Přímé a zároveň nepřímé vstřikování u benzinového motoru: V čem spočívá největší výhoda?
Benzin můžete do motoru aktivně dopravovat dvojím způsobem. Buď přímo do spalovacího prostoru, nebo do sacího potrubí. Oboje má své výhody i nevýhody. Které to jsou?
Pokud zůstaneme u automobilového zážehového motoru, tak u něj dlouhé desítky let převažovala příprava zápalné směsi v karburátoru. Jeho hegemonii ale začalo už od 60. let pomalu narušovat vstřikování benzinu.
S příchodem 80. let se vstřikování začalo uplatňovat stále častěji, a tedy nikoliv pouze na výkonných sportovních motorech. Postupně tak začalo sestupovat i do motorů pohánějících levnější sériově vyráběná auta pro masy. Poté, co začala v roce 1992 platit emisní norma Euro 1, přineslo to plošné nasazení řízených trojčinných katalyzátorů, s nimiž se až na malé výjimky pojilo elektronicky řízené vstřikování benzinu.
Samozřejmě nepřímé, tedy do sacího potrubí, nebo jinak řečeno přes sací ventil. Mnohem složitější přímé vstřikování bylo běžné u leteckých motorů už za 2. světové války. Do automobilových agregátů si však hledalo cestu pomaleji. Pionýrem byla automobilka Mitsubishi a její motor 1.8 GDI z roku 1996. Netrvalo dlouho a přímé vstřikování začala nabízet většina značek. PSA tak mělo systém HPI, Renault IDE, Alfa Romeo JTS a Volkswagen známé FSI. Původní koncept s vrstevnou směsí, který příchod přímého vstřikování doprovázel, se ukázal jako slepá vývojová větev, takže záhy přešli výrobci na homogenní směs.
Také chladí
Význam přímého vstřikování výrazně vzrostl ve spojení s masivním nasazením přeplňování, a tedy takzvaným downsizingem. Právě tady se projevila jeho největší přednost. Tou je chladicí efekt spalovacího prostoru, neboť palivo vstříknuté do něj změnou skupenství z kapalné složky na plynnou zároveň sníží teplotu. Díky tomu lze přeplňovaný motor udělat při stejném maximálním plnicím tlaku přeplňování s vyšším statickým kompresním poměrem, který obecně zlepšuje termodynamickou účinnost motoru. A takový motor v režimu malého zatížení vykazuje lepší hospodárnost.
Nevýhodou přímého vstřikování je chybějící čisticí funkce sacích ventilů. Ty tak nejsou omývány benzinem, a proto ke koloritu provozu těchto motorů běžně patří karbonové nánosy na nich. Karbon se ale usazuje také na mechanických částech motoru. Druhou nevýhodou je zvýšená tvorba pevných částic ve spalinách, podobně jako u dieselových motorů. Proto také motory s přímým vstřikováním benzinu mají výfuk černý jak diesel.
Třetí nevýhodou přímého vstřikování je složitost. Přímé vstřikování benzinu pracuje s o řád vyšším tlakem než nepřímé. Zatímco nepřímému vstřikování stačí nízkotlaké podávací čerpadlo v nádrži, u přímého potřebujete ještě druhou vysokotlakou pumpu. Obyčejně ji pohání vačkový hřídel speciální vačkou, což přináší zvýšenou hlučnost a samozřejmě riziko poruchy nebo s léty opotřebení. U některých motorů šlo zpočátku dokonce o systémovou chybu (VW 2.0 TFSI EA113).
Čistota je půl zdraví
Ve snaze využít dobrých vlastností přímého vstřikování benzinu, ale zároveň potlačit jeho nectnosti, uplatnily některé automobilky u svých motorů kombinaci přímého a nepřímého vstřiku. Týká se to motorů Audi/VW EA 888 druhé až čtvrté generace, motoru Toyota se vstřikováním D-4S a dále některých agregátů Fordu, ze kterých je však na českém trhu jen osmiválec ve Fordu Mustang.
Nepřímé vstřikování kromě toho, že je jednodušší a také lacinější na opravy (cena vstřikovače pro MPI je nižší než pro přímé vstřikování), zajišťuje čisticí funkci motoru. A v některých režimech chodu motoru, zejména při nízkém až středním zatížení, zajišťuje čistší spaliny, zejména menší podíl pevných částic (sací).
Na základě toho se upravuje příprava směsi. Třeba u zmíněného čtyřválce Audi EA 888 třetí generace se nepřímé vstřikování uplatňuje v širokém rozsahu otáček a zároveň nižším zatížení v režimu, kdy má motor teplotu vyšší než přibližně 45 stupňů Celsia. Naopak vysoké zatížení a otáčky znamenají přepnutí na režim přímého vstřikování. Totéž platí při studeném startu a prvotní fázi ohřívání motoru.
U nejmodernějších motorů, například poslední páté generace čtyřválce Audi EA 888, už není nepřímé vstřikování potřeba. Důvodem je výrazné zvýšení vstřikovacího tlaku až na 350 barů (původně 150, později 200 barů), čímž se eliminuje karbonování motoru. Druhým důvodem je uplatnění benzinového částicového filtru GPF, čímž jsou účinně eliminovány pevné částice.
Zdroj: Technické školení na motor Audi EA 888 třetí generace, Příručka pro automechanika, představení motoru Toyota D-4S, Wikipedia
Foto:Audi, Bosch, Toyota a Tomáš Dusil
