoffeinspritzung gibt es jedoch seit den 1950er Jahren, und die elektronische Kraftstoffeinspritzung wurde ab 1980 in europäischen Autos häufig eingesetzt. Jetzt verfügen alle in den USA verkauften Fahrzeuge über Kraftstoffeinspritzsysteme.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie der Kraftstoff in den Zylinder des Motors gelangt und was Begriffe wie "Kraftstoffeinspritzung mit mehreren Anschlüssen" und "Kraftstoffeinspritzung mit Drosselklappengehäuse" bedeuten.

-Während des größten Teils der Existenz des Verbrennungsmotors war der Vergaser die Vorrichtung, die dem Motor Kraftstoff zuführte. Bei vielen anderen Maschinen wie Rasenmähern und Kettensägen ist dies immer noch der Fall. Mit der Entwicklung des Automobils wurde der Vergaser jedoch immer komplizierter, um alle Betriebsanforderungen zu erfüllen. Um beispielsweise einige dieser Aufgaben zu erledigen, hatten Vergaser fünf verschiedene Schaltkreise:

  • Hauptstromkreis - Bietet gerade genug Treibstoff für kraftstoffsparendes Cruisen
  • Leerlaufschaltung - Bietet gerade genug Kraftstoff, um den Motor im Leerlauf zu halten
  • Beschleunigerpumpe - Bietet einen zusätzlichen Kraftstoffstoß, wenn das Gaspedal zum ersten Mal gedrückt wird, wodurch das Zögern vor dem Beschleunigen des Motors verringert wird
  • Leistungsanreicherungsschaltung - Bietet zusätzlichen Kraftstoff, wenn das Auto bergauf fährt oder einen Anhänger zieht
  • Ersticken - Bietet zusätzlichen Kraftstoff, wenn der Motor kalt ist, damit er startet

Um strengere Emissionsanforderungen zu erfüllen, wurden Katalysatoren eingeführt. Eine sehr sorgfältige Kontrolle des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses war erforderlich, damit der Katalysator wirksam war. Sauerstoffsensoren überwachen die Sauerstoffmenge im Abgas und die Motorsteuergerät (ECU) verwendet diese Informationen, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Echtzeit anzupassen. Das nennt man Regelung -- Diese Steuerung war mit Vergasern nicht realisierbar. Es gab eine kurze Zeit elektrisch gesteuerter Vergaser, bevor die Kraftstoffeinspritzsysteme übernahmen, aber diese elektrischen Vergaser waren noch komplizierter als die rein mechanischen.

Vergaser wurden zunächst durch Vergaser ersetzt Drosselklappen-Kraftstoffeinspritzsysteme (auch bekannt als einziger Punkt oder zentrale Kraftstoffeinspritzung Systeme), die elektrisch gesteuerte Einspritzventile in das Drosselklappengehäuse integriert haben. Dies war fast ein Ersatz für den Vergaser, sodass die Autohersteller keine drastischen Änderungen an ihren Motorkonstruktionen vornehmen mussten.

Allmählich, als neue Motoren entwickelt wurden, wurde die Kraftstoffeinspritzung des Drosselklappengehäuses durch ersetzt Kraftstoffeinspritzung mit mehreren Anschlüssen (auch bekannt als Hafen, Mehrpunkt oder sequentiell Kraftstoffeinspritzung). Diese Systeme haben einen Kraftstoffinjektor für jeden Zylinder, der normalerweise so angeordnet ist, dass sie direkt am Einlassventil sprühen. Diese Systeme bieten eine genauere Kraftstoffmessung und eine schnellere Reaktion.

Das Gaspedal in Ihrem Auto ist mit dem verbunden Drosselklappe -- Dies ist das Ventil, das regelt, wie viel Luft in den Motor gelangt. Das Gaspedal ist also wirklich das Luftpedal.


Eine teilweise geöffnete Drosselklappe

Wenn Sie auf das Gaspedal treten, öffnet sich die Drosselklappe mehr und lässt mehr Luft ein. Das Motorsteuergerät (ECU, der Computer, der alle elektronischen Komponenten Ihres Motors steuert) "sieht", dass die Drosselklappe geöffnet ist, und erhöht die Kraftstoffmenge in Erwartung, dass mehr Luft in den Motor eindringt. Es ist wichtig, die Kraftstoffmenge zu erhöhen, sobald die Drosselklappe öffnet. Andernfalls kann es beim ersten Drücken des Gaspedals zu einem Zögern kommen, da etwas Luft die Zylinder erreicht, ohne dass sich genügend Kraftstoff darin befindet.

