Как работает инжекторная система подачи топлива.

Subaru Justy 1990 года выпуска, был последним автомобилем, выпущенным в США, в котором использовался карбюратор,  в следующей модели уже применялась инжекторная система подачи топлива. Однако инжекторная система подачи топлива известна с 50-х годов прошлого столетия, а управляемая электроникой, начиная примерно с 1980 года. На данный момент все автомобили, продаваемые в США, оснащены  инжекторной системой подачи топлива.
Почему не прижился карбюратор?
Карбюратор — устройство, которое подаёт топливо в двигатель. Например, в газонокосилках и бензопилах, до сих пор используется карбюратор. Автомобиль эволюционировал и карбюратор становился всё больше и сложнее.
Ему необходимо было выполнять пять различных функций:

• Главная функция — обеспечить малое потребление топлива во время езды в “спокойном режиме”;
  
• Функция холостого хода — обеспечить контролируемую подачу топлива для поддержания холостого хода;
  
• Функция ускорительного насоса — обеспечить дополнительный впрыск топлива, когда нажата педаль газа;
  
• Функция обогащения питания — обеспечить дополнительное топливо, когда автомобиль едет в гору или буксирует прицеп;
  
• Функция подсоса — обеспечить дополнительное топливо, когда двигатель холодный;
  

В целях уменьшения количества вредных выбросов, были введены каталитические нейтрализаторы. Кислородный датчик определяет количество кислорода в выхлопе, а блок управления двигателем использует эту информацию, для того чтобы регулировать соотношение воздух-топливо в режиме реального времени.
Это называется замкнутый цикл управления. Этого невозможно было добиться с карбюратором. До появления инжекторной системы впрыска топлива был короткий период электрически управляемых карбюраторов, но эти карбюраторы были ещё более сложными чем чисто механические. Сначала карбюратор заменили на моноинжектор, он представлял собой дроссельную заслонку,  совмещённую с форсункой. Следующим этапом после моноинжекторов стала система распределенного впрыска топлива. В отличие от моноинжектора в системе распределенного впрыска количество форсунок равно количеству цилиндров.
 
Что происходит когда мы жмём на газ?
Педаль газа в автомобиле подключена к дроссельной заслонке. Дроссельная заслонка — это клапан, который регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель. Когда мы нажимаем на педаль газа, дроссельная заслонка открывается, позволяя большему количеству воздуха попадать в двигатель. Блок управления двигателем, который управляет всеми электронными компонентами двигателя,  “видит”,  что дроссельная заслонка открылась и увеличивает расход топлива, в ожидании того,  что в двигатель поступит больше воздуха.
Важно,  что бы расход топлива увеличивался как только откроется дроссельная заслонка, иначе при нажатии на педаль газа будет некоторое запаздывание.
Датчики также регистрируют массу воздуха, поступающего в двигатель, и количество кислорода в выхлопе. Опираясь на эту информацию,  блок управления двигателем регулирует подачу топлива.

Форсунка.
Форсунка — это не что иное, как электромагнитный клапан, к которому подводится топливо и способный открываться множество раз в секунду. Когда на форсунку подаётся напряжение, электромагнитный клапан открывается и топливо под давлением распыляется через крошечные сопла. Сопла необходимы для того чтобы топливо превратить в мелкий туман, в таком состоянии оно лучше горит. Количество топлива, подаваемого в двигатель, определяется временем, когда топливная форсунка открыта. Это время зависит от ширины импульса, который подаёт электронный блок управления двигателем (ЭБУ). Форсунки установлены во впускном коллекторе и распыляют топливо прямо на клапана. Топливо подводится к форсункам через трубку,  которая называется топливной рампой.
 
Датчики двигателя.
В целях обеспечения необходимого количества топлива на всех режимах работы двигателя, ЭБУ должен контролировать большое количество входных параметров, с различных датчиков.
Вот только некоторые из них:

• Датчик массового расхода воздуха — сообщает ЭБУ массу воздуха, поступающего в двигатель;
  
• Датчики кислорода — определяют количество кислорода в выхлопных газах, на основе этих данных ЭБУ корректирует качество смеси;
  
