Ubrizgavanje goriva u benzinske motore. Prednosti, nedostaci i mogući problemi

Tip sistema ubrizgavanja određuje parametre motora i operativne troškove. To utiče na dinamiku, potrošnju goriva, emisiju izduvnih gasova i troškove održavanja automobila.

Istorija praktične primene ubrizgavanja benzina u motoru sa unutrašnjim sagorevanjem u transportu datira još iz perioda pre Prvog svetskog rata. Već tada je avijacija hitno tražila nova rješenja koja bi mogla poboljšati efikasnost motora i prevazići probleme sa snagom u različitim pozicijama aviona. Ubrizgavanje goriva, koje se prvi put pojavilo u francuskom V8 motoru aviona iz 1903. godine, pokazalo se korisnim. Tek 1930. godine debituje Mercedes 1951 SL sa ubrizgavanjem goriva, koji se naširoko smatra pretečom u ovoj oblasti. Međutim, u sportskoj verziji to je bio prvi automobil sa direktnim ubrizgavanjem benzina.

Elektronsko ubrizgavanje goriva je prvi put korišteno u 300 u Chryslerovom motoru iz 1958. Višestruko ubrizgavanje benzina počelo se pojavljivati ​​na automobilima 1981-ih, ali se uglavnom koristilo u luksuznim modelima. Električne pumpe visokog pritiska već su bile u upotrebi da bi se obezbedio odgovarajući pritisak, ali je kontrola i dalje bila odgovornost mehaničara, koji su tek 600. godine prestankom proizvodnje Mercedesa izbledeli u zaboravu. Sistemi za ubrizgavanje su i dalje bili skupi i nisu se pretvorili u jeftine i popularne automobile. Ali kada je u XNUMX-ima postalo potrebno ugraditi katalizatore na sve automobile, bez obzira na njihovu klasu, trebalo je razviti jeftiniju vrstu ubrizgavanja.

Prisustvo katalizatora zahtijevalo je precizniju kontrolu sastava smjese nego što bi to mogli osigurati karburatori. Tako je stvoreno ubrizgavanje u jednoj tački, oskudna verzija "multi-point", ali dovoljna za potrebe jeftinih automobila. Od kasnih devedesetih počeo je nestajati sa tržišta, zamijenjen injektorima s više tačaka, koji su trenutno najpopularniji sistem goriva u automobilskim motorima. 1996. godine, direktno ubrizgavanje goriva ima svoj standardni debi na Mitsubishi Carismi. Novoj tehnologiji je bilo potrebno ozbiljno poboljšanje i u početku je našla malo sljedbenika.

Međutim, suočeni sa sve strožim standardima izduvnih gasova, koji su od samog početka imali snažan uticaj na napredak u automobilskim sistemima goriva, dizajneri su na kraju morali da pređu na direktno ubrizgavanje benzina. U najnovijim rješenjima, do sada malobrojnih, kombiniraju dvije vrste ubrizgavanja benzina - indirektno višestruko i direktno.    

Indirektno ubrizgavanje u jednoj tački

U sistemima ubrizgavanja u jednoj tački, motor pokreće jedan injektor. Instalira se na ulazu u usisnu granu. Gorivo se dovodi pod pritiskom od oko 1 bar. Raspršeno gorivo se miješa sa zrakom ispred usisnih otvora kanala koji vode do pojedinačnih cilindara.

Smjesa goriva i zraka se usisava u kanale bez preciznog doziranja smjese za svaki cilindar. Zbog razlika u dužini kanala i kvaliteti njihove završne obrade, napajanje cilindara je neravnomjerno. Ali postoje i prednosti. Budući da je put mješavine goriva i zraka od mlaznice do komore za sagorijevanje dug, gorivo može dobro ispariti kada se motor dobro zagrije. Po hladnom vremenu gorivo ne isparava, čekinje se kondenziraju na zidovima kolektora i djelomično odlaze u komoru za izgaranje u obliku kapi. U ovom obliku ne može u potpunosti izgorjeti u radnom ciklusu, što dovodi do niske efikasnosti motora u fazi zagrijavanja.

Posljedica toga je povećana potrošnja goriva i visoka toksičnost izduvnih plinova. Ubrizgavanje u jednoj tački je jednostavno i jeftino, ne zahtijeva mnogo dijelova, složene mlaznice i napredne upravljačke sisteme. Niski troškovi proizvodnje rezultiraju nižom cijenom vozila, a popravke s ubrizgavanjem u jednoj tački su jednostavne. Ova vrsta ubrizgavanja se ne koristi u modernim motorima putničkih automobila. Može se naći samo u modelima sa zaostalim dizajnom, iako se proizvode izvan Evrope. Jedan primjer je iranski Samand.

privilegije

– Jednostavan dizajn

– Niski troškovi proizvodnje i održavanja

– Niska toksičnost izduvnih gasova kada je motor vruć

defekti

– Niska preciznost doziranja goriva

– Relativno velika potrošnja goriva

– Visoka toksičnost izduvnih gasova u fazi zagrevanja motora

– Loše performanse u smislu dinamike motora

Indirektno ubrizgavanje u više tačaka

Proširenje indirektnog ubrizgavanja u jednoj tački je indirektno ubrizgavanje u više tačaka sa injektorom u svakom usisnom otvoru. Gorivo se isporučuje nakon gasa, neposredno prije usisnog ventila.Injektori su bliže cilindrima, ali put mješavine zraka i goriva je još uvijek dovoljno dug da gorivo ispari na vrućem motoru. S druge strane, faza grijanja ima manju tendenciju kondenzacije na zidovima usisnog otvora, jer je razmak između mlaznice i cilindra kraći. U sistemima sa više tačaka gorivo se dovodi pod pritiskom od 2 do 4 bara.

