הזרקת דלק במנועי בנזין. יתרונות, חסרונות ובעיות אפשריות

סוג מערכת ההזרקה קובע את פרמטרי המנוע ועלויות התפעול. זה משפיע על הדינמיקה, צריכת הדלק, פליטת הפליטה ועלויות התחזוקה של המכונית.

ההיסטוריה של היישום המעשי של הזרקת בנזין במנוע בעירה פנימית בתחבורה החלה בתקופה שלפני מלחמת העולם הראשונה. כבר אז, התעופה חיפשה בדחיפות פתרונות חדשים שיוכלו לשפר את יעילות המנועים ולהתגבר על בעיות כוח בעמדות שונות של המטוס. הזרקת דלק, שהופיעה לראשונה במנוע מטוס ה-V8 הצרפתי משנת 1903, הוכיחה את עצמה שימושית. רק בשנת 1930 הופיעה לראשונה מרצדס 1951 SL המוזרקת בדלק, שנחשבת נרחבת כמבשרת בתחום. עם זאת, בגרסת הספורט, זו הייתה המכונית הראשונה עם הזרקת בנזין ישירה.

הזרקת דלק אלקטרונית שימשה לראשונה ב-300 במנוע קרייזלר משנת 1958. הזרקת בנזין רב-נקודתית החלה להופיע במכוניות בשנות ה-1981, אך היא שימשה בעיקר בדגמי יוקרה. משאבות חשמליות בלחץ גבוה כבר היו בשימוש כדי להבטיח לחץ תקין, אבל השליטה עדיין הייתה באחריות המכונאים, שדעכו לשכחה רק בשנת 600 עם סיום ייצור מרצדס XNUMX. מערכות ההזרקה עדיין היו יקרות ולא עברו למכוניות זולות ופופולריות. אבל כשהיה צורך ב-XNUMX להתקין ממירים קטליטיים בכל המכוניות, ללא קשר למעמדן, היה צורך לפתח סוג זול יותר של הזרקה.

הנוכחות של זרז דרשה שליטה מדויקת יותר בהרכב התערובת מכפי שהקרבורטורים יכלו לספק. כך נוצרה הזרקה חד-נקודתית, גרסה דלה של "רב-נקודה", אך מספקת לצורכי מכוניות זולות. מאז סוף שנות התשעים היא החלה להיעלם מהשוק, ובמקומה תפסו מזרקים רב-נקודתיים, שהם כיום מערכת הדלק הפופולרית ביותר במנועי רכב. בשנת 1996, הזרקת דלק ישירה ערכה את הופעת הבכורה הסטנדרטית שלה במיצובישי קאריסמה. הטכנולוגיה החדשה הייתה זקוקה לשיפור רציני ובהתחלה מצאה כמה עוקבים.

עם זאת, לנוכח תקני גז הפליטה המחמירים יותר ויותר, אשר מלכתחילה השפיעו רבות על ההתקדמות במערכות דלק לרכב, המעצבים נאלצו בסופו של דבר לעבור להזרקת בנזין ישירה. בפתרונות העדכניים ביותר, עד כה מעטים במספר, הם משלבים שני סוגים של הזרקת בנזין - רב-נקודתי עקיף וישיר.    

הזרקת נקודה אחת עקיפה

במערכות הזרקה יחידה, המנוע מופעל על ידי מזרק יחיד. הוא מותקן בכניסה של סעפת היניקה. הדלק מסופק בלחץ של כ-1 בר. הדלק המרוסק מתערבב עם אוויר מול יציאות היניקה של התעלות המובילות לצילינדרים בודדים.

