Subkategoria 2
[PM]Wtrysk pośredni oraz bezpośredni
- Drukuj
- 27 wrz 2013
- PORADY MOTORYZACYJNE
- 16482 czytań
- 0 komentarzy
W połowie lat dziewięćdziesiętych wtrysk bezpośredni był promowany przez Mitsubishi, które do sprzedaży wprowadziło silnik GDI. Kilka lat później na rynku pojawiły się samochody z silnikami diesla, których kultura pracy została znacznie poprawiona właśnie poprzez zastosowanie wysokociśnieniowego bezpośredniego wtrysku paliwa. Czym różni się wtrysk pośredni od bezpośredniego? Jakie systemy są dostępne na rynku?
Wtrysk bezpośredni to taki, w którym dawka paliwa jest podawana przez wtryskiwacz bezpośrednio do komory spalania, czyli do cylindra. W silnikach, w których wtrysk realizowany jest pośrednio, wtryskiwacze umieszczone są w kanałach dolotowych głowicy (silniki benzynowe) bądź wtryskują paliwo do komory wstępnej (w przypadku diesli). Jak to wygląda w praktyce?
Układ GDI w samochodach Mitsubishi
W tym układzie zastosowano:
a) Pionowy kanał dolotowy, którym dostarczana jest większa ilość powietrza (w odróżnieniu od silnika z wtryskiem do kanału dolotowego) i kierowana bezpośrednio na denko tłoka,
b) wysokociśnieniową pompę paliwa (benzyna dostarczana jest do elektromagnetycznych wtryskiwaczy pod ciśnieniem 5 MPa),
c) wysokociśnieniowy wtryskiwacz elektromagnetyczny, na końcu którego zainstalowany jest 'zawirowacz' powodujący silny ruch wirowy paliwa,
d) zakrzywione denko tłoka, które powoduje, że powietrze przepływające przez zawór ssący zostaje kierowane do góry i wymieszane z benzyną.
W zależności od obciążenia silnik pracować może w jednym z dwóch trybów:
# Tryb oszczędności - silnik z niskim i średnim obciążeniem. Benzyna wtryskiwana jest w czasie suwu sprężania. Uzyskana mieszanka paliwowo-powietrzna trafia w zagłębienie w denku, po czym jest zawirowana ku górze w stronę świecy zapłonowej. Stosunek paliwa (benzyny) do powietrza waha się między 1:13 do 1:14.
# Tryb najwyższej wydajności - silnik z dużym obciążeniem. Wtrysk paliwa odbywa się w dwóch fazach. Pilotowa dawka wtryskiwana jest w suwie ssania a właściwa dawka w suwie sprężania.
Zalety silnika GDI
w porównaniu z silnikiem z układem wtryskowym do kanału dolotowego:
większa moc [KM] i moment obrotowy [Nm];
mniejsze zużycie paliwa;
mniejsza zawartość tlenków azotu spalinach;
wyższy stopień sprężania (do ɛ = 12,5)[2].
Systemy pośredniego wtrysku w silnikach diesla
Takie silniki obecnie nie są już stosowane w samochodach ze względu na stawiane im wymogi dotyczące norm emisji spalin. Systemy pośredniego wtrysku ze względu na mniejszą kontrolę składu mieszanki, stawiały konstruktorom dużo większe trudności z osiągnięciem wymaganych rezultatów. W takim silniku dawka paliwa jest skierowana do komory wstępnej. Jest ona zlokalizowana w głowicy silnika nieopodal zaworów.
Jej kształt ma ułatwić mieszanie się paliwa z powietrzem. Dlatego jest ona czasem nazywana również komorą wirową. Mieszanka z komory wstępnej jest podgrzewana świecą żarową, co nie pozwala na skraplanie się oleju napędowego na jej ściankach w momencie, gdy silnik nie osiągnął jeszcze temperatury roboczej. Komora wstępna jest połączona bezpośrednio z cylindrem, otworem o średnicy około 10 mm. Pod wpływem ciśnienia wytwarzanego przez sprężający powietrze tłok, w komorze wstępnej następuje zapłon, rozprzestrzeniający się następnie w całej objętości mieszanki w cylindrze. Wtrysk w takim silniku jest realizowany pod ciśnieniem oscylującym wokół 100-150 bar.
Komory wstępne stosowano głównie dlatego, aby zwiększyć kulturę pracy silnika. Silniki, które posiadały bezpośredni wtrysk oleju napędowego, były znacznie głośniejsze i stosowano je najczęściej w samochodach użytkowych.
