Sistemul de alimentare cu injectie de benzina Injecția indirectă (MPI, EFI, PFI) Introducerea sistemelor electronice pentru controlul injecției de combustibil, începând cu anii 1980, a făcut posibilă funcționarea motorului cu amestec stoichiometric, ceea ce a condus la utilizarea sondelor de oxigen și a catalizatorului pe trei căi. Comparativ cu sistemele de alimentare pe bază de carburație, injecția indirectă de combustibil are următoarele avantaje: - reduce emisiile poluante datorită posibilității utilizării senzorului de oxigen și a catalizatorului; - crește cuplul și puterea motorului datorită îmbunătățirii randamentului volumetric (umplere mai bună a cilindrilor cu amestec aer-carburant). Deficiența carburației relativ la randamentul volumetric se datorează utilizării unui tub Venturi; - reduce consumul de combustibil datorită amestecului stoichiometric și a egalizării cantității de combustibil injectate pentru fiecare cilindru; - răspunsul motorului la accelerații devine mai rapid datorită controlului mai precis al cantității de combustibil injectate;
Monopunct Multipunct Sistem de alimentare cu injecție indirectă - scheme de principiu 1.alimentare cu combustibil; 2.admisie aer; 3.obturator; 4.galeria de admisie; 5.injector (injectoare); 6.bloc motor Injecția directă (GDI, FSI) Sistemele de injecție de benzină direct în cilindru au început să fie studiate și implementate pe automobile începând cu anii 1990. Avantajele acestui sistem comparativ cu injecția indirectă sunt numeroase: - eliminarea depunerii de benzină pe pereții galeriei de evacuare și pe supape. - îmbunătățirea controlului amestecului aer-combustibil. - reducerea pierderilor prin pompaj (aspirația aerului) în modul de funcționare cu amestec stratificat.
- îmbunătățirea randamentului termic, în timpul funcționării cu amestec stratificat, datorită raportului de comprimare mai ridicat. - scăderea emisiilor de CO2 și a consumului de combustibil datorită posibilității funcționării cu amestec stratificat. - scăderea pierderilor prin căldură datorită funcționării cu amestec stratificat - încălzirea mai rapidă a catalizatorului prin divizarea și întârzierea injecției de combustibil în faza de evacuare. - pornire mai bună la rece datorită pulverizării mai bune a combustibilului. - răspuns mai bun la accelerații.
Sistem de alimentare cu injecție directă - scheme de principiu 1. alimentare cu combustibil; 2.admisie aer; 3.obturator; 4.galeria de admisie; 5.injectoare; 6.bloc motor. Toate aceste avantaje plasează sistemele de injecție directă de benzină în fruntea clasamentului în ceea ce privește economia de combustibil și performanțele dinamice ale motoarelor. Evident aceste sisteme au și dezavantaje cum ar fi: costul crescut, complexitatea sistemului de control, necesitatea utilizării sistemelor de post-tratare a gazelor de evacuare (NOx). Cu toate acestea sistemele de injecție directă de benzină se vor impune și vor fi larg utilizate pentru echiparea motoarelor, deoarece reprezinta una din cele mai abordabile metode pentru îndeplinirea reglementarilor de emisii poluante și pentru creșterea performantelor dinamice. Amestec stratificat vs amestec omogen Un sistem de injecție indirectă funcționează tot timpul cu amestec omogen, raportul aercombustibil fiind aproximativ același în interiorul cilindrului. Avantajul sistemelor de injecție directă este controlul jetului de combustibil astfel încât se poate obține un amestec stratificat. Amestecul stratificat se obține prin injectarea benzinei spre sfârșitul cursei de comprimare, jetul de combustibil fiind ghidat către bujie. Funcționarea în mod stratificat aduce o reducere a consumului de combustibil de la 15 la 20 % comparativ cu un motor cu injecție indirectă. În acest mod de funcționare obturatorul este folosit foarte puțin, pentru a permite funcționarea EGR-ului și pentru a crea vacuum pentru sistemele servo-asistate. Utilizarea într-o mai mică măsură a obturatorului face ca randamentul volumetric să crească, umplerea cilindrilor cu aer făcându-se mai bine.
Dezavantajul acestui mod de funcționare, cu amestec stratificat, este necesitatea utilizării sistemelor de reutilizare a gazelor de evacuare pentru reducerea emisiilor de oxizi de azot (NOx). Deoarece amestecul este sărac cantitatea de oxigen este în exces ceea ce conduce la emisii mai ridicate de NOx comparativ cu un motor cu injecție indirectă. Astfel, pentru motoarele cu injecție directă de benzină este necesară utilizarea EGR-ului pentru reducerea emisiilor de oxizi de azot.
