Drivstoffinnsprøytning i bensinmotorer. Fordeler, ulemper og mulige problemer

Type injeksjonssystem bestemmer motorparametere og driftskostnader. Det påvirker dynamikken, drivstofforbruket, eksosutslippene og vedlikeholdskostnadene til bilen.

Historien om den praktiske anvendelsen av bensininjeksjon i en forbrenningsmotor i transport går tilbake til perioden før første verdenskrig. Allerede den gang søkte luftfarten raskt etter nye løsninger som kunne forbedre effektiviteten til motorer og overvinne problemer med kraft i forskjellige posisjoner av flyet. Drivstoffinnsprøytning, som først dukket opp i den franske V8-flymotoren fra 1903, viste seg nyttig. Det var ikke før i 1930 at den bensininjiserte Mercedes 1951 SL debuterte, ansett som en forløper i feltet. I sportsversjonen var det imidlertid den første bilen med direkte bensininnsprøytning.

Elektronisk drivstoffinnsprøytning ble først brukt i 300-tallet i en Chrysler-motor fra 1958. Multipoint bensininnsprøytning begynte å dukke opp på biler på 1981-tallet, men den ble mest brukt i luksusmodeller. Elektriske høytrykkspumper var allerede i bruk for å sikre riktig trykk, men kontroll var fortsatt mekanikerens ansvar, som først bleknet i glemmeboken i 600 med slutten av Mercedes-produksjonen. Injeksjonssystemer var fortsatt dyre og gikk ikke over til billige og populære biler. Men da det i XNUMXs ble nødvendig å installere katalysatorer på alle biler, uansett klasse, måtte en billigere type innsprøytning utvikles.

Tilstedeværelsen av en katalysator krevde mer nøyaktig kontroll av blandingens sammensetning enn forgassere kunne gi. Dermed ble det opprettet ettpunktsinjeksjon, en mager versjon av "multipunkt", men tilstrekkelig for behovene til billige biler. Siden slutten av nittitallet begynte det å forsvinne fra markedet, erstattet av flerpunktsinjektorer, som for tiden er det mest populære drivstoffsystemet i bilmotorer. I 1996 gjorde direkte drivstoffinnsprøytning sin standarddebut på Mitsubishi Carisma. Den nye teknologien trengte alvorlig forbedring og fant først få følgere.

Men i møte med stadig strengere eksosstandarder, som helt fra begynnelsen hadde en sterk innflytelse på fremgangen innen drivstoffsystemer til biler, måtte designere til slutt gå over til direkte bensininnsprøytning. I de nyeste løsningene, så langt få i antall, kombinerer de to typer bensininnsprøytning – indirekte flerpunkts og direkte.    

Indirekte enkeltpunktsinjeksjon

I enkeltpunktsinjeksjonssystemer drives motoren av en enkelt injektor. Den er installert ved innløpet til inntaksmanifolden. Drivstoff tilføres under trykk på ca. 1 bar. Det forstøvede drivstoffet blander seg med luft foran inntaksportene til kanalene som fører til de enkelte sylindrene.

Drivstoff-luftblandingen suges inn i kanalene uten nøyaktig dosering av blandingen for hver sylinder. På grunn av forskjeller i lengden på kanalene og kvaliteten på deres finish, er strømforsyningen til sylindrene ujevn. Men det er også fordeler. Siden veien til blandingen av drivstoff med luft fra dysen til forbrenningskammeret er lang, kan drivstoffet fordampe godt når motoren blir skikkelig varm. I kaldt vær fordamper ikke drivstoffet, busten kondenserer på samleveggene og går delvis inn i forbrenningskammeret i form av dråper. I denne formen kan den ikke brenne helt ut på arbeidssyklusen, noe som fører til lav motoreffektivitet i oppvarmingsfasen.

Konsekvensen av dette er økt drivstofforbruk og høy toksisitet av eksosgasser. Enkeltpunktsinjeksjon er enkelt og billig, krever ikke mange deler, komplekse dyser og avanserte kontrollsystemer. Lave produksjonskostnader gir lavere kjøretøypris, og reparasjoner med enkeltpunktinnsprøytning er enkle. Denne typen injeksjon brukes ikke i moderne personbilmotorer. Den finnes bare i modeller med baklengs design, selv om den er produsert utenfor Europa. Et eksempel er den iranske Samand.

privilegier

– Enkel design

– Lave produksjons- og vedlikeholdskostnader

– Lav toksisitet av eksosgasser når motoren er varm

defekter

– Lav drivstoffdoseringsnøyaktighet

– Relativt høyt drivstofforbruk

– Høy toksisitet av eksosgasser i oppvarmingsfasen av motoren

– Dårlig ytelse når det gjelder motordynamikk

Indirekte flerpunktsinjeksjon

En utvidelse av enkeltpunkts indirekte injeksjon er flerpunkts indirekte injeksjon med en injektor i hver inntaksport. Drivstoff leveres etter gassen, rett før inntaksventilen.Injektorene er nærmere sylindrene, men luft/drivstoffblandingsbanen er fortsatt lang nok til at drivstoffet kan fordampe på en varm motor. På den annen side har oppvarmingsfasen mindre tendens til å kondensere på veggene til inntaksporten, siden avstanden mellom dysen og sylinderen er kortere. I flerpunktssystemer tilføres drivstoff med et trykk på 2 til 4 bar.

