Bränsleinsprutning i bensinmotorer. Fördelar, nackdelar och eventuella problem

Typen av insprutningssystem bestämmer motorparametrar och driftskostnader. Det påverkar bilens dynamik, bränsleförbrukning, avgasutsläpp och underhållskostnader.

Historien om den praktiska tillämpningen av bensininsprutning i en förbränningsmotor inom transport går tillbaka till tiden före första världskriget. Redan då letade flyget snabbt efter nya lösningar som kunde förbättra motorernas effektivitet och övervinna problem med kraften i olika positioner av flygplanet. Bränsleinsprutning, som först dök upp i 8 års franska V1903-flygmotor, visade sig användbar. Det var inte förrän 1930 som den bränsleinsprutade Mercedes 1951 SL debuterade, allmänt betraktad som en föregångare inom området. I sportversionen var det dock den första bilen med direkt bensininsprutning.

Elektronisk bränsleinsprutning användes första gången i 300-talet i en Chrysler-motor från 1958. Flerpunkts bensininsprutning började dyka upp på bilar på 1981-talet, men den användes mest i lyxmodeller. Elektriska högtryckspumpar användes redan för att säkerställa korrekt tryck, men kontrollen var fortfarande mekanikerns ansvar, som först försvann i glömska år 600 när Mercedes-produktionen slutade. Insprutningssystem var fortfarande dyra och bytte inte till billiga och populära bilar. Men när det i XNUMXs blev nödvändigt att installera katalysatorer på alla bilar, oavsett deras klass, måste en billigare typ av insprutning utvecklas.

Närvaron av en katalysator krävde mer exakt kontroll av blandningens sammansättning än vad förgasare kunde ge. Således skapades enpunktsinsprutning, en mager version av "multipunkt", men tillräcklig för behoven hos billiga bilar. Sedan slutet av nittiotalet började det försvinna från marknaden och ersattes av flerpunktsinjektorer, som för närvarande är det mest populära bränslesystemet i bilmotorer. 1996 gjorde direkt bränsleinsprutning sin standarddebut på Mitsubishi Carisma. Den nya tekniken behövde allvarliga förbättringar och hittade till en början få anhängare.

Men inför allt strängare avgasstandarder, som redan från början hade en djupgående effekt på framstegen inom fordonsbränslesystem, var designers så småningom tvungna att gå över till direktinsprutning av bensin. I de senaste lösningarna, hittills få till antalet, kombinerar de två typer av bensininsprutning - indirekt flerpunkts och direkt.    

Indirekt Single Point Injection

I enpunktsinsprutningssystem drivs motorn av en enda insprutare. Den är installerad vid insugningsgrenrörets inlopp. Bränsle tillförs under ett tryck på ca 1 bar. Det finfördelade bränslet blandas med luft framför insugningsöppningarna i kanalerna som leder till de enskilda cylindrarna.

Bränsle-luftblandningen sugs in i kanalerna utan exakt dosering av blandningen för varje cylinder. På grund av skillnader i längden på kanalerna och kvaliteten på deras ytbehandlingar är strömförsörjningen till cylindrarna ojämn. Men det finns också fördelar. Eftersom vägen för bränsle-luftblandningen från injektorn till förbränningskammaren är lång, kan bränslet avdunsta bra när motorn värms upp ordentligt. Vid kallt väder avdunstar inte bränslet, borsten kondenserar på kollektorns väggar och går delvis in i förbränningskammaren i form av droppar. I denna form kan det inte brinna ut helt under arbetscykeln, vilket leder till låg motoreffektivitet i uppvärmningsfasen.

Konsekvensen av detta är ökad bränsleförbrukning och hög toxicitet för avgaser. Enpunktsinsprutning är enkel och billig, kräver inte många delar, komplexa munstycken och avancerade styrsystem. Låga produktionskostnader ger ett lägre fordonspris och reparationer med enpunktsinsprutning är enkla. Denna typ av insprutning används inte i moderna personbilsmotorer. Den finns bara i modeller med bakåtvänd design, även om den är tillverkad utanför Europa. Ett exempel är den iranska Samand.

privilegier

– Enkel design

– Låga produktions- och underhållskostnader

– Låg toxicitet för avgaser när motorn är varm

defekter

– Låg bränsledoseringsnoggrannhet

– Relativt hög bränsleförbrukning

– Hög toxicitet för avgaser i uppvärmningsfasen av motorn

– Dåliga prestanda när det gäller motordynamik

Indirekt flerpunktsinjektion

En förlängning av enpunkts indirekt injektion är flerpunkts indirekt injektion med en injektor i varje inloppsport. Bränsle levereras efter gasreglaget, strax före insugningsventilen.Injektorerna är närmare cylindrarna, men luft-bränsleblandningsbanan är fortfarande tillräckligt lång för att bränslet ska förångas på en varm motor. Å andra sidan har uppvärmningsfasen mindre tendens att kondensera på inloppsportens väggar eftersom avståndet mellan injektorn och cylindern är kortare. I flerpunktssystem tillförs bränsle med ett tryck på 2 till 4 bar.

