Degalų įpurškimas benzininiuose varikliuose. Privalumai, trūkumai ir galimos problemos
Įpurškimo sistemos tipas lemia variklio parametrus ir eksploatavimo išlaidas. Tai turi įtakos automobilio dinamikai, degalų sąnaudoms, išmetamųjų teršalų kiekiui ir priežiūros išlaidoms.
Praktinio benzino įpurškimo vidaus degimo variklyje pritaikymo transporte istorija siekia laikotarpį iki Pirmojo pasaulinio karo. Jau tada aviacija skubiai ieškojo naujų sprendimų, kurie galėtų pagerinti variklių efektyvumą ir įveikti galios problemas įvairiose orlaivio padėtyse. Degalų įpurškimas, kuris pirmą kartą pasirodė 8 m. prancūzų V1903 lėktuvo variklyje, pasirodė naudingas. Tik 1930 m. debiutavo Mercedes 1951 SL su degalų įpurškimu, plačiai laikomas šios srities pirmtaku. Tačiau sportinėje versijoje tai buvo pirmasis automobilis su tiesioginiu benzino įpurškimu.
Elektroninis degalų įpurškimas pirmą kartą buvo panaudotas 300-ajame 1958-ųjų Chrysler variklyje. Daugiataškis benzino įpurškimas automobiliuose pradėtas naudoti devintajame dešimtmetyje, tačiau dažniausiai jis buvo naudojamas prabangiuose modeliuose. Aukšto slėgio elektriniai siurbliai jau buvo naudojami tinkamam slėgiui užtikrinti, tačiau už kontrolę vis tiek buvo atsakingi mechanikai, kurie tik 1981 m., pasibaigus Mercedes gamybai, nunyko į užmarštį. Įpurškimo sistemos vis dar buvo brangios ir nebuvo pakeistos į pigius ir populiarius automobilius. Tačiau kai 600 automobiliuose reikėjo montuoti katalizatorius visuose automobiliuose, nepaisant jų klasės, reikėjo sukurti pigesnį įpurškimo tipą.
Katalizatoriaus buvimas reikalavo tikslesnės mišinio sudėties kontrolės, nei galėjo užtikrinti karbiuratoriai. Taip buvo sukurtas vieno taško įpurškimas, menka „daugiataškio“ versija, tačiau pakankama pigių automobilių poreikiams. Nuo devintojo dešimtmečio pabaigos jis pradėjo nykti iš rinkos, pakeistas daugiataškiais purkštukais, kurie šiuo metu yra populiariausia automobilių variklių degalų sistema. 1996 m. Mitsubishi Carisma standartiškai debiutavo tiesioginis degalų įpurškimas. Naują technologiją reikėjo rimtai patobulinti ir iš pradžių rado nedaug pasekėjų.
Tačiau, atsižvelgiant į vis griežtesnius išmetamųjų dujų standartus, kurie nuo pat pradžių turėjo didelę įtaką automobilių degalų sistemų pažangai, galiausiai dizaineriams teko pereiti prie tiesioginio benzino įpurškimo. Naujausiuose sprendimuose, kurių kol kas nedaug, jie sujungia dviejų tipų benzino įpurškimą – netiesioginį daugiataškį ir tiesioginį.
Netiesioginis vieno taško įpurškimas
Vieno taško įpurškimo sistemose variklis maitinamas vienu purkštuvu. Jis sumontuotas įsiurbimo kolektoriaus įleidimo angoje. Kuras tiekiamas esant maždaug 1 baro slėgiui. Purškiamas kuras susimaišo su oru prieš kanalų, vedančių į atskirus cilindrus, įleidimo angas.
