Stránky o motorkách a autech

Přímé vstřikování benzinu

Aktuálním vývojovým krokem u zážehových motorů je zavádění přímého vstřiku benzinu do spalovacího prostoru. I když je proces přímého vstřiku benzinu znám již delší dobu, lze současné zavádění tohoto způsobu tvoření směsi pro hoření považovat za jistou revoluci na poli benzinových motorů. Benzin tak již není vstřikován do sacího potrubí (tento systém nabízí v současnosti ještě celá řada automobilek). Výhodou přímého vstřikování je dosažení vyššího výkonu a točivého momentu a současně i nižší (až o 15 procent) spotřeby paliva oproti klasickému motoru se vstřikováním do sání. V současnosti jsou v Evropě nejznámější benzinové motory s přímým vstřikem označené jako GDI (Mitsubishi), FSI (koncern VW), JTS (Alfa Romeo) a D4 (Toyota).

První automobilové motory s přímým vstřikováním benzinu se objevily již v padesátých letech minulého století. Tehdy se jednalo o dvoudobé motory německých firem Gutbrod (typ Superior 700, dvouválec o zdvihovém objemu 663 cm3, výkon 22,1 kW/30 k) a Goliath (typ GP 700/900E, dvouválce 688/886 cm3, výkon 21,3 kW/29 k a 29,4 kW/40 k). Výraznou výhodou těchto motorů byla nižší spotřeba, nevýhoda spočívala v jejich ceně. I když výhody přímého vstřiku byly dostatečně známy, vyskytla se řada problémů, které tento způsob tvoření směsi odsunuly u běžných cestovních vozů do pozadí. Benzinový motor s přímým vstřikem má oproti klasickým benzinovým motorům některé složité součásti a je tak výrobně dražší a navíc přináší i řadu technických úskalích, které je třeba řešit.

Na rozdíl od dnes již klasických benzinových motorů se u motoru s přímým vstřikem reguluje výkon kvalitou směsi a nikoli jejím množstvím, které se stanovuje ztrátovým škrcením klapky v sání. V době, kdy není vyžadován vysoký výkon je tak spalována chudá směs, v opačném případě se spaluje směs bohatá. Vedle toho je zde řada dalších dějů, které zlepšují celkové charakteristiky motoru (výkon, točivý moment a spotřeba). Tak například vstřik přímo do spalovacího prostoru ochlazuje nasávaný vzduch, čímž se dosahuje lepšího plnění. Vstřikovací tlaky jsou oproti vstřikovacím tlakům do sání až třicetkrát větší a umožňují tak lepší rozprášení směsi, která při odpařování chladí vnitřní prostor a umožňuje přejít na vyšší hodnoty stlačení. To ve svém důsledku znamená i nárůst tepelné účinnosti spalovacího děje. Množství benzinu ve směsi je přesně dávkováno a nedochází tak k jeho kondenzaci v sacím potrubí.

U benzinového motoru s přímým vstřikem je nutné dosažení vstřikovacích tlaků paliva okolo hodnoty 120 barů (přibližně 12 MPa). Jisté problémy vznikají také při spalování chudé směsi, kdy je nutné vytvořit vhodné navrstvení směsi a tím docílit možnost zážehu. V praxi to znamená, že se část směsi s největším podílem benzinu musí dostat až k zapalovací svíčce. K tomu slouží speciálně tvarované dno pístu, složité vedení vzduchu do válce (je odlišné pro různá zatížení) a vstřik paliva musí být uskutečněn pod vhodným úhlem a v optimálním okamžiku těsně před horní úvratí kompresního zdvihu. Tímto způsobem je možné zažehnout směs až do poměru 1:60 (běžné motory pracují se stechiometrickou směsí v poměru 1:14,7). Při spalování chudé směsi vzniká sice méně škodlivých plynných složek CO a HC, ale prudce se zvyšuje množství oxidů dusíku (NOx) ve spalinách, s čímž se běžný katalyzátor nedokáže vyrovnat. Část spalin se tak odvádí zpět do sání motoru a díky vyšší teplotě hoření vzniká méně oxidů dusíků. Dalším způsobem, jak lze snížit obsah oxidů dusíku ve výfukových plynech, je zavedení speciálních katalyzátorů typu DeNOx nebo zásobníkového provedení. Prvně jmenovaný katalyzátor obsahuje kromě platiny další prvky (iridium, atd.), ale dokáže účinně pracovat pouze v úzkém rozsahu teplot. Zásobníkový katalyzátor váže NOx při spalování chudé směsi pomocí baria a poté při krátkodobém obohacení směsi vzniká pomocí redukčních reakcí dusík a vodní pára.