riko46
04-06-2009, 21:57
Fuel Injection
http://www.nightrider.com/biketech/efi/efi_basic.jpg
Οι βενζινοκινητήρες απαιτούν μια παροχή καυσίμου σε μορφή ατμών ατμοσφαιρικού αέρα και καυσίμου σε αναλογία μεταξύ της κλίμακας 12:1 έως 17:1. Το πρώτο αποτελεί ένα πλούσιο μείγμα και το δεύτερο ένα φτωχό μείγμα.
Από την αρχή της παρουσίας των βενζινοκινητήρων αυτό επιτυγχάνεται όχι πλήρως αλλά ικανοποιητικά με τα καρμπυρατέρ. Τώρα η αντιρυπαντική τεχνολογία απαιτεί ακριβή μέτρηση του καυσίμου ειδικά όταν χρησιμοποιούνται καταλύτες και ένα μεγάλο νούμερο συστημάτων ψεκασμού καυσίμου σχεδιάστηκε για τις μοτοσικλέτες.
Τα πλεονεκτήματα ενός συστήματος ψεκασμού καυσίμου είναι τα εξής:
α) Αυξάνουν την τελική ισχύ ανά μονάδα κυβισμού
β) Μεγαλύτερη ροπή στρέψης στις χαμηλές στροφές
γ) Καλύτερο αρχικό ξεκίνημα, ζέσταμα και επιτάχυνση
δ) Χαμηλότερους ατμοσφαιρικούς ρύπους από το σύστημα καυσαερίων
ε) Χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου
Τα μειονεκτήματα των καρμπυρατέρ μπορούν να συνοψιστούν ως ακολούθως:
Η ογκομετρική ικανότητα περιορίζεται από τη στενότητα του σωλήνα “ Venturi ” και απαιτείται προθέρμανση του μείγματος αέρος-καυσίμου.
(Ογκομετρική ικανότητα= Όγκος εισερχομένου μείγματος / Όγκο θαλάμου καύσεως)
Η ογκομετρική ικανότητα των καρμπυρατέρ ανέρχεται στο 70% περίπου.
Είναι ουσιαστικά αδύνατο να διανεμηθεί με το/τα καρμπυρατέρ το μείγμα εξίσου ομοιόμορφα στους κυλίνδρους. Μια λύση είναι η χρήση πλουσιότερου μείγματος απʼ ότι διαφορετικά θα χρειαζόταν, ούτως ώστε οι κύλινδροι που θα λάμβαναν το φτωχό μείγμα να μην υποφέρουν από αυτο-εκρήξεις (πιράκια). Αυτό όμως ανεβάζει την κατανάλωση.
Σε συνθήκες κρύες, το καύσιμο υγραίνει τα τοιχώματα της πολλαπλής εισαγωγής προκαλώντας δυσλειτουργίες στον κινητήρα.
Τρόποι ψεκασμού καυσίμου
α) Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους το καύσιμο μπορεί να ψεκαστεί. Η πρώτη περίπτωση είναι αυτή κατά την οποία ψεκάζεται απευθείας μέσα σε κάθε κύλινδρο (άμεσος ψεκασμός- direct injection ). Η δεύτερη περίπτωση είναι αυτή κατά την οποία ψεκάζεται στην εισαγωγή αέρα πριν μπει στο κύλινδρο, δηλαδή πριν τη βαλβίδα εισαγωγής ( έμμεσος ψεκασμός- indirect injection ).
Ο απευθείας ψεκασμός δε χρησιμοποιείται ιδιαίτερα από τους κατασκευαστές επειδή είναι πολύ σύνθετο το σύστημα. Το καύσιμο θα πρέπει να ψεκάζεται με υψηλή πίεση από ακριβές αντλίες και επίσης οι παλμοί ψεκασμού θα πρέπει να συγχρονίζονται με τον κύκλο του κινητήρα. Ωστόσο νέοι κατασκευαστές απευθείας ψεκασμού έχουν εμφανιστεί στο χώρο του αυτοκινήτου κι όπως συχνά συμβαίνει να ακολουθήσουν στο χώρο της μοτοσυκλέτας.
