Kuro įpurškimo sistemos tikslumas

Kas nutinka, kai paspaudi akceleratoriaus pedalą

Kai įsėdi į automobilį ir paspaudi pedalą, tikiesi, kad variklis sureaguos akimirksniu – taip ir atsitinka. Bet ar kada susimąstei, kaip tiksliai ta tavo koja susieta su tūkstančiais mikroskopinių kuro lašelių, kurie per sekundę patenka į variklio cilindrus? Čia ir prasideda kuro įpurškimo sistemų stebuklai.

Šiuolaikiniai varikliai – tai ne tie rūkstantys agregatai, kuriuos matydavome sovietmečio automobiliuose. Dabartinės kuro įpurškimo sistemos dirba su tokiu tikslumu, kad kiekvienas įpurškimas dozuojamas milisekundžių tikslumu, o kuro kiekis matuojamas miligramais. Tai tarsi chirurginė operacija, tik vykstanti tūkstančius kartų per minutę.

Nuo karbiuratoriaus iki elektronikos valdomo įpurškimo

Anksčiau automobiliai naudojo karbiuratorius – mechaninius įtaisus, kurie maišė orą su kuru pagal gana paprastą principą: oro srautas sukurdavo vakuumą, kuris įtraukdavo kurą. Veikė, bet tikslumu negalėjo pasigirti. Tai buvo tarsi bandymas reguliuoti vonios temperatūrą abiem kranais vienu metu – daugmaž gauni ką nori, bet ne visada.

Pirmosios elektroninės kuro įpurškimo sistemos atsirado dar septintajame dešimtmetyje, bet tikrą revoliuciją padarė aštuntojo dešimtmečio pabaigoje, kai kompiuteriai tapo pakankamai maži ir pigūs, kad tilptų po automobilio gaubtu. Bosch kompanija su savo L-Jetronic sistema tapo pioniere, o vėliau atsirado ir dar pažangesnės sistemos.

Šiandien kiekvienas naujas automobilis turi elektroninę kuro įpurškimo sistemą. Net pigiausi modeliai naudoja technologijas, kurios prieš trisdešimt metų būtų buvusios tik sportinių automobilių privilegija.

Kaip sistema žino, kiek kuro reikia

Čia prasideda įdomiausia dalis. Variklio valdymo kompiuteris (ECU – Engine Control Unit) per sekundę gauna informaciją iš kelių dešimčių jutiklių. Pagrindiniai žaidėjai šioje simfonijoje:

Oro srauto matuoklis – jis tiksliai žino, kiek oro įsiurbia variklis. Tai gali būti karštojo laido tipo jutiklis arba MAP (Manifold Absolute Pressure) daviklis, kuris matuoja slėgį įsiurbimo kolektoriuje. Kai žinai oro kiekį, gali apskaičiuoti, kiek kuro reikia idealiam mišiniui.

Lambda zondas (deguonies jutiklis) – šis gudruolis sėdi išmetimo sistemoje ir nuolat skaito, ar mišinys sudegė teisingai. Jei lieka per daug deguonies, reiškia kuro buvo per mažai. Jei deguonies trūksta – kuro per daug. Šiuolaikiniai plačiajuosčiai lambda zondai gali tiksliai pasakyti oro-kuro santykį, ne tik ar jis teisingas ar ne.

Padėties jutikliai – akceleratoriaus padėtis, sklendės padėtis, variklio apsukos, alkūninio veleno padėtis. Visa ši informacija leidžia kompiuteriui žinoti, ką vairuotojas nori ir kokioje būklėje yra variklis.

Temperatūros jutikliai stebi variklio aušinimo skysčio ir įsiurbiamo oro temperatūrą. Šalta variklį reikia praturtinti mišinį (daugiau kuro), o karštas variklis dirba efektyviausiai su skirtingais parametrais.

Įpurškimo purkštukų precizija

Dabar pažiūrėkime į patį įpurškimo procesą. Kuro purkštukai – tai elektromagnetiniai vožtuvai, kurie atsidaro ir užsidaro neįtikėtinu greičiu. Viduje yra spyruoklė ir elektromagnetas. Kai ECU nusiunčia elektros impulsą, magnetas įtraukia adatą, ir kuras, esantis po dideliu slėgiu (nuo 3 iki 200 barų, priklausomai nuo sistemos tipo), išpurškiamas pro mažyčius plyšelius.