Kuro-oro mišinys įsiurbiamas į kanalus tiksliai nedozuojant mišinio kiekvienam cilindrui. Dėl kanalų ilgio ir jų apdailos kokybės skirtumų, cilindrų maitinimas yra netolygus. Tačiau yra ir privalumų. Kadangi kuro ir oro mišinio kelias nuo purkštuko iki degimo kameros yra ilgas, degalai gali gerai išgaruoti, kai variklis tinkamai įšyla. Šaltu oru kuras neišgaruoja, šereliai kondensuojasi ant kolektoriaus sienelių ir iš dalies lašelių pavidalu patenka į degimo kamerą. Esant tokiai formai, jis negali visiškai išdegti darbo ciklo metu, o tai sumažina variklio efektyvumą įšilimo fazėje.
To pasekmė – padidėjusios degalų sąnaudos ir didelis išmetamųjų dujų toksiškumas. Vieno taško įpurškimas yra paprastas ir pigus, jam nereikia daug dalių, sudėtingų purkštukų ir pažangių valdymo sistemų. Mažos gamybos sąnaudos lemia mažesnę transporto priemonės kainą, o remontas naudojant vieną tašką yra lengvas. Šio tipo įpurškimas nenaudojamas šiuolaikiniuose lengvųjų automobilių varikliuose. Jį galima rasti tik modeliuose su atgaline konstrukcija, nors jie gaminami ne Europoje. Vienas iš pavyzdžių yra iranietis Samandas.
privilegijos
- Paprastas dizainas
– Mažos gamybos ir priežiūros sąnaudos
– Mažas išmetamųjų dujų toksiškumas, kai variklis karštas
defektai
– Mažas degalų dozavimo tikslumas
– Santykinai didelės degalų sąnaudos
– Didelis išmetamųjų dujų toksiškumas variklio įšilimo fazėje
– Prastas variklio dinamiškumo rodiklis
Netiesioginis daugiataškis įpurškimas
Vieno taško netiesioginio įpurškimo išplėtimas yra kelių taškų netiesioginis įpurškimas su purkštuku kiekvienoje įleidimo angoje. Degalai tiekiami po droselio, prieš pat įsiurbimo vožtuvą.Purkštukai yra arčiau cilindrų, bet oro/kuro mišinio kelias vis tiek pakankamai ilgas, kad degalai išgaruotų ant įkaitusio variklio. Kita vertus, šildymo fazė turi mažesnę tendenciją kondensuotis ant įsiurbimo angos sienelių, nes atstumas tarp purkštuko ir cilindro yra mažesnis. Daugiataškėse sistemose kuras tiekiamas esant 2–4 barų slėgiui.
Atskiras kiekvieno cilindro purkštukas suteikia dizaineriams visiškai naujų galimybių didinti variklio dinamiką, sumažinti degalų sąnaudas ir išmetamųjų teršalų kiekį. Iš pradžių nebuvo naudojamos pažangios valdymo sistemos, o visi purkštukai tuo pačiu metu dozavo degalus. Toks sprendimas nebuvo optimalus, nes įpurškimo momentas ne kiekviename cilindre įvyko pačiu naudingiausiu momentu (kai jis atsitrenkė į uždarytą įsiurbimo vožtuvą). Tik elektronikos tobulinimas leido sukurti pažangesnes valdymo sistemas, kurių dėka įpurškimas pradėjo veikti tiksliau.
Iš pradžių purkštukai buvo atidaromi poromis, vėliau buvo sukurta nuosekli degalų įpurškimo sistema, kurioje kiekvienas antgalis atsidaro atskirai, optimaliu momentu tam cilindrui. Šis sprendimas leidžia tiksliai parinkti degalų dozę kiekvienam taktui. Serijinė kelių taškų sistema yra daug sudėtingesnė nei vieno taško sistema, brangesnė gaminti ir brangesnė priežiūra. Tačiau tai leidžia žymiai padidinti variklio efektyvumą sunaudojant mažiau degalų ir sumažinant išmetamųjų dujų toksiškumą.
