Κινητηρες αμεσου ψεκασμου...

[wastegate]

Μιας και μαλλον με καταραστηκε ο φιλος alex-q μας εκατσε μια εργασια για κινητηρες αμεσου ψεκασμου...Δεν ειναι τπτ σπουδαιο απλα μια εισαγωγη στους κινητηρες αμεσου ψεκασμου..
ΛΟΙΠΟΝ

Η τροφοδοσία με απευθείας ψεκασμό της βενζίνης μέσα στο θάλαμο καύσης (πιο γνωστή ως άμεσος ψεκασμός ) είναι ίσως το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα τεχνολογίας που ήταν πολύ μπροστά από την εποχή της όταν παρουσιάστηκε, με αποτέλεσμα στην πρώτη της απόπειρα να μην πείσει. Με την αναγέννησή του όμως στα μέσα της προηγούμενης δεκαετίας, δείχνει πλέον να αποκτά την αναγνώριση που της αξίζει. Η συντριπτική πλειονότητα των αυτοκινητοβιομηχανιών έχει αυτή τη στιγμή βενζινοκινητήρες άμεσου ψεκασμού στη γκάμα της και όσες δεν έχουν σπεύδουν άρον-άρον να εξελίξουν , ανίατε αγοράζοντας και έτοιμη τεχνογνωσία.
Έτσι το group VW έχει τους κινητήρες FSI (Fuel Stratified Injection), η Alfa Romeo τους JTS ( Jet Thrust Stoiciometric ) , η Mazda τους DISI (Direct Injection Spark Ignition), η Renault τους IDE (Injection Direct Essence), η Mitsubishi τους GDI (Gasoline Direct Injection) , η Ford τους SCI (Smart Charge Injection) ,η Mercedes τους CGI (stratified-Charged Gasoline Injection) και η Porsche τους DFI (Direct Fuel Injection) στο ανανεωμένο Cayenne.
Εδώ πρέπει να επισημάνουμε ότι η διαφορετική ονομασία που υιοθετεί ο κάθε κατασκευαστής δεν σημαίνει και ουσιαστικές διαφοροποιήσεις στην υλοποίηση του συστήματος άμεσου ψεκασμού που χρησιμοποιεί το αντίθετο μάλιστα. Στις περισσότερες περιπτώσεις οι κατασκευαστές πρακτικά αγοράζουν έτοιμο τα συστήματα τροφοδοσίας από τρίτους προμηθευτές με αποτέλεσμα να υπάρχου μεγάλη ομοιότητα από μάρκα σε μάρκα. Κάτι που προκαλεί εντυπώσεις είναι ο σχεδόν τέλειος ‘’συγχρονισμός’’ των κατασκευαστών αφού στα μέσα της δεκαετίας του 90 σχεδόν καμία εταιρία δεν είχε κινητήρα άμεσου ψεκασμού στη γκάμα της , ενώ μια δεκαετία μετά έχουν σχεδόν όλες

Ταυτόχρονα όμως οι απαιτήσεις σε ισχύ παραμένουν αμείωτες τόσο λόγω του συνεχώς αυξανόμενου βάρους των σύγχρονων αυτοκινήτων αλλά και διότι τα ‘’γρήγορα’’ ένστικτα των οδηγών δεν έχουν εκλείψει. Ο γόρδιος δεσμός για τους κατασκευαστές είναι προφανής: πως καταφέρνεις να φτιάξεις ένα κινητήρα που είναι καθαρότερος και οικονομικότερος από τους προκατόχους του και ταυτόχρονα αρκετά ισχυρότερος? Στην προσπάθεια τους να δώσουν λύση διλήμματα του μέλλοντος, αναγκάστηκαν να στραφούν στο παρελθόν και συγκεκριμένα στην ξεχασμένη τεχνολογία του άμεσου ψεκασμού η οποία είχε κάνει τα πρώτα της βήματα στα αυτοκίνητα πριν από μισό αιώνα και βάλε.

