До 2020 г. европейските стандарти за емисии ще ограничат емисиите на CO2 от новите автомобили до 95 грама на километър (130 г/км през 2015 г.). С движението към глобална хармонизация на стандартите за емисии, подобни изисквания са включени в законодателството в повечето региони на света, карайки производителите на автомобили да следват строги разпоредби в световен мащаб.
История и текущи дела
В средата на 1800 г. Рудолф Дизел решава да докаже тезата си, че горивото може да бъде изгорено без източник на запалване, но под високо налягане, той най-накрая го доказва и става известен с това.
Конвенционалното или непряко електронно впръскване все още е най-използваната система, следователно системата, отговорна за работата на голям брой от нашите моторни превозни средства. Няма начини да се опровергае ефективността и надеждността на такава система, което засега оправдава повечето от тях в сравнение с други системи. Въпреки това нито една тенденция, колкото и всеобхватна да е, не може да се счита за незаменима, докато технологичният напредък остава в постоянна и ускорена еволюция.
Автомобилният сектор не е по-различен, технологиите непрекъснато се подобряват и това, което смятаме за „настояща тенденция“, става „история“за кратки периоди от време. Тоест, колкото и високи технологични нива да достигне нещо, винаги ще има иновативна технология във фазата на планиране или усъвършенстване, целяща да постави фокуса върху пазара.
Така беше и с карбуратора, когато отстъпи място на индиректното впръскване, същото се случва и с директното впръскване, тоест сега му е времето.
Разлики, които правят прехода възможен
Най-важните разлики между двигател с директно впръскване и двигател с непряко впръскване са обобщени в начина, по който горивото се отвежда до мястото на „изгаряне“и в начина, по който се смесва с въздуха. Това са основни концепции, но много ефективни за система за моторизация.
В двигател с директно впръскване горивото прескача няколко етапа, характерни за индиректна система, и повишава общата ефективност на автомобила. Вместо да се разпределя към всмукателния колектор, горивото се впръсква директно в горивната камера. Изгарянето му става концентрирано с кислород и на идеалното място за по-добро представяне.
Двигателите с директно впръскване осигуряват повече въртящ момент на количество впръскано гориво. Първо, защото използват обеднена смес от въздух и гориво. В допълнение, начинът, по който горивото е концентрирано вътре в камерата, позволява по-голяма ефективност на горене.
Това е оправдано от факта, че двигателите с директно впръскване използват приблизителна смес от 40 части въздух за всяка част гориво, или „40:1“. От друга страна, в системата за индиректно впръскване, съотношението е 14,7 части въздух към една част гориво, или „14,7:1“. Както и да е, дори и при бедна смес е възможно горивото да се изгори в идеалната мярка и без отпадъци.
Разбиране на принципите на работа
Що се отнася до работата му, тя се получава от херметизиране на горивото, съдържащо се в резервоара, чрез електрическа помпа с ниско налягане. Към него е прикрепена модулна система за управление, която отговаря за измерването на нивото на горивото в резервоара и също така за осигуряване на изпомпване на правилното количество гориво в двигателя с определена скорост и според изискваната мощност. Горивото се изпраща с налягане от около 3 до 4 BAR, преминавайки през регулатора на налягането, а също и през горивния филтър, и по-късно достига местоназначението си, т.е. помпата за високо налягане, където особеностите на системата стават очевидни.
Помпата за високо налягане работи по цикличен начин, т.е. излишното гориво се връща към собствения си вход и рестартира цикъла до инжекторите. Това означава, че се изпраща само бензинът, необходим за изгаряне, а останалото, вместо да се губи, остава на разположение на системата.
Стойностите на налягането, генерирани от високата помпа, могат да достигнат величини около 200 BAR и всичко това се извършва чрез разпределителен вал, в който тласкач компресира горивото, изпращайки го към разпределителната тръба. За да се поддържа максимален контрол върху системата, се използва вентил за регулиране на налягането. Накрая, когато достигнат инжекционните клапани, те се активират директно от управляващия блок и в резултат на това впръскват горивото директно в горивната камера.
