Diisli sissepritsesüsteemid. Disain, eelised ja puudused

Erinevalt bensiinimootoritest oli diiselmootoritel algusest peale sissepritse. Muutusid vaid sissepritsesüsteemid, liitmikud ja silindritesse antava kütuse rõhk.

Diiselmootori, üldtuntud diiselmootorina, tööpõhimõte on täiesti erinev bensiinimootori omast. Kütuseveokites siseneb kütuse-õhu segu kolvi kohal asuvasse põlemiskambrisse. Pärast kokkusurumist segu süttib süüteküünla elektroodide elektrisädeme purunemise tõttu. Seetõttu nimetatakse bensiinimootoreid ka ottomootoriteks (SI).

Diiselmootorites surub põlemiskambris olev kolb kokku ainult õhku, mis tohutu rõhu (vähemalt 40 baari – sellest ka nimetus "kõrgrõhk") mõjul kuumutatakse temperatuurini 600–800 °C. Kütuse sissepritse sellisesse kuuma õhku toob kaasa kütuse kohese isesüttimise põlemiskambris. Sel põhjusel nimetatakse diiseljõuallikaid ka diiselmootoriteks (CI). Algusest peale toideti neid kütuse sissepritsega põlemiskambrisse, mitte sisselaskekollektorisse, mis varustab ainult mootorit õhku. Sõltuvalt sellest, kas põlemiskamber oli jagatud või mitte, jagati diiselmootorid kaudse või otsesissepritsega jõuallikateks.

Kaudne süstimine

Diislit, kuigi see debüteeris otsesissepritsesüsteemiga, ei kasutatud kaua. See lahendus tekitas liiga palju probleeme ja autotööstuses asendati see 1909. aastal patenteeritud kaudsissepritsega. Otsesissepritse jäi suurtele statsionaarsetele ja laevamootoritele, samuti mõnele veoautole. Sõiduautode disainerid eelistasid kaudsissepritsega diisleid, millel on sujuvam töö ja vähem müra.

Mõiste "kaudne" tähendab diiselmootorites midagi hoopis muud kui bensiinimootorites, kus kaudne sissepritse on õhu-kütuse segu sisselasketorusse süstimine. Kaudsissepritsega diiselmootorites, nagu ka otsesissepritsega konstruktsioonides, siseneb pihusti pihustatud kütus samuti põlemiskambrisse. Lihtsalt see on jagatud kaheks osaks – abiosa, millesse kütust sissepritsitakse, ja põhiosa, s.o. otse kolvi kohal asuv ruum, kus toimub kütuse põlemise põhiprotsess. Kambrid on omavahel ühendatud kanali või kanalitega. Vastavalt vormile ja funktsioonile jagunevad kambrid eel-, keeris- ja õhureservuaarideks.

Viimaseid ei saa kasutada, kuna nende tootmine on praktiliselt lõppenud. Eelkambrite ja pöördkambrite puhul paigaldatakse otsik abikambri kõrvale ja süstib sinna kütust. Seal toimub süttimine, seejärel siseneb osaliselt põlenud kütus põhikambrisse ja põleb seal ära. Eelkambriga või pöördkambriga diislid töötavad sujuvalt ja neil võivad olla kerged vändasüsteemid. Need ei ole kütusekvaliteedi suhtes tundlikud ja neil võivad olla lihtsa disainiga düüsid. Need on aga vähem tõhusad kui otsepritsega diislid, tarbivad rohkem kütust ja neil on probleeme külma mootori käivitamisega. Tänapäeval on sõiduautode kaudsissepritsega diiselmootorid minevik ja neid enam ei toodeta. Tänapäeval leidub neid kaasaegsetes autodes harva. Neid leidub vaid sellistes disainides nagu India Hindustan ja Tata, Vene UAZ, Brasiilias müüdav vanema põlvkonna Mitsubishi Pajero või Argentinas pakutav Volkswagen Polo. Järelturu sõidukites kasutatakse neid palju suuremates kogustes.

Otsene süstimine

Kõik sai alguse temast. Otsese süstimise eeliseid aga esialgu ei kasutatud. Kütuse õige keerutamise tähtsust ei teatud ja selle põlemine ei olnud optimaalne. Moodustusid kütusetükid, mis aitasid kaasa tahma tekkele. Kolvi protsessid läksid liiga kiiresti, mootorid töötasid kõvasti, hävitades kiiresti väntvõlli laagri. Sel põhjusel loobuti otsesüstist, eelistades kaudset süstimist.