Sensoren überwachen die in den Motor eintretende Luftmasse sowie die Sauerstoffmenge im Abgas. Das Steuergerät verwendet diese Informationen, um die Kraftstoffzufuhr so ​​einzustellen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis genau richtig ist.

-Ein Einspritzventil ist nichts anderes als ein elektronisch gesteuertes Ventil. Es wird von der Kraftstoffpumpe in Ihrem Auto mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt und kann viele Male pro Sekunde geöffnet und geschlossen werden.


In einem Einspritzventil

Wenn der Injektor erregt ist, bewegt ein Elektromagnet einen Kolben, der das Ventil öffnet, so dass der unter Druck stehende Kraftstoff durch eine winzige Düse herausspritzen kann. Die Düse ist ausgelegt für zerstäuben der Kraftstoff - um einen möglichst feinen Nebel zu erzeugen, damit er leicht verbrennen kann.


Ein Kraftstoffinjektor zündet

Die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge wird durch die Zeitdauer bestimmt, in der der Kraftstoffinjektor geöffnet bleibt. Dies nennt man das Impulsbreite, und es wird von der ECU gesteuert.


Einspritzdüsen im Ansaugkrümmer des Motors montiert

Die Einspritzdüsen sind so im Ansaugkrümmer montiert, dass sie Kraftstoff direkt auf die Einlassventile sprühen. Eine Pfeife namens Kraftstoffverteiler Versorgt alle Einspritzdüsen mit Druckkraftstoff.


In diesem Bild sehen Sie drei der Injektoren. Die Kraftstoffleitung ist das Rohr auf der linken Seite.

Um die richtige Kraftstoffmenge bereitzustellen, ist das Motorsteuergerät mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet. Schauen wir uns einige davon an.

-Um für jeden Betriebszustand die richtige Kraftstoffmenge bereitzustellen, muss das Motorsteuergerät (ECU) eine Vielzahl von Eingangssensoren überwachen. Hier nur einige:

  • Luftmassenmesser - Zeigt der ECU die Luftmasse an, die in den Motor eintritt
  • Sauerstoffsensor (en) - Überwacht die Sauerstoffmenge im Abgas, damit das Steuergerät feststellen kann, wie fett oder mager das Kraftstoffgemisch ist, und entsprechende Anpassungen vornehmen kann
  • Drosselklappenstellungssensor - Überwacht die Drosselklappenstellung (die bestimmt, wie viel Luft in den Motor gelangt), damit die ECU schnell auf Änderungen reagieren und die Kraftstoffmenge nach Bedarf erhöhen oder verringern kann
  • Kühlmitteltemperatursensor - Ermöglicht der ECU zu bestimmen, wann der Motor seine richtige Betriebstemperatur erreicht hat
  • Spannungssensor - Überwacht die Systemspannung im Auto, damit die ECU die Leerlaufdrehzahl erhöhen kann, wenn die Spannung abfällt (was auf eine hohe elektrische Last hinweisen würde).
  • Verteiler-Absolutdrucksensor - Überwacht den Luftdruck im Ansaugkrümmer
  • Die Luftmenge, die in den Motor gesaugt wird, ist ein guter Hinweis darauf, wie viel Strom er erzeugt. und je mehr Luft in den Motor gelangt, desto niedriger ist der Krümmerdruck. Mit diesem Wert wird gemessen, wie viel Strom erzeugt wird.
  • Motordrehzahlsensor - Überwacht die Motordrehzahl, die einer der Faktoren ist, die zur Berechnung der Impulsbreite verwendet werden

Es gibt zwei Haupttypen der Steuerung für Multi-Port Systeme: Die Einspritzdüsen können alle gleichzeitig öffnen, oder jeder kann kurz vor dem Öffnen des Einlassventils für seinen Zylinder öffnen (dies wird genannt) sequentielle Kraftstoffeinspritzung mit mehreren Anschlüssen).

Der Vorteil der sequentiellen Kraftstoffeinspritzung besteht darin, dass das System bei einer plötzlichen Änderung des Fahrers schneller reagieren kann, da es ab dem Zeitpunkt der Änderung nur noch bis zum Öffnen des nächsten Einlassventils warten muss, anstatt bis zum nächsten vollständigen Einlass Umdrehung des Motors.