Ο έμμεσος ψεκασμός κατά τον οποίο το καύσιμο ψεκάζεται σε ένα ή περισσότερα σημεία στην πολλαπλή εισαγωγής αέρα, λειτουργεί σε χαμηλότερες πιέσεις και οι ψεκαστήρες- injectors μπορούν να ενεργοποιούνται ταυτόχρονα και χωρίς συγχρονισμό με τον κύκλο του κινητήρα.
β) Στον έμμεσο ψεκασμό υπάρχουν δυο τρόποι παροχής του καυσίμου από τους ψεκαστήρες:
Συνεχής ψεκασμός : καύσιμο ψεκάζεται συνεχώς ενώ ο κινητήρας λειτουργεί.
Η ποσότητα του καυσίμου που διανέμεται εξαρτάται από τις αλλαγές της πίεσης καυσίμου. Η αντλία και το σύστημα στο συνεχή ψεκασμό είναι σύνθετα και η χρήση του δεν είναι διαδεδομένη.
Διακοπτόμενος ψεκασμός : καύσιμο ψεκάζεται κατά διαστήματα υπό σταθερή πίεση. Η ποσότητα του καυσίμου εξαρτάται από τη διάρκεια του χρόνου ψεκασμού. Αυτοί οι παλμοί ψεκασμού μπορούν να λαμβάνουν χώρα είτε σε συγχρονισμό με το άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής είτε άσχετα με το άνοιγμα αυτών.
γ) Οι κατασκευαστές έχουν να επιλέξουν ανάμεσα στη χρήση ενός ψεκαστήρα ανά κινητήρα ( single point injection ) και αυτό το σύστημα ονομάζεται απλού ψεκασμού είτε στη χρήση ενός ψεκαστήρα ανά κύλινδρο ( multi point injection ) και αυτό το σύστημα ονομάζεται πολλαπλού ψεκασμού ενώ τέλος σε πολύ πρόσφατα μοντέλα γίνεται χρήση δυο ψεκαστήρων ανά κύλινδρο.
δ) Οι κατασκευαστές προτιμούν το σύστημα πολλαπλού ψεκασμού στις μοτοσυκλέτες. Η βαλβίδα ψεκασμού μονού σημείου (απλού ψεκασμού) βρίσκεται πάνω από την πεταλούδα γκαζιού και είναι σχετικά σύστημα χαμηλού κόστους. Επειδή ο ψεκαστήρας έχει αυτή τη θέση τοποθέτησης ονομάζεται και είναι γνωστό σαν “ throttle body injection T . B . I .”
Ο ψεκασμός πολλαπλών σημείων ( multi point injection M . P . I .) είναι ο ευρύτερα διαδεδομένος ειδικά όταν το επιπλέον κόστος δεν αποτελεί αποτρεπτικό παράγοντα.
Έλεγχος ψεκασμού καυσίμου
Η Bosch έχει αναμφισβήτητα χαράξει το δρόμο στο ψεκασμό καυσίμων και αρχικά στις μοτοσικλέτες το σύστημα ψεκασμού ήταν σε ανεξάρτητη μονάδα από το σύστημα ανάφλεξης. Όπως θα δούμε αργότερα όταν ενσωματώθηκαν μεταξύ τους τα δυο συστήματα ο όρος για τον έλεγχο έγινε : διαχείρηση κινητήρα ( engine management ). Μερικά από τα συστήματα που θα αναπτύξουμε έχουν σχέση με ξεχωριστές μονάδες (ανάφλεξη από ψεκασμό) και μερικά είναι τμήματα ψεκασμού καυσίμου μιας ολοκληρωμένης μονάδας διαχείρισης κινητήρα.
Το "Jetronic" ήταν το όνομα που χρησιμοποίησε η Bosch σε προγενέστερες μονάδες που ήταν ξεχωριστές από την ανάφλεξη, όπως στη BMW K 100 και στις σειρές 75.
