Ubrizgavanje goriva

Ubrizgavanje goriva

Mešanje goriva i vazduha na današnji način

Ubrizgavanje goriva je priča koja se tiče ljubitelja benzinskih, ali i dizel motora.
Brizgaljka za benzinski motor Multec 3.5 (Delphi Corporation)

Brizgaljka za benzinski motor Multec 3.5 (Delphi Corporation)

Da elektronika katkada ipak može biti privlačna (čak i ljubiteljima tradicionalnih, klasičnih, ili starih vozila :-)) dokaz su današnji sistemi za ubrizgavanje goriva.

Ali, da se razumemo, ubrizgavanje goriva postojalo je i pre svekolike elektronike. Tada se to zvalo, pogađate, “mehaničko ubrizgavanje goriva” i učinilo je velike i skupe limuzine sedamdesetih godina pravim inženjerskim draguljima. Doduše, ubrizgavanje goriva, pa čak i direktno ubrizgavanje, osmišljeno je i primenjeno u praksi kudikamo pre sedamdesetih, no, o tome ćemo reći više na kraju ovog članka.

Načelno ubrizgavanja goriva pod (visokim) pritiskom u stvari je vrlo jednostavna stvar. Usisni sistem sada se sastoji samo od leptira i usisne cevi i/ili usisnog razvodnika u koji je “ubačena” brizgaljka (mlaznica) za ubrizgavanje goriva. Ova je brizgaljka, u stvari, ventil koji propušta gorivo pod pritiskom u struju zraka unutar usisne cevi. Brizgaljka može biti smeštena na usisnoj cevi neposredno pred ulazom u cilindar (pred usisnim ventilom) ili ispred leptira (ili oboje).

Za razliku od raspršivača koji je ispuštao gorivo kroz podesivu mlaznicu u difuzor usisne cevi, sistem za ubrizgavanje je kudikamo jednostavniji, jer se smeša goriva i vazduha stvara neposredno pred usisnim ventilom. Time se pojednostavljuje konstrukcija usisne cevi koja se sada mora brinuti samo o pravilnom strujanju vazduha.

Konstrukcija elektromagnetske brizgaljke (visina: 80 mm)

Konstrukcija elektromagnetne brizgaljke (visina: 80 mm)

Mehanički sistem za ubrizgavanje koji su se nekada koristili imali su razvodnik goriva koji je svaku brizgaljku snabdevao pravilnom količinom goriva u određenom trenutku. Ove su brizgaljke imale igličasti ventil (ventil koji se otvara i zatvara pomicanjem male šipke – igle) koji se otvarao pod pritiskom goriva, a zatvarala ga je ugrađena opruga.

Blagodati koje nam je donela elektronika stvorile su einspritz kakav danas poznajemo – elektronsko ubrizgavanje goriva. Priča je i ovde slična, s tom razlikom da nema razvodnika goriva, a brizgaljke su elektromagnetne što znači da njihovim otvaranjem upravljaju električni impulsi.

Shematski prikaz sustava za elektroničko ubrizgavanje gorivaShematski prikaz sustava za elektroničko ubrizgavanje goriva

Shematski prikaz sistema za elektronsko ubrizgavanje goriva

Priča izgleda ovako: pritiskom na papučicu gasa pomiče se leptir u usisnoj cevi. Senzor koji očitava položaj leptira šalje tu informaciju računaru  motora (ECU – Electronic Control Unit, za neke i Centralina electrónica) koji, uz još ponešto primljenih parametara, određuje širinu (trajanje) pulsa. Ovaj puls u stvari je vreme kroz koje je brizgaljka otvorena i tokom kojega se gorivo ubrizgava u usisnu cev (u praznom hodu može trajati tek 2 milisekunde). Dakako, gorivo se do brizgaljke dovodi cevima koje kreću od pumpe.

Uobičajeni pritisak goriva što ga isporučuje pumpa visokog pritiska kod vozila sa elektronskim ubrizgavanjem iznosi 35 do 200 bara, a sa obzirom da je pritisak stalan, jasno je kako se količina ubrizganog goriva određuje isključivo širinom pulsa (recimo ovde i da pritisak goriva što ga stvara pumpa za gorivo niskog pritiska iznosi 4 do 6 bara). Višak goriva koji u sistemu za ubrizgavanje može nastati pri polaganijem radu motora vraća se povratnom cevi natrag u rezervoar povratnim vodom.
ubrizgavanjePostoje tri osnovne verzije sistema ubrizgavanja i one su vezane tek uz položaj brizgaljke. Verujemo, naime, da sistem ubrizgavanja danas doista više nema smisla deliti na mehaničke i elektronske sa obzirom da su ovi poslednji zastupljeni u gotovo svim novim automobilima.

