Polttoaineen ruiskutus bensiinimoottoreissa. Edut, haitat ja mahdolliset ongelmat

Ruiskutusjärjestelmän tyyppi määrää moottorin parametrit ja käyttökustannukset. Se vaikuttaa auton dynamiikkaan, polttoaineenkulutukseen, pakokaasupäästöihin ja huoltokustannuksiin.

Polttomoottorin bensiinin ruiskutuksen käytännön soveltamisen historia kuljetuksissa juontaa juurensa aikaan ennen ensimmäistä maailmansotaa. Jo tuolloin ilmailu etsi kipeästi uusia ratkaisuja, joilla voitaisiin parantaa moottoreiden hyötysuhdetta ja ratkaista tehoongelmia lentokoneen eri asennoissa. Polttoaineen ruiskutus, joka ilmestyi ensimmäisen kerran vuonna 8 ranskalaiseen V1903-lentokoneen moottoriin, osoittautui hyödylliseksi. Vasta vuonna 1930 polttoainesuihkutettu Mercedes 1951 SL debytoi, jota pidettiin laajalti alan edelläkävijänä. Urheiluversiossa se oli kuitenkin ensimmäinen auto, jossa oli suoraruiskutus.

Elektronista polttoaineen ruiskutusta käytettiin ensimmäisen kerran Chrysler-moottorissa 300. Bensiinien monipisteruiskutus alkoi näkyä autoissa 1958-luvulla, mutta sitä käytettiin enimmäkseen luksusmalleissa. Korkeapaineiset sähköpumput olivat jo käytössä oikean paineen varmistamiseksi, mutta hallinta oli edelleen mekaanikkojen vastuulla, joka vaipui unohduksiin vasta vuonna 1981 Mercedes-tuotannon päättyessä. Ruiskutusjärjestelmät olivat edelleen kalliita, eivätkä ne muuttuneet halvoiksi ja suosituiksi autoiksi. Mutta kun 600:issa tuli tarpeelliseksi asentaa katalysaattorit kaikkiin autoihin niiden luokasta riippumatta, oli kehitettävä halvempi ruiskutustyyppi.

Katalyytin läsnäolo vaati seoksen koostumuksen tarkempaa hallintaa kuin kaasuttimet pystyivät tarjoamaan. Näin syntyi yksipisteruiskutus, niukka versio "monipisteestä", mutta riittävä halpojen autojen tarpeisiin. 1996-luvun lopulta lähtien se alkoi kadota markkinoilta, ja se korvattiin monipistesuuttimilla, jotka ovat tällä hetkellä suosituin polttoainejärjestelmä autojen moottoreissa. Vuonna XNUMX suora polttoaineen ruiskutus teki vakiodebyyttinsä Mitsubishi Carismassa. Uusi tekniikka kaipasi vakavia parannuksia ja löysi aluksi vähän seuraajia.

Kuitenkin yhä tiukentuvien pakokaasustandardien edessä, jotka alusta alkaen vaikuttivat voimakkaasti autojen polttoainejärjestelmien kehitykseen, suunnittelijat joutuivat lopulta siirtymään bensiinin suoraruiskutukseen. Uusimmissa ratkaisuissa, joita on toistaiseksi vähän, ne yhdistävät kahden tyyppisen bensiinin ruiskutuksen - epäsuoran monipisteruiskutuksen ja suoran.    

Epäsuora yksipisteinjektio

Yksipisteruiskutusjärjestelmissä moottori saa voimansa yhdestä ruiskutussuuttimesta. Se asennetaan imusarjan sisääntuloon. Polttoaine syötetään noin 1 baarin paineessa. Sumutettu polttoaine sekoittuu ilmaan yksittäisiin sylintereihin johtavien kanavien imuaukkojen edessä.

Polttoaine-ilmaseos imetään kanaviin ilman tarkkaa seoksen annostelua kullekin sylinterille. Kanavien pituuseroista ja niiden viimeistelyn laadusta johtuen sylintereiden virransyöttö on epätasaista. Mutta on myös etuja. Koska polttoaineen ja ilman seoksen reitti suuttimesta polttokammioon on pitkä, polttoaine voi haihtua hyvin, kun moottori lämpenee kunnolla. Kylmällä säällä polttoaine ei haihdu, harjakset tiivistyvät keräimen seinille ja menevät osittain palokammioon pisaroiden muodossa. Tässä muodossa se ei voi palaa kokonaan loppuun työsyklissä, mikä johtaa alhaiseen moottorin hyötysuhteeseen lämmitysvaiheessa.

