Sisteme de alimentare prin injectie pentru motoarele cu aprindere prin scanteie

Instalatia de alimentare are rolul de a asigura pregatirea amestecului carburant si debitarea lui spre cilindrii motorului.

RC-rezervorul de combustibilFD-filtrul decantorPC-pompa de combustibilFA-filtrul de aerC-carburatorulCA-colectorul de admisieCE-colectorul de evacuareTE-teava de evacuareTEs-toba de esapament

Sistem de alimentare cu carburator - schemă de principiu.1 carburator (cameră de nivel constant)2 admisie aer3 obturator admisie4 galerie de admisie5 jiclor6 bloc motor

Se constata ca instalatia de alimentare cuprinde elemente capabile sa indeplineasca pastrarea, debitarea, amortizarea zgomotului in admisie si prepararea amestecului carburant.

1 Amestecul carburantPrin amestec carburant se intelege amestecul format din aer, vapori si picaturi fine

de combustibil, capabil sa arda in cilindrii motorului. Calitatea amestecului carburant se poate aprecia cu ajutorul a doi indici:

Dozajul de combustibil, raportul dintre masa combustibilului si masa aerului care participa la amestec:

Coeficientul de exces de are, raportul intre masa de aer existenta in amestec si masa de aer minima necesara arderii complete a combustibilului din amestec; sau coeficientul de dozaj al aerului.

L-cantitatea de aer disponibila in amestec pentru arderea unui kg de combustibilLmin-Cantitatea de aer minima necesara pentru arderea unui kg de combustubil

Acest coefficient defineste amestecul ca fiind unul bogat, sarac sau stoechimetric

2 Regimurile de functionare ale motoruluiCarburatorul trebuie sa furnizeze amestecuri carburante caat mai apropiate de cele optime pentru fiecare regim de functionare. Infinitatea de regimuri in care poate functiona un motor poate fi structurata in urmatoarele regimuri:-regimul de pornire-regimur de mers in gol incet (ralanti)-regimul sarcinilor medii-regimul sarcinilor mari si maxime-regimul acceleratiilor bruste (reprize)

3 Carburatorul elementar

1-difuzorul2-pulverizator3-clapeta de acceleratie4-jiclorul5- camera de nivel constant6-plutitorul7-cuiul obturator8-tubul de aer

Functionarea carburatorului elementar are la baza legea lui Bernoulli, a continuitatii si fenomenul de dispersie hidrodinamica.

4 Dispozitivul principal de dozare

Dispozitivul principal de dozare are rolul de a asigura o functionare normala a motorului in regimul sarcinilor medii, furnizand amestecuri progresiv saracite, cu coeficienti de exces de aer intre 0,8 si 0,92.

5 Dispozitive auxiliare ale carburatorului

Pentru a realize o calitate cat mai buna a amestecului cu regimul de functionare, carburatorul are o serie de dispositive auxiliare.

1-clapeta de soc 2-orificii3-supapa care obtureaza orificiile31,4,27-canale32-jiclor de benzina pentru mers in gol29-jiclor de aer20-orificiu de descarcare21-surub de reglaj al ralentului22-orificiu de progresiune19-clapeta de acceleratie30-jiclor principal32-jiclor de benzina18-jiclorul economizorului

9-putul economizatorului10-membrana8-supapa11-resort13-conducta de aer5-piston6-resort7,15,16-mecanism de comanda14,33-supape35-jiclor de aer28-jiclor de benzina16,15,7-dispozitivul de actionare

Dispozitivul de pornire. Acesta furnizeaza motorului amestecuri foarte bogate necesare pornirii in conditiile unei turatii reduse, corespunzatoare celei de pornire cand depresiunea din difuzor, fiind foarte mica, nu poate aspira benzina din camera de nivel constant.

Clasificare:-clapeta de aer-carburatorul elementar-starterul

Dispozitivul de mers in gol incet asigura amestecuri carburante bogate cu un coefficient de exces de aer intre 0,6 si 0,8 necesare functionarii normale a motorului in domeniul sarcinilor nule cu turatie redusa.