– centralno ubrizgavanje je najjednostavnija verzija u kojoj je brizgaljka postavljena na početku usisne grane. Ovakav sistem, i pored svojoj jednostavnosti (i niske cene) ipak nije idealan jer se gorivo ne raspoređuje ravnomerno po cilindrima.

– sistem pojedinačnog ubrizgavanja (ili ubrizgavanja u više točaka) koristi po jednu brizgaljku za svaki cilindar i smešta je što bliže usisnom ventilu. Ovakav je sistem efikasniji  jer se njime postiže pravilniji odnos goriva i vazduha.

– sistem  direktnog ubrizgavanja goriva odlikuje se brizgaljkom smeštenom u glavi motora te ubrizgava gorivo direktno u cilindar, tokom kompresijskog takta. Ovakav je sistem najefikasniji u smislu iskorišćenja energije goriva, a time i ekološki najpogodniji.

Dieselski motor s vrtložnom pretkomorom (lijevo) i izravnim ubrizgavanjem (brizgaljke prikazane žuto)Dizel motor sa vrtložnom pretkomorom (levo) i direktnim ubrizgavanjem (brizgaljke prikazane žuto)

Dieselski motor s vrtložnom pretkomorom (lijevo) i izravnim ubrizgavanjem (brizgaljke prikazane žuto)

Dizel motori su oduvek koristili ubrizgavanje goriva. Nekada je ono bilo rešeno brizgaljkom smeštenom u posebnu pretkomoru, a danas je gotovo jedino rešenje koje se primenjuje direktno ubrizgavanje. Takođe, gorivo se dizel motorima (tj. njihovim brizgaljkama) nekada dostavljalo pojedinačnim vodovima koji su od pumpe visokog pritiska (kod nas uobičajeno: “Bosch pumpa”) vodili do svake zasebne brizgaljke.

Danas je najuobičajenije rešenje tzv. Common Rail, zajednički vod za gorivo pod visokim pritiskom, koji povezuje sve brizgaljke. Ali, bitno je naglasiti da sistem ubrizgavanja kod dizel motora koriste značajno viši pritisak nego oni kod benzinskih motora. Tako Common Rail sistem četvrte generacije nemačke fabrike Bosch rade sa pritiskom goriva višim od 2000 bara. Delom je to i zbog činjenice da se tokom kompresijonog takta kod dizel motora razvijaju znatno veći pritisci.

Sistem direktnog ubrizgavanja za benzinski motor (levo) i Common Rail 2.2 (Robert Bosch GmbH)

Sistem direktnog ubrizgavanja za benzinski motor (levo) i Common Rail 2.2 (Robert Bosch GmbH)

Sistem Common Rail svoj je naziv dobio prema zajedničkom vodu goriva visokog pritiska koji snabdeva sve brizgaljke. Ali, iako to zvuči vrlo logično, benzinski su motori već i pre pojave tog termina koristili sličnu (ako ne jednaku) tehnologiju. Dizel Common Rail za automobile razvili su Magneti Marelli i Centro Ricerche Fiat, a projekt je ubrzo prodan nemačkoj fabrici Robert Bosch GmbH. Prvi automobili pokretani dizel motorom i opremljeni Common Rail sistemom bili su Alfa Romeo 156 1.9 JTD i Mercedes-Benz 220 CDI (motor OM 611), 1997. godine.

Na kraju treba rešiti još neka pitanja vezana uz poređenje rada sistema za ubrizgavanje i karburatora, o kojem smo pričali u prethodnom poglavlju. Ubrizgavanje npr. ne mora koristiti posebni dovod benzina za ubrzanje (to je dodatna cev koja se kod karburatora otvara pri naglom pritisku na papučicu gasa) već se ovaj problem rešava korekcijom širine pulsa. Takođe, ubrizgavanje ima rešen problem hladnog starta motora, ali za razliku “čoka” kod karburatora (pojačanog snabdevanja gorivom), ovde je to rešeno posebnim programom, pohranjenim u računara motora, čiji je rad vezan uz podatke sa lambda sonde.

