Kütuse sissepritse bensiinimootorites. Eelised, miinused ja võimalikud probleemid
Sissepritsesüsteemi tüüp määrab mootori parameetrid ja töökulud. See mõjutab auto dünaamikat, kütusekulu, heitgaase ja hoolduskulusid.
Sisepõlemismootoris bensiini sissepritse praktilise kasutamise ajalugu transpordis ulatub Esimese maailmasõja eelsesse perioodi. Juba siis otsis lennundus kiiresti uusi lahendusi, mis aitaksid parandada mootorite efektiivsust ja ületada võimsusprobleeme lennuki erinevates asendites. Kütuse sissepritse, mis esmakordselt ilmus 8. aasta Prantsuse V1903 lennukimootorisse, osutus kasulikuks. Alles 1930. aastal debüteeris kütusesissepritsega Mercedes 1951 SL, mida laialdaselt peeti selle valdkonna eelkäijaks. Sportversioonis oli see aga esimene bensiini otsesissepritsega auto.
Elektroonilist kütusesissepritse kasutati esmakordselt 300. aasta Chrysleri mootoris mudelil 1958. Bensiini mitmepunktiline sissepritse hakkas autodele ilmuma 1981. aastatel, kuid enamasti kasutati seda luksusmudelites. Korraliku rõhu tagamiseks kasutati juba kõrgsurve elektrilisi pumpasid, kuid juhtimine oli siiski mehaanikute õlul, kes vajus unustuse hõlma alles 600. aastal, kui Mercedese tootmine lõppes. Sissepritsesüsteemid olid endiselt kallid ega vahetatud odavate ja populaarsete autode vastu. Kuid kui XNUMX-ides oli vaja paigaldada katalüsaatorid kõikidele autodele, olenemata nende klassist, tuli välja töötada odavam sissepritsetüüp.
Katalüsaatori olemasolu nõudis segu koostise täpsemat kontrolli, kui karburaatorid suutsid pakkuda. Nii loodi ühe punkti sissepritse, napp versioon "mitmepunktilisest", kuid piisav odavate autode vajadustele. Alates üheksakümnendate lõpust hakkas see turult kaduma, asemele tulid mitmepunktilised pihustid, mis on praegu automootorite kõige populaarsem kütusesüsteem. 1996. aastal debüteeris Mitsubishi Carismal kütuse otsesissepritse. Uus tehnoloogia vajas tõsist täiustamist ja leidis alguses vähe järgijaid.
Arvestades aga järjest karmistuvaid heitgaasistandardeid, millel oli algusest peale tugev mõju autode kütusesüsteemide arengule, pidid disainerid lõpuks üle minema bensiini otsesissepritsele. Uusimates lahendustes, mida on seni vähe, ühendavad nad kahte tüüpi bensiini sissepritse – kaudset mitmepunktilist ja otsest.
Kaudne ühepunktiline süstimine
Ühe punkti sissepritsesüsteemides töötab mootor ühest pihustist. See on paigaldatud sisselaskekollektori sisselaskeavasse. Kütust tarnitakse umbes 1 baari rõhu all. Pihustatud kütus seguneb õhuga üksikutesse silindritesse suunduvate kanalite sisselaskeavade ees.
Kütuse-õhu segu imetakse kanalitesse ilma iga silindri jaoks segu täpse doseerimiseta. Kanalite pikkuse ja nende viimistluse kvaliteedi erinevuste tõttu on silindrite toide ebaühtlane. Kuid on ka eeliseid. Kuna kütuse ja õhu segunemise tee düüsist põlemiskambrisse on pikk, võib kütus mootori korralikul soojenemisel hästi aurustuda. Külma ilmaga kütus ei aurustu, harjased kondenseeruvad kollektori seintele ja lähevad osaliselt tilkadena põlemiskambrisse. Sellisel kujul ei saa see töötsükli jooksul täielikult läbi põleda, mis viib mootori madala efektiivsuseni soojendusfaasis.
Selle tagajärjeks on suurenenud kütusekulu ja heitgaaside kõrge toksilisus. Ühepunktiline sissepritse on lihtne ja odav, ei vaja palju osi, keerulisi otsikuid ja täiustatud juhtimissüsteeme. Madalad tootmiskulud toovad kaasa madalama sõiduki hinna ja ühe punkti sissepritsega remont on lihtne. Seda tüüpi sissepritse ei kasutata kaasaegsetes sõiduautode mootorites. Seda võib leida ainult tagurliku disainiga mudelitest, kuigi toodetud väljaspool Euroopat. Üks näide on iraanlane Samand.
privileegid
- Lihtne disain
– Madalad tootmis- ja hoolduskulud
– Kuuma mootori korral heitgaaside madal toksilisus
defektid
– Madal kütuse doseerimise täpsus
– Suhteliselt suur kütusekulu
– Heitgaaside kõrge toksilisus mootori soojendusfaasis
– Kehv jõudlus mootori dünaamika osas
Kaudne mitmepunktiline süstimine
Ühepunktilise kaudsissepritse laiendus on mitmepunktiline kaudne süstimine, mille igas sisselaskeavas on pihusti. Kütus antakse peale gaasihooba, vahetult enne sisselaskeklappi.Pihustid on silindritele lähemal, kuid õhu/kütuse segu teekond on siiski piisavalt pikk, et kütus kuumal mootoril aurustuks. Teisest küljest on küttefaasil väiksem kalduvus kondenseeruda sisselaskeava seintel, kuna düüsi ja silindri vaheline kaugus on lühem. Mitmepunktisüsteemides tarnitakse kütust rõhul 2–4 baari.
