Benzinli motorlarda yakıt enjeksiyonu. Avantajlar, dezavantajlar ve olası sorunlar

Enjeksiyon sisteminin tipi motor parametrelerini ve işletme maliyetlerini belirler. Otomobilin dinamiklerini, yakıt tüketimini, egzoz emisyonlarını ve bakım maliyetlerini etkiler.

İçten yanmalı bir motorda benzin enjeksiyonunun ulaşımda pratik uygulamasının tarihi, Birinci Dünya Savaşı'ndan önceki döneme kadar uzanmaktadır. O zaman bile, havacılık acilen motorların verimliliğini artırabilecek ve uçağın çeşitli pozisyonlarında güçle ilgili sorunların üstesinden gelebilecek yeni çözümler arıyordu. İlk olarak 8 Fransız V1903 uçak motorunda ortaya çıkan yakıt enjeksiyonunun faydalı olduğu kanıtlandı. 1930'a kadar yakıt enjeksiyonlu Mercedes 1951 SL piyasaya sürüldü ve bu alanda yaygın olarak bir öncü olarak kabul edildi. Ancak spor versiyonunda, doğrudan benzin enjeksiyonlu ilk otomobildi.

Elektronik yakıt enjeksiyonu ilk olarak 300'de 1958 Chrysler motorunda kullanıldı.Çok noktalı benzin enjeksiyonu 1981'lerde otomobillerde görülmeye başlandı, ancak daha çok lüks modellerde kullanıldı. Uygun basıncı sağlamak için yüksek basınçlı elektrikli pompalar zaten kullanılıyordu, ancak kontrol hala mekaniklerin sorumluluğuydu, ancak 600'ta Mercedes üretiminin sona ermesiyle unutulmaya yüz tuttu. Enjeksiyon sistemleri hala pahalıydı ve ucuz ve popüler arabalara dönüşmedi. Ancak XNUMX'lerde sınıflarından bağımsız olarak tüm arabalara katalitik konvertör takmak gerektiğinde, daha ucuz bir enjeksiyon türü geliştirmek zorunda kaldı.

Bir katalizörün varlığı, karışımın bileşiminin karbüratörlerin sağlayabileceğinden daha hassas bir şekilde kontrol edilmesini gerektiriyordu. Böylece, "çok noktalı" nın yetersiz bir versiyonu olan, ancak ucuz arabaların ihtiyaçları için yeterli olan tek nokta enjeksiyonu yaratıldı. Doksanların sonlarından itibaren piyasadan kaybolmaya başladı ve yerini şu anda otomotiv motorlarında en popüler yakıt sistemi olan çok noktalı enjektörler aldı. 1996 yılında, Mitsubishi Carisma'da doğrudan yakıt enjeksiyonu standart olarak piyasaya sürüldü. Yeni teknolojinin ciddi bir iyileştirmeye ihtiyacı vardı ve ilk başta çok az takipçi buldu.

Bununla birlikte, en başından itibaren otomotiv yakıt sistemlerindeki ilerleme üzerinde güçlü bir etkisi olan ve giderek katılaşan egzoz gazı standartları karşısında, tasarımcılar sonunda doğrudan benzin enjeksiyonuna geçmek zorunda kaldılar. En son çözümlerde, şimdiye kadar çok az sayıda, iki tür benzin enjeksiyonunu birleştirirler - dolaylı çok noktalı ve doğrudan.    

Dolaylı Tek Nokta Enjeksiyon

Tek nokta enjeksiyonlu sistemlerde motora tek enjektör ile güç verilir. Emme manifoldunun girişine monte edilmiştir. Yakıt yaklaşık 1 bar basınç altında sağlanır. Atomize yakıt, bireysel silindirlere giden kanalların giriş portlarının önünde hava ile karışır.