Seurauksena on lisääntynyt polttoaineenkulutus ja pakokaasujen korkea myrkyllisyys. Yksipisteruiskutus on yksinkertainen ja halpa, ei vaadi monia osia, monimutkaisia ​​suuttimia ja kehittyneitä ohjausjärjestelmiä. Alhaiset tuotantokustannukset laskevat ajoneuvon hintaa, ja korjaukset yksipisteruiskutuksella on helppoa. Tämän tyyppistä ruiskutusta ei käytetä nykyaikaisissa henkilöautojen moottoreissa. Se löytyy vain malleista, joissa on taaksepäin suunniteltu, vaikka se on valmistettu Euroopan ulkopuolella. Yksi esimerkki on iranilainen Samand.

hyötyjä

– Yksinkertainen muotoilu

– Alhaiset tuotanto- ja ylläpitokustannukset

– Pakokaasujen alhainen myrkyllisyys moottorin ollessa kuuma

vikoja

– Alhainen polttoaineen annostelutarkkuus

– Suhteellisen korkea polttoaineenkulutus

– Pakokaasujen korkea myrkyllisyys moottorin lämmitysvaiheessa

– Huono suorituskyky moottorin dynamiikassa

Epäsuora monipisteinjektio

Yksipisteisen epäsuoran ruiskutuksen jatke on monipisteinen epäsuora ruiskutus, jossa jokaisessa imuportissa on injektori. Polttoaine syötetään kaasun jälkeen, juuri ennen imuventtiiliä.Suuttimet ovat lähempänä sylintereitä, mutta ilma/polttoaineseoksen reitti on silti riittävän pitkä, jotta polttoaine höyrystyy kuumassa moottorissa. Toisaalta lämmitysvaiheella on vähemmän taipumus kondensoitua imuaukon seinille, koska suuttimen ja sylinterin välinen etäisyys on lyhyempi. Monipistejärjestelmissä polttoainetta syötetään 2-4 baarin paineella.

Jokaiselle sylinterille erillinen suutin antaa suunnittelijoille täysin uusia mahdollisuuksia moottorin dynamiikan lisäämiseen, polttoaineen kulutuksen ja pakokaasupäästöjen vähentämiseen. Aluksi ei käytetty kehittyneitä ohjausjärjestelmiä, ja kaikki suuttimet annostelivat polttoainetta samanaikaisesti. Tämä ratkaisu ei ollut optimaalinen, koska ruiskutusmomentti ei tapahtunut jokaisessa sylinterissä edullisimmalla hetkellä (kun se osui kiinni imuventtiiliin). Vain elektroniikan kehitys mahdollisti kehittyneempien ohjausjärjestelmien rakentamisen, minkä ansiosta ruiskutus alkoi toimia tarkemmin.

Aluksi suuttimet avattiin pareittain, sitten kehitettiin peräkkäinen polttoaineen ruiskutusjärjestelmä, jossa jokainen suutin avautuu erikseen, kulloinkin optimaalisella hetkellä kullekin sylinterille. Tämän ratkaisun avulla voit valita tarkasti polttoaineannoksen jokaiselle iskulle. Sarjamuotoinen monipistejärjestelmä on paljon monimutkaisempi kuin yhden pisteen järjestelmä, kalliimpi valmistaa ja kalliimpi ylläpitää. Sen avulla voit kuitenkin lisätä merkittävästi moottorin hyötysuhdetta pienemmällä polttoaineenkulutuksella ja pienemmällä pakokaasujen myrkyllisyydellä.

