Okvara motorja

Bencinski motor z neposrednim vbrizgom: Kako deluje?

Petrol engine with direct fuel injection
Petrol engine with direct fuel injection
Objavljeno
Članek preveden s pomočjo AI iz izvirnika (vir: autoride.sk)

Vbrizgalni ventili vbrizgajo gorivo neposredno v valj med sesalnim ali kompresijskim hodom, pri čemer ga razpršijo in uparijo, preden svečka mešanico vžge z iskro.

Funkcija bencinskega motorja z neposrednim vbrizgavanjem

Vsebina

Motor na prisilni vžig z neposrednim vbrizgom goriva ustvarja delovno mešanico goriva in zraka samo v zgorevalni komori, kar pomeni, da gre za notranjo tvorbo mešanice.

Pri tem načinu priprave mešanice ni kondenzacijskih izgub zaradi kondenzacije goriva na stenah sesalne cevi. Prav tako sta časovna razporeditev vbrizga goriva in količina vbrizganega goriva zelo natančna, zaradi česar zmanjša porabo goriva.

Odvisno od obremenitve, vrtljajev temperatura motorja in drugih parametrov motor na prisilni vžig z neposrednim vbrizgom deluje v različnih načinih z različno sestavo mešanice:

Način s homogeno mešanico:

V tem načinu se gorivo vbrizga že med sesalnim taktom, zaradi česar je dosežen dovolj časa za ustvarjanje enakomerno sestavljene mešanice. V tem primeru gre za stehiometrično zmes λ = 1, v kateri je gorivo popolnoma zgorelo, v celotni prostornini.

V tem načinu bencinskega motorja z neposrednim vbrizgom se proces zgorevanja, poraba goriva, emisije in drugi parametri ne razlikujejo zelo od bencinskega motorja z večtočkovnim vbrizgom.

Ta način je univerzalen in motor lahko v njem deluje v vseh načinih, ne glede na število vrtljajev motorja, temperaturo ali obremenitev. S tem pa bi bil motor prikrajšan za prednosti plastnega polnjenja, kar je ravno razlog, da se ta način uporablja predvsem pri visokih vrtljajih in obremenitvah motorja.

Način s homogenim delovanjem in revno mešanico:

V tem načinu bencinski motor z neposrednim vbrizgom zaradi večje učinkovitosti polnjenja dosega manjšo porabo goriva kot v načinu homogene mešanice, ker je loputa za plin bolj odprta kot v načinu homogene mešanice.

Sestava zmesi v tem režimu je 1 < λ < 2.

Način s homogenim delovanjem in plastnim polnjenjem:

V tem načinu koeficient presežka zraka doseže vrednost λ > 2 in gorivo se vbrizga dvakrat. Med prvim vbrizgom, ki poteka med sesalnim taktom, se približno četrtina polnjenja goriva na cikel dostavi v zgorevalno komoro, zaradi česar nastane homogena zmes.

Preostanek goriva se vbrizga le v fazi kompresije, njegova naloga pa je ustvariti dobro vžgano bogatejšo zmes v območju vžigalne svečke.

Način s homogenim delovanjem in zaščito pred detonacijskim zgorevanjem:

Ta način je namenjen predvsem visokim obremenitvam pri nizkih obratih motorja, ko lahko pride do detonacijskega zgorevanja. V tem načinu se ponovno uporablja dvojni vbrizg goriva kot v prejšnjem načinu.

Druga serija goriva se tako vbrizga med kompresijsko fazo, s čimer se zmanjša temperatura in tlak v zgorevalni komori ter tako prepreči detonacijsko zgorevanje.

Način večplastne mešanice:

V tem načinu se gorivo vbrizga v zgorevalno komoro med kompresijskim taktom, tik preden svečka z iskro vžge zmes.

Gorivo nima časa, da bi se dobro premešalo z zrakom in motor deluje z revno zmesjo, v kateri je koeficient presežka zraka λ > 1, vendar je v območju dobro vnetljiva zmes svečka, ki se vžge s pomočjo iskre.

V tem načinu se intenzivno uporablja tudi recirkulacija izpušnih plinov iz prejšnjih ciklov, ki jo zagotavlja EGR ventil.

Preprosto povedano, v območju vžigalne svečke je dobro vnetljiva zmes, v ostalih delih zgorevalne komore pa revna zmes oziroma izpušni plini iz prejšnjih ciklov. Način plastne mešanice je bolj primeren za nižje do srednje vrtljaje motorja.

Način s stratificirano mešanico in segrevanjem katalizatorja:

Ta način se uporablja samo za segrevanje katalizatorja na delovno temperaturo. Načelo delovanja motorja v tem načinu je enako kot v prejšnjem načinu, razen ene razlike.

Pri ekspanziji se v zgorevalno komoro vbrizga še ena doza goriva, ki poveča temperaturo v izpušni cevi in s tem tudi temperaturo katalizatorja.

Zgorevanje stratificirane mešanice:

Da bi zagotovili kakovost zgorevanja pri razslojeni zmesi, je potrebno uskladiti obliko zgorevalne komore, dna bata, medsebojno lego svečke in injektorja, pa tudi hitrost pretoka zraka, smeri, oblike in pravilnega trenutka vbrizgavanja žarka goriva.

Zgorevanje večplastne mešanice lahko torej razdelimo na:

  • Izgorevanje, ki ga vodi žarek goriva - gorivo mora biti vbrizgano v neposredni bližini vžigalne svečke
  • Izgorevanje, ki ga vodijo stene zgorevalne komore - gorivo je vbrizga v zračni tok, ki bo zaradi ustrezne oblike sten cilindrov in dna bata v pravem trenutku pripeljal mešanico goriva in zraka do svečke.

Konstrukcijska rešitev priprave plastne mešanice:

  1. Neposredno vbrizgavanje s svečkami in injektorji blizu skupaj
  2. Neposredno vbrizgavanje s svečkami in injektorji daleč narazen

1. Neposredno vbrizgavanje z vžigalnimi svečkami in injektorji blizu skupaj

Pri tej konstrukcijski rešitvi priprave plastne mešanice je uporabljeno žarkovno vodeno zgorevanje. Tako injektor vbrizga gorivo v zgorevalno komoro, medtem ko žarek goriva neposredno zadene območje elektrode svečke.

Prednosti:

  • velika plastovitost zmesi zaradi razpršitve okoli sveč, zaradi česar je zmes vedno dovolj bogata v njihovi bližini, v ostalem zgorevalnem prostoru pa je izredno revna zmes

Slabosti:

2. Neposredno vbrizgavanje z vžigalnimi svečkami in injektorji daleč narazen

Pri tej konstrukcijski rešitvi plastne priprave zmesi je uporabljeno zgorevanje vodeno po stenah zgorevalne komore.

Prednosti:

  • daljši čas priprave mešanice, kar poveča njeno kakovost
  • boljše mešanje goriva in zraka (manj razslojevanja)

Slabosti:

  • k razslojevanju zmesi pomaga oblika zgorevalne komore
  • v primeru velike turbulence v kurišču ne dosežemo zahtevane razslojenosti zmesi

Bencinski motor z neposrednim vbrizgom goriva:

Prednosti:

  • večja zmogljivost motorja
  • manjša poraba goriva (15 do 30%)
  • natančno doziranje goriva

Slabosti:

  • manjša zanesljivost
  • zahtevnejša konstrukcija
  • pri zgorevanju nehomogene mešanice nastaja več dušikovih oksidov in trdih delcev
Oznake: neposredni vbrizg neposredni vbrizg goriva bencinski motor bencinski motor z neposrednim vbrizgom homogena zmes razslojena zmes