Benzīna tiešā iesmidzināšana
BOSCH seminārs

 
 
 
   
 

Tiešajai iesmidzināšanai ir visai gara vēsture, un kompānija Bosch ņēmusi tiešu dalību šīs tehnoloģijas izstrādē. Par šādu degvielas sistēmu attīstības vēsturi, konstrukcijas niansēm un apkopi kompānijas Inter Cars organizētajā seminārā pastāstīja Bosch pārstāvis Igors Putra.

   
 

Pirmais benzīna dzinējs ar tiešo iesmidzināšanu parādījās 1937. gadā. Tas bija 12 cilindru V veida aviācijas motors Daimler-Benz DB 601, kuram Bosch izstrādāja degvielas padeves sistēmu. Ar jauno degvielas sistēmu aprīkotais dzinējs attīstīja lielu jaudu un spēja stabili darboties visos režīmos.

Automobiļos tiešo iesmidzināšanu sāka izmantot XX gadsimta vidū, taču tā neguva masveida izplatību: konstrukcija bija pārāk sarežģīta, un sistēma nebija arī pietiekami droša un ilgtspējīga, lai to varētu izmantot ikdienā. 1950. gadu sākumā vācu kompānija Goliath, kura piederēja koncernam Borgward, ražoja kupeju «700 Sport».

Viena no automobiļa versijām bija aprīkota ar divcilindru divtaktu dzinēju ar tiešo iesmidzināšanu. Arī šajā motorā tika izmantota Bosch degvielas padeves aparatūra. Autoražotājs galveno uzsvaru lika uz šī modeļa ekonomiskumu, kas atbilda patiesībai, tomēr automobilis nekļuva īpaši populārs.
   
  auto rezerves daļas, Bosch, Benzīna tiešā iesmidzināšana, непосредственный впрыск, автозапчасти, авто запчасти, Inter Cars, intercars.lv
 

Goliath 700 Sport ar duralumīnija virsbūvi kļuva par vienu no pirmajiem automobiļiem, kurā tika izmantota tiešā degvielas iesmidzināšana. Vizuāli auto ir līdzīgs Porsche 356, bet dzinējs novietots šķērsām, piedziņa – priekšējā un arī parametri ne visai atbilst sacīkšu automobiļa parametriem. Nevar apgalvot, ka automobilis nav izdevies. Modelis vienkārši bija paredzēts, pirmkārt, ne visai turīgiem pircējiem, bet izrādījās, ka viņi nav gatavi lietot lai arī ekonomisku, bet apkalpošanā sarežģītu motoru. Pēc versijas ar parasto karburatora barošanas sistēmu bija liels pieprasījums.

   
  Par nākamo automobili ar Bosch tiešo iesmidzināšanu kļuva leģendārais 1954. gada parauga Mercedes-Benz 300 LS Gullwing (W198). Vispār šo automobili varētu saukt par izņēmumu, kas apstiprina likumsakarību. Gullwing bija sacikstes bolīda W194 civīla versija, tas bija premium klases automobilis, kuram sarežģītā konstrukcija un apkalpošanas izmaksas nebija svarīgas.
   
  auto rezerves daļas, Bosch, Benzīna tiešā iesmidzināšana, непосредственный впрыск, автозапчасти, авто запчасти, Inter Cars, intercars.lv
 

Tiešā iesmidzināšana ļāva paaugstināt vienrindas sešcilindru Mercedes-Benz 300 SL Gullwing (W198) dzinēja jaudu līdz 240 ZS – un tas viss pie tā, ka visjaudīgākās karburatora versijas pat bolīdos W194 spēja attīstīt ne vairāk par 175 ZS.

   
  Samērā ilgu laiku tiešā iesmidzināšana nebija īpaši aktuāla un pie šīs tehnoloģijas masveida pielietošanas atgriezās tikai 1990. gados. Par sērijveida motoru tiešās iesmidzināšanas pionieriem var uzskatīt Mitsubishi ar tās GDI − Gasoline Direct Ignition (1996) dzinējiem, bet pēc tam tiešā iesmidzināšana parādījās arī Toyota dzinējos (1998) un vēlāk, kad tika rūpīgi izpētītas pirmo ražotāju kļūdas, arī citi autoražotāji sāka pievērsties šai tēmai.
   
 

Tehnoloģija

Vispārējs jautājums: kādēļ nepieciešama tiešā iesmidzināšana? Ar XX gadsimta pirmās puses Mercedes-Benz aviācijas vai sacīkšu dzinējiem viss skaidrs: pateicoties daudz kvalitatīvākai izsmidzināšanai, salīdzinājumā ar karburatoru, un viendabīgam degmaisījumam, iesmidzināšana nodrošināja jaudas palielināšanos.

