Убризгавање горива у бензинске моторе. Предности, мане и могући проблеми
Тип система за убризгавање одређује параметре мотора и оперативне трошкове. То утиче на динамику, потрошњу горива, емисију издувних гасова и трошкове одржавања аутомобила.
Историја практичне примене убризгавања бензина у мотору са унутрашњим сагоревањем у транспорту датира још из периода пре Првог светског рата. Већ тада је авијација хитно тражила нова решења која би могла да побољшају ефикасност мотора и превазиђу проблеме са снагом у различитим положајима авиона. Убризгавање горива, које се први пут појавило у француском авионском мотору В8 из 1903. године, показало се корисним. Тек 1930. године дебитује Мерцедес 1951 СЛ са убризгавањем горива, који се сматра претечом у овој области. Међутим, у спортској верзији то је био први аутомобил са директним убризгавањем бензина.
Електронско убризгавање горива је први пут коришћено у 300 у Цхрислеровом мотору из 1958. Вишеструко убризгавање бензина почело је да се појављује на аутомобилима 1981. године, али се углавном користило у луксузним моделима. Електричне пумпе високог притиска су већ биле у употреби да би се обезбедио одговарајући притисак, али је контрола и даље била одговорност механичара, који су тек 600. године престанком производње Мерцедеса избледели у забораву. Системи за убризгавање су и даље били скупи и нису се променили на јефтине и популарне аутомобиле. Али када је у КСНУМКС-има постало неопходно инсталирати катализаторе на све аутомобиле, без обзира на њихову класу, требало је развити јефтинију врсту убризгавања.
Присуство катализатора захтевало је прецизнију контролу састава смеше него што би карбуратори могли да обезбеде. Тако је створено убризгавање у једној тачки, оскудна верзија „мулти-поинта“, али довољна за потребе јефтиних аутомобила. Од касних деведесетих година почео је да нестаје са тржишта, замењен ињекторима са више тачака, који су тренутно најпопуларнији систем горива у аутомобилским моторима. 1996. године, директно убризгавање горива је дебитовало у стандардној верзији на Митсубисхи Царисми. Новој технологији је било потребно озбиљно побољшање и у почетку је нашла мало следбеника.
Међутим, суочени са све строжим стандардима издувних гасова, који су од самог почетка имали снажан утицај на напредак у аутомобилским системима горива, дизајнери су на крају морали да пређу на директно убризгавање бензина. У најновијим решењима, до сада малобројних, комбинују две врсте убризгавања бензина - индиректно вишетачкасто и директно.
Индиректно убризгавање у једној тачки
У системима убризгавања у једној тачки, мотор покреће један ињектор. Инсталиран је на улазу у усисни разводник. Гориво се доводи под притиском од око 1 бар. Распршено гориво се меша са ваздухом испред усисних отвора канала који воде до појединачних цилиндара.
Смеша горива и ваздуха се усисава у канале без прецизног дозирања смеше за сваки цилиндар. Због разлика у дужини канала и квалитету њихове завршне обраде, напајање цилиндара је неуједначено. Али има и користи. Пошто је пут мешавине горива са ваздухом од млазнице до коморе за сагоревање дуг, гориво може добро да испари када се мотор правилно загреје. У хладном времену гориво не испарава, чекиње се кондензују на зидовима колектора и делимично иду у комору за сагоревање у облику капи. У овом облику не може у потпуности да изгори у радном циклусу, што доводи до ниске ефикасности мотора у фази загревања.
Последица овога је повећана потрошња горива и висока токсичност издувних гасова. Убризгавање у једној тачки је једноставно и јефтино, не захтева много делова, сложених млазница и напредних контролних система. Ниски трошкови производње резултирају нижом ценом возила, а поправке са убризгавањем у једној тачки су лаке. Ова врста убризгавања се не користи у модерним моторима путничких аутомобила. Може се наћи само у моделима са назадним дизајном, иако се производе ван Европе. Један пример је ирански Саманд.
привилегије
– Једноставан дизајн
– Ниски трошкови производње и одржавања
– Ниска токсичност издувних гасова када је мотор врућ
дефекти
– Ниска прецизност дозирања горива
– Релативно велика потрошња горива
– Висока токсичност издувних гасова у фази загревања мотора
– Лоше перформансе у смислу динамике мотора
Индиректно убризгавање у више тачака
Проширење индиректног убризгавања у једној тачки је индиректно убризгавање у више тачака са ињектором у сваком усисном отвору. Гориво се испоручује после гаса, непосредно пре усисног вентила.Ињектори су ближе цилиндрима, али пут мешавине ваздуха и горива је и даље довољно дуг да гориво испари на врелом мотору. Са друге стране, фаза грејања има мању тенденцију кондензације на зидовима усисног отвора, пошто је растојање између млазнице и цилиндра краће. У системима са више тачака гориво се доводи под притиском од 2 до 4 бара.