Nowe podejście do bezpośredniego wtrysku w dieslu
Systemy bezpośredniego wtrysku charakteryzowały się niższym zużyciem paliwa, dlatego ważne było opracowanie sposobu na obniżenie hałasu (klekotu) powodowanego w trakcie procesu spalania oleju napędowego. Z pomocą przyszedł pomysł ukształtowania denka tłoków, które pełniły odtąd dodatkową funkcję – komory wirowej. Dawka paliwa mogła być kierowana bezpośrednio do cylindra, w którym tworzyły się zawirowania niezbędne do prawidłowego spalania mieszanki. Ciśnienie wtrysku oleju napędowego zwiększono dziesięciokrotnie.
Jednak prawdziwą rewolucję w kulturze pracy oraz ekonomiczności silników diesla, osiągnięto wprowadzając jeszcze wyższe ciśnienie wtrysku, podawane z szyny paliwowej do wtryskiwaczy piezoelektrycznych. Ciśnienie zostało zwiększone do ponad 2000, a nawet 2500 bar. Szybkie wtryskiwacze pozwoliły na precyzyjne regulowanie dawki, a także realizację kilku wtrysków podczas jednego suwu pracy. Są to silniki z systemem common rail (wspólną szyną). Do końca ubiegłej dekady, skuteczną konkurencję dla tego systemu stanowiły także silniki oparte o tzw. pompowtryskiwacze osiągające równie wysokie ciśnienia wtrysku. Były przy tym równie ekonomiczne jak diesle oparte o system common rail.
Common rail (w wolnym tłumaczeniu: wspólna szyna)
Silniki common rail po raz pierwszy zastosowane zostały w aucie osobowym przez FIATa w modelach Alfa Romeo w silnikach JTD drugiej generacji, to jest od 1997 roku (spełniających normę EURO 3, a technologia jest powszechnie używana przez Fiata pod nazwą JTD oraz MultiJet[1].
Silniki common rail charakteryzują się:
równiejszą pracą,
lepszym spalaniem paliwa,
wysoką sprawnością termodynamiczną,
mniejszym wydzielaniem ciepła,
mniejszym hałasem,
mniejszą emisją spalin
łatwością uzyskania wysokich parametrów użytkowych (moc, moment obrotowy).
Wtrysk benzyny w silnikach o zapłonie iskrowym
Obecnie pomimo wielu zalet systemów wtrysku bezpośredniego, większość silników benzynowych jest wyposażonych w pośredni wtrysk benzyny. Wtryskiwacz jest więc zlokalizowany poza komorą spalania. W latach osiemdziesiętych zaczęto stosować wtrysk jednopunktowy, jako alternatywę do gaźników. W tym czasie znane już były wtryskiwacze mechaniczne sterowane hydraulicznie, kierujące mgiełkę paliwową bezpośrednio przed każdym cylindrem. Jednak obecne systemy wtryskiwaczy elektromagnetycznych w pierwszym etapie rozwoju realizowały tzw. wtrysk jednopunktowy. Wtryskiwacz, był często połączony z zespołem przepustnicy. Otwierał się w ustalonych okresach czasu i podawał dawkę do kolektora dolotowego. Mieszanka paliwowo powietrzna była zasysana do cylindra, który wykonywał suw ssania.
Aby osiągnąć większą precyzję i powtarzalną wielkość dawki w każdym cylindrze, zastosowano wtrysk wielopunktowy (MPI). W takim rozwiązaniu wtryskiwacze podają paliwo w kanałach dolotowych tuż przed zaworami. W podstawowych układach wielopunktowego wtrysku, wtryskiwacze otwierały się i zamykały jednocześnie, a mieszanka była zasysana w momencie otwarcia poszczególnych zaworów dolotowych. Następnym krokiem było zastosowanie systemu sekwencyjnego.
W tym przypadku każdy wtryskiwacz jest otwierany osobno, w momencie, gdy dany cylinder rozpoczyna suw ssania.
Ekonomiczny bezpośredni wtrysk benzyny
Także w silnikach benzynowych producenci skierowali się w stronę wtrysku realizowanego bezpośrednio w cylindrze. Skupiono się między innymi na uwarstwieniu mieszanki. W zakresie niskich obrotów możliwe jest takie manipulowanie czasem i kierunkiem wtrysku, aby w okolicy świecy zapłonowej uzyskać mieszankę o współczynniku λ równym około 1,5, a przy ściankach cylindra bardzo zubożoną, o λ wyższym niż 2,5. Natomiast, kiedy silnik pracuje w zakresie wyższych obrotów, czas otwarcia wtryskiwacza się zwiększa, a silnik powraca do spalania mieszanki stechiometrycznej.