-Die Algorithmen, die den Motor steuern, sind ziemlich kompliziert. Die Software muss es dem Auto ermöglichen, die Emissionsanforderungen für 100.000 Meilen zu erfüllen, die EPA-Kraftstoffverbrauchsanforderungen zu erfüllen und Motoren vor Missbrauch zu schützen. Und es gibt Dutzende anderer Anforderungen, die ebenfalls erfüllt werden müssen.

Das Motorsteuergerät verwendet eine Formel und eine große Anzahl von Nachschlagetabellen, um die Impulsbreite für gegebene Betriebsbedingungen zu bestimmen. Die Gleichung besteht aus einer Reihe vieler Faktoren, die miteinander multipliziert werden. Viele dieser Faktoren stammen aus Nachschlagetabellen. Wir werden eine vereinfachte Berechnung der Impulsbreite des Einspritzventils. In diesem Beispiel hat unsere Gleichung nur drei Faktoren, während ein reales Steuerungssystem möglicherweise hundert oder mehr hat.

Impulsbreite = (Basisimpulsbreite) x (Faktor A) x (Faktor B)


Um die Impulsbreite zu berechnen, sucht die ECU zuerst die Basisimpulsbreite in einer Nachschlagetabelle. Die Basisimpulsbreite ist eine Funktion von Motordrehzahl (U / min) und Belastung (kann aus dem Krümmer-Absolutdruck berechnet werden). Angenommen, die Motordrehzahl beträgt 2.000 U / min und die Last 4. Wir finden die Zahl am Schnittpunkt von 2.000 und 4, was 8 Millisekunden entspricht.

U / min Belastung
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 fünfzehn
4.000 4 8 12 16 20


In den nächsten Beispielen, EIN und B. sind Parameter, die von Sensoren stammen. Sagen wir das mal EIN ist Kühlmitteltemperatur und B. ist der Sauerstoffgehalt. Wenn die Kühlmitteltemperatur 100 und der Sauerstoffgehalt 3 beträgt, geben die Nachschlagetabellen an, dass Faktor A = 0,8 und Faktor B = 1,0 ist.

EIN Faktor A.
B. Faktor 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


Also, da wir das wissen Basisimpulsbreite ist eine Funktion von Last und Drehzahl, und das Impulsbreite = (Basisimpulsbreite) x (Faktor A) x (Faktor B), Die Gesamtimpulsbreite in unserem Beispiel ist gleich:

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


Anhand dieses Beispiels können Sie sehen, wie das Steuerungssystem Anpassungen vornimmt. Mit Parameter B als Sauerstoffgehalt im Abgas ist die Nachschlagetabelle für B der Punkt, an dem (laut Motorentwicklern) zu viel Sauerstoff im Abgas vorhanden ist. und dementsprechend spart die ECU den Kraftstoff.

Reale Steuerungssysteme können mehr als 100 Parameter mit jeweils einer eigenen Nachschlagetabelle haben. Einige der Parameter ändern sich sogar im Laufe der Zeit, um Leistungsänderungen von Motorkomponenten wie dem Katalysator auszugleichen. Abhängig von der Motordrehzahl muss das Steuergerät diese Berechnungen möglicherweise mehr als hundert Mal pro Sekunde durchführen.

Performance-Chips
Dies führt uns zu unserer Diskussion über Performance-Chips. Nachdem wir ein wenig über die Funktionsweise der Steuerungsalgorithmen in der ECU verstanden haben, können wir verstehen, was Hersteller von Leistungschips tun, um mehr Leistung aus dem Motor herauszuholen.

Performance-Chips werden von Aftermarket-Unternehmen hergestellt und zur Steigerung der Motorleistung eingesetzt. In der ECU befindet sich ein Chip, der alle Nachschlagetabellen enthält. Der Performance-Chip ersetzt diesen Chip. Die Tabellen im Leistungschip enthalten Werte, die unter bestimmten Fahrbedingungen zu höheren Kraftstoffmengen führen. Zum Beispiel können sie bei jeder Motordrehzahl mehr Kraftstoff bei Vollgas liefern. Sie können auch den Zündzeitpunkt ändern (es gibt auch Nachschlagetabellen dafür). Da sich die Hersteller von Performance-Chips nicht so sehr mit Themen wie Zuverlässigkeit, Kilometerstand und Emissionskontrolle befassen wie die Autohersteller, verwenden sie aggressivere Einstellungen in den Kraftstoffkarten ihrer Performance-Chips.

Weitere Informationen zu Kraftstoffeinspritzsystemen und anderen Automobilthemen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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