Sistemul injecției directe de benzină

ARGUMENT

Cerintele pentru viitor sunt de natura ecologica, de reducere a consumului de combustibil, a emisiei de CO2 si a continutului de sulf din carburant, si de natura concurentiala din partea motorului cu aprindere prin scânteie cu injectie directa, sinonim ca performante si confort.

Totodata, automobileletrebuie sa fie accesibileunui mare numar de cumparatori-Filtrele de particule regenerabile trebuie sa asigure reducerea (neutralizarea) particulelor, în toate conditiile de utilizare zilnica a automobilului, fara sa fie afectate consumul sau functionarea motorului.

În cei peste 100 de ani de existenta, automobilul s-a dezvoltat si perfectionat continuu fara, însa, sa se produca transformari fundamentale ale solutiilor tehnice utilizate înca din primele decenii ale aparitiei sale-Restrictiile extrem de severe impuse si cele pe cale de afi adoptate în primul deceniu al noului mileniu, referitoare la protectia mediului si conservarea resurselor minerale, pe de oparte, si reducerea costurilor si cresterea performantelor si aplacerii de a conduce, pe de alta parte, conduc la transformari esentiale ale automobilului atât în conceptia subansamblurilor acestuia cât si, mai ales, în strategia de control si conducere ale acestora-Este mai actual ca niciodata dictonul potrivit caruia "pentru a imita mersul omul a inventat roata, care nu seamana deloc cu piciorul".

Catalizatorul acumulator de NOxtrebuie sa asigure reducerea emisiilor de Nox fara sa creasca emisia de fum si fara a influenta negativ arderea-De asemenea, regenerarea catalizatorului nu trebuie sa afecteze confortul conducatorului si nici mfunctionarea motorului-Prezenta sulfului în combustibil ridica probleme importante sistemelor de posttratare a gazelor de evacuare-Catalizatorul acumulator de NOx este cel mai msensibil, deoarece doze infime de sulf neutralizeaza catalizatorul-Desulfurarea catalizatorului ar fi posibila la temperaturi de circa 750 °C, dar ar putea fi afectata durabilitatea sistemului.

Prin lucrarea de fata ne propunem sa descriem sistemul de injectie directa de benzina, fiind un sistem mult mai de actualitate, deoarece prin trecerea de la modalitatea de formare a amestecului în colectorul de admisiune la cea de formare în interiorul cilindrului, durata procesului este mai scurta semnificativ, iar conditiile curgerii mult mai complexe si schimbatoare cu sarcina si turatia.

CAPITOLUL I – SISTEMUL INJECTIEI DIRECTE DE BENZINA

Prin trecerea de la modalitatea de formare a amestecului în colectorul de admisiune la cea de formare în interiorul cilindrului, durata procesului este mai scurta semnificativ, iar conditiile curgerii mult mai complexe si schimbatoare cu sarcina si turatia.

Independent de tipul injectiei directe utilizate se disting doua modalitati de formare a amestecului în functie de domeniul de sarcini ale motorului:

-pentru plina sarcina un amestec aer/combustibil omogen stoichiometric, care permite utilizarea masei maxime de amestec, la o anumita turatie, cu un nivel satisfacator al emisiilor poluante;

-pentru sarcini mici, un amestec stratificat, cu o zona de amestec omogen stoichiometric în apropierea bujiei la momentul producerii scânteii, devine mult mai eficient pentru o zona extinsa de variatie a sarcinii si turatiei-Utilizarea amestecului omogen stoichiometric la aceste sarcini ar necesita obturarea admisiei, cu consecinte negative asupra randamentului termic si al emisiilor poluante.