Amestec stratificat Amestec omogen Funcționarea în mod stratificat se face la turații scăzute și sarcini parțiale când nu sunt necesare accelerații intense ale motorului. Benzina este injectată cu puțin timp înainte ca pistonul să ajungă la sfârșitul cursei de comprimare astfel fiind posibilă reorientarea jetului în jurul bujiei pentru o aprindere facilă. La sarcini mari ale motorului funcționarea în mod stratificat poate conduce la emisii de particule deoarece amestecul aer-combustibil poate sa fie foarte bogat în jurul bujiei și sa nu ardă complet. De asemenea la turații mari ale motorului curgerea aerului în cilindrii este turbulentă ceea ce face imposibilă obținerea unui amestec stratificat.
Modurile de funcționare ale injecției directe de benzină
Regimurile de funcționare cu turații ridicate sau sarcini mari (accelerații intense) impun funcționare cu amestec omogen. În acest mod de funcționare combustibilul este injectat în timpul cursei de admisie, turbulentele aerului din cilindru facilitând omogenizarea amestecului. În funcție de sarcina motorului amestecul omogen poate fi sărac (lambda > 1), stoichiometric (lambda = 1) sau bogat (lambda < 1) în cazul în care motorul este la sarcină totală (pedala de accelerație este apăsată 100%). Datorită omogenității amestecului emisiile de oxizi de azot sunt reduse și astfel nu mai este necesară funcționarea EGR-ului. Obținerea amestecului stratificat se face prin ghidarea jetului de combustibil injectat în cilindru astfel încât amestecul bogat sa fie prezent în dreptul bujiei pentru a facilita aprinderea. Ghidarea jetului spre bujie se face în principal prin trei metode: ghidarea cu peretele, ghidarea directă a jetului și ghidarea cu aerul.
Ghidarea cu peretele Ghidarea cu aerul Ghidarea directă Injecția directă de benzină - modurile de ghidare a jetului de combustibil. Ghidarea jetului cu peretele presupune transportul jetului de combustibil spre bujie utilizând suprafața pistonului. Combustibilul este injectat spre piston iar datorită mișcării acestuia la sfârșitul cursei de comprimare jetul este redirecționat spre bujie. Dezavantajul acestei metode constă în faptul că o parte din combustibilul injectat pe capul pistonului se depune, nu se evaporă total ceea ce are impact asupra creșterii consumului de combustibil și asupra emisiilor de hidrocarburi (HC) și a monoxidului de carbon (CO). Ghidarea jetului cu aerul (VW) utilizează pentru fiecare cilindru câte o paletă de redirecționare a aerului (montate în galeria de admisie) cu ajutorul căreia se controlează curentul de aer. Astfel jetul de combustibil injectat este purtat de către curenții de aer către bujie. Avantajul acestei metode se datorează izolării jetului de combustibil cu aer ceea ce se traduce în consum de combustibil și emisii mai mici.
Injector lateral (ghidare cu aerul a jetului) - Ecotec 2.0L I-4 DI Turbo
Ghidarea directă a jetului (Mercedes, BMW) se obține prin plasarea injectorului în vecinătatea bujiei. Teoretic aceasta metoda este cea mai eficientă deoarece elimina fenomenul depunerii combustibilului pe piston sau pe pereții cilindrului. De asemenea acest mod de ghidare a jetului este mai puțin sensibil la fluctuațiile curenților de aer din cilindru. Dezavantajul este data de fiabilitatea mai redusă a bujiei datorită depunerilor de carbon, depuneri provenite din arderea incompletă a combustibilului.
Injector plasat central (ghidare directă a jetului) – BMW Sistemul de alimentare cu combustibil pentru injecție directă Injecția directă de combustibil în cilindru necesită presiuni relativ ridicate, în jur de 40 – 130 bari. Comparativ, la un sistem de injecție indirectă presiunile se situează în jurul valorii de 4 bari. Presiunile mari sunt necesare pentru ca jetul de combustibil să aibă penetrația corespunzătoare în cilindru și pentru ca pulverizarea și evaporarea să fie cât mai eficiente. Cu toate acestea nu se poate crește mai mult presiunea de injecție pentru a avea o pulverizare și mai bună deoarece crește probabilitatea ca jetul să aibă o penetrație foarte mare și să atingă pereții cilindrului sau capul pistonului. În principiu un sistem de injecție directă de benzină este compus din: rezervor de combustibil, pompă electrică de joasa presiune, filtru de combustibil, pompă de înaltă presiune, rampă comună, regulator de presiune (electro-supapa), senzor de presiune, injectoare. Combustibilul stocat în rezervor este scos de către pompa electrică la o presiune de 4 – 5 bari și trimis către pompa de înaltă presiune. Pompa de joasă presiune este localizată de obicei în rezervor sau în vecinătatea acestuia. Filtrul are rolul de a reține impuritățile din combustibil pentru a evita pătrunderea acestora în pompa de înaltă presiune, injectoare sau regulator. Pompa de înaltă presiune este antrenată de arborele cu came și trimite combustibilul către rampă la o presiune de maxim 130 bari. Valoarea presiunii din rampa depinde de punctul de funcționare al motorului (turație și sarcină) și este controlată între 40 și 130 de bari cu ajutorul regulatorului de presiune. Informația presiunii din rampă este citită de calculatorul de injecție prin intermediul unui senzor de presiune. Injectorul este componenta centrală a sistemului de injecție. Acesta preia combustibilul din rampă și-l injectează în cilindru. Comanda injectoarelor este făcută de calculatorul de injecție care, în funcție de tipul amestecului și de punctul de funcționare al motorului, reglează momentul și durata deschiderii injectoarelor.
