Einspritzdüsen
Die Einspritzdüsen
Auswahl der Einspritzdüsen
Unterschiedliche Bauformen
Wenn sie die MS ordnungsgemäß installieren wollen, kommen sie nicht drum herum ein auf den Motor abgestimmtes Kraftstoff-System zu verbauen. Das wichtigste Kriterium hierbei ist die Größe der Einspritzdüsen bezogen auf ihre Durchflussrate - sie müssen korrekt dimensioniert werden. Tatsächlich schaut es so aus, dass die meisten Düsen sich von den baulichen Maßen identisch sind, nur bei den Düsen für TBI etwas mehr Varianten. Die Zeichnung unten zeigt die typischen Maße einer Düse für Port Injection:
Die Muffen für die Düsen in der Ansaugbrücke haben einen Inndendurchmesser von 13,5mm. Die Muffen in der Einspritzleiste haben genau dasselbe Maß.
Die folgende Abbildung zeigt zwei TBI Einspritzdüsen unterschiedlicher Bauform. Links abgebildet eine Düse von Holley mit 85lb/hr (offenbar identisch mit einigen Düsen von Chrysler). Rechts im Bild eine Düse aus dem Hause GM, verbaut in der 1984er Corvette:
Die Durchflussrate und die Pulsweiten
Die Durchflussrate und entsprechende Pulsweiten
Einspritzdüsen mit zu großen Durchflussraten erschweren massiv das Abstimmen eines Motors im Leerlauf und beim Cruisen. Zu klein gewählte Düsen hingegen lassen den Motor unter Volllast „verhungern“, was zu schweren Schäden am Motor führen kann. Um die Größe der Einspritzdüsen richtig bestimmen zu können, multiplizieren sie die zu erwartende Leistung in hp („Horsepower“) des Motors mit der „Brake Specific Fuel Consumption (BSFC)*“ und teilen das Ergebnis durch das Produkt aus der Anzahl der Düsen mal dem erwünschten „Duty Cycle“ (Tastverhältnis). Das Ergebnis liefert ihnen eine grobe Schätzung der benötigten Durchflussrate einer dieser Einspritzdüsen. Hier nochmal die Formel:
InjectorSize = (HorsePower x BSFC) / (#Injectors x DutyCycle)
hier ein Rechenbeispiel mit einem benzingetriebenen 4-Zylinder-Motor und zwei TB-Düsen. Es wird mit einer Leistung von 135hp gerechnet und der BSFC beträgt 0,55:
(135hp x 0,55lb/hr/hp) / (2 x 0,85) = ~ 43,7lb/hr
Einspritzdüsen mit einer Durchflussrate zwischen 42 und 45lb/hr währen für dieses Beispiel in Ordnung.
*BSFC ist die Menge an Kraftstoff die der jeweilige Motor benötigt um eine Leistung von 1 Horsepower für eine Stunde lang zu erzeugen. Saugmotoren mit einem effizienten Verbrennungs-Prozess sind am unteren Ende der BSFC-Skala angesiedelt (etwa 0,45), aufgeladene Motoren tendieren zum anderen Ende (bei etwa 0,55).
Um sich etwas Rechnerei zu ersparen, können sie den Rechner im Kapitel "Injectors an Fuel Supply" unter http://www.megamanual.com/index.html unter Eingabe der Kurbelwellenleistung (an der Schwungscheibe) und der Anzahl der Einspritzdüsen verwenden, um die Durchflussrate mit drücken des „Compute Flowrate“-Button zu errechnen.
Alternativ können sie die entsprechende Durchflussrate der Einspritzdüsen wieder auf Grundlage der Horsepower und der Anzahl der Düsen aus der Tabelle unten auswählen:
Die Durchflussraten der Einspritzdüsen werden für gewöhnlich entweder in lbs/hour oder cc/min angegeben. Der allgemein anerkannte Umrechungsfaktor zwischen diesen beiden Einheiten ändert sich etwas in Abhängigkeit von der jeweiligen Dichte des Kraftstoffes - welche unter anderem von der Jahreszeit abhängig ist. Generell wird für Benzin aber folgender Faktor genutzt:
1 lbs/hr = ~10,5 cc/min
Auch für diese Umrechnung gibt es wie oben genannt im MegaManual einen Rechner.
Eine andere Möglichkeit für die Auswahl ist es, indem man die Einspritzdüsen von einem Motor mit annähernd gleicher Leistung und selber Anzahl von Düsen nimmt.
Wenn sie einen einstellbaren Kraftstoff-Druckregler verbaut haben (viele der Teile aus dem Zubehör-Markt sind so aufgebaut), können sie auch etwas den Kraftstoff-Druck anpassen, um andere Durchflussraten zu erreichen. Den Kraftstoff-Druck zu ändern hat aber keine so große Auswirkung auf die Durchflussrate wie man vermuten mag, da sie nur als Wurzelfunktion des Kraftstoff-Druck-Verhältnisses in die Rechnung eingeht. Die Formel schaut folgendermaßen aus:
Neue Durchflussrate = alte Durchflussrate x √(neuer Druck / alter Druck)
Wir gehen zum Beispiel von Düsen mit 30lb/hr Durchflussrate bei einem Druck von 43,5psi aus. Sie wollen den Druck auf 50psi anheben. Die Berechnung schaut so aus:
Auch hierfür steht alternativ wieder ein Rechner im MegaManual zu Verfügung (http://www.megamanual.com/index.html).