Cu toate ca MAS de automobil are o camera de ardere compacta, din cauza ca functioneaza pe o gama larga de variatie a turatiei, formarea amestecului dupa mai multe procedee constituie o dificultate greu de depasit-O problema importanta o constituie contradictia dintre calitatea pulverizarii si lungimea jetului-O pulverizare suficienta a combustibilului impune o anumita viteza a acestuia si cu aceasta o anumita amplitudine a presiunii de injectie-Aceasta, însa, are ca efect cresterea lungimiijetului si posibilitateaatingeriiperetilorcamereisi crestereaemisieide HC.Aceasta contradictie dintre pulverizare si lungimea jetului este amplificata atunci când presiunea de injectie este dependenta de turatia motorului - în cazul pompelor cu piston plunjer-Acesta a fost unul dintre motivele abandonarii aplicarii GDI la MAS în Germania anilor '50.

Perfectionarile viitoare ale formarii amestecului în MAS sunt conditionate de definirea conceptului de injectie, pornind de la caracteristicilejetului si evolutia lui în timp si spatiul camerei de ardere,pentru fiecare sarcina si turatie-Dezvoltarea viitoare a conceptului de injectie directa- detenninantapentru perfo,nnantelemotorului- necesita în plus analiza tendintelorde dezvoltareale sistemelorcu care interactioneaza,cum sunt cele de distributie, de injectie si de aprindere si care ar trebui sa fie supuse aceluiasi sistem de control-Pe de alta parte, ar trebui analizate interactiunilecu celelalte sisteme ale automobilului, de frânare, de transmisie, de stabilitate, de directie sau a celor suplimentare,în cazul sistemelor de propulsie hibrida etc.

1.1-Formarea amestecului

Fonnarea externa a amestecului, folosind injectia la presiune joasa în colectorul de admisiune, are anumite avantaje comparativ cu injectia directa:

-durata de fonnare a amestecului este mai mare în timp - din cauza desfasurarii fazei de injectie în afara procesului de schimb de gaze - si spatiu - din cauza traiectoriei mai lungi a picaturilor între injector si poarta supapei;

-conditiile dinamice de curgere sunt mai favorabile pentru amestecarea completa, mai ales prin curgereaunidimensionala a fluidului în conducta de admisiune si a omogenitatii compozitiei fara nuclee de gaze reziduale în camera de ardere.

Oricum, fonnarea amestecului înaintea golirii cilindrului, la presiuni de injectie joase, are dezavantaje importante care limiteaza perfonnantele-Unul este dat tocmai de omogenitate a amestecului:

-motoarele moderne de turatie înalta pentru autoturisme si motociclete se caracterizeaza printr-un numar mai mare de supape pe cilindru, cu o perioada de suprapunere a deschiderii simultane ale supapelor de admisiune si evacuare extinsa.

Cu aceasta randamentul volumetric este îmbunatatit la turatii mari, dar, pe de alta parte, la turatii joase o parte din încarcatura proaspata se pierde si o data cu ea si combustibil;

-la sarcini partiale amestecul omogen aer/combustibil poate fi realizat numai prin obturarea admisiunii, rezultând o reducere a randamentului tennic si o înrautatire a raspunsului în regimuri tranzitorii;

-contactul picaturilor de combustibil cu peretii colectorului de admisiune si propagarea undelor de fluid în conducta în timpul închiderii supapelor de admisiune conduce la concentratii locale care nu pot fi controlate si care ajung în cilindru în cicluri diferite.

Injectia directa de benzina asigura, din acest punct de vedere, câteva avantaje:

-sarcinile partiale sunt controlate fara obturarea admisiunii, prin cantitatea injectata si prin stratificarea amestecului în camera;

-valoarea tennica a amestecului poate fi crescuta accentuat prin volumul încarcaturii, extinzând durata suprapunerii deschiderii supapelor si o data cu aceasta masa de aer admisa si, proportional, masa de combustibil injectata-Pierderile inerente constau numai în aer fara combustibil;

-procesul de fonnare a amestecului este în principiu mai bine controlat în camera de ardere, prin cantitatea de benzina injectata, ca si prin avansul la injectie si la scânteie, pentru fiecare sarcina si turatie, precum si conditiile de stare.