|
Οι περισσότεροι κατασκευαστές αυτοκινήτων προσανατολίζονται εδώ και αρκετά χρόνια σε διάφορες λύσεις εξοικονόμησης ενέργειας με μειωμένες εκπομπές ρύπων. Μερικές από αυτές είναι η μείωση του βάρους, τα εναλλακτικά καύσιμα ή η συνεχής εξέλιξη των υβριδικών οχημάτων και των ενεργειακών κυψελών (fuel cell).
H τεχνολογική εξέλιξη στα σύγχρονα αυτοκίνητα επιτρέπει τον ηλεκτρονικό πλέον έλεγχο των περισσότερων συστημάτων, καθώς αυτός αποτελεί την πιο πρακτική, οικονομική και αποδοτική λύση. Μία από τις σημαντικότερες εφαρμογές της ηλεκτρονικής στη σημερινή τετράτροχη πραγματικότητα αφορά στο σύστημα ψεκασμού και στο σύστημα ανάφλεξης του κινητήρα.
H τεχνολογία άμεσου ψεκασμού εφαρμόζεται ευρέως σε πετρελαιοκινητήρες πλοίων, αλλά και σε όλους τους σύγχρονους diesel κινητήρες με την "κωδική" ονομασία common rail. Ωστόσο, πρακτικά κυρίως προβλήματα -διότι η θεωρία υπάρχει εδώ και πολλές δεκαετίες-, όπως ο καθορισμός με ακρίβεια της ποσότητας και της χρονικής στιγμής ψεκασμού του μείγματος, επιβράδυναν χρονικά την εφαρμογή ενός τέτοιου συστήματος σε βενζινοκινητήρες. Στα προβλήματα αυτά τη λύση έδωσε ο βελτιωμένος ηλεκτρονικός έλεγχος με ακρίβεια χιλιοστών του δευτερολέπτου!
Ο παραδοσιακός εξαερωτήρας (καρμπιρατέρ) έχει αντικατασταθεί -αν και κυκλοφορούν ακόμα αρκετές χιλιάδες αυτοκίνητα παλαιάς τεχνολογίας- εδώ και αρκετά χρόνια, αφού ο ψεκασμός του μείγματος ελέγχεται πλέον ηλεκτρονικά. Αρχικά είχαν εμφανιστεί τα συστήματα ψεκασμού μονού σημείου (SPI: Single Point Injection) για να εξελιχθούν μετέπειτα τα συστήματα ψεκασμού πολλαπλών σημείων (MPI: Multi Point Injection) με τα οποία εξοπλίζονται οι περισσότεροι σύγχρονοι κινητήρες.
Η βασικότερη διαφορά ανάμεσα στα συστήματα GDI (Gasoline Direct Injection), τα οποία εξοπλίζουν κινητήρες diesel και βενζινοκινητήρες αφορούν στην πίεση και στην περιοχή ψεκασμού του καυσίμου.Στους βενζινοκινητήρες, ο ψεκασμός πραγματοποιείται με μεγαλύτερη πίεση απευθείας στο θάλαμο καύσης, ενώ σε ορισμένους κινητήρες diesel στον προθάλαμο. Η πίεση ψεκασμού στους κινητήρες diesel είναι συνήθως η διπλάσια απο τους βενζινοκινητήρες, αν και υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες ξεπερνά ακόμα και τα 1.000 bar!
Μετά τους Ιάπωνες κατασκευαστές, όπως η Toyota και η Mitsubishi, η Audi παρουσίασε μια νέα γενιά κινητήρων βενζίνης άμεσου ψεκασμού. Αντιπροσωπευτικός, από τη νέα σειρά κινητήρων με την κωδική ονομασία FSI (Fuel Stratified Injection), είναι ένας τετρακύλινδρος δίλιτρος κινητήρας με απόδοση 150 ίππους στις 6.000 σ.α.λ. και 200Nm ροπής στις 3.500 σ.α.λ. Δύο από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα του άμεσου ψεκασμού είναι η μειωμένη κατανάλωση περίπου κατά 15% και η μειωμένη εκπομπή ρύπων.
Η διαφορά του FSI -αντιπροσωπευτικό δείγμα της τεχνολογίας GDI- από τα συμβατικά συστήματα ψεκασμού είναι ότι το καύσιμο μείγμα ψεκάζεται υπό υψηλή πίεση και με ακρίβεια απευθείας στο θάλαμο καύσης από έναν εγχυτήρα (μπεκ), o οποίος βρίσκεται μετά τη βαλβίδα εισαγωγής. Το μπεκ είναι τοποθετημένο σχεδόν στο πλάι της κυλινδροκεφαλής και ψεκάζει το καύσιμο κατά διαστήματα που διαρκούν λιγότερο από χιλιοστά του δευτερολέπτου, υπό πίεση άνω των 110bar, δηλαδή περίπου 32 φορές μεγαλύτερη από αυτήν των συστημάτων πολλαπλών σημείων.
Σε συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα υπό υψηλά φορτία, έχουμε καύση ομοιογενούς μείγματος, ενώ σε μικρά φορτία καύση στρωματοποιημένου μείγματος. Στη φάση ομογενοποιήσης, η πεταλούδα -η οποία είναι τοποθετημένη στον αυλό με τη μεγαλύτερη διάμετρο και ελέγχεται ηλεκτρονικά- είναι οριζοντιωμένη. Έτσι, ο αέρας εισέρχεται στο θάλαμο καύσης ομαλά και από τους δύο αυλούς, και με πλήρη παροχή αέρα (πτωχό μείγμα).
