Brændstofindsprøjtning i benzinmotorer. Fordele, ulemper og mulige problemer

Typen af ​​indsprøjtningssystem bestemmer motorparametre og driftsomkostninger. Det påvirker bilens dynamik, brændstofforbrug, udstødningsemissioner og vedligeholdelsesomkostninger.

Historien om den praktiske anvendelse af benzinindsprøjtning i en forbrændingsmotor i transport går tilbage til perioden før Første Verdenskrig. Allerede dengang ledte luftfarten omgående efter nye løsninger, der kunne forbedre motorernes effektivitet og overvinde problemer med kraft i forskellige positioner af flyet. Brændstofindsprøjtning, som først dukkede op i den franske V8-flymotor fra 1903, viste sig nyttig. Det var først i 1930, at den brændstofindsprøjtede Mercedes 1951 SL debuterede, bredt anset som en forløber på området. I sportsversionen var det dog den første bil med direkte benzinindsprøjtning.

Elektronisk brændstofindsprøjtning blev første gang brugt i 300'eren i en Chrysler-motor fra 1958. Multipoint benzinindsprøjtning begyndte at dukke op på biler i 1981'erne, men den blev mest brugt i luksusmodeller. Elektriske højtrykspumper var allerede i brug for at sikre korrekt tryk, men kontrollen var stadig mekanikerens ansvar, som først forsvandt i glemmebogen i 600 med afslutningen af ​​Mercedes-produktionen. Indsprøjtningssystemer var stadig dyre og skiftede ikke til billige og populære biler. Men da det i XNUMXs blev nødvendigt at installere katalysatorer på alle biler, uanset deres klasse, skulle der udvikles en billigere type indsprøjtning.

Tilstedeværelsen af ​​en katalysator krævede mere præcis kontrol af blandingens sammensætning, end karburatorer kunne give. Således blev skabt single-point indsprøjtning, en mager version af "multi-point", men tilstrækkelig til behovene i billige biler. Siden slutningen af ​​halvfemserne begyndte det at forsvinde fra markedet og blev erstattet af multi-point injektorer, som i øjeblikket er det mest populære brændstofsystem i bilmotorer. I 1996 fik direkte brændstofindsprøjtning sin standarddebut på Mitsubishi Carisma. Den nye teknologi trængte til seriøs forbedring og fandt først få følgere.

Men i lyset af stadig strengere udstødningsgasstandarder, som lige fra begyndelsen havde en dyb indvirkning på fremskridt inden for brændstofsystemer til biler, måtte designere til sidst gå over til direkte benzinindsprøjtning. I de seneste løsninger, indtil videre få i antal, kombinerer de to typer benzinindsprøjtning - indirekte multipunkt og direkte.    

Indirekte Single Point Injection

I enkeltpunktsindsprøjtningssystemer drives motoren af ​​en enkelt injektor. Den er installeret ved indløbet af indsugningsmanifolden. Brændstof tilføres under tryk på ca. 1 bar. Det forstøvede brændstof blandes med luft foran indsugningsåbningerne i kanalerne, der fører til de enkelte cylindre.

Brændstof-luftblandingen suges ind i kanalerne uden præcis dosering af blandingen for hver cylinder. På grund af forskelle i længden af ​​kanalerne og kvaliteten af ​​deres finish er strømforsyningen til cylindrene ujævn. Men der er også fordele. Da brændstof-luftblandingens vej fra injektoren til forbrændingskammeret er lang, kan brændstoffet godt fordampe, når motoren varmer ordentligt op. I koldt vejr fordamper brændstoffet ikke, børstehårene kondenserer på samlervæggene og går delvist ind i forbrændingskammeret i form af dråber. I denne form kan det ikke brænde helt ud på arbejdscyklussen, hvilket fører til lav motoreffektivitet i opvarmningsfasen.

Konsekvensen af ​​dette er øget brændstofforbrug og høj toksicitet af udstødningsgasser. Enkeltpunktsindsprøjtning er enkel og billig, kræver ikke mange dele, komplekse dyser og avancerede styresystemer. Lave produktionsomkostninger resulterer i en lavere bilpris, og reparationer med enkeltpunktsindsprøjtning er nemme. Denne type indsprøjtning bruges ikke i moderne personbilsmotorer. Det kan kun findes i modeller med et bagudrettet design, selvom det er produceret uden for Europa. Et eksempel er den iranske Samand.

privilegier

– Enkelt design

– Lave produktions- og vedligeholdelsesomkostninger

– Lav toksicitet af udstødningsgasser, når motoren er varm

defekter

– Lav brændstofdoseringsnøjagtighed

– Relativt højt brændstofforbrug

– Høj toksicitet af udstødningsgasser i motorens opvarmningsfase

– Dårlig ydeevne med hensyn til motordynamik

Indirekte flerpunktsinjektion

En udvidelse af enkeltpunkts indirekte injektion er flerpunkts indirekte injektion med en injektor i hver indsugningsåbning. Brændstof leveres efter gashåndtaget, lige før indsugningsventilen.Injektorerne er tættere på cylindrene, men luft-brændstofblandingsvejen er stadig lang nok til, at brændstoffet kan fordampe på en varm motor. På den anden side har opvarmningsfasen mindre tendens til at kondensere på indløbsportens vægge, fordi afstanden mellem injektoren og cylinderen er kortere. I flerpunktssystemer tilføres brændstof med et tryk på 2 til 4 bar.

