być może czytałeś lub słyszałeś jednego ze swoich ulubionych redaktorów samochodowych mówiących o bezpośrednim wtrysku benzyny i o tym, jak jest to jedna z „dużych technologii”, która pomaga utrzymać prawie 200-letni silnik spalinowy przy życiu w XXI wieku. W tym tygodniowym numerze ABCs of Car Tech, zamierzam wyjaśnić, co to jest bezpośredni wtrysk benzyny i dlaczego powinieneś się przejmować, czy jest w silniku Twojego następnego samochodu, czy nie.
jak działa wtrysk paliwa przed wtryskiem bezpośrednim?
nowoczesny silnik spalinowy benzynowy (ICE) potrzebuje trzech rzeczy, aby obrócić swój wał korbowy: natlenionego powietrza, paliwa i iskry, aby powietrze i paliwo eksplodowały. Powietrze jest zasysane przez wlot, gdzie jest mierzone przez Czujnik Masowego Przepływu Powietrza (MAF) samochodu, zanim przejdzie do kolektora dolotowego, gdzie pojedyncza ścieżka dolotowa jest podzielona na cztery do ośmiu prowadnic dolotowych, z których każdy prowadzi do jednej z cylindrycznych komór spalania pojazdu. Gdzieś wzdłuż linii, ładunek dolotowy jest mieszany z paliwem, zanim świeca zapłonowa sprawi, że wszystko pójdzie boom wewnątrz komory spalania. To wszystko ICE 101 dla większości z was, jestem pewien.
w dawnych czasach techniki silnikowej gaźniki i jednopunktowe układy wtrysku paliwa miały stosunkowo nieprecyzyjne mieszanie powietrza i paliwa w kolektorze dolotowym lub nawet przed nim, dodając odpowiednią ilość paliwa dla całego zestawu cylindrów. W większości przypadków każda komora spalania otrzymała to, czego potrzebowała. Jednakże, w zależności od konstrukcji kolektora dolotowego, to przybliżenie może spowodować, że cylindry najbliżej carb Lub Wtryskiwacza Paliwa dostanie trochę za dużo paliwa (działa bogaty), podczas gdy cylindry najdalej dostał trochę za mało (działa chudy). Doświadczony tuner gaźnika (lub inteligentny komputer silnika) mógł powstrzymać rzeczy przed wymknięciem się spod kontroli, ale nawet najlepsza melodia była ograniczona przez konstrukcję kolektora dolotowego.
zdecydowana większość nowoczesnych samochodów wykorzystuje wielopunktowy wtrysk paliwa (MPFI) (znany również jako Wtrysk portu). Oto jak to działa: zamiast używać jednego wtryskiwacza, który rozpyla odpowiednią ilość paliwa, każdy z poszczególnych prowadnic dolotowych ma swój własny wtryskiwacz (lub wtryskiwacze), który dodaje trysk aerozolizowanego paliwa do powietrza dolotowego z wtryskiwacza pod ciśnieniem. Mieszanka powietrza i paliwa jest wciągana do otwartego portu i do komory spalania przez cofający się tłok. Zawór wlotowy następnie zatrzaskuje się, a wybuchowe spalanie następuje w teraz zamkniętym cylindrze.
w większości MPFI jest w porządku i elegancko. Z pewnością jest o wiele bardziej wydajny niż starsze systemy nawęglane i SPFI dzięki możliwości regulacji ilości paliwa dodawanego do wlotu dla każdego pojedynczego cylindra, wyrównując poprzednio szczupłe i bogate cylindry na skrajnych końcach kolektora, poprawiając wytwarzanie energii i zmniejszając marnowanie paliwa. Po co więc naprawiać to, co skutecznie nie jest zepsute?
jak bezpośredni Wtrysk poprawia wydajność?
być może zauważyłeś, że podczas skoków z gaźnika do SPFI do MPFI, punkt, w którym paliwo jest dodawane do ładunku dolotowego, przesunął się przed przepustnicą do kolektora dolotowego i dalej do poszczególnych prowadnic dolotowych-coraz bliżej komory spalania. Wtrysk bezpośredni przenosi tę ewolucję na wyższy poziom, umieszczając wtryskiwacz wewnątrz komory spalania. Przenosząc wtryskiwacz do komory spalania, bezpośredni wtrysk benzyny (GDI) zyskuje kilka zalet w stosunku do wcześniej omawianych systemów.
umieszczając wtryskiwacz wewnątrz cylindra, komputer silnika zyskuje jeszcze większą kontrolę nad ilością paliwa podczas suwu dolotowego, dodatkowo optymalizując mieszankę powietrzno-paliwową, aby stworzyć czystą eksplozję z bardzo małą ilością zmarnowanego paliwa i zwiększonym dostarczaniem mocy.
