Miješanje goriva i zraka na današnji način
Ono što smo naučili u prošlom nastavku sada ćemo ponoviti, ali na jednostavniji način zahvaljujući ponajprije elektronici. Ubrizgavanje goriva priča je koja se tiče ljubitelja benzinskih ali i dieselskih motora.
Da elektronika katkada ipak može biti privlačna (čak i ljubiteljima tradicionalnih, klasičnih, ili arhivskih vozila :-)) dokaz su današnji sustavi za ubrizgavanje goriva.
No, da se razumijemo, ubrizgavanje goriva postojalo je i prije 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 izravno ubrizgavanje, osmišljeno je i primijenjeno u praksi kudikamo prije sedamdesetih, no, o tome ćemo reći više na kraju ovog poglavlja.
Načelo ubrizgavanja goriva pod (visokim) pritiskom u stvari je vrlo jednostavna stvar. Usisni sustav sada se sastoji samo od leptira i usisne cijevi 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 cijevi. Brizgaljka može biti smještena na usisnoj cijevi neposredno pred ulazom u cilindar (pred usisnim ventilom) ili ispred leptira (ili oboje).
Za razliku od rasplinjača koji je ispuštao gorivo kroz podesivu mlaznicu u difuzor usisne cijevi, sustav za ubrizgavanje je kudikamo jednostavniji jer se smjesa goriva i zraka stvara neposredno pred usisnim ventilom. Time se pojednostavnjuje konstrukcija usisne cijevi koja se sada mora brinuti samo o pravilnom strujanju zraka.
No, da se razumijemo, ubrizgavanje goriva postojalo je i prije 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 izravno ubrizgavanje, osmišljeno je i primijenjeno u praksi kudikamo prije sedamdesetih, no, o tome ćemo reći više na kraju ovog poglavlja.
Načelo ubrizgavanja goriva pod (visokim) pritiskom u stvari je vrlo jednostavna stvar. Usisni sustav sada se sastoji samo od leptira i usisne cijevi 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 cijevi. Brizgaljka može biti smještena na usisnoj cijevi neposredno pred ulazom u cilindar (pred usisnim ventilom) ili ispred leptira (ili oboje).
Za razliku od rasplinjača koji je ispuštao gorivo kroz podesivu mlaznicu u difuzor usisne cijevi, sustav za ubrizgavanje je kudikamo jednostavniji jer se smjesa goriva i zraka stvara neposredno pred usisnim ventilom. Time se pojednostavnjuje konstrukcija usisne cijevi koja se sada mora brinuti samo o pravilnom strujanju zraka.
Mehanički sustavi za ubrizgavanje koji su se nekoć koristili imali su razvodnik goriva koji je svaku brizgaljku opskrbljivao 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.
No, blagodati koje nam je donijela elektronika stvorile su einspritz kakav danas poznajemo - elektroničko ubrizgavanje goriva. Priča je i ovdje slična, s tom razlikom da nema razvodnika goriva, a brizgaljke su elektromagnetske što znači da njihovim otvaranjem upravljaju električni impulsi.
No, blagodati koje nam je donijela elektronika stvorile su einspritz kakav danas poznajemo - elektroničko ubrizgavanje goriva. Priča je i ovdje slična, s tom razlikom da nema razvodnika goriva, a brizgaljke su elektromagnetske što znači da njihovim otvaranjem upravljaju električni impulsi.
Priča izgleda ovako: pritiskom na papučicu akceleratora pomiče se leptir u usisnoj cijevi. Senzor koji očitava položaj leptira šalje tu informaciju središnjem računalu (ECU - Electronic Control Unit, za neke i Centralina electrónica) koje, uz još ponešto primljenih parametara, određuje širinu (trajanje) pulsa. Ovaj puls u stvari je vrijeme kroz koje je brizgaljka otvorena i tijekom kojega se gorivo uštrcava u usisnu cijev (u praznom hodu može trajati tek 2 milisekunde). Dakako, gorivo se do brizgaljke dovodi cijevima koje kreću od pumpe.