Посебан ињектор за сваки цилиндар даје дизајнерима потпуно нове могућности у смислу повећања динамике мотора, смањења потрошње горива и смањења емисије издувних гасова. У почетку нису коришћени напредни контролни системи, а све млазнице су дозирале гориво у исто време. Ово решење није било оптимално, пошто се моменат убризгавања није јављао у сваком цилиндру у најповољнијем тренутку (када је ударио у затворени усисни вентил). Само развој електронике омогућио је изградњу напреднијих контролних система, захваљујући којима је убризгавање почело да ради тачније.
У почетку су се млазнице отварале у пару, затим је развијен секвенцијални систем убризгавања горива, у коме се свака млазница отвара засебно, у оптималном тренутку за дати цилиндар. Ово решење вам омогућава да прецизно изаберете дозу горива за сваки удар. Серијски систем са више тачака је много сложенији од система са једном тачком, скупљи за производњу и скупљи за одржавање. Међутим, то вам омогућава да значајно повећате ефикасност мотора уз мању потрошњу горива и мању токсичност издувних гасова.
привилегије
– Висока тачност дозирања горива
– Мала потрошња горива
– Много могућности у погледу динамике мотора
– Ниска токсичност издувних гасова
дефекти
- Значајна сложеност дизајна
– Релативно високи трошкови производње и одржавања
Директно убризгавање
У овом решењу, ињектор је уграђен у цилиндар и убризгава гориво директно у комору за сагоревање. С једне стране, ово је веома корисно, јер вам омогућава да врло брзо замените пуњење горива и ваздуха изнад клипа. Поред тога, релативно хладно гориво добро хлади круну клипа и зидове цилиндра, тако да је могуће повећати степен компресије и постићи већу ефикасност мотора без страха од штетног удара сагоревања.
Мотори са директним убризгавањем су дизајнирани да сагоревају веома сиромашне мешавине ваздух/гориво при ниским оптерећењима мотора како би се постигла изузетно ниска потрошња горива. Међутим, показало се да то изазива проблеме са вишком азотних оксида у издувним гасовима, за отклањање којих је потребно уградити одговарајуће системе за чишћење. Дизајнери се баве азотним оксидима на два начина: додавањем појачања и смањењем величине, или уградњом сложеног система двофазних млазница. Пракса такође показује да је код директног убризгавања горива неповољна појава наслага угљеника у усисним каналима цилиндара и на вретенама усисних вентила (смањење динамике мотора, повећање потрошње горива).
То је зато што се и усисни отвори и усисни вентили не испиру мешавином ваздуха/горива као код индиректног убризгавања. Због тога се не испиру ситним честицама уља које улазе у усисни систем из система за вентилацију картера. Уљне нечистоће под утицајем температуре очвршћавају, стварајући све дебљи слој нежељеног седимента.
привилегије
– Веома висока прецизност дозирања горива
– Могућност сагоревања посних смеша
– Веома добра динамика мотора уз ниску потрошњу горива
дефекти
- Изузетно сложен дизајн
– Веома високи трошкови производње и одржавања
– Проблеми са вишком азотних оксида у издувним гасовима
- Наслаге угљеника у усисном систему
Двоструко убризгавање - директно и индиректно
Дизајн система мешовитог убризгавања користи предности и индиректног и директног убризгавања. Директно убризгавање ради када је мотор хладан. Смеша горива и ваздуха тече директно преко клипа и кондензација је искључена. Када је мотор топао и ради под малим оптерећењем (вожња константном брзином, глатко убрзање), директно убризгавање престаје да ради и индиректно убризгавање у више тачака преузима његову улогу. Гориво боље испарава, веома скупе бризгаљке система директног убризгавања не раде и не троше се, усисни вентили се перу мешавином горива и ваздуха, па се на њима не стварају наслаге. При великим оптерећењима мотора (јака убрзања, брза вожња) поново се укључује директно убризгавање, што обезбеђује веома брзо пуњење цилиндара.
привилегије
– Веома прецизно дозирање горива
– Оптимална испорука мотора у свим условима
– Веома добра динамика мотора уз ниску потрошњу горива
– Нема наслага угљеника у усисном систему
дефекти
- Огромна сложеност дизајна
– Изузетно високи трошкови производње и одржавања