system GDI ma również większą elastyczność w odniesieniu do dodawania paliwa w cyklu spalania. Systemy MPFI mogą dodawać paliwo tylko podczas skoku tłoka wlotowego, gdy zawór wlotowy jest otwarty. GDI może dodawać paliwo w dowolnym momencie. Na przykład niektóre silniki GDI mogą regulować czas tak, aby mniejsza ilość paliwa była wtryskiwana podczas suwu sprężania, tworząc znacznie mniejszy, kontrolowany wybuch w cylindrze. Ten tak zwany tryb ultra lean burn poświęca trochę mocy, ale znacznie zmniejsza ilość paliwa zużywanego w czasach, gdy pojazd wymaga bardzo mało chrząkania (na biegu jałowym, wybiegu, zwalniania itp.).
silniki GDI również szybciej reagują na te zmiany w czasie i ilości dodawanego paliwa, zwiększając właściwości jezdne. Dodatkowo pojazd jest w stanie szybciej regulować na podstawie wejść z czujników umieszczonych za komorą spalania, utrzymując w ryzach emisję zanieczyszczeń z rury wydechowej.
niektórzy producenci samochodów eksperymentowali nawet z użyciem GDI, aby wystrzelić dodatkowy strumień paliwa do cylindra, aby wywołać wtórną eksplozję podczas cyklu spalania, co potencjalnie skutkuje jeszcze większą mocą i wydajnością.
oto ciekawostka: technologia bezpośredniego wtrysku nie jest tak Nowa, jak myślisz. Technologia ta istnieje od lat 20. W przypadku silników benzynowych i jest już stosowana w większości silników wysokoprężnych.
czy są jakieś potencjalne wady GDI?
możesz zapytać: „skoro GDI jest takie świetne, to dlaczego nie ma go w każdym nowym samochodzie?”
po części powodem jest to, że produkcja silnika z bezpośrednim wtryskiem jest droższa ze względu na złożoność komponentów, co oznacza, że samochód, który silnik ostatecznie napędza, byłby również droższy w zakupie. Na przykład, wtryskiwacze w silniku GDI muszą być bardziej wytrzymałe niż wtryskiwacze portowe, aby wytrzymać ciepło i ciśnienie setek (a nawet tysięcy) małych wybuchów na minutę. Dodatkowo, ponieważ system GDI musi być w stanie wtryskiwać paliwo do ciśnieniowej komory spalania, przewody paliwowe zasilające benzynę muszą być jeszcze bardziej sprężone. Układy paliwowe GDI mogą pracować z prędkością wielu tysięcy psi w porównaniu z 40 do 60 psi systemów wtrysku portu.
cena tych podzespołów spada, ale generalnie i na razie port wtrysku jest tańszy i „wystarczająco dobry” dla większości aut ekonomicznych.
ponadto niektórzy właściciele i konserwatorzy silników GDI (szczególnie wysokowydajnych modeli z turbodoładowaniem) poinformowali, że układy z bezpośrednim wtryskiem odnotowują zwiększone nagromadzenie węgla w tylnych stronach zaworów dolotowych, co powoduje zmniejszenie przepływu powietrza i wydajności w czasie. Szybkie wyszukiwanie Google daje stronę po stronie anegdotycznych raportów tego problemu. Nagromadzenie występuje, ponieważ w większości samochodów powietrze dolotowe jest, szczerze mówiąc, trochę brudne — nawet z filtrami powietrza na miejscu, nowoczesne systemy recyrkulacji spalin i systemy odpowietrzania skrzyni korbowej mogą dodać sporo brudu do ładunku dolotowego — i bez wtryskiwaczy portowych rozpylających benzynę (i detergenty, które zawiera) na zawory, rzeczy mogą być dość brudne w ciągu wielu tysięcy mil.
Wtrysk bezpośredni działa dobrze z innymi technologiami silnika
producenci samochodów znajdują różne nowe sposoby dalszego udoskonalania silnika spalinowego za pomocą technologii wtrysku bezpośredniego. Na przykład niektórzy producenci samochodów (w tym Ford, Audi i BMW) używają GDI w połączeniu z turbodoładowaniem do tworzenia silników o niskiej pojemności skokowej, które uzyskują małą wydajność silnika przy dużej mocy silnika.
Toyota od wielu lat oferuje układ wtrysku paliwa D-4S z niektórymi modelami 3,5-litrowego silnika V-6. D-4S wykorzystuje połączenie bezpośredniego i portowego wtrysku, aby połączyć najlepsze cechy obu systemów. Jak wyjaśniono w tym artykule z Wards Auto, system wtrysku portu obsługuje czyste uruchamianie, Wtrysk bezpośredni obsługuje przyspieszenie pełnego obciążenia,a oba systemy działają w tandemie, aby zrównoważyć wszystko pomiędzy. Ten system D4 – S jest również stosowany w 2,0-litrowym bokserze czterocylindrowym, który napędza Scion FR-S I Subaru BRZ.