Ne zaboravimo…

Dieselov sustav ubrizgavanja ugljene prašine zrakom pod pritiskomDizlov sistem ubrizgavanja ugljene prašine vazduhom pod pritiskom

Dieselov sustav ubrizgavanja ugljene prašine zrakom pod pritiskomDizlov sistem ubrizgavanja ugljene prašine vazduhom pod pritiskom

Kako to neretko biva, današnji marketing pokušava mnoga tehnička rešenja proglasiti “revolucionarnim”, “posljednjom rečju tehnike” i ostalim, dobro nam poznatim epitetima te vrste. Dakako, ubrizgavanje goriva u najširem opsegu tog pojma, nije posebno nova stvar. To se odnosi na sam metod ubrizgavanja goriva (kao različitost u odnosu na karburator), na Common Rail sistem i na direktno ubrizgavanje goriva u cilindar (kako u slučaju dizel tako i benzinskih motora).

Prvi pokušaj konstruisanja sistema za ubrizgavanje goriva napravio je Rudolf Christian Karl Diesel godine 1893. Radilo se o motoru na ugljenu prašinu koja se u cilindar ubrizgavala komprimiranim vazduhom. Projekt je ubrzo propao jer je prvi ovakav motor eksplodirao pri pokušaju pokretanja.

Diesel se nije dao obeshrabriti te je uskoro razvio novi sistem ubrizgavanja nafte putem vazduha pod pritiskom koji se pokazao vrlo uspešnim. Varijacije na temu su ubrzo postale uobičajena pojava u raznoraznim mašinama,  prvi sledeći značajniji korak napravio je James McKechnie iz britanske fabrike Vickers Ltd. godine 1910. kada je razvio sistem ubrizgavanja goriva koji je koristio mehaničku pumpu i brizgaljku aktiviranu bregastim vratilom.

Mercedes-Benz 300 SL iz 1954. (Daimler AG)

Mercedes-Benz 300 SL iz 1954. (Daimler AG)

Fabrika Vickers razvila je 1913. godine prvi Common Rail sistem ubrizgavanja, kod kojeg je pumpa dostavljala gorivo rezervoaru (zajedničkom vodu) iz kojeg je ono razvođeno prema svakom cilindru posebno. Pritisak u sistemu je  iznosio oko 345 bara.

Švedski inženjer Jonas Hesselman predstavio je 1925. svoj benzinski motor sa direktnim ubrizgavanjem. Bio je to “hibridni” motor, svojevrsni mešanac dizelskog i benzinskog motora koji je za početak rada koristio benzin (paljenje smeše svećicom), a kada bi se dovoljno ugrejao, nastavljao je raditi na plinsko ulje (dizel gorivo) ili kerozin, prema načelu rada dizel motora.

Daimler-Benz DB 601 V12 (PD)

Daimler-Benz DB 601 V12 (PD)

Direktno ubrizgavanje goriva u benzinskim pogonskim mašinama u masovnu je primenu ušlo na motorima aviona tokom II Sv. rata*, a prvi komercijalni sistem za automobile razvio je Robert Bosch GmbH, 1952. Nakon prvih pokušaja, verojatno najpoznatiji automobil, među pionirima direktnog ubrizgavanja, svakako je Mercedes-Benz 300 SL iz 1954. Njegov 3-litarski redni 6-cilindrični motor razvijao je 158 kW (215 KS). Zanimljivo je spomenuti kako je to isti motor koji je u verziji sa karburatorom (limuzina 300) razvijao 86 kW (117 KS).

* tipični primer je motor Daimler-Benz DB 601 iz 1935: benzinski “obrnuti V12” (kolenasto vratilo na vrhu),  zapremine od 33921 cm3, prečnik x hod 150 x 160 mm, odnos kompresije 6,9 : 1, 4 ventila po cilindru (izduvni hlađeni natrijumom), jedno bregasto vratilo u svakoj glavi, direktno ubrizgavanje goriva, 1 centrifugalni kompresor, najveća snaga 865 kW (1176 KS) pri 2500 o/min, specifična snaga 25,5 kW / l (34,7 KS / l) (podaci za seriju DB 601 A).

Završna verzija ovog motora, DB 605 iz 1942, imala je zapreminu od 35658 cm3 i razvijala je 1324 kW (1801 KS) pri 2800 o/min uz pomoć dodatnog ubrizgavanja mešavine metanola i vode (MW 50). Time je ostvarena specifična snaga od 37,1 kW / l (50,5 KS / l) (podaci za seriju DB 601 AM).

Autor: AUTONET.HR
Preuzeto sa: www.autonet.hr


Be the first to comment on "Ubrizgavanje goriva"

Leave a comment

Your email address will not be published.


*