• Датчик положения дроссельной заслонки — контролирует положение дроссельной заслонки, которая определяет какое количество воздуха попадёт в двигатель, это позволяет ЭБУ быстрее реагировать, уменьшая или увеличивая расход топлива. Дело в том, что массовый расходомер воздуха (который по сути определяет массу воздуха поступающего в двигатель) инерционен, то есть при изменении потока воздуха он реагирует с некоторым опозданием.
  Информация с дроссельной заслонки приходит раньше чем с массового расходомера воздуха, что позволяет нам не чувствовать его инерционности;
  
• Датчик температуры охлаждающей жидкости — предоставляет данные ЭБУ о температуре охлаждающей жидкости;
  
• Датчик абсолютного давления — контролирует давление воздуха во впускном коллекторе.
  По известному количеству воздуха, поступающего в двигатель, можно посчитать какая энергия образуется в двигателе. Чем больше воздуха поступает в двигатель, тем меньше разряжение во впускном коллекторе;
  
• Вольтметр — контролирует напряжение сети, ЭБУ может поднять обороты холостого хода если напряжение сети упало, что указывает на высокую электрическую нагрузку;
  

Распределенный впрыск или как его ещё называют многоточечный, бывает четырёх видов:

• Одновременный впрыск — все форсунки открываются одновременно;
  
• Попарно-параллельный впрыск — форсунки открываются парами, только в одном цилиндре в это время впускной такт и топливо попадёт в цилиндр, а в другом выпускной. Но так как за попадание топлива в цилиндр отвечают клапана, это не мешает работе двигателя.
  В современных моторах попарно-параллельный впрыск используется в аварийном режиме, когда неисправен датчик распредвала,  также называемый датчиком фаз;
  
• Фазированный впрыск — каждая форсунка открывается непосредственно перед впускным тактом;
  
• Прямой впрыск — тот же фазированный впрыск, только топливо впрыскивается прямо в камеру сгорания;
  

Микросхемы, управляющие работой двигателя.
Алгоритмы с помощью которых ЭБУ контролирует работу двигателя очень сложны.
Программное обеспечение должно позволить автомобилю удовлетворить все требования по токсичности выбросов. ЭБУ использует формулы и большое количество таблиц, чтобы определить длительность импульса,  подаваемого на форсунки.
Давайте рассмотрим как это примерно происходит. Есть уравнение с помощью которого можно вычислить длительность импульса, для управления форсункой. В это формула входит множество переменных, некоторые из них берутся из таблиц. Мы пойдём по упрощённой схеме расчёта, будем считать что уравнение,  которое описывает длительность импульса, состоит из двух коэффициентов и базовой длительности импульса, в реальной системе коэффициентов более сотни.
Выглядит формула следующим образом:
Длительность импульса = (базовая длительность импульса) х (коэффициент А) х (коэффициент B)

Для того чтобы вычислить длительность импульса, ЭБУ сначала смотрит базовую длительность импульса в справочной таблице. Базовая длительность импульса зависит от частоты вращения двигателя (RPM) и нагрузки (которая может быть вычислена из абсолютного давления в коллекторе). Предположим обороты двигателя 2000 оборотов в минуту и нагрузка равна 4. Находим значение на пересечении 2000 и 4, оно составляет 8 миллисекунд.

Далее, рассмотрим параметры А и B,  которые приходят с датчиков. Давайте предположим, что параметр А это температура охлаждающей жидкости, а параметр В это показания датчика кислорода. Если температура охлаждающей жидкости равна 100 и уровень кислорода равен 3, из справочных таблиц находим что коэффициент А равен 0,8 а коэффициент В равен 1.

Теперь по известным данным рассчитаем длительность импульса:
Длительность импульса = 8 х 0,8 х 1,0 = 6,4 мс
Из этого примера,  видно, как ЭБУ регулирует длительность импульса.
Системы реального контроля может иметь более 100 параметров, каждому параметру соответствует собственная таблица. И в зависимости от оборотов двигателя, ЭБУ, приходится производить расчёты более ста раз в минуту.
 
Производительность чипов.
Теперь когда мы понимаем как работает ЭБУ, можем поговорить о том как увеличить мощность двигателя. В ЭБУ есть чип в котором располагаются все справочные таблицы. Этот чип можно заменить на аналогичный, с другими таблицами. Эти таблицы будут содержать в себе значения, которые будут увеличивать подачу топлива на определённых этапах езды.
Например, можно увеличить количество топлива поступающего в двигатель как на полном газу, так и на любых оборотах. Поскольку производители таких прошивок для чипов, не озабочены количеством вредных выбросов, они используют более агрессивные настройки подачи топлива, при написании прошивки.