Rodzaje układów zasilania silnika w paliwo: rodzaje wtrysku

Silniki o zapłonie iskrowym można podzielić układy pod względem rodzaju i rozmieszczenia wtryskiwaczy paliwa:

SPI - jeden wtryskiwacz umieszczony w kolektorze dostarcza paliwo dla wszystkich cylindrów i jest sterowany elektronicznie. Ma on zespół  wtryskowy zawierający elektromagnetyczny wtryskiwacz paliwa w centralnym miejscu  przed przepustnicą i dawkuje paliwo porcjami do kolektora dolotowego. Układy SPI firmy Bosch są oznaczone jako Mono-Jetronic (wtrysk nie zintegrowany z układem zapłonowym) lub Mono-Motronic  (wtrysk zintegrowany z układem zapłonowym). Obecnie, gdy technologia rozwinęła się, są mniej wydajne niż nowsze zastosowania, jednak stanowi bardzo ważny krok w rozwoju silników.

MPI - Oznaczenie silników benzynowych, stosowanych m.in. w samochodach marki VW, Seat i Skoda, z wielopunktowym wtryskiem paliwa. W silnikach tego typu każdy cylinder ma osobny wtryskiwacz, który umieszczony jest w kolektorze, przed zaworem dolotowym. W dobie wszechobecnej elektroniki czasy otwarcia wtryskiwaczy regulowane są komputerowo i przy pomocy systemów elektronicznych, co gwarantuje wyższą precyzję działania i dokładność. Jest to rodzaj bardziej skomplikowanego wtrysku, jednak bardzo wydajny i przyjazny środowisku.

Zobacz też: Różnice pomiędzy wtryskiem pośrednim i bezpośrednim

Ze względu na sterowanie wieloma wtryskiwaczami w układzie MPI rozróżnia się rozwiązania:

• sekwencyjne (SFI - sequential fuel injection) - każdy wtryskiwacz jest sterowany niezależnie i ma niezależnie wyliczany moment działania, czasem też dawkę paliwa, typowo dla każdego cylindra oddzielnie
• grupowe - wtryskiwacze połączone są grupami i sterowane zależnie, układ wylicza dawkę dla "uśrednionego" cylindra czy kolektora (np. popularne starsze układy Forda EECIV)
• wspólne - obecnie nieużywane, układ MPI jest sterowany wspólnie, jak pojedynczy układ SPI, tyle że z wieloma wtryskiwaczami.

DI - wtryskiwacz umieszczony jest w cylindrze.

Należy również pamiętać, że w przeszłości istniało też zasilanie gaźnikowe, wewnątrz którego dochodziło do wzbogacania paliwa w powietrze. Powodowało to powstawanie mieszanki paliwowo-powietrznej zasilającej silnik. Ogromnym plusem układu gaźnikowego jest jego prostota i łatwość obsługi. Przy „zapchaniu” się, bez większego problemu można go było wymontować i wyczyścić. Ponadto w przypadku trudnego rozruchu w zimie, można było wstrzyknąć bezpośrednio do środka gaźnika benzynę, co o wiele ułatwiało rozruch. Podobnie miało się to w przypadku braku paliwa i prób uruchomienia bez paliwa - układ zapowietrzał się, jednak bezpośrednio dostarczona dawka, wspomagała silnik, przez co paliwo znów było zasysane przewodami. Dziś to niestety niemożliwe.

Jednak miało też swoje minusy: było szalenie niewydajne, przez co traciło się duże ilości paliwa. W niepamiętnych czasach, gdy paliwo było tanie, nie przejmowano się tym, jednak dzisiaj zaopatrzenie starego technologicznie silnika w paliwo, mogłoby przyprawić o ból głowy. Wtryski umożliwiły zwiększenie wydajności (lepsze mieszanie powietrza i paliwa), zmniejszenie spalania, ale też zwiększyły poziom skomplikowania silnika, co podnosi koszty ewentualnej naprawy. Ponadto układy wtryskowe są przyjaźniejsze środowisku, a to podobno dzisiaj ważne.

Zobacz też: Jak działa instalacja gazowa z wtryskiem LPG w fazie ciekłej?

Silniki wysokoprężne (rodzaje wtrysków) :

Pompa sekcyjna - jest historycznie pierwszym urządzeniem zastosowanym do hydraulicznego wtrysku paliwa (1910r.). Jest zespołem pomp tłoczących paliwo (tzw. sekcje wtryskowe), każda z sekcji obsługuje jeden cylinder. Wszystkie sekcje są połączone ze sobą listwą zębatą, która obracając wszystkie tłoczki wzdłuż osi podłużnej steruje dawką podawanego paliwa (mocą silnika).

Zalety pompy sekcyjnej:

• opracowana technologia wytwarzania,
• mało skomplikowana naprawa.

Wady pompy sekcyjnej:

• trudność w uzyskaniu odpowiedniej klasy emisji spalin
• niestateczność obrotów silnika
• trudność w precyzyjnym doregulowaniu dawki paliwa dla wszystkich sekcji pompy,
• duży koszt wytworzenia (obróbka precyzyjna wielu detali),
• większe jednostkowe zużycie paliwa w stosunku do innych technik wtrysku.

Zobacz też: Jak działa wtryskiwacz?

Pompa rozdzielaczowa - urządzenie stosowane w silniku o zapłonie samoczynnym, jest pompą wirnikową, wewnątrz której znajduje się cylinder i tłoczki podające odpowiednią dawkę paliwa. Służy też do zasilania silników, posiadających zarówno wtrysk pośredni, jak i wtrysk bezpośredni.