Caracteristicile acestui regim sunt:-turatia scazuta (600-1000 rot/min)-clapeta de acceleratie aproape complet inchisa-puterea dezvoltata de motor de 3-6% din puterea nominala si se utilizeaza numai

pentru invingerea rezistentelor proprii ale motorului

La trecerea de la regimul de mers in gol incet spre regimul sarcinilor medii se prelungeste actiunea dispozitivului de mers in gol incet cu ajutorul orificiului de progresiune, care prin deschiderea clapetei de acceleratie va intra si el in zona de depresiune maxima si va incepe sa debiteze. La randul ei emulsia suplimentand debitul furnizat prin orificiul de descarcare. Un effect asemanator se obtine si daca orificiul de descarcare se executa sub forma unei ferestre cu latura mare in pozitie verticala.

Economizatorul are menirea de a imbogati amestecul carburant in domeniul sarcinilor mari si maxime furnizand amestecuri cu coeficienti de exces de aer intre 0,8 si 0,92.

Pompa de acceleratie previne saracirea excesiva si temporara a amestecului in situatiile de accelerare brusca. In cazul accelerarilor bruste saracirea amestecului este o consecinta a inertiei diferite a coloanei de combustibil si a celei de aer, ca urmare a greutatilor specifice diferite.

6 Clasificarea carburatoarelor.

Un prim criteriu il constituie dispozitia camerei de amestec: verticale si orizontale.Carburatoarele verticale prezinta doua variante: cu current descendent sau ascendant,

denumire data de sensul de curgere a aerului.

Carburatoarele verticale se utilizeaza cu success la motoarele in 4 timpi iar cele orizontale la motoarele in 2 timpi.

Un alt criteriu este definit de numarul camerelor de amestec ale carburatorului: cu o camera de amestec si carburatoare multiple.

Carburatoarele multiple in paralel sunt practice doua sau mai multe carburatoare reunite intr-un singur corp, deservind fiecare un numar de cilindri. Carburatoarele multiple in trepte au doua camere de amestec.

7 Carburatoare cu comanda electronicaRolul essential al unui carburetor este acela de a asigura formarea amestecului

aer/combustibil, iar dozajul acestuia este precizat de raportul debitelor celor doua fluide. Modificarea acestui raport se obtine in mod firesc prin variatia unuia din aceste debite. Din acest punct de vedere, sistemele moderne de carburatoare cu comanda electronica pot fi grupate in doua clase mari:

-carburatoare cu corectia dozajului prin contolul debitului de aer realizabil prin variatia pozitiei clapetei superioare sau variatia sectiunii jiclorului de aer

-carburatoare care asigura corectia dozajului prin controlul debitului de combustibil

Comanda electronica realizeaza:-imbogatirea dozajului in regim de pornire sau de incarcare-imbogatirea amestecului in regim de accelerare-stabilitatea functionarii la mers in gol-intreruperea alimentarii la mersul in gol fortat si la oprirea motorului

Injecția indirectă   

  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;

Sistem de alimentare cu injecție indirectă - scheme de principiu

1. alimentare cu combustibil2. admisie aer3. obturator4. galeria de admisie5. injector (injectoare)6. bloc motor

Injecția directă

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 combustibil2. admisie aer3. obturator4. galeria de admisie5. injectoare6. bloc motor

Amestec stratificat vs amestec omogen

    Un sistem de injecție indirectă funcționează tot timpul cu amestec omogen, raportul aer-combustibil 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 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.

Regimurile de funcționare cu turații ridicate sau sarcini mari (accelerații intense) impun funcționare cuamestec 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%).

Controlul jetului de combustibil

    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 suprafațapistonului. 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.    -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 pepiston 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.

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.

Componentele principale ale unui sistem de injecție directă de benzină

    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.

Nicoara Bogdan Ionut

AR 1103