排出ガスと燃料効率の法則に遅れずについていくために、現代の自動車で使用される燃料システムは、長年にわたって大きく変化しました。 1990年のスバルジャスティは、キャブレターを搭載した米国で最後に販売された車でした。次のモデル年、ジャスティは燃料噴射をしました。しかし、燃料噴射は1950年代から行われており、電子燃料噴射は1980年頃からヨーロッパの自動車で広く使用されていました。現在、米国で販売されているすべての自動車に燃料噴射システムが搭載されています。
この記事では、燃料がエンジンのシリンダーにどのように入るのか、そして「マルチポート燃料噴射」や「スロットルボディ燃料噴射」などの用語が何を意味するのかを学びます。
コンテンツ
内燃機関の存在のほとんどの間、キャブレターはエンジンに燃料を供給する装置でした。芝刈り機やチェーンソーなど、他の多くの機械では、今でもそうです。しかし、自動車が進化するにつれて、キャブレターはすべての操作要件を処理しようとしてますます複雑になりました。たとえば、これらのタスクのいくつかを処理するために、キャブレターには5つの異なる回路がありました：
より厳しい排出要件を満たすために、触媒コンバーターが導入されました。触媒コンバーターを有効にするには、空燃比を非常に注意深く制御する必要がありました。酸素センサーは、排気ガス中の酸素量とエンジンコントロールユニットを監視します （ECU）はこの情報を使用して、空燃比をリアルタイムで調整します。これは閉ループ制御と呼ばれます -キャブレターでこの制御を実現することは不可能でした。燃料噴射システムが引き継ぐ前に、電気的に制御されたキャブレターが短期間ありましたが、これらの電気的キャブレターは、純粋に機械的なものよりもさらに複雑でした。
当初、キャブレターはスロットルボディ燃料噴射システムに置き換えられました （シングルポイントとも呼ばれます または中央燃料噴射 システム）スロットルボディに電気制御の燃料インジェクターバルブを組み込んだ。これらはほとんどキャブレターのボルトイン交換であったため、自動車メーカーはエンジン設計に大幅な変更を加える必要はありませんでした。
徐々に、新しいエンジンが設計されるにつれて、スロットルボディの燃料噴射はマルチポート燃料噴射に置き換えられました （ポートとも呼ばれます 、マルチポイント またはシーケンシャル 燃料噴射）。これらのシステムには、各シリンダーに燃料インジェクターがあり、通常は吸気バルブに直接スプレーするように配置されています。これらのシステムは、より正確な燃料計量とより迅速な応答を提供します。
車のアクセルペダルはスロットルバルブに接続されています -これは、エンジンに入る空気の量を調整するバルブです。つまり、アクセルペダルは実際にはエアペダルです。
アクセルペダルを踏むと、スロットルバルブがさらに開き、より多くの空気が入ります。エンジン制御ユニット（ECU、エンジンのすべての電子部品を制御するコンピューター）は、スロットルバルブが開いていることを「認識」し、エンジンに入る空気の増加を見越して燃料レートを上げます。スロットルバルブが開いたらすぐに燃料レートを上げることが重要です。そうしないと、アクセルペダルを最初に踏んだときに、十分な燃料がない状態で一部の空気がシリンダーに到達するため、ためらいが生じる可能性があります。
センサーは、エンジンに入る空気の量と、排気ガス中の酸素の量を監視します。 ECUはこの情報を使用して、空燃比が適切になるように燃料供給を微調整します。
燃料インジェクターは、電子制御バルブに他なりません。車内の燃料ポンプから加圧燃料が供給され、1秒間に何度も開閉できます。
<中央> 
燃料インジェクターの内部
インジェクターに通電すると、電磁石がプランジャーを動かしてバルブを開き、加圧された燃料を小さなノズルから噴出させます。ノズルは噴霧するように設計されています 燃料-それが簡単に燃えることができるようにできるだけ細かい霧を作るために。
<中央> 
燃料インジェクターの点火
エンジンに供給される燃料の量は、燃料インジェクターが開いたままの時間によって決まります。これはパルス幅と呼ばれます 、ECUによって制御されます。
<中央> 
エンジンのインテークマニホールドに取り付けられた燃料噴射装置
インジェクターはインテークマニホールドに取り付けられており、インテークバルブに直接燃料を噴射します。 燃料レールと呼ばれるパイプ すべてのインジェクターに加圧燃料を供給します。
<中央> 