Iga silindri jaoks eraldi pihusti annab disaineritele täiesti uued võimalused mootori dünaamika suurendamise, kütusekulu ja heitgaaside vähendamise osas. Algselt ei kasutatud täiustatud juhtimissüsteeme ja kõik pihustid doseerisid kütust samal ajal. See lahendus ei olnud optimaalne, kuna sissepritsemoment ei toimunud igas silindris kõige soodsamal hetkel (kui see tabas suletud sisselaskeklappi). Ainult elektroonika areng võimaldas ehitada arenenumaid juhtimissüsteeme, tänu millele hakkas sissepritse täpsemalt tööle.
Algselt avati düüsid paarikaupa, seejärel töötati välja kütuse järjestikune sissepritsesüsteem, milles iga otsik avaneb eraldi, antud silindri jaoks optimaalsel hetkel. See lahendus võimaldab täpselt valida iga löögi jaoks vajaliku kütuseannuse. Jada mitme punkti süsteem on palju keerulisem kui ühe punkti süsteem, selle tootmine on kallim ja hooldus kallim. Küll aga võimaldab see mootori efektiivsust oluliselt tõsta väiksema kütusekulu ja heitgaaside väiksema toksilisusega.
privileegid
– Kõrge kütuse doseerimise täpsus
– Madal kütusekulu
– Mootori dünaamika osas palju võimalusi
– Heitgaaside madal toksilisus
defektid
- Märkimisväärne disaini keerukus
– Suhteliselt kõrged tootmis- ja hoolduskulud
Otsene süstimine
Selle lahenduse korral paigaldatakse pihusti silindrisse ja see süstib kütust otse põlemiskambrisse. Ühest küljest on see väga kasulik, kuna võimaldab väga kiiresti vahetada kolvi kohal olevat kütuse-õhk laadimist. Lisaks jahutab suhteliselt külm kütus hästi kolvi võra ja silindri seinu, mistõttu on võimalik suurendada surveastet ja saavutada suurem mootori efektiivsus, kartmata ebasoodsat põlemiskoputust.
Otsesissepritsega mootorid on ette nähtud väga lahja õhu/kütuse segude põletamiseks mootori madalal koormusel, et saavutada äärmiselt väike kütusekulu. Selgus aga, et see tekitab probleeme lämmastikoksiidide liiaga heitgaasides, mille kõrvaldamiseks on vaja paigaldada vastavad puhastussüsteemid. Disainerid tegelevad lämmastikoksiididega kahel viisil: lisades võimendust ja vähendades suurust või paigaldades keeruka kahefaasiliste düüside süsteemi. Praktika näitab ka, et kütuse otsesissepritse korral ilmneb ebasoodne süsiniku ladestumine silindrite sisselaskekanalites ja sisselaskeklappide vartele (mootori dünaamika vähenemine, kütusekulu suurenemine).
Seda seetõttu, et nii sisselaskeavasid kui ka sisselaskeklappe ei loputata õhu/kütuse seguga nagu kaudsissepritse puhul. Seetõttu ei uhu neid minema karteri ventilatsioonisüsteemist imemissüsteemi sattuvad peened õliosakesed. Õli lisandid kõvastuvad temperatuuri mõjul, tekitades järjest paksema soovimatu settekihi.
privileegid
– Väga kõrge kütuse doseerimise täpsus
– Lahjade segude põletamise võimalus
– Väga hea mootori dünaamika madala kütusekuluga
defektid
- Äärmiselt keeruline disain
– Väga kõrged tootmis- ja hoolduskulud
– Probleemid liigse lämmastikoksiidiga heitgaasides
- Süsiniku ladestused sisselaskesüsteemis
Kahekordne sissepritse - otsene ja kaudne
Segasissepritsesüsteemi konstruktsioon kasutab nii kaudset kui ka otsesissepritse. Otsesissepritse töötab, kui mootor on külm. Kütuse/õhu segu voolab otse üle kolvi ja kondensatsioon on välistatud. Kui mootor on soe ja töötab väikese koormuse all (konstantse kiirusega sõit, sujuv kiirendus), lakkab otsesissepritse töötamast ja mitmepunktiline kaudsissepritse võtab oma rolli. Kütus aurustub paremini, väga kallid otsesissepritsesüsteemi pihustid ei tööta ja ei kulu, sisselaskeventiilid pestakse kütuse-õhu seguga, seega sadestisi ei teki. Mootori suurtel koormustel (tugevad kiirendused, kiire sõit) lülitatakse uuesti sisse otsesissepritse, mis tagab silindrite väga kiire täitmise.
privileegid
– Väga täpne kütuse doseerimine
– Mootori optimaalne jõudlus kõigis tingimustes
– Väga hea mootori dünaamika madala kütusekuluga
– Sisselaskesüsteemis puuduvad süsiniku ladestised
defektid
- Suur disaini keerukus
– Ülikõrged tootmis- ja hoolduskulud