En separat injektor for hver sylinder gir designere helt nye muligheter når det gjelder å øke motordynamikken, redusere drivstofforbruket og redusere eksosutslippene. Opprinnelig ble det ikke brukt avanserte kontrollsystemer, og alle dysene målte drivstoff samtidig. Denne løsningen var ikke optimal, siden injeksjonsmomentet ikke oppsto i hver sylinder på det mest fordelaktige tidspunktet (når den traff den lukkede inntaksventilen). Bare utviklingen av elektronikk gjorde det mulig å bygge mer avanserte kontrollsystemer, takket være at injeksjonen begynte å fungere mer nøyaktig.

Til å begynne med ble dysene åpnet i par, deretter ble det utviklet et sekvensielt drivstoffinnsprøytningssystem, der hver dyse åpnes separat, i det optimale øyeblikket for en gitt sylinder. Denne løsningen lar deg velge drivstoffdosen nøyaktig for hvert slag. Et seriell flerpunktssystem er mye mer komplekst enn et enkeltpunktssystem, dyrere å produsere og dyrere å vedlikeholde. Imidlertid lar det deg øke effektiviteten til motoren betydelig med mindre drivstofforbruk og mindre toksisitet av eksosgasser.

privilegier

– Høy drivstoffdoseringsnøyaktighet

– Lavt drivstofforbruk

– Mange muligheter når det gjelder motordynamikk

– Lav toksisitet av eksosgasser

defekter

- Betydelig designkompleksitet

– Relativt høye produksjons- og vedlikeholdskostnader

Direkte injeksjon

I denne løsningen er injektoren installert i sylinderen og sprøyter drivstoff direkte inn i forbrenningskammeret. På den ene siden er dette veldig gunstig, siden det lar deg raskt erstatte drivstoff-luftladningen over stempelet. I tillegg kjøler det relativt kalde drivstoffet stempelkronen og sylinderveggene godt, slik at det er mulig å øke kompresjonsforholdet og oppnå høyere motoreffektivitet uten frykt for uønsket forbrenningsbank.

Direkte innsprøytingsmotorer er designet for å brenne svært magre luft/drivstoffblandinger ved lav motorbelastning for å oppnå ekstremt lavt drivstofforbruk. Imidlertid viste det seg at dette forårsaker problemer med et overskudd av nitrogenoksider i eksosgassene, for å eliminere noe som er nødvendig å installere passende rensesystemer. Designere håndterer nitrogenoksider på to måter: ved å legge til boost og redusere størrelsen, eller ved å installere et komplekst system med to-fase dyser. Praksis viser også at med direkte drivstoffinnsprøytning vil det ugunstige fenomenet med karbonavleiringer i sylindrenes inntakskanaler og på inntaksventilstammene (reduksjon i motordynamikk, økning i drivstofforbruk).

Dette skyldes at både inntaksportene og inntaksventilene ikke spyles med luft-drivstoffblandingen, som ved indirekte injeksjon. Derfor vaskes de ikke bort av fine oljepartikler som kommer inn i sugesystemet fra veivhusventilasjonssystemet. Oljeurenheter stivner under påvirkning av temperatur, og skaper et stadig tykkere lag med uønsket sediment.

privilegier

– Meget høy drivstoffdoseringsnøyaktighet

– Mulighet for å brenne magre blandinger

– Meget god motordynamikk med lavt drivstofforbruk

defekter

- Ekstremt kompleks design

– Svært høye produksjons- og vedlikeholdskostnader

– Problemer med overskudd av nitrogenoksider i avgasser

- Karbonavleiringer i inntakssystemet

Dobbel injeksjon - direkte og indirekte

Designet av blandet injeksjonssystem drar fordel av både indirekte og direkte injeksjon. Direkte innsprøytning fungerer når motoren er kald. Drivstoff-luftblandingen strømmer direkte over stempelet og kondens er utelukket. Når motoren er varm og går under lett belastning (konstant hastighetskjøring, jevn akselerasjon), slutter direkte innsprøytning å virke og indirekte flerpunktsinjeksjon overtar rollen. Drivstoff fordamper bedre, svært kostbare injektorer til direkteinjeksjonssystem fungerer ikke og slites ikke ut, inntaksventiler vaskes av drivstoff-luftblandingen, slik at det ikke dannes avleiringer på dem. Ved høy motorbelastning (sterke akselerasjoner, rask kjøring) kobles direkte innsprøytning på igjen, noe som sørger for meget rask fylling av sylindrene.

privilegier

– Veldig presis drivstoffdosering

– Optimal motorlevering under alle forhold

– Meget god motordynamikk med lavt drivstofforbruk

– Ingen karbonavleiringer i inntakssystemet

defekter

- Stor designkompleksitet

– Ekstremt høye produksjons- og vedlikeholdskostnader