この写真では、3つのインジェクターを見ることができます。燃料レールは左側のパイプです。
適切な量の燃料を供給するために、エンジンコントロールユニットには多くのセンサーが装備されています。それらのいくつかを見てみましょう。
すべての動作条件に適切な量の燃料を供給するために、エンジンコントロールユニット（ECU）は膨大な数の入力センサーを監視する必要があります。ここにいくつかあります：
マルチポートの制御には主に2つのタイプがあります システム：燃料噴射装置はすべて同時に開くことも、シリンダーの吸気バルブが開く直前に開くこともできます（これはシーケンシャルマルチポート燃料噴射と呼ばれます）。 。
シーケンシャル燃料噴射の利点は、ドライバーが突然の変更を行った場合、変更が行われた時点から、次の完了を待つのではなく、次の吸気バルブが開くまで待つだけでよいため、システムがより迅速に対応できることです。エンジンの回転。
エンジンを制御するアルゴリズムは非常に複雑です。このソフトウェアは、自動車が100,000マイルの排出要件を満たし、EPAの燃費要件を満たし、エンジンを乱用から保護できるようにする必要があります。また、満たすべき要件は他にもたくさんあります。
エンジンコントロールユニットは、式と多数のルックアップテーブルを使用して、特定の動作条件のパルス幅を決定します。方程式は、互いに乗算された一連の多くの要因になります。これらの要因の多くは、ルックアップテーブルから発生します。 燃料インジェクターのパルス幅の簡単な計算を行います。 。この例では、方程式には3つの要素しかありませんが、実際の制御システムには100以上の要素がある可能性があります。
パルス幅を計算するために、ECUは最初にベースパルス幅を検索します。 ルックアップテーブルで。ベースパルス幅はエンジン速度の関数です （RPM）およびロード （マニホールド絶対圧から計算できます）。エンジン速度が2,000RPMで、負荷が4であるとします。2,000と4の交点で、8ミリ秒の数値が見つかります。
次の例では、 A および B センサーから来るパラメーターです。 A としましょう クーラント温度と B 酸素レベルです。クーラント温度が100に等しく、酸素レベルが3に等しい場合、ルックアップテーブルは、ファクターA =0.8およびファクターB =1.0であることを示しています。
つまり、ベースパルス幅がわかっているので、 は負荷とRPMの関数であり、パルス幅=（ベースパルス幅）x（ファクターA）x（ファクターB） 、この例の全体的なパルス幅は次のようになります。
この例から、制御システムがどのように調整を行うかを確認できます。排気ガス中の酸素レベルとしてパラメーターBを使用すると、Bのルックアップテーブルは、（エンジン設計者によると）排気ガス中の酸素が多すぎるポイントになります。したがって、ECUは燃料を削減します。
実際の制御システムには100を超えるパラメーターがあり、それぞれに独自のルックアップテーブルがあります。一部のパラメーターは、触媒コンバーターなどのエンジンコンポーネントの性能の変化を補正するために、時間の経過とともに変化します。また、エンジン速度によっては、ECUが1秒間に100回以上これらの計算を実行する必要がある場合があります。
パフォーマンスチップ
これは、パフォーマンスチップの議論につながります。 ECUの制御アルゴリズムがどのように機能するかについて少し理解したので、パフォーマンスチップメーカーがエンジンからより多くの電力を引き出すために何をするかを理解できます。
パフォーマンスチップはアフターマーケット会社によって作られ、エンジン出力を高めるために使用されます。 ECUには、すべてのルックアップテーブルを保持するチップがあります。パフォーマンスチップがこのチップに取って代わります。パフォーマンスチップの表には、特定の運転条件で燃料料金が高くなる値が含まれています。たとえば、すべてのエンジン速度でフルスロットルでより多くの燃料を供給する場合があります。また、点火時期を変更する場合もあります（そのためのルックアップテーブルもあります）。パフォーマンスチップメーカーは、信頼性、走行距離、排出量管理などの問題に自動車メーカーほど関心がないため、パフォーマンスチップの燃料マップでより積極的な設定を使用しています。
燃料噴射システムやその他の自動車のトピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
関連するハウスタッフワークスの記事