Википедија

Direktno ubrizgavanje benzina

Direktno ubrizgavanje benzina (engl. Gasoline direct injection) je koncept kod oto motora, gde se benzin pomoću elektromagnetnih ventila direktno ubrizgava u prostor za sagorevanje. Svaki cilindar ima svoj ventil za ubrizgavanje (brizgaljku), a mešavina se stvara u samom cilindru. Za dobro sagorevanje neophodno je fino raspršivanje goriva prilikom ubrizgavanja. U normalnom režimu rada motori sa direktnim ubrizgavanjem usisavaju samo čist vazduh a ne mešavinu kao kod ostalih konvencionalnih sistema ubrizgavanja. To je i prednost ovog sistema, jer nema kondenzacije goriva na zidovima usisnih cevi i cilindara.

BMW-ov motor sa direktnim ubrizgavanjem benzina

Nastanak i razvoj uredi

Japan je načinio prvi korak 1996. godine kada je Micubiši motors doneo prvi serijski automobilski motor sa direktnim ubrizgavanjem benzina nazvavši ga skraćenicom GDI (Gasoline Direct Injection). Od starta je bio sposoban da u svojim cilindrima formira i slojevito punjenje[a], i kao takav je predstavljao značajan tehnološki napredak. U razvojnim laboratorijama GDI motor je bio opremljen sa veoma naprednom kontrolom svog rada. Bilo je ovo neprijatno iznenađenje za evropske proizvođače koji nisu imali nikakve odgovore kada je reč o direktnom ubrizgavanju benzina, dok se Amerika nije vidno ni zainteresovala za ovaj problem.

Prvi evropski proizvođač koji uvodi direktno ubrizgavanje goriva u svoje benzinske motore je Reno, koji to čini 1999. godine. Njegovi agregati poseduju sisteme ubrizgavanja pod visokim pritiskom koji su projektovani u Simensovim razvojnim pogonima. Ovakvi motori rade samo sa homogenim (ujednačenim) smešama, ali ih krasi bolja prilagođenost na evropska goriva. Folksvagen i PSA prate ovaj trend uvodeći na tržište 2001. godine svoje motore koji su sposobni i za rad sa slojevitim punjenjem pod nazivima FSI i HPi.

Princip rada uredi

 
Direktno ubrizgavanje: 1 – dovod goriva, 2 – dovod vazduha, 3 – elektronski prigušni leptir, 4 – usisna cev, 5 – brizgaljke, 6 – motor

Svi sistemi direktnog ubrizgavanja benzina u serijskoj proizvodnji koriste elektromagnetne ventile koji omogućavaju brzu i laku regulaciju rada vihornih brizgaljki, poseduju zajednički vod visokog pritiska koji akumulira gorivo, regulator pritiska goriva i pumpu visokog pritiska koja je pogonjena kolenastim vratilom.

GDI koncept uredi

Uprkos činjenici da koncept direktnog ubrizgavanja benzina nije nov, njegova široka upotreba nije zaživela sve do kraja 20. veka, zbog nezrelosti potrebnih tehnologija na kojima bi mogla da počiva serijska proizvodnja. Čekalo se na razvoj adekvatnih brizgaljki, elektronske kontrole ubrizgavanja i paljenja.

GDI koncept je naredni korak u evoluciji oto motora koji su se sve do osamdesetih godina 20. veka izrađivali sa karburatorom, što je imalo niz loših osobina. Kako se smeša formirala van cilindra, usisni kanali kojima je stizala do cilindra zadržavali su deo još neisparenog goriva a pojedini cilindri, usled razlike u dužini vodova, punjeni su različitim količinama radne smeše približno istog sastava. Ovo je rezultiralo povećanom potrošnjom i toksičnošću izduvnih gasova, neravnomernim radom i habanjem, kao i internom reakcijom motora na pritisak pedale gasa. SPI[b] sistemi sa elektronskim ubrizgavanjem u jednoj tački usisnog kolektora nisu bitno izmenili situaciju.