privilegijos
– Didelis kuro dozavimo tikslumas
– Mažos degalų sąnaudos
– Daug galimybių variklio dinamikos atžvilgiu
– Mažas išmetamųjų dujų toksiškumas
defektai
- Didelis dizaino sudėtingumas
– Palyginti didelės gamybos ir priežiūros sąnaudos
Tiesioginė injekcija
Šiame sprendime purkštukas yra sumontuotas cilindre ir įpurškia degalus tiesiai į degimo kamerą. Viena vertus, tai labai naudinga, nes leidžia labai greitai pakeisti kuro-oro įkrovą virš stūmoklio. Be to, santykinai šaltas kuras gerai aušina stūmoklio karūnėlę ir cilindro sieneles, todėl galima padidinti suspaudimo laipsnį ir išgauti didesnį variklio efektyvumą nebijant nepalankaus degimo smūgio.
Tiesioginio įpurškimo varikliai skirti deginti labai liesą oro/kuro mišinį esant mažoms variklio apkrovoms, kad būtų pasiektos itin mažos degalų sąnaudos. Tačiau paaiškėjo, kad dėl to kyla problemų dėl azoto oksidų pertekliaus išmetamosiose dujose, kuriems pašalinti būtina įrengti atitinkamas valymo sistemas. Dizaineriai kovoja su azoto oksidais dviem būdais: pridėdami padidinimo ir sumažindami dydį arba sumontuodami sudėtingą dviejų fazių purkštukų sistemą. Praktika taip pat rodo, kad naudojant tiesioginį kuro įpurškimą, nepalankus anglies nuosėdų reiškinys cilindrų įsiurbimo kanaluose ir ant įsiurbimo vožtuvo kotų (mažėja variklio dinamika, padidėja degalų sąnaudos).
Taip yra dėl to, kad tiek įsiurbimo angos, tiek įsiurbimo vožtuvai nėra išplauti oro ir kuro mišiniu, kaip netiesioginio įpurškimo atveju. Todėl jų nenuplauna smulkios alyvos dalelės, patekusios į siurbimo sistemą iš karterio vėdinimo sistemos. Alyvos priemaišos kietėja veikiamos temperatūros, todėl susidaro vis storesnis nepageidaujamų nuosėdų sluoksnis.
privilegijos
– Labai didelis kuro dozavimo tikslumas
– Galimybė deginti liesus mišinius
– Labai gera variklio dinamika su mažomis degalų sąnaudomis
defektai
- Itin sudėtingas dizainas
– Labai didelės gamybos ir priežiūros sąnaudos
– Problemos dėl azoto oksidų pertekliaus išmetamosiose dujose
- Anglies nuosėdos įsiurbimo sistemoje
Dvigubas įpurškimas – tiesioginis ir netiesioginis
Mišrios įpurškimo sistemos konstrukcija naudoja netiesioginį ir tiesioginį įpurškimą. Tiesioginis įpurškimas veikia, kai variklis šaltas. Kuro ir oro mišinys teka tiesiai per stūmoklį ir kondensatas neįtraukiamas. Kai variklis yra šiltas ir veikia esant nedidelei apkrovai (važiuojant pastoviu greičiu, sklandžiai įsibėgėjant), tiesioginis įpurškimas nustoja veikti, o kelių taškų netiesioginis įpurškimas perima savo vaidmenį. Kuras geriau išgaruoja, labai brangūs tiesioginio įpurškimo sistemos purkštukai neveikia ir nesusidėvi, įsiurbimo vožtuvai plaunami kuro-oro mišiniu, todėl ant jų nesusidaro nuosėdos. Esant didelėms variklio apkrovoms (stipriai įsibėgėjant, greitai važiuojant), vėl įjungiamas tiesioginis įpurškimas, kuris užtikrina labai greitą cilindrų užpildymą.
privilegijos
– Labai tikslus kuro dozavimas
– Optimalus variklio tiekimas visomis sąlygomis
– Labai gera variklio dinamika su mažomis degalų sąnaudomis
– Įsiurbimo sistemoje nėra anglies nuosėdų
defektai
- Didžiulis dizaino sudėtingumas
– Itin didelės gamybos ir priežiūros kaštai