Η τελευταία κατηγορία είναι η “ Motronic ” έκδοση ΜΑ2.2 που χρησιμοποιείται στις τετραβάλβιδες μότο BMW σειράς R και K . Όλα τα συστήματα της Bosch – Motronic έχουν ενιαίο έλεγχο καυσίμου-ανάφλεξης.
Υπάρχουν τώρα συστήματα από άλλους κατασκευαστέςσυμπεριλαμβανομένου του συστήματος “ Sagem ” που είναι εγκατεστημένο σε μοτό Triumph που χρησιμοποιούν M . P . I . .
Όλα τα συστήματα ψεκασμού δουλεύουν με τις ίδιες θεμελιώδης αρχές και οι κυρίως διαφορές τους είναι στη μέθοδο μέτρησης της ροής ή του όγκου αέρα.
Μέτρηση αέρα
Με δεδομένου ότι το σύστημα ηλεκτρονικού ελέγχου μπορεί να παρέχει την σωστή ποσότητα καυσίμου, είναι απαραίτητο να μετρήσουμε την ποσότητα αέρα που λαμβάνεται από τον κινητήρα.
Ποτενσιόμετρα γκαζιού ( T . H . P .- T . P . Throttle Position )
Η απλούστερη μέθοδος είναι να μετράμε τη γωνία ανοίγματος της πεταλούδας γκαζιού και αυτό επιτυγχάνεται έχοντας ένα ποτενσιόμετρο στην άκρη του άξονα της πεταλούδας. Ενώ θεωρητικά είναι απλή μέθοδος αποτελεί από μόνη της ανεπεξέργαστο τρόπο μέτρησης της ροής της μάζας του αέρα επειδή ο εισερχόμενος αέρας είναι μεν αναλογικός του ανοίγματος γκαζιού αλλά η ποσότητα του επηρεάζεται από παράγοντες όπως η θερμοκρασία περιβάλλοντος και της υψομετρικής διαφοράς.
Στο σύστημα “ Sagem ” της Triumph η τάση εξόδου του ποτενσιομέτρου τροφοδοτείται στη μονάδα ηλεκτρονικού ελέγχου ( E . C . U . Electronic Control Unit ) μαζί με το σήμα του αισθητήρα στροφών κινητήρα και δυο αισθητήρων στο φιλτροκούτι που καταγράφουν την πυκνότητα του αέρα. Η πυκνότητα του αέρα υπολογίζεται από έναν αισθητήρα βαρομετρικής πίεσης BARO και από ένα αισθητήρα θερμοκρασίας εισερχομένου αέρα (Ι.Α.Τ. Intake Air Temperature ), λαμβάνοντας υπόψιν ότι η πυκνότητα μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία όπως επισης και με τη βαρομετρική πίεση
Σαν παράγοντες μέτρησης η Ducati χρησιμοποιεί αισθητήρα ταχύτητας και θέσης γκαζιού και η Yamaha - Honda - Suzuki - Kawasaki χρησιμοποιεί ταχύτητας (στροφών κινητήρα),θέσεως γκαζιού, πυκνότητας αέρα.
Με τη χρήση του καταλύτη στα πρόσφατα μοντέλα έγινε απαραίτητη η χρήση του αισθητήρα Lambda “λ” που ονομάζεται και αισθητήρας οξυγόνου ο οποίος στέλνει ένα σήμα διορθωτικό προς την ECU εάν η ποιότητα των καυσαερίων είναι εκτός ορίων. Αυτό σημαίνει ότι κάθε τυχόν σφάλμα στη μέτρηση εισερχομένου αέρα διορθώνεται αυτομάτως από την ECU μετά την παρέμβαση του αισθητήρα “λ” . Έτσι η ακρίβεια του ποτενσιομέτρου γκαζιού THP δεν είναι και τόσο σημαντική. Είναι σημαντικό να μην αφαιρείτε τον αισθητήρα THP γιατί η θέση του είναι ρυθμισμένη εργοστοσιακά.