Uobičajeni pritisak goriva što ga isporučuje pumpa visokog pritiska kod vozila s elektroničkim ubrizgavanjem iznosi 35 do 200 bara, a s obzirom da je pritisak stalan, jasno je kako se količina uštrcanog goriva određuje isključivo širinom pulsa (recimo ovdje i da pritisak goriva što ga stvara pumpa za gorivo niskog pritiska iznosi 4 do 6 bara). Višak goriva koji u sustavu za ubrizgavanje može nastati pri polaganijem radu motora vraća se povratnom cijevi natrag u spremnik povratnim vodom.
Uobičajeni pritisak goriva što ga isporučuje pumpa visokog pritiska kod vozila s elektroničkim ubrizgavanjem iznosi 35 do 200 bara, a s obzirom da je pritisak stalan, jasno je kako se količina uštrcanog goriva određuje isključivo širinom pulsa (recimo ovdje i da pritisak goriva što ga stvara pumpa za gorivo niskog pritiska iznosi 4 do 6 bara). Višak goriva koji u sustavu za ubrizgavanje može nastati pri polaganijem radu motora vraća se povratnom cijevi natrag u spremnik povratnim vodom.
Postoje tri osnovne izvedbe sustava ubrizgavanja i one su vezane tek uz položaj brizgaljke. Vjerujemo, naime, da sustave ubrizgavanja danas doista više nema smisla dijeliti na mehaničke i elektroničke s obzirom da su ovi potonji zastupljeni u gotovo svim novim automobilima.
- središnje ubrizgavanje je najjednostavnija verzija u kojoj je brizgaljka postavljena na početku usisne grane. Ovakav sustav, unatoč svojoj jednostavnosti (i niskoj cijeni) ipak nije idealan jer se gorivo ne raspodjeljuje ravnomjerno po cilindrima.
- sustav pojedinačnog ubrizgavanja (ili ubrizgavanja u više točaka) koristi po jednu brizgaljku za svaki cilindar i smješta ju (u pravilu) što bliže usisnom ventilu. Ovakav je sustav učinkovitiji jer se njime postiže pravilniji omjer goriva i zraka
- sustav izravnog ubrizgavanja goriva odlikuje se brizgaljkom smještenom u glavi motora te ubrizgava gorivo izravno u cilindar, tijekom kompresijskog takta. Ovakav je sustav najučinkovitiji u smislu iskorištenja energije goriva, a time i ekološki najpogodniji.
- središnje ubrizgavanje je najjednostavnija verzija u kojoj je brizgaljka postavljena na početku usisne grane. Ovakav sustav, unatoč svojoj jednostavnosti (i niskoj cijeni) ipak nije idealan jer se gorivo ne raspodjeljuje ravnomjerno po cilindrima.
- sustav pojedinačnog ubrizgavanja (ili ubrizgavanja u više točaka) koristi po jednu brizgaljku za svaki cilindar i smješta ju (u pravilu) što bliže usisnom ventilu. Ovakav je sustav učinkovitiji jer se njime postiže pravilniji omjer goriva i zraka
- sustav izravnog ubrizgavanja goriva odlikuje se brizgaljkom smještenom u glavi motora te ubrizgava gorivo izravno u cilindar, tijekom kompresijskog takta. Ovakav je sustav najučinkovitiji u smislu iskorištenja energije goriva, a time i ekološki najpogodniji.
Dieselski su motori oduvijek koristili ubrizgavanje goriva. Nekoć je ono bilo riješeno brizgaljkom smještenom u posebnu pretkomoru, a danas je gotovo jedino rješenje koje se primjenjuje izravno ubrizgavanje. Također, gorivo se dieselskim motorima (tj. njihovim brizgaljkama) nekoć dostavljalo pojedinačnim vodovima koji su od pumpe visokog pritiska (kod nas uobičajeno: "Bosch pumpa") vodili do svake zasebne brizgaljke.
Danas je najuobičajenije rješenje tzv. Common Rail, zajednički vod za gorivo pod visokim pritiskom, koji povezuje sve brizgaljke. No, bitno je naglasiti da sustavi ubrizgavanja kod dieselskih motora koriste značajno viši pritisak nego li oni benzinskih motora. Tako Common Rail sustavi četvrte generacije njemačke tvrtke Bosch rade s pritiskom goriva višim od 2000 bara. Dijelom je to i zbog činjenice da se tijekom kompresijskog takta kod dieselskog motora razvijaju znatno veći pritisci.
