Do leta 2020 bodo evropski emisijski standardi omejili emisije CO2 iz novih avtomobilov na 95 gramov na kilometer (130 g/km v letu 2015). S premikanjem proti globalni harmonizaciji emisijskih standardov so podobne zahteve vključene v zakonodajo v večini svetovnih regij, zaradi česar proizvajalci avtomobilov sledijo strogim predpisom po vsem svetu.
Zgodovina in aktualne zadeve
Sredi 19. stoletja se je Rudolf Diesel odločil dokazati svojo tezo, da lahko gorivo gori brez vira vžiga, a pod visokim pritiskom je to končno dokazal in po tem zaslovel.
Konvencionalni ali indirektni elektronski vbrizg je še vedno najbolj uporabljen sistem, torej sistem, odgovoren za delovanje velikega števila naših motornih vozil. Učinkovitosti in zanesljivosti takega sistema ni mogoče ovreči, kar večino doslej opravičuje v primerjavi z drugimi sistemi. Nobenega trenda, pa naj bo še tako celovit, ni mogoče šteti za nenadomestljivega, medtem ko tehnološki napredek ostaja v stalnem in pospešenem razvoju.
Avtomobilski sektor ni nič drugačen, tehnologija se nenehno izboljšuje in tisto, za kar menimo, da je »trenutni trend«, v kratkem času postane »zgodovina«. Se pravi, ne glede na to, kako visoko tehnološko raven nekaj dosega, bo v fazi načrtovanja ali izboljšave vedno obstajala inovativna tehnologija, ki se želi osredotočiti na trg.
Tako je bilo z uplinjačem, ko se je prepustil indirektnemu vbrizgu, enako se dogaja tudi z direktnim vbrizgom, torej je zdaj njegov čas.
Razlike, ki omogočajo prehod
Najpomembnejše razlike med motorjem z neposrednim vbrizgom in motorjem s posrednim vbrizgom so povzete v načinu vodenja goriva do mesta "gorenja" in v načinu mešanja z zrakom. To so osnovni koncepti, vendar zelo učinkoviti za sistem motorizacije.
V motorju z neposrednim vbrizgom gorivo preskoči več stopenj, značilnih za posredni sistem, in poveča splošno učinkovitost vozila. Namesto da bi bilo dodeljeno v sesalni kolektor, se gorivo vbrizga neposredno v zgorevalno komoro. Njegovo gorenje poteka koncentrirano s kisikom in na idealnem mestu za boljše delovanje.
Motorji z neposrednim vbrizgom zagotavljajo več navora na količino vbrizganega goriva. Prvič, ker uporabljajo osiromašeno mešanico zraka in goriva. Poleg tega način, na katerega je gorivo koncentrirano v komori, omogoča večjo učinkovitost gorenja.
To utemeljuje dejstvo, da motorji z neposrednim vbrizgom uporabljajo približno mešanico 40 delov zraka za vsak del goriva ali »40:1«. Po drugi strani pa je v sistemu posrednega vbrizgavanja razmerje 14,7 delov zraka na en del goriva ali "14,7:1". Kakorkoli že, tudi pri revni mešanici je možno, da gorivo zgori v idealni meri in brez odpadkov.
Razumevanje principov delovanja
Kar zadeva njegovo delovanje, se pojavi zaradi povečanja tlaka goriva v rezervoarju preko nizkotlačne električne črpalke. Pritrjen je na modularni sistem upravljanja, ki je odgovoren za merjenje nivoja goriva v rezervoarju in tudi za zagotavljanje, da se v motor črpa ustrezna količina goriva z določeno hitrostjo in glede na zahtevano moč. Gorivo se s tlakom okoli 3 do 4 BAR pošlje skozi regulator tlaka in tudi skozi filter goriva ter kasneje doseže cilj, to je visokotlačno črpalko, kjer se pokažejo posebnosti sistema.
Visokotlačna črpalka deluje ciklično, to pomeni, da se presežek goriva vrne v svoj dovod in ponovno zažene cikel do injektorjev. To pomeni, da se pošlje le bencin, potreben za zgorevanje, preostanek pa ostane sistemu na razpolago, namesto da bi bil izgubljen.
Vrednosti tlaka, ki jih ustvari visoka črpalka, lahko dosežejo magnitude okoli 200 BAR, vse to pa poteka prek odmične gredi, v kateri potisni lonec stisne gorivo in ga pošlje v razdelilno cev. Da bi ohranili največji nadzor nad sistemom, se uporablja ventil za regulacijo tlaka. Nazadnje, ko dosežejo ventile za vbrizgavanje, jih aktivira neposredno upravljalna enota in posledično razpršijo gorivo neposredno v zgorevalno komoro.