Στις χαμηλές στροφές του κινητήρα με μικρά φορτία, στη φάση στρωματοποίησης, η πεταλούδα φράζει τη δίοδο, με αποτέλεσμα ο αέρας να εισέρχεται με μεγαλύτερη πίεση και ταχύτητα απο τον αυλό με τη μικρότερη διάμετρο, προσκρούοντας στη διαμορφωμένη επιφάνεια του εμβόλου, με συνέπεια το μείγμα να κατευθύνεται κοντά στο σπινθηριστή.
Αναλυτικότερα, όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία σε αέρα του στοιχειομετρικού μείγματος τόσο πιο φτωχό είναι το μείγμα, άρα μικρότερη και η κατανάλωση. Όμως, όταν το μείγμα είναι υπερβολικά φτωχό, η καύση είναι αδύνατη. Για αυτόν το λόγο η επιφάνεια του εμβόλου είναι διαμορφωμένη με τέτοιον τρόπο, ώστε να δημιουργείται ομοιογενές μείγμα, το μεγαλύτερο ποσοστό του οποίου κατευθύνεται κάτω από το σπινθηριστή. Επίσης, η διαμορφωμένη κοιλότητα στην επιφάνεια του εμβόλου επιτρέπει την επίτευξη υψηλής σχέσης συμπίεσης.
Με αυτό τον τρόπο ο στροβιλισμός του αέρα ακολουθεί αντίθετη φορά από αυτή στους συμβατικούς κινητήρες χωρίς να "στομώνει" το σπινθηριστή και να υπάρχει πιο ομοιόμορφη κατανομή του μείγματος. Παράλληλα, μειώνονται οι θερμικές απώλειες διατηρώντας αυξημένο το βαθμό απόδοσης του θερμοδυναμικού κύκλου καύσης.
Οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού -όπως και ο FSI- συνεργάζονται άψογα με την επανακυκλοφορία των καυσαερίων (EGR: Electronic Gas Recirculation). Μια ηλεκτρονικά ελεγχόμενη βαλβίδα ρυθμίζει την επανακυκλοφορία μέρους των καυσαερίων, τα οποία εισάγονται μαζί με τον αέρα στο θάλαμο καύσης (δημιουργώντας ακόμα πιο πτωχό μείγμα), με αποτέλεσμα τη μειώση των ρύπων και ειδικά των οξείδιων του αζώτου.
Στην περίπτωση του FSI, κατά τη φάση εξαγωγής, η βαλβίδα επανακυκλοφορίας διοχετεύει περισσότερο από το 30% των καυσαερίων πίσω στο θάλαμο καύσης. Δύο καταλύτες ελέγχουν την ποιότητα των καυσαερίων, ένας τριοδικός μετά την πολλαπλή εξαγωγής και ένας καταλυτικός μετατροπέας ΝΟx πριν από το σιγαστήρα της εξάτμισης (σιλανσιέ).
Συμπερασματικά, οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού παρουσιάζουν αρκετά σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των συμβατικών, όπως η καλύτερη και ομαλότερη απόδοση ισχύος, η καλύτερη απόκριση κατά την επιτάχυνση και -το πιο σημαντικό- όλα αυτά επιτυγχάνονται με μειωμένη κατανάλωση καυσίμου. Επιπλέον, τα αρκετά χαμηλότερα επίπεδα εκπομπής ρύπων -με άμεση επίπτωση και στη φορολογία σε ορισμένες χώρες- καθιστούν τους κινητήρες βενζίνης άμεσου ψεκασμού τους πιο οικονομικούς και οικολογικούς, εν όψει μάλιστα των μελλοντικών αυστηρότερων προδιαγραφών.
Στην εγχώρια αγορά, σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου GDI διαθέτουν τα Mitsubishi Pajero και Pajero Pinin, χωρητικότητας 3,5 και 1,8 λίτρων αντίστοιχα. Σύμφωνα με τον κατασκευαστή, η σχέση συμπίεσης του μικρότερου κινητήρα είναι 12:1, ενώ η κατανάλωση καυσίμου και οι ρύποι είναι μειωμένοι κατά 25% και 20% αντίστοιχα.
Ωστόσο, όσον αφορά σε ορισμένες χώρες της ευρωπαϊκής αγοράς, οι ιαπωνικοί κινητήρες GDI δεν αποδίδουν σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή, εξαιτίας της διαφοράς ποιότητας των καυσίμων και της υψηλής περιεκτικότητας της "ευρωπαϊκής" βενζίνης σε θείο.
Τα χαμηλά επίπεδα ρύπων και η μείωση της κατανάλωσης είναι δύο παράμετροι που επιτάσσουν την άμεση υιοθέτηση και κατ΄ επέκταση την εφαρμογή μιας τέτοιας τεχνολογίας. Βλέπετε, η ανάγκη για καθαρότερη ατμόσφαιρα πρέπει να είναι προτεραιότητα όλων μας.
Το 2005 αποτέλεσε το σημαντικότερο,έκθεμα της έκθεσης της Φρανκφούρτης, ο νέος TSI της VW έρχεται να φέρει την επανάσταση στα σύνολα χαμηλού κυβισμού. Βασισμένος επάνω στον "μικρό" FSI των 1,4 λίτρων, αποδίδει όσο ένας ατμοσφαιρικός κινητήρας χωρητικότητας 2,3 λίτρων, με κατανάλωση όμως μικρότερη κατά 20%.
| 