Degvielas iesmidzināšana benzīna dzinējos. Priekšrocības, trūkumi un iespējamās problēmas
Iesmidzināšanas sistēmas veids nosaka dzinēja parametrus un ekspluatācijas izmaksas. Tas ietekmē automašīnas dinamiku, degvielas patēriņu, izplūdes gāzu emisijas un apkopes izmaksas.
Benzīna iesmidzināšanas praktiskās pielietošanas vēsture iekšdedzes dzinējā transportā aizsākās laika posmā pirms Pirmā pasaules kara. Jau toreiz aviācija steidzīgi meklēja jaunus risinājumus, kas varētu uzlabot dzinēju efektivitāti un pārvarēt jaudas problēmas dažādās lidmašīnu pozīcijās. Degvielas iesmidzināšana, kas pirmo reizi parādījās 8. gada franču V1903 lidmašīnas dzinējā, izrādījās noderīga. Tikai 1930. gadā debitēja Mercedes 1951 SL ar degvielas iesmidzināšanu, kas tika plaši uzskatīts par priekšteci šajā jomā. Taču sporta versijā tā bija pirmā automašīna ar tiešo benzīna iesmidzināšanu.
Elektroniskā degvielas iesmidzināšana pirmo reizi tika izmantota 300. gada Chrysler dzinējā 1958. Daudzpunktu benzīna iesmidzināšana automašīnās sāka parādīties 1981. gados, taču to galvenokārt izmantoja luksusa modeļos. Augstspiediena elektriskie sūkņi jau tika izmantoti, lai nodrošinātu pareizu spiedienu, taču kontrole joprojām bija mehāniķu atbildība, kas aizmirstībā aizgāja tikai 600. gadā, kad beidzās Mercedes ražošana. Iesmidzināšanas sistēmas joprojām bija dārgas un netika mainītas uz lētām un populārām automašīnām. Bet, kad XNUMX bija nepieciešams uzstādīt katalītiskos neitralizatorus visās automašīnās neatkarīgi no to klases, bija jāizstrādā lētāks iesmidzināšanas veids.
Katalizatora klātbūtne prasīja precīzāku maisījuma sastāva kontroli, nekā to varēja nodrošināt karburatori. Tādējādi tika izveidota viena punkta iesmidzināšana, niecīga "daudzpunktu" versija, taču pietiekama lētu automašīnu vajadzībām. Kopš deviņdesmito gadu beigām tas sāka pazust no tirgus, to aizstājot ar daudzpunktu sprauslām, kas šobrīd ir populārākā degvielas sistēma automobiļu dzinējos. 1996. gadā Mitsubishi Carisma standarta debiju piedzīvoja tiešā degvielas iesmidzināšana. Jaunajai tehnoloģijai bija nepieciešami nopietni uzlabojumi, un tā sākotnēji atrada maz sekotāju.
Tomēr, ņemot vērā arvien stingrākos izplūdes gāzu standartus, kas jau no paša sākuma spēcīgi ietekmēja automobiļu degvielas sistēmu attīstību, dizaineriem galu galā bija jāpāriet uz benzīna tiešo iesmidzināšanu. Jaunākajos risinājumos, kuru skaits līdz šim ir mazs, tie apvieno divu veidu benzīna iesmidzināšanu - netiešo daudzpunktu un tiešo.
Netiešā viena punkta injekcija
Viena punkta iesmidzināšanas sistēmās dzinēju darbina viens inžektors. Tas ir uzstādīts pie ieplūdes kolektora ieejas. Degviela tiek piegādāta zem aptuveni 1 bāra spiediena. Izsmidzinātā degviela sajaucas ar gaisu kanālu ieplūdes atveru priekšā, kas ved uz atsevišķiem cilindriem.
Degvielas-gaisa maisījums tiek iesūkts kanālos bez precīzas maisījuma dozēšanas katram cilindram. Kanālu garuma un to apdares kvalitātes atšķirību dēļ cilindru strāvas padeve ir nevienmērīga. Bet ir arī priekšrocības. Tā kā degvielas un gaisa maisījuma ceļš no inžektora līdz sadegšanas kamerai ir garš, degviela var labi iztvaikot, kad dzinējs pareizi uzsilst. Aukstā laikā degviela neiztvaiko, sari kondensējas uz kolektora sieniņām un daļēji pilienu veidā nonāk sadegšanas kamerā. Šādā veidā tas nevar pilnībā izdegt darba ciklā, kas noved pie zemas dzinēja efektivitātes iesildīšanās fāzē.