Arbeiten sie nie mit einem Kraftstoffdruck größer als 70psi; das kann dazu führen, dass die Düsen nicht mehr korrekt öffnen und/oder schließen.
Kritische Pulsweiten
Jedoch sollte sie keine Einspritzdüsen verbauen, die wesentlich höhere Durchflussraten aufweisen als sie für ihr Projekt benötigen. Sehr große Düsen erfordern Pulsweiten die ein Abstimmen sehr schwierig gestalten (siehe hierzu folgenden Link: http://www.megamanual.com/v22manual/mtune.htm#idlepw). Man kann die zu erwartenden Pulsweiten bereits im Voraus abschätzen. Um noch sauber abstimmen zu können, benötigen sie Pulsweiten von mindesten 1,7 Millisekunden. Um die Pulsweiten die eine erwarten berechnen zu können, rufen wir die Kraftstoffgleichen (näheres hierzu unter http://www.megamanual.com/v22manual/mfuel.htm#equation) der MegaSquirt in unsere Gedanken zurück:
PW = REQ_FUEL x VE x MAP x E + accel + Injector_open_time
Wir besitzen die Erkenntnis, dass das REQ_FUEL in dieser Gleichung abhängig von der Durchflussrate der Einspritzdüsen und dem Hubraum ist. Im MegaTune steht ebenso wie unter dem Link http://www.megamanual.com/v22manual/mtune.htm#constants ein Rechner für den REQ_FUEL zur Verfügung. Wenn sie den Motor noch laufen lassen können, können sie den MAP-Wert im Leerlauf messen, oder sie nehmen Schätzwerte (für eine Serien-Nockenwelle etwa 25kPa, für eine Tuning-Nockenwelle etwa 35kPa und für eine Rennsport-Nockenwelle etwa 45kPa). Dann fehlt uns in dieser Formel nur noch der VE-Wert für den Leerlauf (und die „Injector open Time“) um die Pulsweite vorauszuberechnen, denn das ist die minimale Berechnung wenn keinerlei Anreicherungen hinzukommen (E=0, accel=0). Bedenken sie, dass sie den korrekten errechneten REQ_FUEL verwenden, denn dieser berücksichtigt die Anzahl der Düsen und das „Staging“ (Staffelung).
Eine gute Daumenregel für den VE-Wert im Leerlauf beträgt 30%. Tatsächlich kann ihre VE auch bei 20 oder 40% liegen, abhängig von Parametern wie die Kompression, die Ventil-Überschneidung, Zündzeitpunkt, usw. Jedoch ist 30% annähernd genug um eine gute Abschätzung der Pulsweite zuzulassen. Verwenden sie für die Injector open Time 1,0ms, es sei denn sie kennen einen genaueren Wert.
Rechenbeispiel für einen beliebigen Motor:
PW = 6,3ms x 30% x ( 33kPa / 100kPa ) + 1,0ms = 1,62ms
Die entsprechende Pulsweite würde in diesem Fall 1,7ms betragen, wäre also noch in Ordnung – aber gerade noch so. Wäre bei der Berechnung ein Wert von 1,2 oder 1,3 ms herausgekommen, würden diese Düsen ein signifikantes Problem beim Abstimmen darstellen (siehe hierzu folgenden Link: http://www.megamanual.com/v22manual/mtune.htm#idlepw).
Quelle: MegaManual unter http://www.megamanual.com/index.html
Die Identifikation vorhandener Einspritzdüsen
Oftmals sind Einspritzdüsen mit einer Identifikations-Nummer gekennzeichnet. Mit dieser Nummer ist es eventuell möglich die Düsen auf folgenden Seiten zu identifizieren:
http://www.geocities.com/MotorCity/Pit/9975/dataBySubject/Injectors.html
oder
Der Duty Cycle
Einspritzdüsen sollten einen Duty Cycle (Tastverhältnis) von 80 – 85% nicht überschreiten. Allerdings werden die Düsen bei 100% Duty Cycle und dem nominalen Druck (für gewöhnlich 43,5psi / 3bar) spezifiziert. Der Hersteller überlässt es den Anwender den jeweiligen Systemdruck und den maximalen Duty Cycle zu bestimmen, um die jeweilige Durchflussrate zu erreichen.
Die Injector Open Time
Die Einspritzdüsen werden durch ein elektrisches Signal von der MegaSquirt angesteuert, welches die +12V Versorgungspannung über die Einspritzdüsen auf Masse zieht um dies zu öffnen. Sind die Düsen erst mal geöffnet, fließt der Kraftstoff mit einer konstanten Rate bis sich die Düse wieder schließt. Die Zeit, die die Düsen benötigen um sich zu öffnen und zu schließen, wird in der MegaSquirt als „Injector Open Time“ spezifiziert (für gewöhnlich etwa 1,0ms). Unten abgebildet ein Beispiel für die Spannungs-Pulse, den Stromfluss und den Kraftstoff-Durchfluss bei einer niederohmigen (low impedance) Einspritzdüse:
Quelle: MegaManual unter http://www.megamanual.com/index.html