Chociaż systemy bezpośredniego wtrysku benzyny są w ostatnich latach stosowane powszechniej, okazuje się, że podobne rezultaty w ograniczeniu zużycia paliwa można uzyskać stosując wtrysk pośredni połączony z turbodoładowaniem lub zmiennymi fazami rozrządu. Wykorzystuje się przy tym tańsze wtryskiwacze pracujące z nawet trzydziestokrotnie mniejszym ciśnieniem.
Wtrysk bezpośredni to taki, w którym dawka paliwa jest podawana przez wtryskiwacz bezpośrednio do komory spalania, czyli do cylindra. W silnikach, w których wtrysk realizowany jest pośrednio, wtryskiwacze umieszczone są w kanałach dolotowych głowicy (silniki benzynowe) bądź wtryskują paliwo do komory wstępnej (w przypadku diesli). Jak to wygląda w praktyce?
W tym układzie zastosowano:
a) Pionowy kanał dolotowy, którym dostarczana jest większa ilość powietrza (w odróżnieniu od silnika z wtryskiem do kanału dolotowego) i kierowana bezpośrednio na denko tłoka,
b) wysokociśnieniową pompę paliwa (benzyna dostarczana jest do elektromagnetycznych wtryskiwaczy pod ciśnieniem 5 MPa),
c) wysokociśnieniowy wtryskiwacz elektromagnetyczny, na końcu którego zainstalowany jest 'zawirowacz' powodujący silny ruch wirowy paliwa,
d) zakrzywione denko tłoka, które powoduje, że powietrze przepływające przez zawór ssący zostaje kierowane do góry i wymieszane z benzyną.
W zależności od obciążenia silnik pracować może w jednym z dwóch trybów:
# Tryb oszczędności - silnik z niskim i średnim obciążeniem. Benzyna wtryskiwana jest w czasie suwu sprężania. Uzyskana mieszanka paliwowo-powietrzna trafia w zagłębienie w denku, po czym jest zawirowana ku górze w stronę świecy zapłonowej. Stosunek paliwa (benzyny) do powietrza waha się między 1:13 do 1:14.
# Tryb najwyższej wydajności - silnik z dużym obciążeniem. Wtrysk paliwa odbywa się w dwóch fazach. Pilotowa dawka wtryskiwana jest w suwie ssania a właściwa dawka w suwie sprężania.
w porównaniu z silnikiem z układem wtryskowym do kanału dolotowego:
większa moc [KM] i moment obrotowy [Nm];
mniejsze zużycie paliwa;
mniejsza zawartość tlenków azotu spalinach;
wyższy stopień sprężania (do ɛ = 12,5)[2].
Takie silniki obecnie nie są już stosowane w samochodach ze względu na stawiane im wymogi dotyczące norm emisji spalin. Systemy pośredniego wtrysku ze względu na mniejszą kontrolę składu mieszanki, stawiały konstruktorom dużo większe trudności z osiągnięciem wymaganych rezultatów. W takim silniku dawka paliwa jest skierowana do komory wstępnej. Jest ona zlokalizowana w głowicy silnika nieopodal zaworów.
Jej kształt ma ułatwić mieszanie się paliwa z powietrzem. Dlatego jest ona czasem nazywana również komorą wirową. Mieszanka z komory wstępnej jest podgrzewana świecą żarową, co nie pozwala na skraplanie się oleju napędowego na jej ściankach w momencie, gdy silnik nie osiągnął jeszcze temperatury roboczej. Komora wstępna jest połączona bezpośrednio z cylindrem, otworem o średnicy około 10 mm. Pod wpływem ciśnienia wytwarzanego przez sprężający powietrze tłok, w komorze wstępnej następuje zapłon, rozprzestrzeniający się następnie w całej objętości mieszanki w cylindrze. Wtrysk w takim silniku jest realizowany pod ciśnieniem oscylującym wokół 100-150 bar.
Komory wstępne stosowano głównie dlatego, aby zwiększyć kulturę pracy silnika. Silniki, które posiadały bezpośredni wtrysk oleju napędowego, były znacznie głośniejsze i stosowano je najczęściej w samochodach użytkowych.