תערובת הדלק-אוויר נשאבת לתוך התעלות ללא מינון מדויק של התערובת לכל צילינדר. בשל הבדלים באורך התעלות ואיכות הגימורים שלהם, אספקת החשמל לצילינדרים אינה אחידה. אבל יש גם יתרונות. מכיוון שהנתיב של תערובת הדלק-אוויר מהמזרק לתא הבעירה הוא ארוך, הדלק יכול להתאדות היטב כאשר המנוע מתחמם כראוי. במזג אוויר קר, הדלק אינו מתאדה, הזיפים מתעבים על קירות האספן ונכנסים חלקית לתא הבעירה בצורה של טיפות. בצורה זו, הוא לא יכול להישרף לחלוטין במחזור העבודה, מה שמוביל ליעילות מנוע נמוכה בשלב החימום.

התוצאה של זה היא צריכת דלק מוגברת ורעילות גבוהה של גזי פליטה. הזרקה חד נקודתית פשוטה וזולה, אינה דורשת חלקים רבים, חרירים מורכבים ומערכות בקרה מתקדמות. עלויות ייצור נמוכות מביאות למחיר רכב נמוך יותר, ותיקונים עם הזרקה נקודתית הם קלים. סוג זה של הזרקה אינו בשימוש במנועי מכוניות נוסעים מודרניות. ניתן למצוא אותו רק בדגמים עם עיצוב לאחור, אם כי מיוצר מחוץ לאירופה. דוגמה אחת היא סאמאנד האיראני.

פריבילגיות

- עיצוב פשוט

– עלויות ייצור ותחזוקה נמוכות

- רעילות נמוכה של גזי פליטה כאשר המנוע חם

פגמים

- דיוק מינון דלק נמוך

- צריכת דלק גבוהה יחסית

– רעילות גבוהה של גזי פליטה בשלב החימום של המנוע

– ביצועים גרועים מבחינת דינמיקת המנוע

הזרקה עקיפה מרובה נקודות

הרחבה של הזרקה עקיפה נקודתית היא הזרקה עקיפה רב נקודתית עם מזרק בכל יציאת יניקה. הדלק מסופק לאחר המצערת, ממש לפני שסתום היניקה, המזרקים קרובים יותר לצילינדרים, אך נתיב תערובת האוויר/דלק עדיין ארוך מספיק כדי שהדלק יתאדה על מנוע חם. מצד שני, לשלב החימום יש פחות נטייה להתעבות על דפנות פתח היניקה, שכן המרחק בין הזרבובית לצילינדר קצר יותר. במערכות מרובות נקודות, הדלק מסופק בלחץ של 2 עד 4 בר.

מזרק נפרד לכל צילינדר נותן למעצבים אפשרויות חדשות לחלוטין מבחינת הגברת הדינמיקה של המנוע, הפחתת צריכת הדלק והפחתת פליטת הפליטה. בתחילה לא נעשה שימוש במערכות בקרה מתקדמות, וכל החרירים מדדו דלק בו-זמנית. פתרון זה לא היה אופטימלי, מכיוון שרגע ההזרקה לא התרחש בכל צילינדר ברגע המשתלם ביותר (כשהוא פגע בשסתום היניקה הסגור). רק התפתחות האלקטרוניקה אפשרה לבנות מערכות בקרה מתקדמות יותר, שבזכותן החלה ההזרקה לפעול בצורה מדויקת יותר.

בתחילה, החרירים נפתחו בזוגות, לאחר מכן פותחה מערכת הזרקת דלק רציפה, שבה כל זרבובית נפתחת בנפרד, ברגע האופטימלי עבור צילינדר נתון. פתרון זה מאפשר לך לבחור במדויק את מינון הדלק עבור כל מהלך. מערכת מרובת נקודות סדרתית היא הרבה יותר מורכבת ממערכת חד נקודתית, יקרה יותר לייצור ויקרה יותר לתחזוקה. עם זאת, זה מאפשר לך להגדיל באופן משמעותי את יעילות המנוע עם פחות צריכת דלק ופחות רעילות של גזי פליטה.