Сложността и нейната пропорционалност към това, което е „ново“
Системата за директно впръскване на бензин изисква огромна технологична сложност за перфектното си функциониране. И такива препятствия не се ограничават до Materials Engineering, чиито усилия са насочени към подобряване на конструкции, устойчиви на високи налягания. Всъщност майсторското управление на директна система изискваше концентрирани усилия върху преструктурирането на ECU от страна на Електротехниката и Електронното инженерство, като се фокусира върху по-висока скорост на обработка, свързана със стабилна енергийна система.
Необходимо е да се впръсква гориво в цилиндрите между много по-кратки периоди и в същото време да се осигури значително напрежение и ток.
Тази кратка времева рамка за инжектиране изисква сложност, подобна на тази на сървър, отговорен за корпоративна ИТ система. Компонентите се нуждаят от остра, прецизна и мощна прецизност. Всичко това, за да може системата за директно впръскване да извършва операции за периоди от приблизително 5µs, тоест 0,000005 секунди. По отношение на потреблението на мощност, напрежението и задвижващият ток на директната система са много по-високи от индиректните, тъй като това е система, която работи много бързо.
Тъй като това е индуктивен товар, токът на инжекционната дюза се забавя по отношение на напрежението и това има тенденция да се влошава, колкото по-голямо е електрическото съпротивление на компонента.
Накрая, всичко това, добавено към механичното съпротивление, което клапанът трябва да преодолее, за да се отвори, причинено от много високото налягане в противопоставянето, оправдава активирането му чрез контрол "Peak and Hold", което отнема около 0,4 µs да изпрати пик на напрежението, за да стабилизира максималния ток възможно най-скоро и да осигури подходящо време за инжектиране.
Какво оправдава по-ефективното изгаряне?
Най-последователният отговор на този въпрос би бил, на първо място, да се анализира индиректната система, в която в този случай сместа от гориво и въздух се разпръсква през камерата, което води до количество “неизгорял” бензин, т.е. При директната система обаче горивото се впръсква директно в най-високотемпературната област на горивната камера и по концентриран начин, което води до висока ефективност и икономия на гориво.
Въпреки това, разходите са оправдани от факта, че системата за директно впръскване, дори използвайки обикновен бензин, успява да постигне показатели на производителност, подобни на тези на конвенционална система, използваща диференцирано и Premium категория гориво, тоест с по-висока стойност.
Общ преглед
В миналото директното впръскване трябваше да се сблъска с ненужни технически пречки, така че използването му беше жизнеспособно в автомобилите на Otto-Cycle, произведени за пазара. Но благодарение на технологичните подобрения и силната тенденция към превозни средства, които генерират по-малко замърсяване и в същото време осигуряват по-голяма мощност и икономичност на собствениците, директното впръскване на бензин - или GDI (Gasoline Direct Injection), както е известно, се счита за един от най-важните внедрявания в автомобилния сектор до момента и с това придобива „статута“, че е тук, за да остане. Всъщност повечето производители на автомобили подкрепиха идеята.
Търсенето на инжекционни двигатели, снабдени с по-висока мощност, и всичко това, съчетано с намаляването на разхода на гориво и нивото на замърсяване, са фактори, които стимулират подобряването на директното впръскване на гориво, превръщайки тази технология в "Тенденция" на времето".
Въпреки многобройните представени предимства, такава технология изисква по-големи инвестиции от други съществуващи системи, това е неоспоримо. Разходите обаче са оправдани от факта, че системата за директно впръскване, дори използвайки обикновен бензин, може да постигне индекси на ефективност, подобни на тези на конвенционална система, използваща диференцирано гориво и категория Premium, тоест с по-висока стойност. Неосъществимо? Не мисля така.
В Бразилия тази система за впръскване расте с всеки изминал ден, като се има предвид видимата възможност за превозни средства с по-голяма ефективност, фактор, който, когато се хармонизира с прецизния контрол на времето за впръскване и точното количество впръскано гориво, прави възможно по-„агресивни“параметризации и като резултат позволява по-добра производителност. Прилагателни, тези, желани от всички собственици на автомобили.
