Potresti aver letto o sentito uno dei tuoi editor di auto tech preferiti parlare dell’iniezione diretta della benzina e di come sia una delle “grandi tecnologie” che sta aiutando a mantenere vivo il motore a combustione interna quasi 200 nel 21 ° secolo. Nel numero di questa settimana dell’ABC di Car Tech, spiegherò cos’è l’iniezione diretta di benzina e perché dovresti preoccuparti se è nel motore della tua prossima auto o no.
Come ha funzionato l’iniezione di carburante prima dell’iniezione diretta?
Il moderno motore a combustione interna a benzina (ICE) ha bisogno di tre cose per far girare il suo albero motore: aria ossigenata, carburante e una scintilla per far esplodere l’aria e il carburante. L’aria viene aspirata attraverso l’aspirazione dove viene misurata dal sensore MAF (Mass Air Flow) dell’auto prima di passare al collettore di aspirazione dove il singolo percorso di aspirazione è suddiviso in quattro o otto corridori di aspirazione, ognuno dei quali conduce in una delle camere di combustione cilindriche del veicolo. Da qualche parte lungo la linea, la carica di aspirazione è mescolato con carburante prima che la candela fa tutto andare boom all’interno della camera di combustione. Questo è tutto GHIACCIO 101 per la maggior parte di voi, sono sicuro.
Nei tempi antichi della tecnologia del motore, i carburatori e i sistemi di iniezione del carburante a punto singolo mescolavano aria e carburante relativamente imprecisi o anche prima del collettore di aspirazione, aggiungendo circa la giusta quantità di carburante per l’intero banco di cilindri. Per la maggior parte, ogni camera di combustione ha ottenuto ciò di cui aveva bisogno. Tuttavia, a seconda del design del collettore di aspirazione, questa approssimazione potrebbe causare i cilindri più vicini al carb o iniettore di carburante ottenere un po ‘troppo carburante (in esecuzione ricco) mentre i cilindri più lontano ottenuto un po’ troppo poco (esecuzione magra). Un sintonizzatore carburatore esperto (o computer motore intelligente) potrebbe mantenere le cose da ottenere fuori controllo, ma anche la migliore sintonia è stata limitata dal design del collettore di aspirazione.
La stragrande maggioranza delle auto moderne utilizza una configurazione MPFI (multi-point Fuel Injection) (nota anche come port injection). Ecco come funziona: piuttosto che utilizzare un iniettore che spruzza circa la giusta quantità di carburante, ciascuno dei singoli corridori di aspirazione ha il proprio iniettore (o iniettori) che aggiunge uno spruzzo di carburante aerosolizzato all’aria di aspirazione da un iniettore pressurizzato. La miscela di aria e carburante viene aspirata nella porta aperta e nella camera di combustione dal pistone in ritirata. La valvola di aspirazione si chiude e la combustione esplosiva avviene nel cilindro ora sigillato.
Per la maggior parte, MPFI è bene e dandy. È certamente molto più efficiente dei vecchi sistemi carburati e SPFI grazie alla sua capacità di regolare la quantità di carburante aggiunto all’aspirazione per ogni singolo cilindro, equalizzando i cilindri precedentemente magri e ricchi alle estremità estreme del collettore, migliorando la generazione di energia e riducendo lo spreco di carburante. Quindi, perché correggere ciò che non è effettivamente rotto?
In che modo l’iniezione diretta migliora le prestazioni?
Avrete notato che durante i salti dalla carburazione a SPFI a MPFI, il punto in cui il carburante viene aggiunto alla carica di aspirazione si è spostato da prima dell’acceleratore al collettore di aspirazione e in poi ai singoli corridori di aspirazione closer sempre più vicino alla camera di combustione. L’iniezione diretta porta questa evoluzione al livello successivo posizionando l’iniettore all’interno della camera di combustione. Spostando l’iniettore nella camera di combustione, l’iniezione diretta della benzina (GDI) guadagna alcuni vantaggi rispetto ai sistemi precedentemente discussi.
Inserendo l’iniettore all’interno del cilindro, il computer del motore ottiene un controllo ancora più preciso sulla quantità di carburante durante la corsa di aspirazione, ottimizzando ulteriormente la miscela aria/carburante per creare un’esplosione di combustione pulita con pochissimo carburante sprecato e una maggiore erogazione di potenza.
