Wtrysk pośredni i wtrysk bezpośredni w silnikach benzynowych– czym się różnią?

Dlaczego zdecydowano się na zastąpienie pośredniego wtrysku paliwa przez wtrysk bezpośredni? Wtrysk bezpośredni zapewnia większą moc i mniejsze zużycie paliwa. Wcześniej wtrysk bezpośredni stosowano sporadycznie, przede wszystkim w jednostkach napędowych, montowanych w samochodach sportowych.

Jednak wraz z wprowadzaniem coraz bardziej wyśrubowanych norm emisji spalin, stosowanie wtrysku bezpośredniego w małolitrażowych jednostkach napędowych, stało się koniecznością. Wtrysk bezpośredni, w połączeniu z turbodoładowaniem, miał być również receptą na zachowanie wysokiej mocy silników i zapewnieniu niskiego zużycia paliwa.

Czy to się udało? Jeśli chodzi o moc – w stu procentach. Dzięki turbodoładowaniu i bezpośredniemu wtryskowi paliwa można bez problemu „wyciągnąć” nawet 150 koni mechanicznych z litrowego silnika.

Jeśli chodzi o zużycie paliwa – w pięćdziesięciu procentach. Starsze, wolnossące silniki benzynowe zużywały dużo paliwa podczas jazdy po mieście, a mało podczas jazdy po trasie.

Nowe, małolitrażowe jednostki turbodoładowane, z bezpośrednim wtryskiem paliwa, zużywają w miarę niewiele paliwa podczas jazdy po mieście. Zaczynają być paliwożerne podczas dynamicznej jazdy poza miastem.

Niestety, są też inne minusy. Ale do nich kierowcy już powinni przywyknąć. Każda nowa technologia wiąże się z wyższymi kosztami. W tym przypadku – z wyższymi kosztami produkcji silników (co przekłada się na wyższe ceny samochodów), wyższymi kosztami serwisowania (np. koniecznością wymiany łańcuchów rozrządu, które w starszych jednostkach MPI służyły przez cały okres eksploatacji samochodu) i wyższymi kosztami napraw.

Trzy rodzaje wtrysku paliwa w silnikach benzynowych

Wtrysk jednopunktowy SPI (Single Point Injection) – prekursor wtrysku wielopunktowego MPI.

W tym przypadku paliwo było wtryskiwane przed przepustnicą, przez jeden wtryskiwacz.

Co to jest przepustnica? To podzespół w układzie dolotowym (zasysającym powietrze). Kiedy kierowca naciska pedał gazu, przepustnica się otwiera. Im silniejszy nacisk na pedał gazu, tym większe otwarcie przepustnicy.

Wtryśnięte paliwo parowało na ściankach kolektora dolotowego, które były gorące. Stosowano też specjalny element grzejny, na powierzchni którego paliwo parowało. W ten sposób powstawała mieszanka paliwowo–powietrzna, która następnie trafiała do zaworów ssących i dalej, do cylindrów silnika.

Układ ten był daleki od doskonałości dlatego, że mieszanka paliwowo–powietrzna nie była równomiernie dostarczana do wszystkich cylindrów. Na przeszkodzie stała różna długość kanałów dolotowych. Problemy pojawiały się też przy zimnym silniku (a co za tym idzie, zimnym kolektorze). Układ SPI był też odpowiedzialny za emitowanie większych ilości spalin. Dlatego też pojawiło się kolejne rozwiązanie - układ wtrysku wielopunktowego – MPI (Multi Point Injection). W tym przypadku zastosowano większą liczbę wtryskiwaczy sterowanych elektronicznie – po jednym na cylinder. (Czyli w silniku czterocylindrowym stosowano cztery wtryskiwacze).

Powietrze jest zasysane przez silnik do kolektora dolotowego. Paliwo jest dalej wtryskiwane do kolektora dolotowego, jak we wtrysku SPI, ale w przypadku MPI każdy wtryskiwacz kieruje strumień paliwa bezpośrednio na zawór albo zawory dolotowe określonego cylindra.

Układ wtrysku wielopunktowego MPI można uznać za jedno z najlepszych rozwiązań współczesnej motoryzacji. Układ jest wydajny i przede wszystkim, bardzo trwały. Wtryskiwacze MPI potrafią pracować bezawaryjnie przez 400, 500 i 600 tys. km przebiegu.

W przypadku wielopunktowego wtrysku pośredniego MPI, stosuje się wtrysk jednoczesny albo grupowy (dobierany na bazie prędkości obrotowej silnika i objętości powietrza), sekwencyjny albo selektywny (dobierany na bazie masy powietrza, prędkości obrotowej albo ciśnienia w kolektorze dolotowym).

Układ wtrysku bezpośredniego w silnikach małolitrażowych

W tym przypadku powietrze jest zasysane przez układ dolotowy, a następnie sprężane przez turbosprężarkę. Po schłodzeniu w intercoolerze (chłodnicy powietrza doładowanego) powietrze trafia do zaworów dolotowych. Końcówki wtryskiwaczy paliwa zanurzone są w komorach spalania silnika. Paliwo jest dawkowane bezpośrednio do wnętrza cylindrów.

Zanim paliwo dotrze do wtryskiwaczy, jest sprężane przez pompę wysokiego ciśnienia (napędzaną paskiem wieloklinowym od koła pasowego na wale korbowym silnika).

Wtryskiwacze dawkują paliwo pod wysokim ciśnieniem. Jest ono zależne od rodzaju silnika, standardowo ciśnienie dochodzi do 60 bar. To niewiele, w porównaniu do współczesnych silników diesla z listwami Common Rail, gdzie ciśnienie wtrysku dochodzi do 2000 bar.

W przypadku wtrysku bezpośredniego stosuje się wtrysk selektywny, dobierany na bazie masy powietrza i prędkości obrotowej silnika.

Michał Lisiak