du har måske læst eller hørt en af dine foretrukne bilteknologiske redaktører, der taler om direkte indsprøjtning af brændstof, og hvordan det er en af de “store teknologier”, der hjælper med at holde den næsten 200 år gamle forbrændingsmotor i live langt ind i det 21.århundrede. I denne uges udgave af ABCs of Car Tech vil jeg forklare, hvad den direkte indsprøjtning er, og hvorfor du skal passe på, om den er i din næste bils motor eller ej.
hvordan fungerede brændstofindsprøjtning før direkte injektion?
den moderne forbrændingsmotor (ICE) har brug for tre ting for at dreje sin krumtapaksel: iltet luft, brændstof og en gnist for at få luften og brændstoffet til at eksplodere. Luften trækkes gennem indtaget, hvor den måles af bilens Masseluftstrømssensor (MAF), inden den passerer til indsugningsmanifolden, hvor den enkelte indsugningssti er opdelt i fire til otte indsugningsløbere, som hver fører ind i et af dit køretøjs cylindriske forbrændingskamre. Et eller andet sted langs linjen blandes indsugningsladningen med brændstof, før tændrøret får det hele til at gå boom inde i forbrændingskammeret. Dette er alle ICE 101 for de fleste af jer, Jeg er sikker.
tilbage i de gamle dage med motorteknologi gjorde karburatorerne og enkeltpunktsbrændstofindsprøjtningssystemerne deres relativt upræcise luft-og brændstofblanding i eller endda før indsugningsmanifolden og tilføjede den rigtige mængde brændstof til hele cylinderbanken. For det meste fik hvert forbrændingskammer det, det havde brug for. Afhængig af udformningen af indsugningsmanifolden kan denne tilnærmelse imidlertid resultere i, at cylindrene tættest på carb-eller brændstofinjektoren får lidt for meget brændstof (kører rig), mens cylindrene længst væk blev lidt for lidt (kører magert). En dygtig karburatortuner (eller smart motorcomputer) kunne forhindre ting i at komme ud af kontrol, men selv den bedste melodi var begrænset af udformningen af indsugningsmanifolden.
langt de fleste moderne biler bruger en mpfi-opsætning med flere punkter (også kendt som portinjektion). Sådan fungerer det: i stedet for at bruge en injektor, der sprøjter om den rigtige mængde brændstof, har hver af de enkelte indsugningsløbere sin egen injektor (eller injektorer), der tilføjer en sprøjte aerosoliseret brændstof til indsugningsluften fra en injektor under tryk. Luft – og brændstofblandingen trækkes ind i den åbne port og ind i forbrændingskammeret ved hjælp af det tilbagetrækkende stempel. Indsugningsventilen smækker derefter, og den eksplosive forbrænding sker i den nu forseglede cylinder.
for det meste er MPFI bare fint og dandy. Det er bestemt meget mere effektivt end de ældre karburerede og SPFI-systemer takket være dets evne til at justere mængden af brændstof, der tilsættes til indtaget for hver enkelt cylinder, udligne de tidligere magre og rige cylindre i de yderste ender af manifolden, forbedre kraftproduktionen og reducere spildt brændstof. Så hvorfor ordne det, der faktisk ikke er brudt?
Hvordan forbedrer direkte injektion ydeevnen?
du har måske bemærket, at under springene fra karburator til SPFI til MPFI er det punkt, hvor brændstof tilsættes til indsugningsladningen, flyttet fra før gashåndtaget til indsugningsmanifolden og videre til de enkelte indsugningsløbere-tættere og tættere på forbrændingskammeret. Direkte injektion tager denne udvikling til det næste niveau ved at placere injektoren inde i forbrændingskammeret. Ved at flytte injektoren ind i forbrændingskammeret får bensin Direct injection (GDI) et par fordele i forhold til de tidligere diskuterede systemer.
ved at sætte injektoren inde i cylinderen får motorens computer endnu mere præcisionskontrol over mængden af brændstof under indsugningsslaget, hvilket yderligere optimerer luft/brændstofblandingen for at skabe en ren brændende eksplosion med meget lidt spildt brændstof og øget strømforsyning.
et GDI-system har også større fleksibilitet med hensyn til, hvornår brændstoffet tilsættes i forbrændingscyklussen. MPFI-systemer kan kun tilføje brændstof under stemplets indsugningsslag, når indsugningsventilen er åben. GDI kan tilføje brændstof, når det er nødvendigt. For eksempel kan nogle GDI-motorer justere timingen, så en mindre mængde brændstof injiceres under kompressionsslaget, hvilket skaber en meget mindre, kontrolleret eksplosion i cylinderen. Denne såkaldte ultra lean burn mode ofrer lidt direkte kraft, men reducerer i høj grad mængden af brændstof, der bruges i tider, hvor køretøjet kræver meget lidt grunt (tomgang, friløb, deceleration osv.).