Tek MPI[v] motori sa elektronskom kontrolom paljenja i ubrizgavanja dobrim delom eliminišu navedene nedostatke. Kod ovih konstrukcija, gorivo se ubrizgava u struju vazduha neposredno pre njegovog ulaska u svaki cilindar posebno. Na ovaj način, cilindri se tretiraju ravnopravnije, pred svaki cilindar se ubrizgava precizno odmerena količina goriva koja se pali u pravom momentu garantujući pri tom da će se proces sagorevanja sprovesti potpunije, izvlačeći tako više energije iz svakog grama goriva uz manje zagađenje okoline. Smeša se kod MPI motora ipak formira van komore sagorevanja što bitno ne menja sam način njegovog rada.

GDI motori donose nov kvalitet u procese formiranja smeše jer se ona stvara unutar samog cilindra, što stvara nove mogućnosti. Ubrizgavanje benzina direktno u cilindar omogućava da se smeša formira u bilo kom trenutku takta usisavanja, sabijanja ili širenja, što čini mogućom implementaciju većeg broja algoritama rada. Pored toga, poboljšana aerodinamika komore sagorevanja značajno doprinosi većoj ekonomičnosti i ekologičnosti pogona. GDI agregat nudi snagu i agilnost jednog benzinca uz ekonomičnost dizel motora. U poređenju sa ekvivalentom MPI konstrukcije ima 20% manju potrošnju, 20% manju emisiju CO2 i 10% veću snagu. Ovo je omogućeno intenzivnom primenom regulatorske elektronike i inovativne konstrukcije.

Međutim, GDI jedinice u Evropi se nisu pokazale u skladu sa očekivanjima. Po testiranju engleskih stručnih magazina, Micubišijev model Karizma ne postiže poboljšanja u odnosu na konkurente sa konvencionalnim pogonom, što se razlikuje od tvrdnji proizvođača. Ovo je bilo teško objasniti sve dok Reno nije lansirao svoj motor sa direktnim ubrizgavanjem benzina i u svojim izveštajima objavio da japanski dizajn pati od problema sa evropskim gorivom. Uzrok je relativno visok sadržaj sumpora od 150 ppm u poređenju sa japanskim gorivom koje sadrži svega 10-15 ppm. U Japanu, GDI jedinice se agregatiraju specijalnim katalitičkim konvertorima (katalizatorima) da bi se izduvni gasovi oslobodili azotovih oksida koji se stvaraju usled sagorevanja ultra siromašne smeše. Sagorevanjem goriva bogatog sumporom, ovi katalizatori budu brzo zasićeni i postaju trajno neefikasni. Drugi problem leži u različitim metodama testiranja u Evropi i Japanu. U Japanu se testiranja sprovode pod malim opterećenjima koji pogoduju karakteru GDI jedinica, i one operišu uglavnom sa ultra siromašnom smešom naglašavajući svoju efikasnost. Evropski test kombinovanog ciklusa zahteva mnogo veća opterećenja i veće brzine vozila što rezultuje velika odstupanja u odnosu na tvrdnje iz Japana.

IDE koncept uredi

 
BMW-ov motor sa direktnim ubrizgavanjem benzina

Prvi evropski motor sa direktnim ubrizgavanjem benzina lansirao je Reno 1999. godine pod nazivom IDE (Injection Direct Essence). On prevazilazi probleme prisutne kod Micubišijevog GDI motora donekle različitim načinom rada. Umesto formiranja ultra siromašne smeše vazduha i goriva, ovde je usvojen koncept visoke recirkulacije izduvnih gasova – EGR[g]. Ovaj proces smanjuje potrošnju goriva putem smanjenja otpora punjenju, ali isto tako i sagorevanjem značajno manje količine goriva prilikom malih ili parcijalnih opterećenja. Na minimalnim opterećenjima IDE motor postiže oko 25% recirkulacije izduvnih gasova, dok je to kod konvencionalnih motora 10-15%.

Ovo je moguće zahvaljujući direktnom ubrizgavanju koje se vrši u centru cilindarske glave na mestu svećice. Svećica je premeštena u stranu, veoma blizu mlaznice brizgaljke. Brizgaljke ubrizgavaju gorivo pod visokim pritiskom direktno u komoru sagorevanja. Kako je ukošena svećica smeštena na samu putanju mlaza goriva, uspešno paljenje i sagorevanje su zagarantovani čak i uz prisustvo 25% izduvnih gasova u komori.

Bez preciznog direktnog ubrizgavanja, konvencionalni motori raspršuju mlaz goriva u otvor usisnog ventila, te komoru sagorevanja ispunjava homogena smeša. Na ovaj način je nemoguće skoncentrisati bogatiju smešu u zoni skoka varnice svećice.

