Injecție de combustibil la motoarele pe benzină. Avantaje, dezavantaje și posibile probleme

Tipul sistemului de injecție determină parametrii motorului și costurile de funcționare. Afectează dinamica, consumul de combustibil, emisiile de evacuare și costurile de întreținere ale mașinii.

Istoria aplicării practice a injecției de benzină într-un motor cu ardere internă în transport datează din perioada de dinaintea Primului Război Mondial. Chiar și atunci, aviația căuta urgent noi soluții care să poată îmbunătăți eficiența motoarelor și să depășească problemele cu puterea în diferite poziții ale aeronavei. Injecția de combustibil, care a apărut pentru prima dată în motorul de avion francez V8 din 1903, sa dovedit utilă. Abia în 1930 a debutat Mercedes 1951 SL cu injecție, considerat pe scară largă ca un precursor în domeniu. Totuși, în versiunea sport, a fost prima mașină cu injecție directă de benzină.

Injecția electronică de combustibil a fost folosită pentru prima dată la 300 într-un motor Chrysler din 1958. Injecția multipunct de benzină a început să apară pe mașini în anii 1981, dar a fost folosită mai ales la modelele de lux. Pompele electrice de înaltă presiune erau deja utilizate pentru a asigura o presiune adecvată, dar controlul era încă responsabilitatea mecanicilor, care a dispărut în uitare abia în 600 odată cu sfârșitul producției Mercedes. Sistemele de injecție erau încă scumpe și nu s-au schimbat la mașini ieftine și populare. Dar când a devenit necesară instalarea convertizoarelor catalitice pe toate mașinile, indiferent de clasa lor, în anii XNUMX, a trebuit dezvoltat un tip de injecție mai ieftin.

Prezența unui catalizator a necesitat un control mai precis al compoziției amestecului decât ar putea oferi carburatoarele. Astfel a fost creată injecția în un singur punct, o versiune slabă de „multi-punct”, dar suficientă pentru nevoile mașinilor ieftine. De la sfârșitul anilor '1996, a început să dispară de pe piață, înlocuită de injectoare multipunct, care sunt în prezent cel mai popular sistem de alimentare cu combustibil la motoarele de automobile. În XNUMX, injecția directă de combustibil și-a făcut debutul standard pe Mitsubishi Carisma. Noua tehnologie avea nevoie de îmbunătățiri serioase și la început și-a găsit puțini adepți.

Cu toate acestea, în fața standardelor din ce în ce mai stricte privind gazele de eșapament, care de la bun început au avut o influență puternică asupra progresului în sistemele de combustibil pentru autovehicule, proiectanții au trebuit în cele din urmă să treacă la injecția directă a benzinei. În ultimele soluții, până acum puține la număr, acestea combină două tipuri de injecție de benzină - indirectă multipunct și directă.    

Injecție indirectă într-un singur punct

În sistemele de injecție cu un singur punct, motorul este alimentat de un singur injector. Este instalat la admisia galeriei de admisie. Combustibilul este furnizat sub presiune de aproximativ 1 bar. Combustibilul atomizat se amestecă cu aerul în fața orificiilor de admisie ale canalelor care duc la cilindrii individuali.

Amestecul combustibil-aer este aspirat în canale fără o dozare precisă a amestecului pentru fiecare cilindru. Datorită diferențelor de lungime a canalelor și a calității finisajelor acestora, alimentarea cu energie a cilindrilor este neuniformă. Dar există și beneficii. Deoarece calea amestecului de combustibil cu aer de la duză la camera de ardere este lungă, combustibilul se poate evapora bine atunci când motorul se încălzește corespunzător. Pe vreme rece, combustibilul nu se evaporă, perii se condensează pe pereții colectorului și intră parțial în camera de ardere sub formă de picături. În această formă, nu se poate arde complet în timpul ciclului de lucru, ceea ce duce la o eficiență scăzută a motorului în faza de încălzire.

Consecința acestui lucru este consumul crescut de combustibil și toxicitatea ridicată a gazelor de eșapament. Injecția într-un singur punct este simplă și ieftină, nu necesită multe piese, duze complexe și sisteme de control avansate. Costurile reduse de producție au ca rezultat un preț mai mic al vehiculului, iar reparațiile cu injecție într-un singur punct sunt ușoare. Acest tip de injecție nu este utilizat la motoarele moderne de autoturisme. Poate fi găsit doar la modelele cu design înapoiat, deși produse în afara Europei. Un exemplu este Samand iranianul.

privilegii

- Design simplu

– Costuri reduse de producție și întreținere

– Toxicitate scăzută a gazelor de eșapament atunci când motorul este fierbinte

defecte

– Precizie redusă de dozare a combustibilului

– Consum relativ mare de combustibil

– Toxicitate ridicată a gazelor de eșapament în faza de încălzire a motorului

– Performanță slabă în ceea ce privește dinamica motorului

Injectie indirecta multipunct

O extensie a injecției indirecte într-un singur punct este injecția indirectă în mai multe puncte cu un injector în fiecare port de admisie. Combustibilul este livrat după accelerație, chiar înainte de supapa de admisie.Injectoarele sunt mai aproape de cilindri, dar traseul amestecului aer/combustibil este încă suficient de lung pentru ca combustibilul să se vaporizeze pe un motor fierbinte. Pe de altă parte, faza de încălzire are mai puțină tendință de a se condensa pe pereții orificiului de admisie, deoarece distanța dintre duză și cilindru este mai mică. În sistemele cu mai multe puncte, combustibilul este furnizat la o presiune de 2 până la 4 bar.