Un sistema GDI ha anche una maggiore flessibilità per quanto riguarda quando nel ciclo di combustione viene aggiunto il carburante. I sistemi MPFI possono aggiungere carburante solo durante la corsa di aspirazione del pistone, quando la valvola di aspirazione è aperta. GDI può aggiungere carburante ogni volta che è necessario. Ad esempio, alcuni motori GDI possono regolare i tempi in modo che una minore quantità di carburante venga iniettata durante la corsa di compressione, creando un’esplosione controllata molto più piccola nel cilindro. Questa cosiddetta modalità di bruciatura ultra magra sacrifica un po ‘ di potenza a titolo definitivo, ma riduce notevolmente la quantità di carburante utilizzato durante i periodi in cui il veicolo richiede pochissimo grugnito (minimo, coasting, decelerazione, ecc.).
Anche i motori GDI reagiscono più rapidamente a questi cambiamenti nei tempi e nella quantità di aggiunta di carburante, aumentando la guidabilità. Inoltre, il veicolo è in grado di regolare più rapidamente in base agli input dei sensori situati a valle della camera di combustione, mantenendo sotto controllo le emissioni sporche che fuoriescono dal tubo di coda.
Alcune case automobilistiche hanno persino sperimentato l’utilizzo di GDI per sparare un’ulteriore esplosione di carburante nel cilindro per creare un’esplosione secondaria durante il ciclo di combustione, con conseguente potenziale ancora più potenza ed efficienza.
Ecco un fatto divertente: la tecnologia di iniezione diretta non è così nuova come si potrebbe pensare. La tecnologia è stata intorno dal 1920 per i motori a benzina ed è in realtà già in uso nella maggior parte dei motori diesel.
Ci sono potenziali inconvenienti per GDI?
Potresti chiedere: “Se GDI è così grande, perché non è in ogni nuova auto?”
Parte del motivo è che la produzione di un motore ad iniezione diretta è più costosa a causa della complessità dei componenti, il che significa che l’auto che il motore alla fine alimenta sarebbe anche più costosa da acquistare. Ad esempio, gli iniettori di un motore GDI devono essere più robusti degli iniettori di porta per resistere al calore e alla pressione di centinaia (o addirittura migliaia) di piccole esplosioni al minuto. Inoltre, poiché un sistema GDI deve essere in grado di iniettare carburante in una camera di combustione pressurizzata, le linee di carburante che forniscono la benzina devono essere ancora più elevate in compressione. I sistemi di alimentazione GDI possono funzionare a molte migliaia di psi rispetto ai 40-60 psi dei sistemi di iniezione delle porte.
Il prezzo di questi componenti è in calo, ma in generale e per ora l’iniezione di porte è più economica e “abbastanza buona” per la maggior parte delle auto economiche.
Inoltre, alcuni proprietari e manutentori di motori GDI (in particolare modelli con turbocompressore a prestazioni più elevate) hanno riferito che i sistemi di iniezione diretta vedono un aumento dell’accumulo di carbonio nei lati posteriori delle loro valvole di aspirazione, con conseguente riduzione del flusso d’aria e delle prestazioni nel tempo. Una rapida ricerca su Google produce pagina dopo pagina di rapporti aneddotici di questo problema. L’accumulo si verifica perché la maggior parte delle vetture di aspirazione dell’aria è, francamente, una sorta di sporco, anche con i filtri dell’aria in luogo, moderno ricircolo dei gas di scarico e sistemi di sfiato del basamento sistemi può aggiungere un po ‘ di confusione per l’assunzione della carica, e senza porta iniettori spruzzare benzina (e i detergenti che esso contiene) sul valvole, le cose possono ottenere abbastanza sporca nel corso di molte migliaia di miglia.
L’iniezione diretta funziona bene con altre tecnologie del motore
Le case automobilistiche stanno trovando tutti i tipi di nuovi modi per perfezionare ulteriormente il motore a combustione interna con l’aiuto della tecnologia di iniezione diretta. Ad esempio, alcune case automobilistiche (tra cui Ford, Audi e BMW) utilizzano GDI in combinazione con la turbocompressione per creare motori a bassa cilindrata che ottengono una piccola efficienza del motore con una grande potenza del motore.
Toyota ha offerto il suo sistema di iniezione del carburante D-4S per un certo numero di anni con alcuni modelli del suo motore V-6 da 3,5 litri. Il D – 4S utilizza una combinazione di iniezione diretta e porta per fondere le migliori caratteristiche di entrambi i sistemi. Come spiegato in questo articolo da Wards Auto, il sistema di iniezione porta gestisce avvio pulito, l’iniezione diretta gestisce l’accelerazione a pieno carico, ei due sistemi lavorano in tandem per bilanciare tutto il resto. Questo sistema D4-S viene utilizzato anche sul quattro cilindri boxer da 2,0 litri che alimenta Scion FR-S e Subaru BRZ.