Componentele principale ale unui sistem de injecție directă de benzină
Componentele sistemului de injecție directă de benzină Surse: Bosch, BMW.
Sistemul de alimentare cu injectie de benzina "Bosch Mono Motronic" Acest sistem de injectie de benzina, dezvoltat de tehnicienii firmei germane Bosch, se alatura sistemelor multipunct si monopunct, Mono Jetronic, L Jetronic si K Jetronic pentru a alimenta motoarele M.A.S cu benzina atit de necesara functionarii, benzina pe care o dozeaza in functie de "sarcina" si "turatia" la care se afla motorul. Dozarea este facuta foarte precis de catre ECU, unitatea centrala electronica, in functie de informatiile primite de la senzorii ce asista sistemul, modificind "timpul de injectie" marimea cea mai importanta intr-un astfel de sistem. Prezentarea generala a sistemului
1) rezervor; 2) pompa; 3) filtru; 4) regulator presiune; 5) injector; 6) senzot T aer; 7) ECU; 8) motoras pozitionare clapeta la ralenti; 9) potentiometru; 10) supapa purjare canistra carbon; 11)canistra carbon activ; 12) sonda l ; 13) sonda T motor; 14) cablaje; 15) baterie; 16) contact; 17) relee protectie; 18) priza de diagnosticare; Principiul de functionare al injectiei de benzina este relativ simplu: carburantul, sub presiune constanta, este trecut printr-un ajutaj, obturabil (cu o supapa actionata electromagnetic, numita injector), astfel incat volumul de carburant (la iesirea din ajutaj) este direct proportional cu presiunea benzinei, cu geometria ajutajului si cu timpul cat supapa este deschisa. Unitatea centrala "asista" motorul dupa datele inmagazinate in "cartograma" de functionare specifica fiecarui motor in parte; In cele ce urmeaza sunt enumerate defectiunile ce pot aparea eventual in functionarea motorului, defectiuni specifice sistemului Motronic, precum si recunosterea/identificarea acestora impreuna cu cauzele posibile. Defectiunea (manifestare) Cauze - Lipsa benzina - Pompa de alimentare defecta sau nealimentata cu curent (siguranta arsa, releu 1. Motorul nu porneste defect, motor pompa ars) - Senzor turatie defect, scurtcircuitat - Bobina de inductie defecta, contact oxidat la montarea pe chiulasa 2.Motorul porneste greu doar la cald - senzorul Tmotor defect (semnaleaza ECU o (innecare) temperatura mai mica si solicita benzina ca in cazul pornirii la rece. Are tendinta sa se opreasca - debit de benzina insuficient (regulator de presiune defect, tensiune de alimentare a pompei electrice scazuta) - injector defect (supapa nu inchide bine pe scaulnul ei si curge benzina din injector, rezultind un amestec bogat) - motorul trage aer fals pe la o priza de 3. Motorul functioneaza defectuos la depresiune prevazuta corpul clapetei unitatii ralenti centrale Variatii unghiulare la arborele cotit - presiune de benzina necorespunzatoare de la pompa sau regulator - motoras pozitionare clapeta ralenti, necorespunzator (sincronizarea cu potentiometrul sau contactul de recunoastere a ralenti-ului) - debit de benzina prea mic - potentiometru defect (perii, contacte oxidate, eventual pe anumite portiuni) 4. Motorul nu se accelereaza - injector defect (etanseitatea supapei pe corespunzator (progresiv) si eventual ii scaun compromisa, orificii calaminate), timp lipsesc calitatile dinamice de injectie ce nu respecta cartograma (semnalul de la senzorul de turatie este necorespunzator sau ECU defect)
Regulatorul de presiune utilizat in cazul sistemului Mono Motronic este de tip inversat, in sensul ca presiunea este mentinuta constanta prin refularea surplusului de debit in circuitui de retur. Se prezinta sub forma unui element reglabil, o supapa, care permite reglarea precisa a presiunii benzinei la nivelul injectorului, tipic la (1 bar), in functie de tensiunea din resort. Exista, in practica unor mecanici, tentatia de a majora aceasta presiune, cu sau fara acordul clientilor lor, atunci cand acestia se plang de calitatile dinamice ale automobilului.