Zapletenost in njena sorazmernost s tem, kar je »novo«
Sistem neposrednega vbrizgavanja bencina za svoje popolno delovanje zahteva izjemno tehnološko zahtevnost. In takšne ovire niso omejene na inženiring materialov, katerega prizadevanja so bila osredotočena na izboljšanje struktur, odpornih na visoke pritiske. Pravzaprav je mojstrsko upravljanje neposrednega sistema zahtevalo osredotočena prizadevanja na prestrukturiranje ECU s strani elektrotehnike in elektronskega inženiringa, s poudarkom na višji hitrosti obdelave v povezavi z robustnim sistemom napajanja.
Potrebno je vbrizgavanje goriva v valje med veliko krajšimi obdobji, hkrati pa zagotoviti znatno napetost in tokovno povpraševanje.
Ta kratek časovni okvir vstavitve zahteva kompleksnost, ki je podobna zahtevnosti strežnika, ki je odgovoren za IT sistem podjetja. Komponente potrebujejo ostro, natančno in močno natančnost. Vse to zato, da je sistem neposrednega vbrizgavanja sposoben izvajati operacije v obdobjih približno 5 µs, to je 0,000005 sekunde. Kar zadeva povpraševanje po moči, sta napetost in pogonski tok neposrednega sistema veliko višja od indirektnih, saj gre za sistem, ki deluje zelo hitro.
Ker gre za induktivno obremenitev, ima tok vbrizgalne šobe zakasnjen glede na napetost, kar pa se poslabša, čim večji je električni upor komponente.
Nazadnje, vse to dodano k mehanskemu uporu, ki ga mora ventil premagati, da se odpre, ki ga povzroča zelo visok tlak v nasprotju, upravičuje njegovo aktivacijo s krmiljenjem »Peak and Hold«, ki traja približno 0,4 µs za pošiljanje vrha napetosti, da se čim prej stabilizira največji tok in zagotovi ustrezen čas vbrizga.
Kaj upravičuje bolj učinkovito opeklino?
Najbolj koherenten odgovor na to vprašanje bi bil najprej analizirati posredni sistem, pri katerem se v tem primeru mešanica goriva in zraka razprši skozi komoro, kar ima za posledico količino “nezgorel« bencin, tj. Pri neposrednem sistemu pa se gorivo koncentrirano vbrizga neposredno v območje zgorevalne komore z najvišjo temperaturo, kar ima za posledico visoko učinkovitost in varčno porabo goriva.
Vendar so stroški upravičeni z dejstvom, da sistem neposrednega vbrizgavanja tudi z običajnim bencinom uspe doseči indekse zmogljivosti, podobne tistim pri običajnem sistemu z diferenciranim gorivom in gorivom Premium kategorije, torej višje vrednosti.
Pregled
V preteklosti se je moralo neposredno vbrizgavanje soočiti z nepotrebnimi tehničnimi ovirami, tako da je bila njegova uporaba izvedljiva v avtomobilih Otto-Cycle, izdelanih za trg. Toda zaradi tehnoloških izboljšav in močnega trenda k vozilom, ki povzročajo manj onesnaževanja, hkrati pa lastnikom zagotavljajo večjo moč in ekonomičnost, se neposredni vbrizg bencina - ali GDI (Gasoline Direct Injection), kot ga poznamo, šteje za eno najpomembnejših izvedb v avtomobilskem sektorju doslej in s tem pridobi »status«, da bo tu ostala. Pravzaprav je večina proizvajalcev avtomobilov podprla idejo.
Povpraševanje po motorjih z vbrizgavanjem goriva, ki imajo večjo moč, in vse to skupaj z zmanjšanjem porabe goriva in stopnje onesnaženosti so dejavniki, ki so spodbudili izboljšanje neposrednega vbrizga goriva, zaradi česar je ta tehnologija "Trend" časa«.
Vendar kljub številnim predstavljenim prednostim takšna tehnologija zahteva višje naložbe kot drugi obstoječi sistemi, kar je nesporno. Vendar pa so stroški upravičeni z dejstvom, da lahko sistem neposrednega vbrizgavanja, tudi z navadnim bencinom, doseže indekse učinkovitosti, podobne tistim pri običajnem sistemu, ki uporablja diferencirano gorivo in kategorijo Premium, torej večjo vrednost. Neizvedljivo? Mislim, da ne.
V Braziliji ta sistem vbrizgavanja raste iz dneva v dan, ob upoštevanju vidne možnosti za vozila z večjo učinkovitostjo, dejavnik, ki ob usklajenosti z natančnim nadzorom časa vbrizgavanja in natančno količino vbrizganega goriva omogoča bolj »agresivne« parametrizacije in posledično omogoča boljše delovanje. Pridevniki, ki si jih želijo vsi lastniki avtomobilov.