Zasebni injektor za svaki cilindar daje dizajnerima potpuno nove mogućnosti u smislu povećanja dinamike motora, smanjenja potrošnje goriva i smanjenja emisije izduvnih gasova. U početku se nisu koristili napredni sistemi upravljanja, a sve mlaznice su dozirale gorivo u isto vrijeme. Ovo rješenje nije bilo optimalno, jer se moment ubrizgavanja nije javljao u svakom cilindru u najpovoljnijem trenutku (kada je udario u zatvoreni usisni ventil). Tek je razvoj elektronike omogućio izgradnju naprednijih kontrolnih sistema, zahvaljujući kojima je ubrizgavanje počelo raditi preciznije.

U početku su se mlaznice otvarale u paru, zatim je razvijen sistem sekvencijalnog ubrizgavanja goriva, u kojem se svaka mlaznica otvara zasebno, u optimalnom trenutku za dati cilindar. Ovo rješenje vam omogućava da precizno odaberete dozu goriva za svaki takt. Serijski sistem sa više tačaka je mnogo složeniji od sistema sa jednom tačkom, skuplji za proizvodnju i skuplji za održavanje. Međutim, to vam omogućava značajno povećanje efikasnosti motora uz manju potrošnju goriva i manju toksičnost izduvnih plinova.

privilegije

– Visoka preciznost doziranja goriva

– Mala potrošnja goriva

– Mnogo mogućnosti u pogledu dinamike motora

– Niska toksičnost izduvnih gasova

defekti

- Značajna složenost dizajna

– Relativno visoki troškovi proizvodnje i održavanja

Direktno ubrizgavanje

U ovom rješenju, injektor je ugrađen u cilindar i ubrizgava gorivo direktno u komoru za sagorijevanje. S jedne strane, ovo je vrlo korisno, jer vam omogućava da vrlo brzo zamijenite punjenje goriva i zraka iznad klipa. Osim toga, relativno hladno gorivo dobro hladi krunu klipa i zidove cilindra, tako da je moguće povećati omjer kompresije i postići veću efikasnost motora bez straha od štetnog udara sagorijevanja.

Motori sa direktnim ubrizgavanjem su dizajnirani da sagorevaju veoma siromašne mešavine vazduh/gorivo pri niskim opterećenjima motora kako bi se postigla izuzetno niska potrošnja goriva. Međutim, pokazalo se da to uzrokuje probleme sa viškom azotnih oksida u izduvnim gasovima, za otklanjanje kojih je potrebno ugraditi odgovarajuće sisteme za čišćenje. Dizajneri se sa dušičnim oksidima bave na dva načina: dodavanjem pojačanja i smanjenjem veličine, ili ugradnjom složenog sistema dvofaznih mlaznica. Praksa takođe pokazuje da se kod direktnog ubrizgavanja goriva javlja nepovoljna pojava naslaga ugljika u usisnim kanalima cilindara i na vretenama usisnih ventila (smanjenje dinamike motora, povećanje potrošnje goriva).

To je zbog činjenice da se i usisni otvori i usisni ventili ne ispiru mješavinom zraka i goriva, kao kod indirektnog ubrizgavanja. Zbog toga ih ne ispiru sitne čestice ulja koje ulaze u usisni sistem iz ventilacionog sistema kartera. Uljne nečistoće stvrdnjavaju pod utjecajem temperature, stvarajući sve deblji sloj neželjenog sedimenta.

privilegije

– Vrlo visoka preciznost doziranja goriva

– Mogućnost sagorevanja posne smjese

– Vrlo dobra dinamika motora uz nisku potrošnju goriva

defekti

- Izuzetno složen dizajn

– Veoma visoki troškovi proizvodnje i održavanja

– Problemi sa viškom azotnih oksida u izduvnim gasovima

- Naslage ugljenika u usisnom sistemu

Dvostruko ubrizgavanje - direktno i indirektno

Dizajn sistema mješovitog ubrizgavanja koristi prednosti i indirektnog i direktnog ubrizgavanja. Direktno ubrizgavanje radi kada je motor hladan. Smjesa goriva i zraka struji direktno preko klipa i kondenzacija je isključena. Kada je motor topao i radi pod malim opterećenjem (vožnja konstantnom brzinom, glatko ubrzanje), direktno ubrizgavanje prestaje da radi i indirektno ubrizgavanje u više tačaka preuzima njegovu ulogu. Gorivo bolje isparava, vrlo skupi sistem direktnog ubrizgavanja brizgaljke ne rade i ne troše se, usisne ventile pere smjesa gorivo-vazduh, pa se na njima ne stvaraju naslage. Pri velikim opterećenjima motora (jaka ubrzanja, brza vožnja) ponovo se uključuje direktno ubrizgavanje, što osigurava vrlo brzo punjenje cilindara.

privilegije

– Veoma precizno doziranje goriva

– Optimalna isporuka motora u svim uslovima

– Vrlo dobra dinamika motora uz nisku potrošnju goriva

– Nema naslaga ugljenika u usisnom sistemu

defekti

- Ogromna složenost dizajna

– Izuzetno visoki troškovi proizvodnje i održavanja