Pompa de benzină imersată
1 Pompă electrică de benzină. 2 Placă suport. 3 Jojă de combustibil. 4 Sorb. Această pompă devine o pompă de prealimentare ( sau de gavaj) în cazul injecţiei directe de benzină. • • •
Configuraţiile posibile de montaj ale popei ar putea fi: Joja cu pompa imersate. Joja cu pompă şi regulator imersate. Jojă cu pompă, regulator şi filtru imersate.
Injectoarele electromagnetice Injectorul electromagnetic se compune dintr-un corp injector un ac şi un miez magnetic.Acest ansamblu este comprimat de un resort pe scaunul etanş al corpului injectorului.Acesta are o înfăşurare magnetică şi un ghid pentru acul injectorului.Comanda electrică provenită de la calculator creează un câmp magnetic în înfăşurare.Injectorul are un +DPC iar calculatorul trimite mase secvenţiale.Miezul magnetic atrage acul injectorului care se ridică de pe scaunul său,iar carburantul sub presiune poate trece.Atunci când comanda încetează, arcul readuce acul pe scaunul său iar circuitul se închide. Timpul de deschidere al injectorului depinde de timpul de punere la masă dat de calculator. Există mai multe tipuri de injectoare.Pot varia rezistenţele lor, debitul, numărul de orificii, forma jetului în fucţie de aplicaţia pentru care au fost construite. Injector clasic. (ex. Siemens DEKA sau BOSCH)
1 Acul injectorului. 2 Miez magnetic. 3 Înfăşurare magnetică. 4 Conexiune electrică. 5 Filtru.
Injector înecat. (ex. Siemens DEKA II)
1 Conector. 2 Inel toric de etanşare. 3 Guler de menţinere a inelului toric. 4 Sită. 5 Corp metalic. 6 Bobinaj.
Avantajul injectorului înecat este că elimină riscul de vapor-lock, deoarece capul injectorului este tot timpul alimentat cu combustibil proaspăt.Aceasta permite demarajul uşor la cald. În cazul unei injecţii multipunct indirecte, fiecare cilindru dispune de un injector care este dispus în colectorul de admisie, şi care pulverizează benzina în amontele supapei de admisie.
Pentru injecţia directă, fiecare injector pulverizează injecţia direct în camera de ardere. Catalizatorul cu trei căi (sau trifuncţional)
Rolul său este de a asigura transformarea gazelor poluante în gaze inofensive: -Oxidarea CO şi HC. -Reducerea NOx. Convertizorul catalitic este compus dintr-o carcasă din oţel inoxidabil care este de obicei echipat şi cu ecrane termice pentru a proteja şasiul de căldura produsă de reacţiile chimice din interiorul catalizatorului.Carcasa conţine de obicei două blocuri ceramice în loc de unul singur care ar fi mai fragil datorită lungimii mai mari.Aceste blocuri ceramice trebuie să stea bine fixate în interiorul carcasei datorită proprietăţilor casante ale ceramicii. O sită metalică este montată între blocurile ceramice şi carcasă pentru a le menţine corect pe poziţie şi pentru a evita vibraţiile excesive ale blocurilor. Structura alveolară este echivalentă cu o suprafaţă de contact a gazului de 2,8 m2 .Din punct de vedere al proprietăţilor materialului, suprafaţa tratată este de 2 000 à 5 000 m2 pe bloc ceramic. Ea este acoperită cu un strat subţire de metale preţioase ( Platina, Rohdiu, Paladiu).Acestea amorsează şi/sau cresc viteza reacţiilor chimice de oxidare şi reducere.
Sonda de oxigen ( sonda λ ) Rolul său este de a informa calculatorul despre conţinutul de oxigen din gazele de eşapament si este montată pe galeria de eşapament sau în apropiere de intrarea catalizatorului.
1 Teacă de protecţie. 2 Element ceramic. 3 Filet. 4 Dulie de contact. 5 Dulie de protecţie.
6 Conectori electrici. 7 Ceramică scăldată de gaze de eşapament. 8 Ceramică scăldată de aer curat 9 Rezistenţă de încălzire.
Funcţionarea sondei se bazează pe faptul că ceramica utilizată conduce ionii de oxigen la temperaturi mai mari de 300°C. În anumite faze de funcţionare dacă temperatura sondei este insuficientă,ea este încăzită electric.
Clapeta de acceleratie