Un injector separat pentru fiecare cilindru oferă designerilor posibilități complet noi în ceea ce privește creșterea dinamicii motorului, reducerea consumului de combustibil și reducerea emisiilor de evacuare. Inițial, nu au fost utilizate sisteme avansate de control și toate duzele au măsurat combustibil în același timp. Această soluție nu a fost optimă, întrucât momentul de injecție nu a avut loc în fiecare cilindru în momentul cel mai avantajos (când a lovit supapa de admisie închisă). Doar dezvoltarea electronicii a făcut posibilă construirea unor sisteme de control mai avansate, datorită cărora injecția a început să funcționeze mai precis.

Inițial, duzele au fost deschise în perechi, apoi a fost dezvoltat un sistem de injecție secvenţială, în care fiecare duză se deschide separat, la momentul optim pentru un anumit cilindru. Această soluție vă permite să selectați cu precizie doza de combustibil pentru fiecare cursă. Un sistem multipunct în serie este mult mai complex decât un sistem cu un singur punct, mai scump de fabricat și mai scump de întreținut. Cu toate acestea, vă permite să creșteți semnificativ eficiența motorului cu un consum mai mic de combustibil și o toxicitate mai mică a gazelor de eșapament.

privilegii

– Precizie mare de dozare a combustibilului

– Consum redus de combustibil

– Multe posibilități în ceea ce privește dinamica motorului

– Toxicitate scăzută a gazelor de eșapament

defecte

- Complexitate semnificativă de proiectare

– Costuri de producție și întreținere relativ mari

Injecție directă

În această soluție, injectorul este instalat în cilindru și injectează combustibil direct în camera de ardere. Pe de o parte, acest lucru este foarte benefic, deoarece vă permite să înlocuiți foarte rapid încărcarea combustibil-aer deasupra pistonului. În plus, combustibilul relativ rece răcește bine coroana pistonului și pereții cilindrilor, astfel încât este posibil să se mărească raportul de compresie și să se obțină o eficiență mai mare a motorului fără teama de loviri nefavorabile la combustie.

Motoarele cu injecție directă sunt concepute pentru a arde amestecuri foarte sărace de aer/combustibil la sarcini reduse ale motorului pentru a obține un consum de combustibil extrem de scăzut. Cu toate acestea, s-a dovedit că acest lucru provoacă probleme cu un exces de oxizi de azot în gazele de evacuare, pentru a le elimina, este necesară instalarea unor sisteme de curățare adecvate. Designerii se ocupă de oxizii de azot în două moduri: prin adăugarea de impuls și reducerea dimensiunii sau prin instalarea unui sistem complex de duze în două faze. Practica mai arată că la injecția directă de combustibil apare fenomenul nefavorabil al depunerilor de carbon în canalele de admisie ale cilindrilor și pe tijele supapelor de admisie (scăderea dinamicii motorului, creșterea consumului de combustibil).

Acest lucru se datorează faptului că atât orificiile de admisie, cât și supapele de admisie nu sunt spălate cu amestecul aer-combustibil, ca în cazul injecției indirecte. Prin urmare, acestea nu sunt spălate de particulele fine de ulei care intră în sistemul de aspirație din sistemul de ventilație al carterului. Impuritățile de ulei se întăresc sub influența temperaturii, creând un strat din ce în ce mai gros de sedimente nedorite.

privilegii

– Precizie foarte mare de dozare a combustibilului

– Posibilitate de ardere a amestecurilor slabe

– Dinamica motorului foarte buna cu consum redus de combustibil

defecte

- Design extrem de complex

– Costuri de producție și întreținere foarte mari

– Probleme cu excesul de oxizi de azot din gazele de evacuare

- Depuneri de carbon în sistemul de admisie

Injecție dublă - directă și indirectă

Designul sistemului de injecție mixt profită atât de injecția indirectă, cât și de cea directă. Injecția directă funcționează când motorul este rece. Amestecul combustibil-aer curge direct peste piston și condensul este exclus. Când motorul este cald și funcționează sub sarcină ușoară (condus cu viteză constantă, accelerație lină), injecția directă nu mai funcționează și injecția indirectă în mai multe puncte își preia rolul. Combustibilul se evaporă mai bine, injectoarele sistemului de injecție directă foarte scumpe nu funcționează și nu se uzează, supapele de admisie sunt spălate de amestecul combustibil-aer, astfel încât pe ele nu se formează depuneri. La sarcini mari ale motorului (accelerări puternice, conducere rapidă), injecția directă este activată din nou, ceea ce asigură umplerea foarte rapidă a cilindrilor.

privilegii

– Dozare foarte precisă a combustibilului

– Livrare optimă a motorului în toate condițiile

– Dinamica motorului foarte buna cu consum redus de combustibil

– Fără depuneri de carbon în sistemul de admisie

defecte

- Complexitate uriașă a designului

– Costuri de producție și întreținere extrem de ridicate