Yakıt-hava karışımı, her silindir için karışım kesin olarak dozajlanmadan kanallara emilir. Kanalların uzunluğundaki farklılıklar ve bitişlerinin kalitesi nedeniyle, silindirlere giden güç kaynağı eşit değildir. Ama faydaları da var. Yakıtın hava ile karışımının memeden yanma odasına kadar olan yolu uzun olduğundan, motor uygun şekilde ısındığında yakıt iyi buharlaşabilir. Soğuk havalarda yakıt buharlaşmaz, kıllar kollektör duvarlarında yoğunlaşır ve damlalar şeklinde kısmen yanma odasına girer. Bu formda, çalışma döngüsünde tamamen yanamaz, bu da ısınma aşamasında düşük motor verimliliğine yol açar.

Bunun sonucu, artan yakıt tüketimi ve egzoz gazlarının yüksek toksisitesidir. Tek noktadan enjeksiyon basit ve ucuzdur, çok parça, karmaşık nozullar ve gelişmiş kontrol sistemleri gerektirmez. Düşük üretim maliyetleri, daha düşük araç fiyatı ile sonuçlanır ve tek noktadan enjeksiyon ile onarımlar kolaydır. Bu tip enjeksiyon, modern binek otomobil motorlarında kullanılmaz. Avrupa dışında üretilmesine rağmen sadece geriye tasarımlı modellerde bulunabilir. Bir örnek İran Samand'ıdır.

faydaları

- Basit tasarım

– Düşük üretim ve bakım maliyetleri

– Motor sıcakken egzoz gazlarının düşük toksisitesi

kusurlar

– Düşük yakıt dozaj doğruluğu

– Nispeten yüksek yakıt tüketimi

– Motorun ısınma aşamasında egzoz gazlarının yüksek toksisitesi

– Motor dinamiği açısından düşük performans

Dolaylı çok noktalı enjeksiyon

Tek noktalı dolaylı enjeksiyonun bir uzantısı, her giriş portunda bir enjektör bulunan çok noktalı dolaylı enjeksiyondur. Yakıt, gaz kelebeğinden sonra, emme valfinden hemen önce verilir.Enjektörler silindirlere daha yakındır, ancak hava/yakıt karışımı yolu, yakıtın sıcak bir motorda buharlaşması için hala yeterince uzundur. Öte yandan, meme ile silindir arasındaki mesafe daha kısa olduğu için, ısıtma fazı emme ağzının duvarlarında daha az yoğunlaşma eğilimi gösterir. Çok noktalı sistemlerde yakıt 2 ila 4 bar basınçta verilir.

Her silindir için ayrı bir enjektör, tasarımcılara motor dinamiklerini artırmak, yakıt tüketimini azaltmak ve egzoz emisyonlarını azaltmak açısından tamamen yeni olanaklar sunuyor. Başlangıçta hiçbir gelişmiş kontrol sistemi kullanılmadı ve tüm nozullar aynı anda yakıt dağıttı. Bu çözüm optimal değildi, çünkü enjeksiyon momenti her silindirde en avantajlı anda (kapalı emme valfine çarptığında) oluşmadı. Yalnızca elektroniklerin geliştirilmesi, enjeksiyonun daha doğru çalışmaya başladığı daha gelişmiş kontrol sistemleri oluşturmayı mümkün kıldı.

Başlangıçta, nozüller çiftler halinde açıldı, daha sonra her nozülün belirli bir silindir için optimum anda ayrı ayrı açıldığı sıralı bir yakıt enjeksiyon sistemi geliştirildi. Bu çözüm, her strok için yakıt dozunu doğru bir şekilde seçmenizi sağlar. Seri çok noktalı sistem, tek noktalı sistemden çok daha karmaşıktır, üretimi daha pahalı ve bakımı daha pahalıdır. Bununla birlikte, daha az yakıt tüketimi ve egzoz gazlarının daha az toksisitesi ile motorun verimliliğini önemli ölçüde artırmanıza olanak tanır.