Σε άλλα συστήματα χρησιμοποιείται ένας απλός διακόπτης THP που αναγνωρίζει μόνο αν η πεταλούδα είναι σε θέση ON , OFF ή ενδιάμεση.
http://www.nightrider.com/biketech/efi/efi_basic.jpg
Οι βενζινοκινητήρες απαιτούν μια παροχή καυσίμου σε μορφή ατμών ατμοσφαιρικού αέρα και καυσίμου σε αναλογία μεταξύ της κλίμακας 12:1 έως 17:1. Το πρώτο αποτελεί ένα πλούσιο μείγμα και το δεύτερο ένα φτωχό μείγμα.
Από την αρχή της παρουσίας των βενζινοκινητήρων αυτό επιτυγχάνεται όχι πλήρως αλλά ικανοποιητικά με τα καρμπυρατέρ. Τώρα η αντιρυπαντική τεχνολογία απαιτεί ακριβή μέτρηση του καυσίμου ειδικά όταν χρησιμοποιούνται καταλύτες και ένα μεγάλο νούμερο συστημάτων ψεκασμού καυσίμου σχεδιάστηκε για τις μοτοσικλέτες.
Τα πλεονεκτήματα ενός συστήματος ψεκασμού καυσίμου είναι τα εξής:
α) Αυξάνουν την τελική ισχύ ανά μονάδα κυβισμού
β) Μεγαλύτερη ροπή στρέψης στις χαμηλές στροφές
γ) Καλύτερο αρχικό ξεκίνημα, ζέσταμα και επιτάχυνση
δ) Χαμηλότερους ατμοσφαιρικούς ρύπους από το σύστημα καυσαερίων
ε) Χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου
Τα μειονεκτήματα των καρμπυρατέρ μπορούν να συνοψιστούν ως ακολούθως:
Η ογκομετρική ικανότητα περιορίζεται από τη στενότητα του σωλήνα “ Venturi ” και απαιτείται προθέρμανση του μείγματος αέρος-καυσίμου.
(Ογκομετρική ικανότητα= Όγκος εισερχομένου μείγματος / Όγκο θαλάμου καύσεως)
Η ογκομετρική ικανότητα των καρμπυρατέρ ανέρχεται στο 70% περίπου.
Είναι ουσιαστικά αδύνατο να διανεμηθεί με το/τα καρμπυρατέρ το μείγμα εξίσου ομοιόμορφα στους κυλίνδρους. Μια λύση είναι η χρήση πλουσιότερου μείγματος απʼ ότι διαφορετικά θα χρειαζόταν, ούτως ώστε οι κύλινδροι που θα λάμβαναν το φτωχό μείγμα να μην υποφέρουν από αυτο-εκρήξεις (πιράκια). Αυτό όμως ανεβάζει την κατανάλωση.
Σε συνθήκες κρύες, το καύσιμο υγραίνει τα τοιχώματα της πολλαπλής εισαγωγής προκαλώντας δυσλειτουργίες στον κινητήρα.
Τρόποι ψεκασμού καυσίμου
α) Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους το καύσιμο μπορεί να ψεκαστεί. Η πρώτη περίπτωση είναι αυτή κατά την οποία ψεκάζεται απευθείας μέσα σε κάθε κύλινδρο (άμεσος ψεκασμός- direct injection ). Η δεύτερη περίπτωση είναι αυτή κατά την οποία ψεκάζεται στην εισαγωγή αέρα πριν μπει στο κύλινδρο, δηλαδή πριν τη βαλβίδα εισαγωγής ( έμμεσος ψεκασμός- indirect injection ).
Ο απευθείας ψεκασμός δε χρησιμοποιείται ιδιαίτερα από τους κατασκευαστές επειδή είναι πολύ σύνθετο το σύστημα. Το καύσιμο θα πρέπει να ψεκάζεται με υψηλή πίεση από ακριβές αντλίες και επίσης οι παλμοί ψεκασμού θα πρέπει να συγχρονίζονται με τον κύκλο του κινητήρα. Ωστόσο νέοι κατασκευαστές απευθείας ψεκασμού έχουν εμφανιστεί στο χώρο του αυτοκινήτου κι όπως συχνά συμβαίνει να ακολουθήσουν στο χώρο της μοτοσυκλέτας.