U zavisnosti od opterećenja motora, IDE radi na jednom od tri raspoloživa EGR odnosa, među kojima režim punog opterećenja nema recirkulaciju izduvnih gasova da bi postigao maksimalnu snagu. Tada, kao ni kod GDI sistema, nema uštede goriva. Ipak Reno deklariše 16% ekonomičniji rad svog agregata u realnim uslovima mereno po evropskom metodu testiranja.

HPi koncept uredi

PSA gupacija je 2000. godine predstavila svoj oto motor koji nosi naziv HPi (High pressure Petrol injection) što govori da se radi o direktnom ubrizgavanju benzina u cilindre pod visokim pritiskom. Po uzoru na Micubišijevog GDI, HPi radi i sa veoma siromašenom smešom u modu slojevitog svežeg punjenja, i predstavlja prvi motor ove koncepcije evropskih proizvođača.

Oznake uredi

  • GDI (Gasoline Direct Injection) – direktno ubrizgavanje benzina kod Micubišija.
  • IDE (Injection Direct Essence) – direktno ubrizgavanje benzina kod Renoa.
  • FSI (Fuel Stratified Injection) – direktno ubrizgavanje benzina kod Folksvagen grupe. TSI (Twincharged Stratified Injection ili Turbocharged Stratified Injection) – direktno ubrizgavanje benzina u kombinaciji sa dvostrukim punjenjem kod Folksvagen grupe; Audi koristi oznaku TFSI.
  • HPi (High pressure Petrol injection) – direktno ubrizgavanje benzina u cilindre motora pod visokim pritiskom kod PSA grupe.
  • JTS (Jet Thrust Stoichiometric), S-JET (Star Jet), T-JET (Turbo Jet) i TBi – direktno ubrizgavanje benzina kod Fijata, Alfa Romea i Lanče.
  • D-4 (Direct 4-stroke injection) – direktno ubrizgavanje benzina kod Tojote i Leksusa.
  • HPI (High Precision Injection) – direktno ubrizgavanje benzina kod BMW.
  • CGI (Charged Gasoline Injection) – direktno ubrizgavanje benzina kod Dajmlera (Mercedes-Benc).
  • SCi (Smart Charged injection) i SCTi (Sequential Charge Turbo Injection) – direktno ubrizgavanje benzina kod Forda.
  • DISI (Direct Injection Spark Ignition) – direktno ubrizgavanje benzina kod Mazde.
  • DIG-T – direktno ubrizgavanje benzina kod Nisana.
  • SIDI (Spark Ignition Direct Injection) – direktno ubrizgavanje benzina kod Dženeral motorsa (Opel).
  • DFI (Direct Fuel Injection) – direktno ubrizgavanje benzina kod Poršea.

Napomene uredi

  1. ^ Pri radu sa slojevitim punjenjem mešavina ima zapaljiv sastav samo u prostoru oko svećice, ostali deo prostora za sagorevanje ispunjeno je samo svežim vazduhom i ostatkom sagorelih gasova bez goriva. Na taj način, u praznom hodu i pri delimičnom opterećenju, motor radi sa vrlo siromašnom smešom i štedi gorivo.
  2. ^ SPI (Single Point fuel Injection) je ubrizgavanje benzina u jednu tačku usisnog voda.
  3. ^ MPI (Multi Point fuel Injection) je ubrizgavanje benzina na usisni otvor svakog cilindra.
  4. ^ EGR (Exhaust Gas Recirculation) podrazumeva vraćanje jednog dela izduvnih gasova u cilindar gde prisustvuju novom radnom ciklusu.

Literatura uredi

  • Đukić, Predrag (2003). Nove generacije automobilskih motora (na jeziku: (jezik: srpski)). Novi Sad: Futura Petrovaradin. str. 174. ISBN 978-86-904733-0-4. 
  • Dekanj, Jožef (2005). Električni sistem paljenja i ubrizgavanja (na jeziku: (jezik: srpski)). Beograd. str. 416. ISBN 978-86-17-12802-7. 

Spoljašnje veze uredi

 
Direktno ubrizgavanje benzina na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Директно_убризгавање_бензина&oldid=26867960”