Tomēr, ja salīdzina mūsdienu dzinēju ar dalīto un tiešo iesmidzināšanu, īpašas atšķirības jaudas ziņā nav novērojamas. Bet mūsu dienās jaudas palielināšana nav mērķis; galvenais – iekļauties visai striktajos ekoloģiskajos normatīvos. Jāpanāk maksimālais dzinēja lietderības koefcients, vienlaicīgi samazinot degvielas patēriņu un kaitīgo izmešu apjomu, un tiešā iesmidzināšana ļauj to panākt.

Galvenās priekšrocības – darbs režīmos bez slodzes ar sevišķi trūcīgu degmaisījumu, kura gaisa un benzīna attiecība ir apmēram 40:1 tradicionālās attiecības 14,7:1 vietā. Lai to panāktu, nepieciešamas sprauslas, kas padod degmaisījumu sadegšanas kamerā un tam jānotiek vairākos sevišķi precīzos slāņos – vairākas reizes viena darba cikla laikā. Šim nolūkam nepieciešams augsts iesmidzināšanas spiediens.

Nepieciešama arī nedaudz atšķirīga virzuļa forma, kas nedaudz savādāk savirpuļo degmaisījumu, lai tas labāk sajauktos un nonāktu pie aizdedzes sveces. Tam visam, protams, nepieciešama inteliģenta elektroniskā vadība, kas ļauj realizēt dažādus iesmidzināšanas variantus.

Svece pati par sevi nespēj aizdedzināt sevišķi trūcīgu degmaisījumu, tādēļ tiek izmantota neliela viltība. Vienkāršāk sakot, saspiešanas takts pašās beigās degkamerā tiek iesmidzināts neliels benzīna apjoms. Savirpuļojot benzīnu ar speciālas formas virzuļa apakšu, tas koncentrējas pie aizdedzes sveces, kur veidojas visai bagātīgs degmaisījums, bet visā pārējā degkamerā tas saglabājas visai trūcīgs. Bagātīgo maisījumu aizdedzina dzirkstele, bet tas savukārt aizdedzina trūcīgo maisījumu.

Neraugoties uz kopējo slāņveida degmaisījuma veidošanas principu, ražotāji ar atšķirīgiem paņēmieniem panāk viendabīga gaisa un benzīna maisījuma ieguvi. Ne visi izgatavo virpuļus radošus padziļinājumus virzuļa apakšā; piemēram, Mazda dzinējos tieši zem aizdedzes sveces izveidota zona, kurā degmaisījums uzliesmo vispirms.

Jaunais degmaisījuma veidošanas paņēmiens piespieda pašos pamatos pārskatīt gan mehānisko daļu, gan dzinēja vadības sistēmu. Vienmērīgi uzņemot ātrumu un braucot bez rāvieniem, dzinēji ar tiešo iesmidzināšanu darbojas ar parasto stehiometrisko degmaisījumu − 14,7:1. Pārejot no sevišķi nabadzīgā maisījuma uz bagātīgo, tas ir – strauji paātrinoties – parādās detonācijas risks. Lai no tā izvairītos, ieplūdes takts sākumā tiek izsmidzināts nedaudz benzīna, kas atdzesē sadegšanas kameru. Otrā iesmidzināšanas fāze notiek saspiešanas takts beigās un motors pāriet uz darbu ar bagātīgu maisījumu bez virzuļu pirkstu klabēšanas.
   
  auto rezerves daļas, Bosch, Benzīna tiešā iesmidzināšana, непосредственный впрыск, автозапчасти, авто запчасти, Inter Cars, intercars.lv
 

Trīsplunžeru augstspiediena degvielas sūknis Bosch HDP1 (attēlā) attīstīja 2,5...5 bāru spiedienu zemspiediena pusē un 50...120 bārus augstspiediena pusē. Mūsdienu sūkņi Bosch HDP6 spēj nodrošināt spiedienu līdz 350 bāriem, pie kam tie ir kompakti un viegli (svars apmēram 750 grami). Pateicoties nerūsējošā tērauda izmantošanai, pašreizējo tiešās iesmidzināšanas sistēmu komponenti ir drošāki un var darboties ar dažāda tipa degvielu, piemēram, etanolu, kas dod iespēju tos izmantot visā pasaulē. Kopumā uz šo brīdi izgatavoti vairāk nekā 10 miljoni augstspiediena sūkņu un vairāk nekā 50 miljoni sprauslu.