Tā rezultātā palielinās degvielas patēriņš un augsta izplūdes gāzu toksicitāte. Viena punkta iesmidzināšana ir vienkārša un lēta, tai nav nepieciešamas daudzas detaļas, sarežģītas sprauslas un uzlabotas vadības sistēmas. Zemas ražošanas izmaksas nodrošina zemāku transportlīdzekļa cenu, un remonts ar viena punkta iesmidzināšanu ir vienkāršs. Šāda veida iesmidzināšana netiek izmantota mūsdienu vieglo automašīnu dzinējos. To var atrast tikai modeļos ar atpalikušu dizainu, lai gan ražots ārpus Eiropas. Viens piemērs ir irānis Samands.
privilēģijas
- Vienkāršs dizains
– Zemas ražošanas un uzturēšanas izmaksas
– Zema izplūdes gāzu toksicitāte, kad dzinējs ir karsts
defekti
– Zema degvielas dozēšanas precizitāte
– Salīdzinoši augsts degvielas patēriņš
– Augsta izplūdes gāzu toksicitāte dzinēja iesildīšanas fāzē
– Slikta veiktspēja dzinēja dinamikas ziņā
Netieša daudzpunktu injekcija
Viena punkta netiešās iesmidzināšanas paplašinājums ir vairāku punktu netiešā iesmidzināšana ar inžektoru katrā ieplūdes atverē. Degviela tiek piegādāta pēc droseles, tieši pirms ieplūdes vārsta.Inžektori atrodas tuvāk cilindriem, bet gaisa/degvielas maisījuma ceļš joprojām ir pietiekami garš, lai degviela iztvaikotu uz karsta dzinēja. No otras puses, sildīšanas fāzei ir mazāka tendence kondensēties uz ieplūdes atveres sienām, jo attālums starp inžektoru un cilindru ir mazāks. Daudzpunktu sistēmās degviela tiek piegādāta ar spiedienu no 2 līdz 4 bāriem.
Atsevišķs inžektors katram cilindram sniedz dizaineriem pilnīgi jaunas iespējas dzinēja dinamikas palielināšanas, degvielas patēriņa un izplūdes gāzu emisiju samazināšanas ziņā. Sākotnēji netika izmantotas uzlabotas vadības sistēmas, un visas sprauslas vienlaikus dozēja degvielu. Šis risinājums nebija optimāls, jo iesmidzināšanas moments nenotika katrā cilindrā visizdevīgākajā brīdī (kad tas atsitās pret aizvērto ieplūdes vārstu). Tikai elektronikas attīstība ļāva izveidot progresīvākas vadības sistēmas, pateicoties kurām iesmidzināšana sāka darboties precīzāk.
Sākotnēji sprauslas tika atvērtas pa pāriem, pēc tam tika izstrādāta sekvenciālā degvielas iesmidzināšanas sistēma, kurā katra sprausla atveras atsevišķi, dotajam cilindram optimālajā momentā. Šis risinājums ļauj precīzi izvēlēties degvielas devu katram gājienam. Sērijveida vairāku punktu sistēma ir daudz sarežģītāka nekā viena punkta sistēma, tās ražošana ir dārgāka un tās uzturēšana ir dārgāka. Tomēr tas ļauj ievērojami palielināt dzinēja efektivitāti ar mazāku degvielas patēriņu un mazāku izplūdes gāzu toksicitāti.
privilēģijas
– Augsta degvielas dozēšanas precizitāte
– Zems degvielas patēriņš
– Daudzas iespējas dzinēja dinamikas ziņā
– Zema izplūdes gāzu toksicitāte
defekti
- Būtiska dizaina sarežģītība
– Salīdzinoši augstas ražošanas un uzturēšanas izmaksas
Tieša injekcija
Šajā risinājumā inžektors ir uzstādīts cilindrā un iesmidzina degvielu tieši sadegšanas kamerā. No vienas puses, tas ir ļoti izdevīgi, jo ļauj ļoti ātri nomainīt degvielas-gaisa lādiņu virs virzuļa. Turklāt salīdzinoši aukstā degviela labi atdzesē virzuļa vainagu un cilindra sienas, tāpēc ir iespējams palielināt kompresijas pakāpi un iegūt augstāku dzinēja efektivitāti, nebaidoties no nelabvēlīgiem sadegšanas sitieniem.