Ο έμμεσος ψεκασμός κατά τον οποίο το καύσιμο ψεκάζεται σε ένα ή περισσότερα σημεία στην πολλαπλή εισαγωγής αέρα, λειτουργεί σε χαμηλότερες πιέσεις και οι ψεκαστήρες- injectors μπορούν να ενεργοποιούνται ταυτόχρονα και χωρίς συγχρονισμό με τον κύκλο του κινητήρα.
β) Στον έμμεσο ψεκασμό υπάρχουν δυο τρόποι παροχής του καυσίμου από τους ψεκαστήρες:
Συνεχής ψεκασμός : καύσιμο ψεκάζεται συνεχώς ενώ ο κινητήρας λειτουργεί.
Η ποσότητα του καυσίμου που διανέμεται εξαρτάται από τις αλλαγές της πίεσης καυσίμου. Η αντλία και το σύστημα στο συνεχή ψεκασμό είναι σύνθετα και η χρήση του δεν είναι διαδεδομένη.
Διακοπτόμενος ψεκασμός : καύσιμο ψεκάζεται κατά διαστήματα υπό σταθερή πίεση. Η ποσότητα του καυσίμου εξαρτάται από τη διάρκεια του χρόνου ψεκασμού. Αυτοί οι παλμοί ψεκασμού μπορούν να λαμβάνουν χώρα είτε σε συγχρονισμό με το άνοιγμα των βαλβίδων εισαγωγής είτε άσχετα με το άνοιγμα αυτών.
γ) Οι κατασκευαστές έχουν να επιλέξουν ανάμεσα στη χρήση ενός ψεκαστήρα ανά κινητήρα ( single point injection ) και αυτό το σύστημα ονομάζεται απλού ψεκασμού είτε στη χρήση ενός ψεκαστήρα ανά κύλινδρο ( multi point injection ) και αυτό το σύστημα ονομάζεται πολλαπλού ψεκασμού ενώ τέλος σε πολύ πρόσφατα μοντέλα γίνεται χρήση δυο ψεκαστήρων ανά κύλινδρο.
δ) Οι κατασκευαστές προτιμούν το σύστημα πολλαπλού ψεκασμού στις μοτοσυκλέτες. Η βαλβίδα ψεκασμού μονού σημείου (απλού ψεκασμού) βρίσκεται πάνω από την πεταλούδα γκαζιού και είναι σχετικά σύστημα χαμηλού κόστους. Επειδή ο ψεκαστήρας έχει αυτή τη θέση τοποθέτησης ονομάζεται και είναι γνωστό σαν “ throttle body injection T . B . I .”
Ο ψεκασμός πολλαπλών σημείων ( multi point injection M . P . I .) είναι ο ευρύτερα διαδεδομένος ειδικά όταν το επιπλέον κόστος δεν αποτελεί αποτρεπτικό παράγοντα.
Έλεγχος ψεκασμού καυσίμου
Η Bosch έχει αναμφισβήτητα χαράξει το δρόμο στο ψεκασμό καυσίμων και αρχικά στις μοτοσικλέτες το σύστημα ψεκασμού ήταν σε ανεξάρτητη μονάδα από το σύστημα ανάφλεξης. Όπως θα δούμε αργότερα όταν ενσωματώθηκαν μεταξύ τους τα δυο συστήματα ο όρος για τον έλεγχο έγινε : διαχείρηση κινητήρα ( engine management ). Μερικά από τα συστήματα που θα αναπτύξουμε έχουν σχέση με ξεχωριστές μονάδες (ανάφλεξη από ψεκασμό) και μερικά είναι τμήματα ψεκασμού καυσίμου μιας ολοκληρωμένης μονάδας διαχείρισης κινητήρα.
Το "Jetronic" ήταν το όνομα που χρησιμοποίησε η Bosch σε προγενέστερες μονάδες που ήταν ξεχωριστές από την ανάφλεξη, όπως στη BMW K 100 και στις σειρές 75.