hyötyjä

– Korkea polttoaineen annostelutarkkuus

– Alhainen polttoaineenkulutus

– Monia mahdollisuuksia moottorin dynamiikassa

– Pakokaasujen alhainen myrkyllisyys

vikoja

- Merkittävä suunnittelun monimutkaisuus

– Suhteellisen korkeat tuotanto- ja ylläpitokustannukset

Suora injektio

Tässä ratkaisussa injektori on asennettu sylinteriin ja ruiskuttaa polttoainetta suoraan palotilaan. Toisaalta tämä on erittäin hyödyllistä, koska sen avulla voit vaihtaa männän yläpuolella olevan polttoaine-ilma-latauksen erittäin nopeasti. Lisäksi suhteellisen kylmä polttoaine jäähdyttää männän kruunua ja sylinterin seinämiä hyvin, joten puristussuhdetta voidaan nostaa ja moottorin hyötysuhdetta voidaan parantaa ilman pelkoa haitallisista palamisnakutuksista.

Suoraruiskutusmoottorit on suunniteltu polttamaan erittäin laihaa ilma/polttoaineseosta alhaisilla moottorin kuormituksilla saavuttaakseen erittäin alhaisen polttoaineenkulutuksen. Kävi kuitenkin ilmi, että tämä aiheuttaa ongelmia ylimääräisen typen oksidien kanssa pakokaasuissa, joiden poistamiseksi on asennettava asianmukaiset puhdistusjärjestelmät. Suunnittelijat käsittelevät typen oksideja kahdella tavalla: lisäämällä tehostetta ja pienentämällä kokoa tai asentamalla monimutkaisen kaksivaiheisten suuttimien järjestelmän. Käytäntö osoittaa myös, että suoralla polttoaineen ruiskutuksella sylinterien imukanaviin ja imuventtiilien varsiin muodostuu epäsuotuisa hiilikerrostuman ilmiö (moottoridynamiikan heikkeneminen, polttoaineen kulutuksen kasvu).

Tämä johtuu siitä, että sekä imuaukot että imuventtiilit eivät huuhdeta ilma-polttoaineseoksella, kuten epäsuorassa ruiskutuksessa. Siksi pienet öljyhiukkaset, jotka pääsevät imujärjestelmään kampikammion tuuletusjärjestelmästä, eivät pese niitä pois. Öljyn epäpuhtaudet kovettuvat lämpötilan vaikutuksesta ja muodostavat yhä paksumman kerroksen ei-toivottua sedimenttiä.

hyötyjä

– Erittäin korkea polttoaineen annostelutarkkuus

– Mahdollisuus polttaa vähärasvaisia ​​seoksia

– Erittäin hyvä moottoridynamiikka pienellä polttoaineenkulutuksella

vikoja

- Erittäin monimutkainen muotoilu

– Erittäin korkeat tuotanto- ja ylläpitokustannukset

– Pakokaasujen typen oksidien liiallisia ongelmia

- Hiilikertymiä imujärjestelmässä

Kaksoisruiskutus - suora ja epäsuora

Sekoitettu ruiskutusjärjestelmä hyödyntää sekä epäsuoraa että suoraa ruiskutusta. Suoraruiskutus toimii, kun moottori on kylmä. Polttoaine-ilmaseos virtaa suoraan männän yli eikä kondensaatiota pääse syntymään. Kun moottori on lämmin ja käy kevyellä kuormituksella (vakionopeusajo, tasainen kiihtyvyys), suoraruiskutus lakkaa toimimasta ja monipisteinen epäsuora ruiskutus ottaa tehtävänsä. Polttoaine haihtuu paremmin, erittäin kalliit suoraruiskutusjärjestelmän suuttimet eivät toimi eivätkä kulu, imuventtiilit pestään polttoaine-ilmaseoksella, joten niihin ei muodostu saostumia. Suurilla moottorin kuormituksilla (voimakkaat kiihdytykset, nopea ajo) suoraruiskutus kytkeytyy jälleen päälle, mikä varmistaa sylintereiden erittäin nopean täytön.

hyötyjä

– Erittäin tarkka polttoaineen annostelu

– Optimaalinen moottorin toimitus kaikissa olosuhteissa

– Erittäin hyvä moottoridynamiikka pienellä polttoaineenkulutuksella

– Imujärjestelmässä ei ole hiilikertymiä

vikoja

- Valtava suunnittelun monimutkaisuus

– Erittäin korkeat tuotanto- ja ylläpitokustannukset