Systemy bezpośredniego wtrysku charakteryzowały się niższym zużyciem paliwa, dlatego ważne było opracowanie sposobu na obniżenie hałasu (klekotu) powodowanego w trakcie procesu spalania oleju napędowego. Z pomocą przyszedł pomysł ukształtowania denka tłoków, które pełniły odtąd dodatkową funkcję – komory wirowej. Dawka paliwa mogła być kierowana bezpośrednio do cylindra, w którym tworzyły się zawirowania niezbędne do prawidłowego spalania mieszanki. Ciśnienie wtrysku oleju napędowego zwiększono dziesięciokrotnie.
Jednak prawdziwą rewolucję w kulturze pracy oraz ekonomiczności silników diesla, osiągnięto wprowadzając jeszcze wyższe ciśnienie wtrysku, podawane z szyny paliwowej do wtryskiwaczy piezoelektrycznych. Ciśnienie zostało zwiększone do ponad 2000, a nawet 2500 bar. Szybkie wtryskiwacze pozwoliły na precyzyjne regulowanie dawki, a także realizację kilku wtrysków podczas jednego suwu pracy. Są to silniki z systemem common rail (wspólną szyną). Do końca ubiegłej dekady, skuteczną konkurencję dla tego systemu stanowiły także silniki oparte o tzw. pompowtryskiwacze osiągające równie wysokie ciśnienia wtrysku. Były przy tym równie ekonomiczne jak diesle oparte o system common rail.
Silniki common rail po raz pierwszy zastosowane zostały w aucie osobowym przez FIATa w modelach Alfa Romeo w silnikach JTD drugiej generacji, to jest od 1997 roku (spełniających normę EURO 3, a technologia jest powszechnie używana przez Fiata pod nazwą JTD oraz MultiJet[1].
równiejszą pracą,
lepszym spalaniem paliwa,
wysoką sprawnością termodynamiczną,
mniejszym wydzielaniem ciepła,
mniejszym hałasem,
mniejszą emisją spalin
łatwością uzyskania wysokich parametrów użytkowych (moc, moment obrotowy).
Obecnie pomimo wielu zalet systemów wtrysku bezpośredniego, większość silników benzynowych jest wyposażonych w pośredni wtrysk benzyny. Wtryskiwacz jest więc zlokalizowany poza komorą spalania. W latach osiemdziesiętych zaczęto stosować wtrysk jednopunktowy, jako alternatywę do gaźników. W tym czasie znane już były wtryskiwacze mechaniczne sterowane hydraulicznie, kierujące mgiełkę paliwową bezpośrednio przed każdym cylindrem. Jednak obecne systemy wtryskiwaczy elektromagnetycznych w pierwszym etapie rozwoju realizowały tzw. wtrysk jednopunktowy. Wtryskiwacz, był często połączony z zespołem przepustnicy. Otwierał się w ustalonych okresach czasu i podawał dawkę do kolektora dolotowego. Mieszanka paliwowo powietrzna była zasysana do cylindra, który wykonywał suw ssania.
W tym przypadku każdy wtryskiwacz jest otwierany osobno, w momencie, gdy dany cylinder rozpoczyna suw ssania.
Także w silnikach benzynowych producenci skierowali się w stronę wtrysku realizowanego bezpośrednio w cylindrze. Skupiono się między innymi na uwarstwieniu mieszanki. W zakresie niskich obrotów możliwe jest takie manipulowanie czasem i kierunkiem wtrysku, aby w okolicy świecy zapłonowej uzyskać mieszankę o współczynniku λ równym około 1,5, a przy ściankach cylindra bardzo zubożoną, o λ wyższym niż 2,5. Natomiast, kiedy silnik pracuje w zakresie wyższych obrotów, czas otwarcia wtryskiwacza się zwiększa, a silnik powraca do spalania mieszanki stechiometrycznej.
Chociaż systemy bezpośredniego wtrysku benzyny są w ostatnich latach stosowane powszechniej, okazuje się, że podobne rezultaty w ograniczeniu zużycia paliwa można uzyskać stosując wtrysk pośredni połączony z turbodoładowaniem lub zmiennymi fazami rozrządu. Wykorzystuje się przy tym tańsze wtryskiwacze pracujące z nawet trzydziestokrotnie mniejszym ciśnieniem.
| Poleć ten artykuł | |
| Podziel się z innymi: |
|
| URL: |
Dodaj komentarz
Zaloguj się, aby móc dodać komentarz.
Oceny
Tylko zarejestrowani użytkownicy mogą oceniać zawartość strony
Zaloguj się lub zarejestruj, żeby móc zagłosować.
Zaloguj się lub zarejestruj, żeby móc zagłosować.
Brak ocen. Może czas dodać swoją?