Η τελευταία κατηγορία είναι η “ Motronic ” έκδοση ΜΑ2.2 που χρησιμοποιείται στις τετραβάλβιδες μότο BMW σειράς R και K . Όλα τα συστήματα της Bosch – Motronic έχουν ενιαίο έλεγχο καυσίμου-ανάφλεξης.
Υπάρχουν τώρα συστήματα από άλλους κατασκευαστέςσυμπεριλαμβανομένου του συστήματος “ Sagem ” που είναι εγκατεστημένο σε μοτό Triumph που χρησιμοποιούν M . P . I . .
Όλα τα συστήματα ψεκασμού δουλεύουν με τις ίδιες θεμελιώδης αρχές και οι κυρίως διαφορές τους είναι στη μέθοδο μέτρησης της ροής ή του όγκου αέρα.
Μέτρηση αέρα
Με δεδομένου ότι το σύστημα ηλεκτρονικού ελέγχου μπορεί να παρέχει την σωστή ποσότητα καυσίμου, είναι απαραίτητο να μετρήσουμε την ποσότητα αέρα που λαμβάνεται από τον κινητήρα.
Ποτενσιόμετρα γκαζιού ( T . H . P .- T . P . Throttle Position )
Η απλούστερη μέθοδος είναι να μετράμε τη γωνία ανοίγματος της πεταλούδας γκαζιού και αυτό επιτυγχάνεται έχοντας ένα ποτενσιόμετρο στην άκρη του άξονα της πεταλούδας. Ενώ θεωρητικά είναι απλή μέθοδος αποτελεί από μόνη της ανεπεξέργαστο τρόπο μέτρησης της ροής της μάζας του αέρα επειδή ο εισερχόμενος αέρας είναι μεν αναλογικός του ανοίγματος γκαζιού αλλά η ποσότητα του επηρεάζεται από παράγοντες όπως η θερμοκρασία περιβάλλοντος και της υψομετρικής διαφοράς.
Στο σύστημα “ Sagem ” της Triumph η τάση εξόδου του ποτενσιομέτρου τροφοδοτείται στη μονάδα ηλεκτρονικού ελέγχου ( E . C . U . Electronic Control Unit ) μαζί με το σήμα του αισθητήρα στροφών κινητήρα και δυο αισθητήρων στο φιλτροκούτι που καταγράφουν την πυκνότητα του αέρα. Η πυκνότητα του αέρα υπολογίζεται από έναν αισθητήρα βαρομετρικής πίεσης BARO και από ένα αισθητήρα θερμοκρασίας εισερχομένου αέρα (Ι.Α.Τ. Intake Air Temperature ), λαμβάνοντας υπόψιν ότι η πυκνότητα μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία όπως επισης και με τη βαρομετρική πίεση
Σαν παράγοντες μέτρησης η Ducati χρησιμοποιεί αισθητήρα ταχύτητας και θέσης γκαζιού και η Yamaha - Honda - Suzuki - Kawasaki χρησιμοποιεί ταχύτητας (στροφών κινητήρα),θέσεως γκαζιού, πυκνότητας αέρα.
Με τη χρήση του καταλύτη στα πρόσφατα μοντέλα έγινε απαραίτητη η χρήση του αισθητήρα Lambda “λ” που ονομάζεται και αισθητήρας οξυγόνου ο οποίος στέλνει ένα σήμα διορθωτικό προς την ECU εάν η ποιότητα των καυσαερίων είναι εκτός ορίων. Αυτό σημαίνει ότι κάθε τυχόν σφάλμα στη μέτρηση εισερχομένου αέρα διορθώνεται αυτομάτως από την ECU μετά την παρέμβαση του αισθητήρα “λ” . Έτσι η ακρίβεια του ποτενσιομέτρου γκαζιού THP δεν είναι και τόσο σημαντική. Είναι σημαντικό να μην αφαιρείτε τον αισθητήρα THP γιατί η θέση του είναι ρυθμισμένη εργοστοσιακά.
Σε άλλα συστήματα χρησιμοποιείται ένας απλός διακόπτης THP που αναγνωρίζει μόνο αν η πεταλούδα είναι σε θέση ON , OFF ή ενδιάμεση.