Για να είμαστε ακριβείς, ο άμεσος ψεκασμός έχει τις ρίζες του στους αεροπορικούς κινητήρες της δεκαετίας του 30. Εκεί χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να αντιμετωπίσουν τα προβλήματα παγώματος του καυσίμου και ο κίνδυνος φωτιάς στα καρμπιρατέρ των εμβολοφόρων κινητήρων των αεροσκαφών της εποχής. Το πρώτο παράδειγμα αεροπορικού κινητήρα άμεσου ψεκασμού ήταν ο 24κύλινδρος σε διάταξη Χ κινητήρας της Daimer Benz το 1937, ενώ λίγο αργότερα χρησιμοποιήθηκε και στους 9κύλινδρους ακτινικούς κινητήρες της BMW που τοποθετούνταν στα Junkers Ju52.
Στα αυτοκίνητα , ο άμεσος ψεκασμός πέρασε τη δεκαετία του 50. Το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής με άμεσο ψεκασμό ήταν το δίτροχο Gutbrod 600 Superior του 1952, ενώ το 1954 άμεσος ψεκασμός χρησιμοποιήθηκε και στον κινητήρα του μεγαλύτερου αδερφού του , του Goliath GP 700E των 700cc. Την ίδια χρονιά παρουσιάστηκε η Mercedes 300SL Gullwing, που σηματοδότησε και την πρώτη εφαρμογή του άμεσου ψεκασμού σε τετράχρονο κινητήρα αυτοκινήτου. Ο τρίλιτρος εξακύλινδρος Μ198/11 της 300SL απέδιδε 215Ρς και χρησιμοποιούσε ένα αμιγώς μηχανικό σύστημα άμεσου ψεκασμού της Bosch, χωρίς κανενός είδους ηλεκτρικό ή ηλεκτρονικό έλεγχο. Τα πρώτα συστήματα άμεσου ψεκασμού ήταν εξαιρετικά ακριβά και πολύπλοκα. Συν τοις άλλοις, λίγο αργότερα άρχισε να αναπτύσσεται η τεχνολογία του έμμεσου ψεκασμού, η οποία για αρκετές δεκαετίες υπερκάλυπτε όλες τις τότε απαιτήσεις των κατασκευαστών, με πολύ πιο λογικό κόστος. Έτσι ο άμεσος ψεκασμός μπήκε στο περιθώριο μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 90. Τότε οι ολοένα και αυστηρότερες νόρμες εκπομπής καυσαερίων οδήγησαν τις εταιρίες να επανεξετάσουν αυτόν τον ξεχασμένων τρόπο τροφοδοσίας. Το πρώτο σύγχρονο δείγμα άμεσου ψεκασμού των 90’ς θεωρείται ο κινητήρας 4G93 GDI της Mitsubishi που τοποθετήθηκαν στα Lancer/Legnum το 1996, για να ακολουθήσουν και οι άλλοι κατασκευαστές.

Όταν μιλάμε για άμεσο ψεκασμό σε βενζινοκινητήρα εννοούμε το σύστημα τροφοδοσίας στο οποίο η βενζίνη ψεκάζεται απευθείας μέσα στους θαλάμους καύσης. Αντίθετα στο συμβατικό ψεκασμό πολλαπλών σημείων ( MPI – Multi Point Injection ή PFI – Port Fuel Injection ) το καύσιμο ψεκάζεται στους αυλούς εισαγωγής του κινητήρα. Έτσι στους κινητήρες άμεσου ψεκασμού ο σχηματισμός του μείγματος γίνεται μέσα στο θάλαμο καύσης , σε αντίθεση με του κινητήρες έμμεσου ψεκασμού, όπου σχηματίζεται στους αυλούς εισαγωγής. Η πίεση τροφοδοσίας στα συστήματα άμεσου ψεκασμού είναι πολύ μεγαλύτερη από τα αντίστοιχα συστήματα έμμεσου ψεκασμού αφού στη μία περίπτωση μιλάμε για πίεσης στην περιοχή 50-200bar , ενώ στην δεύτερη συνήθως δεν ξεπερνάνε τα 3-4 bar. Το υπό πίεση καύσιμο ‘’αποθηκεύεται’’ μέσα στην ειδικά διαμορφωμένη μπεκιέρα και από εκεί καταλήγει μέσα στους κυλίνδρους. Από αυτή την απλή περιγραφή γίνεται φανερό ότι ο άμεσος ψεκασμός στους βενζινοκινητήρες μοιάζει πολύ με το σύστημα common rail των πετρελαιοκινητήρων.