   
 

Prakse

Mēs visi saprotam, ka mūsdienu tehnisko viltību galvenais uzdevums ir sasniegt pēc iespējas mazāku pases degvielas patēriņu un attiecīgi mazāku izmešu apjomu. Par ekoloģisko normu neievērošanu autoražotāji maksā milzīgas soda naudas. Summas ir tik lielas, ka lētāk iznāk izstrādāt un ieviest augstas tehnoloģijas izstrādājumus: mazizmēra turbodzinējus ar sarežģītu GSM, daudzpakāpju automātiskās pārnesumu kārbas un tā tālāk. Tiešā iesmidzināšana arī ir viens no šāda veida risinājumiem.

Teorijā tehnoloģiju sniegtās priekšrocības izskatās ļoti labi, tomēr praksē viss nebūt nav tik vienkārši. Benzīna tiešās iesmidzināšanas aparatūra darbojas ne mazāk sarežģītos, ja ne sarežģītākos apstākļos, kā analoģiska dīzeļdegvielas sistēma. Loģisks jautājums − kādēļ? Dīzeļdzinējos taču spiediens ir augstāks. Atbilde ir vienkārša: dīzeļdegviela vienlaikus darbojas kā eļļa. Benzīnam nepiemīt šādas īpašības. Protams, uz aparatūras resursu tas atstāj ne visai labvēlīgu iespaidu.

Otra raksturīgākā problēma – ieplūdes kolektors vairs netiek skalots ar benzīnu, bet gaiss ar eļļas daļiņām tam cauri plūst. Situāciju vēl sarežģītāku padara EGR (izplūdes gāzu recirkulācijas) klātbūtne un tas, ka vairums automobiļu tiek lietoti pilsētas režīmā. Tā visa rezultātā ieplūdes kolektors piesārņojas un to nepieciešams regulāri tīrīt – ik pēc 20...50 tūkst. km – atkarībā no dzinēja tipa. Tas ne vienmēr izdodas un pēc tam kolektoru atliek vienīgi nomainīt. Var gadīties, ka tīrīt nepieciešams arī cilindru bloka galvas kanālus. Lai padarītu šo problēmu minimālu, ieteicams vismaz reizi 500 km ļaut motoram «atvilkt elpu» ārpuspilsētas braukšanas režīmā

Dažiem dzinējiem šī problēma nav tik aktuāla. Piemēram, Toyota dzinējos tiek izmantota kombinētā iesmidzināšana: sadalītā plus tiešā. Katru cilindru apkalpo divas sprauslas: viena sadegšanas kamerā, otra aiz virzuļa, ieplūdes kanālā. Otrās sprauslas daļēji risina ieplūdes kolektora skalošanas problēmu, lai gan tas nav to galvenais uzdevums. Mazas slodzes režīmā darbojas sprausla cilindrā, bet paātrinoties un pie liela ātruma − abas. Startējot aukstu dzinēju, arī darbojas abas sprauslas: «sadalītā» padod degvielu ieplūdes takts laikā, bet «tiešā» – saspiešanas takts laikā. Visas šīs tehnoloģiskās viltības nepieciešamas tādēļ, ka iekšdedzes dzinēju pilnveidošanas iespējas praktiski ir izsmeltas un ar vienkāršām metodēm optimizāciju iegūt vairs nav iespējams.

Dzinēji ar tiešo iesmidzināšanu ir daudz jūtīgāki pret degvielas kvalitāti. Tas kļūst saprotams, pārskatot sistēmas parametrus: piemēram, pjezo sprauslas Bosch HDEV 4 adatas gājiena garums ir tikai 35 mikroni. Šīs prasības nākotnē tikai pastiprināsies. Augstspiediena sūkņi Bosch HDP 1 attīsta 50...120 bāru spiedienu, HDP 5 / HDP 5 evo − 200...250 bāru, HDP 6 − līdz 350 bāriem. Arī sprauslu spiediens arvien paaugstinās. Kādēļ tas nemitīgi tiek paaugstināts? Tādēļ, ka degmaisījuma optimizācijai darba gājiena laikā tiek veiktas vairākas iesmidzināšanas, bet tas nozīmē, ka iesmidzināšanas ilgums samazinās.
   
  auto rezerves daļas, Bosch, Benzīna tiešā iesmidzināšana, непосредственный впрыск, автозапчасти, авто запчасти, Inter Cars, intercars.lv
 

Sprausla Bosch HDEV1 (no 1999 g.), vienkanāla, vadības elements – solenoīds, spiediens − 100...200 bārs. Mūsdienu sprauslas Bosch HDEV6 spēj attīstīt spiedienu līdz 350 bāriem.