Tiešās iesmidzināšanas dzinēji ir paredzēti ļoti liesa gaisa/degvielas maisījumu sadedzināšanai pie zemām dzinēja slodzēm, lai panāktu ārkārtīgi zemu degvielas patēriņu. Taču izrādījās, ka tas rada problēmas ar slāpekļa oksīdu pārpalikumu izplūdes gāzēs, kuru novēršanai nepieciešams uzstādīt atbilstošas tīrīšanas sistēmas. Dizaineri cīnās pret slāpekļa oksīdiem divos veidos: pievienojot pastiprinājumu un samazinot izmēru, vai uzstādot sarežģītu divfāžu sprauslu sistēmu. Prakse arī rāda, ka ar tiešu degvielas iesmidzināšanu rodas nelabvēlīgā parādība – oglekļa nogulsnes cilindru ieplūdes kanālos un uz ieplūdes vārstu kātiem (dzinēja dinamikas samazināšanās, degvielas patēriņa pieaugums).
Tas ir saistīts ar faktu, ka gan ieplūdes atveres, gan ieplūdes vārsti netiek izskaloti ar gaisa un degvielas maisījumu, kā tas ir ar netiešo iesmidzināšanu. Tāpēc tās neaizskalo smalkas eļļas daļiņas, kas no kartera ventilācijas sistēmas nonāk sūkšanas sistēmā. Eļļas piemaisījumi temperatūras ietekmē sacietē, radot arvien biezāku nevēlamu nogulumu slāni.
privilēģijas
– Ļoti augsta degvielas dozēšanas precizitāte
– Liesu maisījumu dedzināšanas iespēja
– Ļoti laba dzinēja dinamika ar zemu degvielas patēriņu
defekti
- Īpaši sarežģīts dizains
– Ļoti augstas ražošanas un uzturēšanas izmaksas
– Problēmas ar slāpekļa oksīdu pārpalikumu izplūdes gāzēs
- Oglekļa nogulsnes ieplūdes sistēmā
Divkāršā iesmidzināšana - tieša un netieša
Jauktās iesmidzināšanas sistēmas dizains izmanto gan netiešās, gan tiešās iesmidzināšanas priekšrocības. Tiešā iesmidzināšana darbojas, kad dzinējs ir auksts. Degvielas un gaisa maisījums plūst tieši virs virzuļa, un kondensāts tiek izslēgts. Kad dzinējs ir silts un darbojas ar nelielu slodzi (braukšana nemainīgā ātrumā, vienmērīgs paātrinājums), tiešā iesmidzināšana pārstāj darboties un savu lomu pārņem daudzpunktu netiešā iesmidzināšana. Degviela labāk iztvaiko, ļoti dārgas tiešās iesmidzināšanas sistēmas sprauslas nestrādā un nenolietojas, ieplūdes vārsti tiek mazgāti ar degvielas-gaisa maisījumu, tāpēc uz tiem neveidojas nosēdumi. Pie lielām dzinēja slodzēm (spēcīgs paātrinājums, ātra braukšana) atkal tiek ieslēgta tiešā iesmidzināšana, kas nodrošina ļoti ātru cilindru uzpildīšanu.
privilēģijas
– Ļoti precīza degvielas dozēšana
– Optimāla dzinēja piegāde jebkuros apstākļos
– Ļoti laba dzinēja dinamika ar zemu degvielas patēriņu
– Nav oglekļa nogulšņu ieplūdes sistēmā
defekti
- Milzīga dizaina sarežģītība
– Īpaši augstas ražošanas un uzturēšanas izmaksas