Pompa rozdzielaczowa ma wyższość nad pompą sekcyjną w następujących kwestiach:

• precyzyjniejsze niż w pompie sekcyjnej dawkowanie paliwa
• mniejsze jednostkowe zużycie paliwa przez silnik
• stateczność pracy (dawka paliwa nie rośnie w miarę wzrostu obrotów)
• większa czystość spalin
• opanowana technologia, dość niska cena
• małe rozmiary zewnętrzne (łatwość zabudowy)

Pompa rozdzielczowa ma też i wady do których zaliczamy:

• niespełnienie aktualnych norm czystości spalin
• wysokie wymagania odnośnie czystości paliwa (bardzo małe luzy robocze i łatwość zatarcia w przypadku zanieczyszczeń)
• trudność uzyskaniu dawki rozruchowej paliwa (zwiększona dawka na czas rozruchu).

Zobacz też: Jak bezpiecznie zdemontować świece żarowe i wtryskiwacze?

Wtrysk pośredni - Wtrysk pośredni wypromowany przez Mercedesa czyni pracę silnika wysokoprężnego w miarę cichą i płynną. Chodzi o to, że dawka paliwa w każdym cyklu wtryskiwana jest do niewielkiej komory wstępnej, która łączy się z zasadniczą komorą spalania cienkim przewodem. Zapłon następuje w ograniczonej przestrzeni, a fala płomienia wydostaje się z owej małej komory etapami. Niestety, wada rozwiązania polegała na tym, że w niektórych obszarach głowicy nie można było uniknąć wysokich temperatur. Ponadto rozruch takiego silnika wymagał nazbyt wysokiego stopnia sprężania, a „przeciskanie” gazów spalinowych przez wspomniany kanał powodowało duże straty energii.

Wtrysk bezpośredni - w tym typie silnika paliwo jest podawane bezpośrednio do cylindra.

Silniki z wtryskiem bezpośrednim cechują się zaletami takimi jak:

• niskie straty cieplne
• niskie jednostkowe zużycie paliwa
• możliwość uzyskania dużych mocy jednostkowych (po doładowaniu)
• łatwość spełnienia ostrych norm ekologicznych

Posiadają też wady:

• większe wymagania w zakresie paliwa (liczba cetanowa).
• wyższa cena niż w przypadku silnika z wtryskiem pośrednim

Zobacz też: Jak wymienić podkładki pod końcówki wtryskiwaczy?

Zmiany zastosowano poprzez nowsze technologie zasilania oparte na pompowtryskiwaczach, i systemie common rail. Te silniki spowodowały, że wtrysk pośredni odszedł do lamusa. Dzisiaj niemalże wszyscy producenci oferują nowoczesne, zintegrowane systemy wtrysku paliwa.

Pompowtryskiwacze - w 1997 koncern VW wprowadził nowy rodzaj silników zasilanych pompowtryskami. Jest to konstrukcja dość skomplikowana, jednak bardzo wydajna. Jak sama nazwa wskazuje, pompowtryskiwacz łączy w sobie funkcje pompy wtryskowej i wtryskiwacza sterowanego elektrozaworem. Na każdy cylinder przypada jeden pompowtryskiwacz. Paliwo dostarczane jest do nich przewodami, w których nie panuje wysokie ciśnienie. Wytwarzane jest ono dopiero w specjalnych komorach. Dzięki niewielkiej objętości, wysokie ciśnienie może być uzyskane bardzo szybko. Jego wartość, tak jak i wtrysk początkowy, właściwy oraz ilość dostarczanego paliwa są sterowane elektronicznie za pośrednictwem elektrozaworu. Gwarantuje to dobre spalanie mieszanki i relatywnie wysoką moc przy stosunkowo niewielkim zużyciu paliwa

Wady:

• nie mają zbyt wysokiej kultury pracy, zwłaszcza podczas rozruchu na mrozie.
• głośno „terkoczą” i na dodatek dymią.

Zalety:

• legitymują się znakomitymi osiągami.
• są bardzo wydajne

Zobacz też: Historia Diesla w pigułce

Należy też pamiętać, że ewentualna wymiana pompowtryskiwaczy jest bardzo droga. W ASO Seata za jeden z czterech wtrysków do silnika 1.9 130KM, życzą sobie ok. 2,5 tys. zł. Dlatego też, czasem taniej jest po prostu kupić nowy silnik. VW w rezultacie zrezygnował z tego systemu na rzecz Common Rail.

Common Rail - w silnikach posiadających ten system zamiast sekwencyjnej pompy paliwa wykorzystywana jest pompa wysokociśnieniowa, która tłoczy paliwo do akumulatora zasilającego (zwanego również listwą lub szyną), wspólnego dla wszystkich cylindrów. Potem z listwy zasilającej paliwo podawane jest do wtryskiwaczy, które sterowane są elektronicznie, skąd jest wtryskiwane bezpośrednio do komory spalania.

Silniki common rail cechują się:

• równiejszą pracą niż pompowtryskiwacze
• wysoką sprawnością termodynamiczną,
• mniejszym hałasem,
• mniejszą emisją spalin
• łatwością uzyskania wysokich parametrów użytkowych

Wady:

• wysoka jakość oleju napędowego potrzebnego do zasilania samochodu - w przeciwnym razie może dojść do uszkodzenia
• ewentualna naprawa jest bardzo droga