Różnice pomiędzy wtryskiem pośrednim i bezpośrednim
REKLAMA
REKLAMA
W połowie lat dziewięćdziesiątych wtrysk bezpośredni był promowany przez Mitsubishi, które do sprzedaży wprowadziło silnik GDI. Kilka lat później na rynku pojawiły się samochody z silnikami diesla, których kultura pracy została znacznie poprawiona właśnie poprzez zastosowanie wysokociśnieniowego bezpośredniego wtrysku paliwa. Czym różni się wtrysk pośredni od bezpośredniego? Jakie systemy są dostępne na rynku?
REKLAMA
Wtrysk bezpośredni to taki, w którym dawka paliwa jest podawana przez wtryskiwacz bezpośrednio do komory spalania, czyli do cylindra. W silnikach, w których wtrysk realizowany jest pośrednio, wtryskiwacze umieszczone są w kanałach dolotowych głowicy (silniki benzynowe) bądź wtryskują paliwo do komory wstępnej (w przypadku diesli). Jak to wygląda w praktyce?
Zobacz też: Cylinder on demand – oszczędność według Audi
Systemy pośredniego wtrysku w silnikach diesla
Takie silniki obecnie nie są już stosowane w samochodach ze względu na stawiane im wymogi dotyczące norm emisji spalin. Systemy pośredniego wtrysku ze względu na mniejszą kontrolę składu mieszanki, stawiały konstruktorom dużo większe trudności z osiągnięciem wymaganych rezultatów. W takim silniku dawka paliwa jest skierowana do komory wstępnej. Jest ona zlokalizowana w głowicy silnika nieopodal zaworów. Jej kształt ma ułatwić mieszanie się paliwa z powietrzem. Dlatego jest ona czasem nazywana również komorą wirową. Mieszanka z komory wstępnej jest podgrzewana świecą żarową, co nie pozwala na skraplanie się oleju napędowego na jej ściankach w momencie, gdy silnik nie osiągnął jeszcze temperatury roboczej. Komora wstępna jest połączona bezpośrednio z cylindrem, otworem o średnicy około 10 mm. Pod wpływem ciśnienia wytwarzanego przez sprężający powietrze tłok, w komorze wstępnej następuje zapłon, rozprzestrzeniający się następnie w całej objętości mieszanki w cylindrze. Wtrysk w takim silniku jest realizowany pod ciśnieniem oscylującym wokół 100-150 bar. Komory wstępne stosowano głównie dlatego, aby zwiększyć kulturę pracy silnika. Silniki, które posiadały bezpośredni wtrysk oleju napędowego, były znacznie głośniejsze i stosowano je najczęściej w samochodach użytkowych.
Zobacz też: Co oznacza, że mieszanka jest uwarstwiona? Jak ją uzyskać?
Nowe podejście do bezpośredniego wtrysku w dieslu
REKLAMA
Systemy bezpośredniego wtrysku charakteryzowały się niższym zużyciem paliwa, dlatego ważne było opracowanie sposobu na obniżenie hałasu (klekotu) powodowanego w trakcie procesu spalania oleju napędowego. Z pomocą przyszedł pomysł ukształtowania denka tłoków, które pełniły odtąd dodatkową funkcję – komory wirowej. Dawka paliwa mogła być kierowana bezpośrednio do cylindra, w którym tworzyły się zawirowania niezbędne do prawidłowego spalania mieszanki. Ciśnienie wtrysku oleju napędowego zwiększono dziesięciokrotnie.
Jednak prawdziwą rewolucję w kulturze pracy oraz ekonomiczności silników diesla, osiągnięto wprowadzając jeszcze wyższe ciśnienie wtrysku, podawane z szyny paliwowej do wtryskiwaczy piezoelektrycznych. Ciśnienie zostało zwiększone do ponad 2000, a nawet 2500 bar. Szybkie wtryskiwacze pozwoliły na precyzyjne regulowanie dawki, a także realizację kilku wtrysków podczas jednego suwu pracy. Są to silniki z systemem common rail (wspólną szyną). Do końca ubiegłej dekady, skuteczną konkurencję dla tego systemu stanowiły także silniki oparte o tzw. pompowtryskiwacze osiągające równie wysokie ciśnienia wtrysku. Były przy tym równie ekonomiczne jak diesle oparte o system common rail.
Zobacz też: Świece żarowe. Problemy i eksploatacja
Wtrysk benzyny w silnikach o zapłonie iskrowym
REKLAMA
Obecnie pomimo wielu zalet systemów wtrysku bezpośredniego, większość silników benzynowych jest wyposażonych w pośredni wtrysk benzyny. Wtryskiwacz jest więc zlokalizowany poza komorą spalania. W latach osiemdziesiątych zaczęto stosować wtrysk jednopunktowy, jako alternatywę do gaźników. W tym czasie znane już były wtryskiwacze mechaniczne sterowane hydraulicznie, kierujące mgiełkę paliwową bezpośrednio przed każdym cylindrem. Jednak obecne systemy wtryskiwaczy elektromagnetycznych w pierwszym etapie rozwoju realizowały tzw. wtrysk jednopunktowy. Wtryskiwacz, był często połączony z zespołem przepustnicy. Otwierał się w ustalonych okresach czasu i podawał dawkę do kolektora dolotowego. Mieszanka paliwowo powietrzna była zasysana do cylindra, który wykonywał suw ssania.
Aby osiągnąć większą precyzję i powtarzalną wielkość dawki w każdym cylindrze, zastosowano wtrysk wielopunktowy (MPI). W takim rozwiązaniu wtryskiwacze podają paliwo w kanałach dolotowych tuż przed zaworami. W podstawowych układach wielopunktowego wtrysku, wtryskiwacze otwierały się i zamykały jednocześnie, a mieszanka była zasysana w momencie otwarcia poszczególnych zaworów dolotowych. Następnym krokiem było zastosowanie systemu sekwencyjnego. W tym przypadku każdy wtryskiwacz jest otwierany osobno, w momencie, gdy dany cylinder rozpoczyna suw ssania.
Zobacz też: Dwusprzęgłowa skrzynia automatyczna Powershift
Ekonomiczny bezpośredni wtrysk benzyny
Także w silnikach benzynowych producenci skierowali się w stronę wtrysku realizowanego bezpośrednio w cylindrze. Skupiono się między innymi na uwarstwieniu mieszanki. W zakresie niskich obrotów możliwe jest takie manipulowanie czasem i kierunkiem wtrysku, aby w okolicy świecy zapłonowej uzyskać mieszankę o współczynniku λ równym około 1,5, a przy ściankach cylindra bardzo zubożoną, o λ wyższym niż 2,5. Natomiast, kiedy silnik pracuje w zakresie wyższych obrotów, czas otwarcia wtryskiwacza się zwiększa, a silnik powraca do spalania mieszanki stechiometrycznej.
Chociaż systemy bezpośredniego wtrysku benzyny są w ostatnich latach stosowane powszechniej, okazuje się, że podobne rezultaty w ograniczeniu zużycia paliwa można uzyskać stosując wtrysk pośredni połączony z turbodoładowaniem lub zmiennymi fazami rozrządu. Wykorzystuje się przy tym tańsze wtryskiwacze pracujące z nawet trzydziestokrotnie mniejszym ciśnieniem.
REKLAMA
REKLAMA
© Materiał chroniony prawem autorskim - wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu za zgodą wydawcy INFOR PL S.A.