GDI-motorer reagerer også hurtigere på disse ændringer i timing og mængde brændstoftilsætning, hvilket øger kørbarheden. Derudover er køretøjet i stand til hurtigere at justere baseret på input fra sensorer placeret nedstrøms fra forbrændingskammeret, hvilket holder de beskidte emissioner, der blæser ud af halerøret, i skak.
nogle bilproducenter har endda eksperimenteret med at bruge GDI til at affyre et ekstra burst af brændstof i cylinderen for at skabe sekundær eksplosion under forbrændingscyklussen, hvilket resulterer i potentielt endnu mere kraft og effektivitet.
her er en sjov kendsgerning: direkte injektionsteknologi er ikke rigtig så ny, som du måske tror. Teknologien har eksisteret siden 1920 ‘ erne for bensinmotorer og er faktisk allerede i brug i de fleste dieselmotorer.
er der nogen potentielle ulemper ved GDI?
du kan spørge, ” hvis GDI er så stor, hvorfor er det ikke i hver ny bil?”
en del af årsagen er, at fremstilling af en direkte indsprøjtet motor er dyrere på grund af komponentkompleksitet, hvilket betyder, at den bil, som motoren til sidst driver, også ville være dyrere at købe. For eksempel skal injektorerne på en GDI-motor være mere robuste end portinjektorer for at modstå varmen og trykket fra hundreder (eller endda tusinder) af små eksplosioner pr. Derudover, fordi et GDI-system skal være i stand til at injicere brændstof i et forbrændingskammer under tryk, skal brændstofledningerne, der leverer bensinen, være endnu højere i kompression. GDI brændstofsystemer kan køre på mange tusinde psi versus 40 til 60 psi af portinjektionssystemer.
prisen på disse komponenter falder, men generelt og for nu er portinjektion billigere og “god nok” til de fleste økonomibiler.
derudover har nogle ejere og vedligeholdere af GDI-motorer (især turboladede modeller med højere ydeevne) rapporteret, at systemer med direkte indsprøjtning ser øget kulstofopbygning i bagsiden af deres indsugningsventiler, hvilket resulterer i reduceret luftstrøm og ydeevne over tid. En hurtig Google-søgning giver side efter side med anekdotiske rapporter om dette problem. Opbygningen opstår, fordi i de fleste biler er indsugningsluften ærligt talt beskidt-selv med luftfiltre på plads, moderne udstødningsgasrecirkulationssystemer og krumtaphusventilationssystemer kan tilføje en hel del muck til indsugningsladningen-og uden portinjektorer, der sprøjter gas (og vaskemidlerne, som den indeholder) på ventilerne, kan tingene blive temmelig beskidte i løbet af mange tusind miles.
direkte indsprøjtning fungerer godt sammen med andre motorteknologier
bilproducenter finder alle mulige nye måder til yderligere at forfine forbrændingsmotoren ved hjælp af direkte indsprøjtningsteknologi. For eksempel bruger nogle bilproducenter GDI i kombination med turboladning for at skabe motorer med lav forskydning, der får lille motoreffektivitet med stor motorkraft.
Toyota har tilbudt sit d-4S brændstofindsprøjtningssystem i en årrække med visse modeller af sin 3,5-liters V-6-motor. D – 4S bruger en kombination af både direkte og portinjektion til at blande de bedste træk ved begge systemer. Som det forklares i denne artikel fra afdelinger Auto, håndterer portinjektionssystemet ren opstart, den direkte injektion håndterer fuld belastningsacceleration, og de to systemer arbejder sammen for at afbalancere alt imellem. Dette D4-s-system bruges også på den 2,0-liters bokser firecylinder, der driver Scion FR-S og Subaru BRS.