Danas je najuobičajenije rješenje tzv. Common Rail, zajednički vod za gorivo pod visokim pritiskom, koji povezuje sve brizgaljke. No, bitno je naglasiti da sustavi ubrizgavanja kod dieselskih motora koriste značajno viši pritisak nego li oni benzinskih motora. Tako Common Rail sustavi četvrte generacije njemačke tvrtke Bosch rade s pritiskom goriva višim od 2000 bara. Dijelom je to i zbog činjenice da se tijekom kompresijskog takta kod dieselskog motora razvijaju znatno veći pritisci.
Sustav Common Rail svoj je naziv dobio prema zajedničkom vodu goriva visokog pritiska koji opskrbljuje sve brizgaljke. No, iako to zvuči vrlo logično, benzinski su motori već i prije pojave tog termina koristili sličnu (ako ne jednaku) tehnologiju. Dieselski Common Rail za automobile razvili su Magneti Marelli i Centro Ricerche Fiat, a projekt je ubrzo prodan njemačkoj tvrtki Robert Bosch GmbH. Prvi automobili pokretani dieselskim motorom i opremljeni Common Rail sustavom bili su Alfa Romeo 156 1.9 JTD i Mercedes-Benz 220 CDI (motor OM 611), 1997. godine.
Na kraju treba riješiti još neka pitanja vezana uz usporedbu rada sustava za ubrizgavanje i rasplinjača, o kojem smo pričali u prethodnom poglavlju. Ubrizgavanje npr. ne mora koristiti posebni dovod benzina za ubrzanje (to je dodatna cijev koja se kod rasplinjača otvara pri naglom pritisku na papučicu akceleratora) već se ovaj problem rješava korekcijom širine pulsa. Također, ubrizgavanje ima riješen problem hladnog starta motora, ali za razliku "čoka" kod rasplinjača (pojačane opskrbe gorivom), ovdje je to riješeno posebnim programom, pohranjenim u središnjem računalu, čiji je rad vezan uz podatke s lambda sonde. No, o lambdi, ECU-ima i ostalim blagodatima današnjih elektronikom (pre)opterećenih automobila raspravljat ćemo jednom drugom prilikom.
Na kraju treba riješiti još neka pitanja vezana uz usporedbu rada sustava za ubrizgavanje i rasplinjača, o kojem smo pričali u prethodnom poglavlju. Ubrizgavanje npr. ne mora koristiti posebni dovod benzina za ubrzanje (to je dodatna cijev koja se kod rasplinjača otvara pri naglom pritisku na papučicu akceleratora) već se ovaj problem rješava korekcijom širine pulsa. Također, ubrizgavanje ima riješen problem hladnog starta motora, ali za razliku "čoka" kod rasplinjača (pojačane opskrbe gorivom), ovdje je to riješeno posebnim programom, pohranjenim u središnjem računalu, čiji je rad vezan uz podatke s lambda sonde. No, o lambdi, ECU-ima i ostalim blagodatima današnjih elektronikom (pre)opterećenih automobila raspravljat ćemo jednom drugom prilikom.
Ne zaboravimo...
Kako to nerijetko biva, današnji marketing pokušava mnoga tehnička rješenja proglasiti "revolucionarnim", "posljednjom riječju 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 samu metodu ubrizgavanja goriva (kao različitost u odnosu na rasplinjač), na Common Rail sustav te na izravno ubrizgavanje goriva u cilindar (kako u slučaju dieselskih tako i benzinskih motora).
Prvi pokušaj konstruiranja sustava za ubrizgavanje goriva napravio je Rudolf Christian Karl Diesel godine 1893. Radilo se o motoru na ugljenu prašinu koja se u cilindar ubrizgavala komprimiranim zrakom. No, projekt je ubrzo propao jer je prvi ovakav motor eksplodirao pri pokušaju pokretanja.
Diesel se nije dao obeshrabriti te je uskoro razvio novi sustav ubrizgavanja nafte putem zraka pod pritiskom koji se pokazao vrlo uspješnim. Varijacije na temu su ubrzo postale uobičajena pojava u raznoraznim strojevima, no prvi sljedeći značajniji korak napravio je James McKechnie iz britanske tvrtke Vickers Ltd. godine 1910. kada je razvio sustav ubrizgavanja goriva koji je koristio mehaničku pumpu i brizgaljku aktiviranu bregastim vratilom.