faydaları

– Yüksek yakıt dozajlama hassasiyeti

– Düşük yakıt tüketimi

– Motor dinamiği açısından birçok olasılık

– Egzoz gazlarının düşük toksisitesi

kusurlar

- Önemli tasarım karmaşıklığı

– Nispeten yüksek üretim ve bakım maliyetleri

Doğrudan enjeksiyon

Bu çözümde, enjektör silindire takılır ve yakıtı doğrudan yanma odasına enjekte eder. Bir yandan, pistonun üzerindeki yakıt-hava yükünü çok hızlı bir şekilde değiştirmenize izin verdiği için bu çok faydalıdır. Ek olarak, nispeten soğuk yakıt, piston tepesini ve silindir duvarlarını iyi soğutur, bu nedenle, ters yanma vuruntusu korkusu olmadan sıkıştırma oranını artırmak ve daha yüksek motor verimliliği elde etmek mümkündür.

Doğrudan enjeksiyonlu motorlar, son derece düşük yakıt tüketimi elde etmek için düşük motor yüklerinde çok zayıf hava/yakıt karışımlarını yakmak üzere tasarlanmıştır. Bununla birlikte, bunun, uygun temizleme sistemlerinin kurulmasının gerekli olduğunu ortadan kaldırmak için egzoz gazlarında aşırı nitrojen oksit ile sorunlara neden olduğu ortaya çıktı. Tasarımcılar nitrojen oksitlerle iki şekilde savaşırlar: takviye ekleyerek ve boyutu küçülterek ya da iki fazlı nozullardan oluşan karmaşık bir sistem kurarak. Uygulama ayrıca, doğrudan yakıt enjeksiyonu ile, silindirlerin emme kanallarında ve emme valfi gövdelerinde olumsuz karbon birikintileri olgusunun (motor dinamiklerinde azalma, yakıt tüketiminde artış) olduğunu göstermektedir.

Bunun nedeni, hem giriş portlarının hem de giriş valflerinin dolaylı enjeksiyonda olduğu gibi hava-yakıt karışımı ile yıkanmamasıdır. Bu nedenle, karter havalandırma sisteminden emme sistemine giren ince yağ parçacıkları tarafından yıkanmazlar. Yağ kirlilikleri sıcaklığın etkisi altında sertleşir ve giderek daha kalın bir istenmeyen tortu tabakası oluşturur.

faydaları

– Çok yüksek yakıt dozajlama hassasiyeti

– Yağsız karışımları yakma imkanı

– Düşük yakıt tüketimi ile çok iyi motor dinamiği

kusurlar

- Son derece karmaşık tasarım

– Çok yüksek üretim ve bakım maliyetleri

– Egzoz gazlarındaki aşırı nitrojen oksit sorunları

- Emme sistemindeki karbon birikintileri

Çift enjeksiyon - doğrudan ve dolaylı

Karışık enjeksiyon sistemi tasarımı, hem dolaylı hem de doğrudan enjeksiyondan yararlanır. Direkt enjeksiyon, motor soğukken çalışır. Yakıt/hava karışımı doğrudan pistonun üzerinden akar ve yoğuşma olmaz. Motor sıcakken ve hafif yük altında çalışırken (sabit hızda sürüş, yumuşak hızlanma), direkt enjeksiyon çalışmayı durdurur ve çok noktalı dolaylı enjeksiyon rolünü üstlenir. Yakıt daha iyi buharlaşır, çok pahalı direkt enjeksiyonlu sistem enjektörleri çalışmaz ve yıpranmaz, emme valfleri yakıt-hava karışımı ile yıkanır ve üzerlerinde tortu oluşmaz. Yüksek motor yüklerinde (güçlü hızlanmalar, hızlı sürüş), silindirlerin çok hızlı doldurulmasını sağlayan direkt enjeksiyon tekrar açılır.

faydaları

– Çok hassas yakıt dozajı

– Her koşulda optimum motor çıkışı

– Düşük yakıt tüketimi ile çok iyi motor dinamiği

– Emme sisteminde karbon birikintisi yok

kusurlar

- Büyük tasarım karmaşıklığı

– Son derece yüksek üretim ve bakım maliyetleri