Benzininiai tiesioginio įpurškimo varikliai pagaliau „įsivažiuoja“

Tiesioginio įpurškimo benzininiuose varikliuose (Gasoline direct injection, GDI) degalai atskirai įpurškiami į kiekvieną cilindrą, kur susimaišo su oru ir yra uždegami. Tuo tarpu įprastinių variklių atveju pirmiausia įpurškimo kolektoriuje sukuriamas benzino ir oro mišinys, kuris vėliau paskirstomas į cilindrus. Š iuo metu yra sukurti dviejų tipų GDI varikliai:

• „¢ Lieso mišinio (Lean-burn) GDI agregatai degalų ir oro mišinyje benzino įmaišo šiek tiek mažiau, nei reikėtų pagal optimalias teorines charakteristikas. Važiuojant nedideliu greičiu šie varikliai yra itin ekonomiški, tačiau naudojant daug sieros turintį benziną gali smarkiai išaugti į aplinką išmetamų azoto oksidų kiekis. Dėl to šiuose agregatuose būtina naudoti specialius atsistatančius azoto oksidų katalizatorius, kurie gerai veikia tik naudojant mažai sieros turinčius degalus.
  „¢ Homogeniniai GDI varikliai naudoja tiek oro, kiek jo būtinai reikia cilindre esantiems degalams sudeginti. Norint, kad į aplinką nepatektų nesudegusių degalų, reikia užtikrinti pastovios sudėties benzino ir oro mišinį. Homogeniniai varikliai yra mažiau ekonomiški, tačiau galingesni ir pasižymi didesniu sukimo momentu esant didelėms apsukoms.

Per artimiausius kelerius metus GDI variklius rengiasi pasiūlyti dauguma Europos automobilių gamintojų. Pavyzdžiui, keturių cilindrų GDI variklį kartu sukūrė BMW ir „PSA/Peugeot-Citroen“. Vis dėlto ši technologija toli gražu ne iškarto sulaukė pripažinimo. Pirmuosius GDI agregatus Europoje dar 1998 m. pasiūlė „Mitsubishi“. Japonijos gamintojas teigė, kad šie varikliai yra net 15% ekonomiškesni, tačiau ištiesų jie nebuvo tokie taupūs, o daugelyje Europos šalių paplitęs daug sieros turintis benzinas greitai užkimšo šiuose varikliuose naudojamus katalizatorius. Be to, dalis vairuotojų buvo nepatenkinti, kad smarkiau spustelėjus akceleratorių, variklis gana netolygiai pereidavo išlieso mišinio darbo rėžimo į homogeninį. „Mitsubishi“ atsisakė GDI variklių Europos rinkoje tvirtindamas, kad trūksta mažai sieros turinčio benzino. Savo ruožtu PSA 2001 m. sustabdė GDI variklių montavimą į savo modelius, nes jų ekonomiškumas nepateisino lūkesčių.

Tuo tarpu kiti gamintojai ir toliau vystė šią technologiją. 2000 m. „DaimlerChrysler“ pasiūlė lieso mišinio GDI variklius toms rinkoms, kuriose prekiaujama mažai sieros turinčiu benzinu. 2001 m. išaugo „Volkswagen“ ir „Audi“ siūlomų FSI tiesioginio įpurškimo benzininių variklių populiarumas, nes „Volkswagen“ šia technologija nusprendė padidinti variklių galią, o ne sumažinti degalų sąnaudas. Panašią V12 agregatų koncepciją pernai pristatė ir BMW.

„Siemens VDO Automotive“ tikisi, kad iki 2008 m. GDI sudarys apie 30% benzininių variklių rinkos. Laikui bėgant pasikeitė ir gamintojų požiūris – pradžioje GDI technologija buvo siekiant mažinti degalų sąnaudas, o dabar – padidinti variklio galingumą. Lieso mišinio GDI agregatus keičia homogeniniai, kurių degalų ir oro mišinyje naudojama daugiau benzino. Be abejo, požiūrio pasikeitimą lėmė ir gamybos kaštai: lieso mišinio GDI varikliams reikia kelis šimtus eurų kainuojančio azoto oksidų katalizatoriaus, kuris nėra būtinas homogeniniams agregatams. Vis dėlto abiejų tipų GDI varikliuose turi būti naudojamas mažai sieros turintys degalai.

Kadangi homogeniniams varikliams reikia pastovios sudėties oro ir degalų mišinio, inžinieriai kuria specialius aukšto slėgio purkštukus, kurie į cilindrą išpurškia benzino rūką. Be to, purkštukų išdėstymas pakeičiamas taip, kad oro ir degalų mišinio debesėlis cilindre atsirastų prie pat uždegimo žvakės. Š i technologija dar geriau veikia naudojant turbiną, nes tuomet degalai atšaldo įpurškiamą orą.

Į didesnį galingumą orientuotų turbininių ir kompresorinių GDI variklių degalų sąnaudos yra maždaug 7% mažesnės. BMW tvirtina, kad kartu su PSA sukurtas turbininis GDI agregatas yra net 15% ekonomiškesnis.

GDI technologija yra panaši į modernių bendros magistralės dyzelinių variklių veikimo principus. Pavyzdžiui, abiejų tipų varikliuose naudojama bendra magistralė, skirta įpurškiamų degalų slėgiui padidinti. Anksčiau degalus pavykdavo suspausti tik iki 40 bar, šiandien jie jau suslegiami iki 110 bar, o ateityje slėgis turėtų pasiekti ir 150 bar.

Vystant GDI technologiją magnetinius vožtuvus reikia keisti greitais pjezo purkštukais bei sukurti daugiafazę įpurškimo sistemą. „Siemens VDO Automotive“ pjezo purkštukus tikisi pristatyti iki 2006 m. GDI sistemų komponentus – purkštukus bei siurblius – gamina ir „Robert Bosch“ bei „Hitachi“.

Vienas išpagrindinių GDI technologijos kūrėjų uždavinių yra užtikrinti, kad sudegtų visi į cilindrą patekę degalai. Dėl to daugelis gamintojų purkštukus išcilindro šono perkelia į viršų, arčiau uždegimo žvakės. Tai leidžia pasiekti optimalesnį degalų ir oro mišinį, pagerinti suspaudimo laipsnį ir padidinti variklio ekonomiškumą.

GDI technologija yra patraukli ne tik dėl didesnės variklio galios, bet ir dėl mažesnių degalų sąnaudų, kurios išvysčius šią technologiją gali būti ne didesnės nei dyzelinių agregatų. BMW atstovas spaudai Wielandas Bruchas teigia, kad gamintojas žada atskirai vystyti GDI bei „Valvetronic“ (kintamo vožtuvų valdymo) sistemas. Anot jo, „Valvetronic“ bus orientuota į JAV ir Kinijos, o GDI – į visas likusias rinkas. Buvęs „GM Powertrain“ vadovas Fitzas Indra tikina, kad tiek „Valvetronic“, tiek ir GDI panaikina dėl oro srauto trinties su įsiurbimo sistemos komponentais atsirandančius variklio galios nuostolius.

Dar vienas GDI technologijos trūkumas yra didesni gamybos kaštai. „Volkswagen“ tikisi, kad kaštus sumažins išaugę FSI variklių gamybos apimtys. Gamintojai teigia, kad būtent dėl pridėtinių kaštų pigesniuose modeliuose kurį laiką dar bus naudojami įprastiniai benzininiai varikliai, tačiau, anot BMW, laikui bėgant visi benzininiai agregatai turės tiesioginio įpurškimo sistemas.

Rugpjūtis 1, 2005   Įrašas priklauso rubrikai "Analize"