En separat injektor for hver cylinder giver designere helt nye muligheder i forhold til at øge motordynamikken, reducere brændstofforbruget og reducere udstødningsemissionerne. I første omgang blev der ikke brugt avancerede styresystemer, og alle dyser målte brændstof på samme tid. Denne løsning var ikke optimal, da indsprøjtningsmomentet ikke fandt sted i hver cylinder på det mest fordelagtige tidspunkt (når den ramte den lukkede indsugningsventil). Kun udviklingen af ​​elektronik gjorde det muligt at bygge mere avancerede kontrolsystemer, takket være hvilke indsprøjtningen begyndte at fungere mere præcist.

Til at begynde med åbnede dyserne parvis, derefter blev der udviklet et sekventielt brændstofindsprøjtningssystem, hvor hver dyse åbner separat på det optimale tidspunkt for en given cylinder. Denne løsning giver dig mulighed for nøjagtigt at vælge brændstofdosis for hvert slag. Et serielt flerpunktssystem er meget mere komplekst end et enkeltpunktssystem, dyrere at fremstille og dyrere at vedligeholde. Det giver dig dog mulighed for betydeligt at øge motorens effektivitet med mindre brændstofforbrug og mindre toksicitet af udstødningsgasser.

privilegier

– Høj brændstofdoseringsnøjagtighed

– Lavt brændstofforbrug

– Mange muligheder i forhold til motordynamik

– Lav toksicitet af udstødningsgasser

defekter

- Betydelig designkompleksitet

– Relativt høje produktions- og vedligeholdelsesomkostninger

Direkte injektion

I denne løsning er injektoren installeret i cylinderen og sprøjter brændstof direkte ind i forbrændingskammeret. På den ene side er dette meget fordelagtigt, da det giver dig mulighed for meget hurtigt at udskifte brændstof-luft-ladningen over stemplet. Derudover køler det relativt kolde brændstof stempelkronen og cylindervæggene godt, så kompressionsforholdet kan øges og motorens effektivitet kan øges uden frygt for uønsket forbrændingsbank.

Direkte indsprøjtningsmotorer er designet til at forbrænde meget magre luft/brændstofblandinger ved lav motorbelastning for at opnå ekstremt lavt brændstofforbrug. Det viste sig dog, at dette giver problemer med et overskud af nitrogenoxider i udstødningsgasserne, for at eliminere, hvilket det er nødvendigt at installere passende rensesystemer. Designere håndterer nitrogenoxider på to måder: ved at tilføje boost og reducere størrelsen eller ved at installere et komplekst system af tofasede dyser. Praksis viser også, at med direkte brændstofindsprøjtning er et ugunstigt fænomen af ​​kulstofaflejringer i cylindrenes indsugningskanaler og på indsugningsventilstammerne (fald i motordynamik, stigning i brændstofforbrug).

Dette skyldes, at både indsugningskanalerne og indsugningsventilerne ikke skylles med luft/brændstofblandingen som ved indirekte indsprøjtning. Derfor skylles de ikke væk af fine oliepartikler, der kommer ind i sugesystemet fra krumtaphusventilationssystemet. Olieurenheder hærder under indflydelse af temperatur, hvilket skaber et stadig mere tykt lag af uønsket sediment.

privilegier

– Meget høj brændstofdoseringsnøjagtighed

– Mulighed for afbrænding af magre blandinger

– Meget god motordynamik med lavt brændstofforbrug

defekter

- Ekstremt komplekst design

– Meget høje produktions- og vedligeholdelsesomkostninger

– Problemer med overskydende nitrogenoxider i udstødningsgasser

- Kulstofaflejringer i indsugningssystemet

Dobbelt injektion - direkte og indirekte

Blandet injektionssystemdesign udnytter både indirekte og direkte injektion. Direkte indsprøjtning virker, når motoren er kold. Brændstof-luftblandingen strømmer direkte over stemplet, og kondens er udelukket. Når motoren er varm og kører under let belastning (kørsel med konstant hastighed, jævn acceleration), holder direkte indsprøjtning op med at virke, og indirekte flerpunktsindsprøjtning tager over. Brændstof fordamper bedre, meget dyre direkte indsprøjtningsinjektorer virker ikke og slides ikke, indsugningsventiler vaskes af brændstof-luftblandingen, så der dannes ikke aflejringer på dem. Ved høje motorbelastninger (stærk acceleration, hurtig kørsel) kobles direkte indsprøjtning til igen, hvilket sikrer en meget hurtig fyldning af cylindrene.

privilegier

– Meget præcis brændstofdosering

– Optimal motorydelse under alle forhold

– Meget god motordynamik med lavt brændstofforbrug

– Ingen kulstofaflejringer i indsugningssystemet

defekter

- Kæmpe designkompleksitet

– Ekstremt høje produktions- og vedligeholdelsesomkostninger