Prvi pokušaj konstruiranja sustava za ubrizgavanje goriva napravio je Rudolf Christian Karl Diesel godine 1893. Radilo se o motoru na ugljenu prašinu koja se u cilindar ubrizgavala komprimiranim zrakom. No, projekt je ubrzo propao jer je prvi ovakav motor eksplodirao pri pokušaju pokretanja.
Diesel se nije dao obeshrabriti te je uskoro razvio novi sustav ubrizgavanja nafte putem zraka pod pritiskom koji se pokazao vrlo uspješnim. Varijacije na temu su ubrzo postale uobičajena pojava u raznoraznim strojevima, no prvi sljedeći značajniji korak napravio je James McKechnie iz britanske tvrtke Vickers Ltd. godine 1910. kada je razvio sustav ubrizgavanja goriva koji je koristio mehaničku pumpu i brizgaljku aktiviranu bregastim vratilom.
Tvrtka Vickers razvila je 1913. godine prvi Common Rail sustav ubrizgavanja, kod kojeg je pumpa dostavljala gorivo spremniku (zajedničkom vodu) iz kojeg je ono razvođeno prema svakom cilindru posebno. Pritisak u sustavu iznosio je oko 345 bara.
Švedski inženjer Jonas Hesselman predstavio je 1925. svoj benzinski motor s izravnim ubrizgavanjem. Bio je to "hibridni" motor, svojevrsni križanac dieselskog i benzinskog motora koji je za početak rada koristio benzin (paljenje smjese svjećicom), a kada bi se dovoljno ugrijao, nastavljao je raditi na plinsko ulje (dieselsko gorivo) ili kerozin, prema načelu rada diesel motora.
Švedski inženjer Jonas Hesselman predstavio je 1925. svoj benzinski motor s izravnim ubrizgavanjem. Bio je to "hibridni" motor, svojevrsni križanac dieselskog i benzinskog motora koji je za početak rada koristio benzin (paljenje smjese svjećicom), a kada bi se dovoljno ugrijao, nastavljao je raditi na plinsko ulje (dieselsko gorivo) ili kerozin, prema načelu rada diesel motora.
Izravno ubrizgavanje goriva u benzinskim pogonskim strojevima u masovnu je primjenu ušlo na motorima zrakoplova tijekom II Sv. rata*, a prvi komercijalni sustav za automobile razvio je Robert Bosch GmbH, 1952. No, nakon prvih pokušaja, vjerojatno najpoznatiji automobil, među pionirima izravnog ubrizgavanja, svakako je Mercedes-Benz 300 SL iz 1954. Njegov 3-litreni redni 6-cilindrični motor razvijao je 158 kW (215 KS). Zanimljivo je spomenuti kako je to isti motor koji je u izvedbi s rasplinjačem (limuzina 300) razvijao 86 kW (117 KS).
* tipični primjer je motor Daimler-Benz DB 601 iz 1935: benzinski "obrnuti V12" (koljenasto vratilo na vrhu), obujam od 33921 cm3, provrt x hod 150 x 160 mm, omjer kompresije 6,9 : 1, 4 ventila po cilindru (ispušni hlađeni natrijem), jedno bregasto vratilo u svakoj glavi, izravno 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 izvedba ovog motora, DB 605 iz 1942, imala je obujam od 35658 cm3 i razvijala je 1324 kW (1801 KS) pri 2800 o/min uz pomoć dodatnog ubrizgavanja mješavine 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).
* tipični primjer je motor Daimler-Benz DB 601 iz 1935: benzinski "obrnuti V12" (koljenasto vratilo na vrhu), obujam od 33921 cm3, provrt x hod 150 x 160 mm, omjer kompresije 6,9 : 1, 4 ventila po cilindru (ispušni hlađeni natrijem), jedno bregasto vratilo u svakoj glavi, izravno 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 izvedba ovog motora, DB 605 iz 1942, imala je obujam od 35658 cm3 i razvijala je 1324 kW (1801 KS) pri 2800 o/min uz pomoć dodatnog ubrizgavanja mješavine 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).
Izvor: autonet
No comments:
Post a Comment