   
 

Apkope

Tiešās iesmidzināšanas aparatūrai ir arī augstākas prasības attiecībā uz apkopi: nepieciešams izmantot speciālu aprīkojumu un specifskas zināšanas. Piemēram, tās pašas pjezo sprauslas: kā noteikt to kondīciju? Dažreiz tiek mērīta pjezo kristāla elektriskā kapacitāte, taču tā nav visai korekta metode. Labāk būtu mērīt pretestī- bu: 170...200 kΩ − normāla vērtība, mazāk – vairs nav labi. Pie kam labāk mērīt nevis ar testeri-multimetru, bet stendā.

Pjezo sprauslu nomaiņas laikā tās jāreģistrē sistēmā, lai nodrošinātu to korektu darbību. Pjezo kristāli nedaudz atšķiras savā starpā un to kodā fksētas novirzes no etalona oriģināla. Kad dzinēja vadības bloks saņem šos parametrus, tas koriģē katras sprauslas darbību atbilstoši šiem parametriem. Starp citu, tas attiecas ne tikai uz pjezo sprauslām.

Mehāniskām operācijām Bosch arī piedāvā dažādas palīgierīces, piemēram, speciālu novilcēju (Nr. 0 986 616 100), ar kura palīdzību vieglāk demontēt sprauslas ierobežotas telpas apstākļos. Pat tādam, šķiet, sīkumam, kā sprauslu teflona blīvgredzeniem, nebūtu par ļaunu izmantot speciālo montāžas komplektu (Nr. 0 986 616 097).

Lūk, vēl kāds, pirmajā brīdī šķiet, sīkums: svecēm ar 12x1,25 mm vītni VW un BMW dzinējos nospriegojumam jābūt 23 Nm. Kādēļ tas ir tik svarīgi? Tādēļ, ka viss ir precīzi aprēķināts, un, pievelkot tieši ar šādu spēku, tiek sasniegts sveces sānu elektroda pareizs novietojums cilindrā, tātad – panākta arī optimāla degmaisījuma aizdedzināšana. Iespējama novirze ±15, bet tas nepārsniedz pieļaujamās robežas. Daudzi līdzīgi piemēri tika apskatīti semināra gaitā.
   
  auto rezerves daļas, Bosch, Benzīna tiešā iesmidzināšana, непосредственный впрыск, автозапчасти, авто запчасти, Inter Cars, intercars.lv
 

Izjauktā motorā mēs varam uzskatāmi pārliecināties, ka ar pareizu spriedzes momentu pievilktu sveču elektrodi cilindrā pareizi vērsti attiecībā uz sprauslām.

   
 

No zāles tika uzdots jautājums: vai Bosch piedāvā remonta koncepciju degvielas aparatūrai ar tiešo benzīna iesmidzināšanu? Sekoja negatīva atbilde. Dīzeļdegvielas aparatūrai tiek piedāvāta degvielas sistēmas atjaunošanas rūpnieciska programma, bet benzīna aparatūrai tādas nav. Dīzeļdegvielas aparatūra izmaksā dārgāk, un to ir jēga remontēt. Benzīna aparatūrai teorētiski arī varētu piedāvāt ko līdzīgu, taču tam zūd jēga, jo mezglu atjaunošanas izmaksas ir salīdzināmas ar jaunu mezglu iegādes cenu.

Semināra nobeigumā bija iekļauta praktiskā daļa, kuras laikā dalībnieki varēja nodemonstrēt savas iemaņas augstspiediena sūkņa nomaiņā. Par «izmēģinājumu trusīti» kļuva VW Passat B8 (ražošanā no 2015. gada) ar dzinēju 1,4 TFSI. Varētu likties – jauns, vēl maz izpētīts modelis, bet semināra apmeklētāji – autoservisu pārstāvji – pārliecinoši tika galā ar šo uzdevumu. Šis fakts liecina par to, ka mūsu servisu automehāniķu sagatavošanas līmenis pieaug atbilstoši augošajām prasībām, un tas ir labi.
   
  auto rezerves daļas, Bosch, Benzīna tiešā iesmidzināšana, непосредственный впрыск, автозапчасти, авто запчасти, Inter Cars, intercars.lv
 

Praktiskās nodarbības: VW Passat B8 1,4 TFSI degvielas aparatūras nomaiņa. Vispirms ar skenera Bosch KTS 340 palīdzību sistēma tiek atbrīvota no paaugstināta spiediena. Tiek izskrūvētas sveces un aizbāzti to caurumi. Pirms sprauslu demontāžas nenāktu par sliktu atzīmēt, kā orientēti to spraudņi. Tiek noņemtas vecās paplāksnes un gredzeni, bet precīzai jaunu teflona gredzenu uzstādīšanai ieteicams pielietot speciālu kalibrēšanas instrumentu.

 
 
 
 
 
sagatavots / подготовлено brauc.com; car-use.lv ®