En separat injektor för varje cylinder ger konstruktörer helt nya möjligheter när det gäller att öka motordynamiken, minska bränsleförbrukningen och minska avgasutsläppen. Till en början användes inga avancerade styrsystem och alla munstycken mätte bränsle samtidigt. Denna lösning var inte optimal, eftersom insprutningsmomentet inte inträffade i varje cylinder vid det mest fördelaktiga ögonblicket (när den träffade den stängda insugningsventilen). Endast utvecklingen av elektronik gjorde det möjligt att bygga mer avancerade styrsystem, tack vare vilka insprutningen började fungera mer exakt.

Ursprungligen öppnades munstyckena i par, sedan utvecklades ett sekventiellt bränsleinsprutningssystem, där varje munstycke öppnas separat, i det optimala ögonblicket för en given cylinder. Denna lösning låter dig välja bränsledosen för varje slag exakt. Ett seriellt flerpunktssystem är mycket mer komplext än ett enpunktssystem, dyrare att tillverka och dyrare att underhålla. Det låter dig dock avsevärt öka motorns effektivitet med mindre bränsleförbrukning och mindre toxicitet av avgaser.

privilegier

– Hög bränsledoseringsnoggrannhet

– Låg bränsleförbrukning

– Många möjligheter när det gäller motordynamik

– Låg toxicitet för avgaser

defekter

- Betydande designkomplexitet

– Relativt höga produktions- och underhållskostnader

Direkt injektion

I denna lösning är injektorn installerad i cylindern och sprutar in bränsle direkt i förbränningskammaren. Å ena sidan är detta mycket fördelaktigt, eftersom det gör att du mycket snabbt kan byta ut bränsle-luftladdningen ovanför kolven. Dessutom kyler det relativt kalla bränslet kolvkronan och cylinderväggarna bra, så kompressionsförhållandet kan ökas och motorns effektivitet kan ökas utan rädsla för ogynnsam förbränningsknack.

Direktinsprutade motorer är designade för att bränna mycket magra luft/bränsleblandningar vid låga motorbelastningar för att uppnå extremt låg bränsleförbrukning. Det visade sig dock att detta orsakar problem med ett överskott av kväveoxider i avgaserna, för att eliminera vilket det är nödvändigt att installera lämpliga rengöringssystem. Designers hanterar kväveoxider på två sätt: genom att lägga till boost och minska storleken, eller genom att installera ett komplext system med tvåfasmunstycken. Praxis visar också att med direkt bränsleinsprutning, ett ogynnsamt fenomen av kolavlagringar i cylindrarnas insugningskanaler och på insugningsventilens stammar (minskning i motordynamik, ökning av bränsleförbrukningen).

Detta beror på att både insugningskanalerna och insugningsventilerna inte spolas med luft/bränsleblandningen som vid indirekt insprutning. Därför sköljs de inte bort av fina oljepartiklar som kommer in i sugsystemet från vevhusventilationssystemet. Oljeföroreningar härdar under påverkan av temperatur, vilket skapar ett allt tjockare lager av oönskat sediment.

privilegier

– Mycket hög bränsledoseringsnoggrannhet

– Möjlighet att bränna magra blandningar

– Mycket bra motordynamik med låg bränsleförbrukning

defekter

- Extremt komplex design

– Mycket höga produktions- och underhållskostnader

– Problem med överskott av kväveoxider i avgaserna

- Kolavlagringar i intagssystemet

Dubbel injektion - direkt och indirekt

Design av blandade injektionssystem drar fördel av både indirekt och direkt injektion. Direktinsprutning fungerar när motorn är kall. Bränsle-luftblandningen strömmar direkt över kolven och kondensering är utesluten. När motorn är varm och går under lätt belastning (konstant hastighetskörning, mjuk acceleration) slutar direktinsprutningen att fungera och indirekt multipunktsinsprutning tar vid. Bränsle avdunstar bättre, mycket dyra direktinsprutare fungerar inte och slits inte, insugningsventiler tvättas av bränsle-luftblandningen, så att avlagringar inte bildas på dem. Vid höga motorbelastningar (stark acceleration, snabb körning) kopplas direktinsprutningen på igen, vilket säkerställer en mycket snabb fyllning av cylindrarna.

privilegier

– Mycket exakt bränsledosering

– Optimal motorleverans under alla förhållanden

– Mycket bra motordynamik med låg bränsleförbrukning

– Inga kolavlagringar i insugningssystemet

defekter

- Enorm designkomplexitet

– Extremt höga produktions- och underhållskostnader