פריבילגיות

- דיוק מינון דלק גבוה

- צריכת דלק נמוכה

– אפשרויות רבות מבחינת דינמיקת המנוע

- רעילות נמוכה של גזי פליטה

פגמים

- מורכבות עיצובית משמעותית

– עלויות ייצור ותחזוקה גבוהות יחסית

הזרקה ישירה

בפתרון זה, המזרק מותקן בצילינדר ומחדיר דלק ישירות לתא הבעירה. מצד אחד, זה מאוד מועיל, שכן הוא מאפשר לך להחליף במהירות רבה את מטען הדלק-אוויר מעל הבוכנה. בנוסף, הדלק הקר יחסית מקרר היטב את כתר הבוכנה ודפנות הצילינדר, כך שניתן להגדיל את יחס הדחיסה ולקבל יעילות גבוהה יותר של המנוע ללא חשש לדפיקות בעירה לרעה.

מנועי הזרקה ישירה מתוכננים לשרוף תערובות אוויר/דלק דלות מאוד בעומסי מנוע נמוכים כדי להשיג צריכת דלק נמוכה במיוחד. עם זאת, התברר כי הדבר גורם לבעיות של עודף תחמוצות חנקן בגזי הפליטה, כדי להעלים אותם יש צורך בהתקנת מערכות ניקוי מתאימות. מעצבים מתמודדים עם תחמוצות חנקן בשתי דרכים: על ידי הוספת דחיפה והקטנת הגודל, או על ידי התקנת מערכת מורכבת של חרירים דו-פאזיים. תרגול גם מראה כי עם הזרקת דלק ישירה, התופעה הלא חיובית של משקעי פחמן בתעלות היניקה של הצילינדרים ועל גבעולים של שסתום היניקה (ירידה בדינמיקה של המנוע, עלייה בצריכת הדלק).

זאת בשל העובדה שגם יציאות היניקה וגם שסתומי היניקה אינם נשטפים עם תערובת האוויר-דלק, כמו בהזרקה עקיפה. לכן, הם אינם נשטפים על ידי חלקיקי שמן עדינים הנכנסים למערכת היניקה ממערכת האוורור של הארכובה. זיהומי שמן מתקשים בהשפעת הטמפרטורה, ויוצרים שכבה עבה יותר ויותר של משקעים לא רצויים.

פריבילגיות

- דיוק מינון דלק גבוה מאוד

– אפשרות לשריפת תערובות רזות

– דינמיקת מנוע טובה מאוד עם צריכת דלק נמוכה

פגמים

- עיצוב מורכב במיוחד

– עלויות ייצור ותחזוקה גבוהות מאוד

- בעיות עם עודף תחמוצות חנקן בגזי פליטה

- משקעי פחמן במערכת הצריכה

הזרקה כפולה - ישירה ועקיפה

תכנון מערכת הזרקה מעורבת מנצל את ההזרקה העקיפה והישירה כאחד. הזרקה ישירה פועלת כאשר המנוע קר. תערובת הדלק-אוויר זורמת ישירות מעל הבוכנה והעיבוי אינו נכלל. כאשר המנוע חם ופועל בעומס קל (נהיגה במהירות קבועה, האצה חלקה), ההזרקה הישירה מפסיקה לפעול והזרקה עקיפה רב-נקודתית משתלטת על תפקידה. הדלק מתאדה טוב יותר, מזרקי מערכת הזרקה ישירה יקרים מאוד אינם פועלים ואינם נשחקים, שסתומי היניקה נשטפים על ידי תערובת הדלק-אוויר, כך שלא נוצרים עליהם משקעים. בעומסי מנוע גבוהים (האצות חזקות, נסיעה מהירה) מופעלת שוב הזרקה ישירה, מה שמבטיח מילוי מהיר מאוד של הצילינדרים.

פריבילגיות

- מינון דלק מדויק מאוד

– אספקת מנוע אופטימלית בכל תנאי

– דינמיקת מנוע טובה מאוד עם צריכת דלק נמוכה

- אין משקעי פחמן במערכת הצריכה

פגמים

- מורכבות עיצובית עצומה

– עלויות ייצור ותחזוקה גבוהות במיוחד