Bezpośredni wtrysk paliwa

Zaczynamy od tego artykułu serię wpisów technicznych, które pokażą działanie kluczowych systemów układu napędowego naszych pojazdów i pomogą nam wszystkim dowiedzieć się czegoś więcej, a jednocześnie obalić pewne mity, przekonania lub błędne wyobrażenia dotyczące działania silnika.

Zaczniemy od bezpośredniego wtrysku, który jest tak modny w najnowocześniejszych silnikach, choć w rzeczywistości został opracowany już wiele lat temu. Pierwszy silnik z bezpośrednim wtryskiem został wyprodukowany i przetestowany w 1925 roku, a Mercedes-Benz był pierwszą marką, która komercyjnie zaoferowała bezpośredni wtrysk, w legendarnym 300SL z 1955 roku. Jego wysoki koszt nie pozwolił jednak, by bezpośredni wtrysk upowszechnił się masowo w kolejnych latach, dopiero teraz, wraz z wprowadzeniem elektronicznego sterowania w silnikach.

Jak wskazuje sama nazwa, przy bezpośrednim wtrysku benzyna jest wtryskiwana bezpośrednio do komory spalania, a nie do kolektora lub kanału dolotowego. Zalety tego systemu w porównaniu z tradycyjnym są znaczące: niższe zużycie i emisje. Powód jest prosty: podczas gdy w silniku konwencjonalnym marnuje się znaczna ilość benzyny i gazów, które nie ulegają spaleniu i wydostają się wydechem, w bezpośrednim wtrysku tak się nie dzieje (a przynajmniej nie w znaczących ilościach), ponieważ benzyna jest wtryskiwana pod precyzyjnie kontrolowanym przez sterownik ciśnieniem; jest ono wystarczająco wysokie, by sprzyjać rozpyleniu i prawidłowemu wymieszaniu z powietrzem, co pozwala w pełni wykorzystać każdą kroplę benzyny.

http://www.youtube.com/watch?v=73BrXCsbd64

Oprócz trybów pracy, które sterownik na bieżąco stosuje w swojej mapie wtrysku, istnieje kilka trybów pracy, w których stosunek powietrza do benzyny zmienia się zależnie od warunków przyspieszania silnika. Niektóre systemy pozwalają także wtryskiwać paliwo, gdy tłok opada, choć stwierdzono, że jeśli benzyna nie ma dość wysokiej liczby oktanowej, może to powodować erozję zaworów.

Jeśli mówimy o kilku wtryskach benzyny w jednym cyklu, jest to możliwe również dzięki metodzie, którą niektórzy nazywają pracą w warstwach. Mimo że nazwa brzmi groźnie, jest to proste i odbywa się w dwóch etapach: pierwszy – w fazie dolotu, a drugi – podczas sprężania, gdy powietrze znajduje się w pobliżu świecy zapłonowej. Powoduje to, że zapala się mieszanka znajdująca się przy świecy, a uboga mieszanka w pozostałej części cylindra nie zapala się, jedynie się rozpręża. Ta mieszana praca jest stosowana, gdy silnik nie wymaga dużej mocy, na przykład w mieście lub podczas jazdy ze stałą prędkością po płaskim terenie.

Oszczędność paliwa jest oczywista: dla porównania, ten sam silnik z bezpośrednim wtryskiem może rozwinąć około 50 koni mechanicznych więcej niż ten sam silnik z wtryskiem pośrednim, przy lepszym zużyciu i znacznie mniejszej emisji spalin.