Tagasipöördumine juurte juurde, kuid tänapäevases versioonis, toimus alles 1987. aastal, kui Fiat Croma 1.9 TD jõudis masstootmisse. Kütuse otsesissepritse jaoks on vaja tõhusat sissepritseseadet, kõrget sissepritserõhku, kvaliteetset kütust ja väga tugevat (ja seega rasket) vänt. Küll aga tagab see kõrge kasuteguri ja lihtsa külma mootori käivitamise. Otsesissepritsega diiselmootorite kaasaegsed lahendused põhinevad peamiselt täiesti lamedate peade ja sobiva kujuga kambritega (õõnsustega) kolbidel. Kambrid vastutavad kütuse õige turbulentsi eest. Otsesissepritse kasutatakse tänapäeval laialdaselt sõiduautode diiselmootorites.

Otsesissepritse – pumba pihustid

Traditsioonilistes diiselmootorites vastutavad kütuse tarnimise eest erinevat tüüpi pumbad. Teerajajatel aegadel tehti kütuse sissepritse suruõhuga, 20. aastatel tehti seda ümberkujundatud õlipumpadega. 300ndatel kasutati juba laialdaselt spetsiaalseid diiselmootoritele mõeldud pumpasid. Algselt põhines see jadapumpadel, mis loovad madala rõhu (kuni 60 baari). Alles 1000. aastatel ilmusid tõhusamad aksiaaljaoturiga pumbad (üle 80 baari). Seitsmekümnendate keskel said nad mehaanilise sissepritsejuhtimise ja kaheksakümnendate keskel elektroonilise juhtimise (BMW 524td, 1986).

Juba 30ndatel veoautodes kasutusel olnud pump-pihustid olid veidi teistmoodi kütuse sissepritse, neid kasutas sõiduautodes laialdaselt Volkswageni kontsern, esimest korda 1998. aastal (Passat B5 1.9 TDI). Lühidalt öeldes on pumba pihusti pihusti, millel on oma pump, mida veab nukkvõll. Seega piirdub kogu survestamise ja silindrisse süstimise protsess silindripeaga. Süsteem on väga kompaktne, puuduvad kütusetorud, mis ühendaksid pumpa pihustitega. Seetõttu puudub düüside pulsatsioon, mis raskendab kütuseannuse ja lekete reguleerimist. Kuna kütus aurustub osaliselt pihusti kambris, võib sissepritse ajastus olla väike (lihtne käivitamine). Kõige olulisem on aga väga kõrge sissepritserõhk 2000-2200 baari. Silindris olev kütusedoos seguneb kiiresti õhuga ja põleb väga tõhusalt.

Üldiselt iseloomustab pump-pihustiga diiselmootorit kõrge kasutegur, madal kütusekulu, suur kiirus ja võimalus saavutada suur võimsustihedus. Kuid injektormootori valmistamine on kallis, peamiselt silindripea keerukuse tõttu. Tema töö on raske ja vali. Seadmepihustitega töötamisel tekivad ka heitgaasiprobleemid, mis aitas suuresti kaasa sellele, et VW sellest lahendusest loobus.

Otsesissepritse – Common Rail

Common Rail sissepritsesüsteemi kõige olulisem element on "Common Rail" - paak, mida tuntakse ka "survestatud kütuseakumulaatorina", millesse pump pumbab diislikütust. See siseneb düüsidesse mitte otse pumbast, vaid paagist, säilitades samal ajal iga silindri jaoks sama rõhu.

Piltlikult võib öelda, et kumbki pihusti ei oota pumbast kütuseportsjonit, vaid ikka on kütust väga kõrge rõhuga. Pihusteid käivitavatest elektrilistest impulssidest piisab, et varustada kütust põlemiskambritesse. Selline süsteem võimaldab luua mitmefaasilisi sissepritse (isegi 8 faasi sissepritse kohta), mis viib kütuse väga täpse põlemiseni koos rõhu järkjärgulise tõusuga. Väga kõrge sissepritserõhk (1800 baari) võimaldab kasutada väga väikeste avadega pihustid, mis väljastavad kütust peaaegu udu kujul.

Seda kõike täiendavad mootori kõrge kasutegur, sujuv töö ja madal müratase (vaatamata otsesissepritsele), hea manööverdusvõime ja madalad heitgaasid. Common il mootorid nõuavad aga kõrgeima kvaliteediga kütust ja parimaid filtreid. Kütuses sisalduvad saasteained võivad pihustid hävitada ja põhjustada kahjustusi, mille parandamine on äärmiselt kulukas.