[wastegate]

Στους κινητήρες έμμεσου ψεκασμού υπάρχει πάντοτε μια χρονική καθυστέρηση ανάμεσα στον ψεκασμό του καυσίμου και την εισαγωγή του μίγματος στο θάλαμο καύσης. Προκειμένου να αντισταθμιστεί αυτή η καθυστέρηση στις περισσότερες περιπτώσεις ο ψεκασμός αρχίζει ενώ η βαλβίδα εισαγωγής είναι κλειστή, με αποτέλεσμα να συσσωρεύεται μια ποσότητα βενζίνης στη βαλβίδα και στα τοιχώματα του αυλού εισαγωγής. Αυτή η ποσότητα εισέρχεται ακανόνιστα μέσα στο θάλαμο καύσης, καθιστώντας έτσι αδύνατη την ακριβή ρύθμιση της αναλογίας αέρα- καυσίμου. Αυτό αυξάνει την αστάθεια στο ρελαντί, καθώς και τις εκπομπές άκαυστων υδρογονανθράκων. Αντίθετα στους κινητήρες άμεσου ψεκασμού αυτό το πρόβλημα δεν υφίσταται καθώς η ποσότητα του καυσίμου που καταλήγει μέσα στο θάλαμο καύσης μπορεί να ρυθμιστεί με πολύ μεγάλη ακρίβεια.
Κατά τις κρύες εκκινήσεις ένα μέρος του ψεκαζόμενου καυσίμου στους κινητήρες έμμεσου ψεκασμού υγροποιείται στους αυλούς εισαγωγής με αποτέλεσμα η ECU να δίνει εντολή επιπλέον εμπλουτισμένου του μίγματος κατά τη φάση της προθέρμανσης, κάτι που πάλι αυξάνει τις εκπομπές άκαυστων υδρογονανθράκων όταν ο κινητήρας είναι κρύος. Και πάλι στους κινητήρες άμεσου ψεκασμού δεν υπάρχει αφού όλο το καύσιμο καταλήγει μέσα στο θάλαμο καύσης. Με βάση πειραματικές μετρήσεις, ένας κινητήρας άμεσου εκπέμπει κατά μέσο όρο 30% λιγότερους υδρογονάνθρακες κατά τη φάση της προθέρμανσης σε σύγκριση με έναν άλλον κινητήρα έμμεσου ψεκασμού.
Λόγο της πολύς μεγαλύτερης πίεσης τροφοδοσίας και της κατάλληλης διαμόρφωσης των οπών ψεκασμού στα μπεκ ο διασκορπισμός του καυσίμου και η ανάμιξη του με τον αέρα στους κινητήρες έμμεσου ψεκασμού. Ενδεικτικά το μέσο μέγεθος του σταγονιδίου καυσίμου σε ένα κινητήρα άμεσου ψεκασμού κυμαίνεται γύρω στα 16μm , ενώ σε ένα κινητήρα έμμεσου ψεκασμού είναι περίπου 120 μm. Καλύτερος διασκορπισμός του καυσίμου σημαίνει καλύτερη καύση, δηλαδή καλύτερη εκμετάλλευση της θερμικής ενέργειας του καυσίμου, άρα επιπλέον δύναμη και οικονομία. Ο ψεκασμός του καυσίμου μέσα στο θάλαμο καύσης έχει ως αποτέλεσμα την ψύξη του μίγματος και των τοιχωμάτων των κυλίνδρων, που μειώνει την τάση για προανάφλεξη (πειράκια). Έτσι ένας κινητήρας άμεσου ψεκασμού μπορεί να έχει πολύ μεγαλύτερη σχέση συμπίεσης σε σύγκριση με έναν αντίστοιχο κινητήρα έμμεσου ψεκασμού, κάτι που βοηθάει την απόδοση και την οικονομία. Ένα καλό παράδειγμα για σύγκριση είναι οι δύο κινητήρες της VW , o έμμεσου ψεκασμού ΜΡΙ και ο άμεσου ψεκασμού FSI. Ο ΜΡΙ αποδίδει 102PS και έχει σχέση συμπίεσης 10,3:1 ενώ ο FSI αποδίδει 115 PS και έχει σχέση συμπίεσης 12:1. Η ψύξη του μίγματος και η μείωση της τάσης για προανάφλεξη έχει ιδιαίτερα ευεργετική επίδραση και στους υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες άμεσου ψεκασμού. Και πάλι χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο δίλιτρος ΤFSI του group VW με σχέση συμπίεσης 10,5:1 και πίεση υπερπλήρωσης 0,9 bar μπορεί να δουλέψει απροβλημάτιστα και με απλή βενζίνη.
Οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού μπορούν να διακόπτουν εντελώς την παροχή καυσίμου όταν ο οδηγός αφήσει το γκάζι , συμβάλλοντας με αυτό τον τρόπο στην περαιτέρω μείωση της κατανάλωσης καυσίμου. Στους κινητήρες έμμεσου ψεκασμού κάτι τέτοιο δεν είναι δυνατό καθώς η διακοπή της τροφοδοσίας καυσίμου θα προκαλούσε στέγνωμα της εισαγωγής από το φιλμ της βενζίνης που σχηματίζεται στους αυλούς εισαγωγής. Αυτό το φιλμ σχηματίζεται μόλις ο κινητήρας πάρει μπροστά και ένα μέρος την βενζίνης που καταλήγει στους θαλάμους καύσης προέρχεται από αυτό. Αν αυτό το φιλμ στεγνώσει μόλις ο οδηγός πατήσει γκάζι , το μίγμα που θα καταλήξει στους θαλάμους καύσης θα είναι φτωχότερο από το κανονικό, κάτι που θα έχει ως αποτέλεσμα ρεταρίσματα και διακοπές.
Το σημαντικότερο πλεονέκτημα των κινητήρων άμεσου ψεκασμού είναι ότι έχουν την δυνατότητα να δουλέψουν με πολύ φτωχό μίγμα στα μερικά φορτία. Λέγοντας ‘’πολύ φτωχό μίγμα’’ εννοούμε με λόγο λ πολύ μεγαλύτερο από την μονάδα, σε ακραίες περιπτώσεις πολύ κοντά στο 10.’ Ένα ομοιογενές μίγμα καυσίμου-αέρα με λόγο λ ίσον με 10 είναι αδύνατον να αναφλεχθεί και να καεί, αλλά στους κινητήρες άμεσου ψεκασμού χρησιμοποιείται ένα άλλο ¨τέχνασμα¨: χρησιμοποιώντας είτε το ρεύμα του αέρα εισαγωγής είτε το σχήμα της δέσμης καυσίμου που ψεκάζει το μπέκ, δημιουργείται ένα ανομοιογενές μίγμα αέρα-βενζίνης στο θάλαμο καύσης, το οποίο είναι στοιχειομετρικό κοντά στην ακίδα του μπουζί και φτωχαίνει όσο απομακρυνόμαστε ακτινικά από αυτή. Έτσι, η σπίθα από το μπουζί ανάβει το στοιχειομετρικό μίγμα γύρω από την ακίδα, και μετά μέσω της τύρβης η φλόγα μεταδίδεται και στις πιο φτωχές σε καύσιμο περιοχές του θαλάμου καύσης οδηγώντας στην πλήρη καύση του μίγματος. Ο σχηματισμός του ανομοιογενούς μίγματος αέρα-καυσίμου που περιγράψαμε είναι πάρα πολύ δύσκολος στους κινητήρες έμμεσου ψεκασμού και γι’ αυτό αυτοί οι κινητήρες δουλεύουν αναγκαστικά συνεχώς με μίγμα σύστασης κοντά στη στοιχειομετρική… Η κατάσταση λειτουργίας με φτωχό μίγμα στα μερικά φορτία είναι γνωστή και ως ‘’lean burn mode’’.
Με αγαπη by wastegate

[alex-g]

ποπο εσυ τα εμαθες ολα παιδι μου ευγε ουτε γω τα ηξερα ολα αυτα

[MARMEL]

ας ειναι καλα το cory paste....

ευγε βασιλη...
πολυ καλο και χρησιμο...

[wastegate]

Και στο τελος θα κοπω θα δειτε..