Šiuolaikiniuose varikliuose su tiesiogine kuro įpurškimo sistema (GDI – Gasoline Direct Injection arba TDI dyzeliniams) purkštukai dirba su dar didesniu slėgiu – iki 200-350 barų. Kodėl tiek daug? Nes kuras turi būti išpurkštas tiesiog į cilindrą, kur jau yra suslėgtas oras, ir jis turi suspėti gerai išgaruoti bei susimaišyti su oru per labai trumpą laiką.

Tikslumas čia yra fenomenalus. Purkštukas gali būti atidarytas vos 0.5 milisekundės ir per tą laiką įpurkšti tiksliai tiek kuro, kiek reikia. Tai tarsi bandymas įpilti tiksliai vieną lašą vandens, bet darant tai 100 kartų per sekundę ir niekada nesuklysti.

Skirtingi įpurškimo būdai ir jų ypatumai

Yra keletas pagrindinių kuro įpurškimo tipų, ir kiekvienas turi savo privalumų.

Daugiataškis įpurškimas (MPI – Multi Point Injection) – kiekvienas cilindras turi savo purkštuką, kuris įpurškia kurą į įsiurbimo kolektorių, prieš pat įsiurbimo vožtuvą. Tai patikima ir gerai išbandyta sistema. Kuras turi laiko susimaišyti su oru, todėl sudegimas būna gana tolygus.

Tiesioginis įpurškimas (GDI/FSI) – kuras purškiamas tiesiai į degimo kamerą. Tai leidžia tiksliau kontroliuoti procesą ir pasiekti didesnį suspaudimo laipsnį. Galima dirbti su skurdžiu mišiniu (daugiau oro, mažiau kuro) tam tikrais režimais, kas sumažina degalų sąnaudas. Bet sistema sudėtingesnė ir brangesnė, o purkštukai dirba ekstremalesnėmis sąlygomis.

Kombinuotas įpurškimas – kai kurie gamintojai, ypač sportiniuose varikliuose, naudoja abi sistemas kartu. Pavyzdžiui, Toyota savo D-4S sistemoje turi ir tiesioginį, ir įsiurbimo kolektoriaus įpurškimą. Priklausomai nuo režimo, naudojama viena arba abi sistemos.

Dyzeliniai varikliai visada naudoja tiesioginį įpurškimą, nes jiems reikia labai didelio slėgio – kuras turi užsidegti nuo suslėgto oro temperatūros. Modernūs Common Rail dyzeliniai varikliai dirba su 2000-2500 barų slėgiu, o vieno darbo ciklo metu gali būti net 5-7 atskiri įpurškimai – pradinis, pagrindinis ir papildomi.

Adaptacija ir mokymasis

Štai kur tampa tikrai įdomu. Šiuolaikinės kuro įpurškimo sistemos ne tik vykdo iš anksto užprogramuotus algoritmus – jos mokosi ir prisitaiko.

ECU atmintyje saugomi vadinamieji adaptacijos parametrai. Sistema nuolat stebi, kaip variklis dirba, ir koreguoja įpurškimo parametrus. Pavyzdžiui, jei lambda zondas nuolat rodo, kad mišinys per skurdus, sistema pamažu didins bazinį įpurškimo laiką. Jei purkštukai pradeda nešvankėti ir prasčiau purškia, sistema tai kompensuos.

Kai kurie gamintojai naudoja dar pažangesnius algoritmus. Pavyzdžiui, BMW Valvetronic sistemoje kompiuteris mokosi kiekvieno cilindro individualių charakteristikų ir koreguoja įpurškimą atskirai kiekvienam cilindrui. Tai leidzia pasiekti neįtikėtiną tolygumo lygį.

Yra ir ilgalaikis mokymasis. Sistema įsimena vairavimo stilių, dažniausiai naudojamus režimus ir optimizuoja darbą būtent toms sąlygoms. Todėl kartais, kai atjungiate akumuliatorių ir ištrinate ECU atmintį, automobilis pirmas kelias dienas gali elgtis šiek tiek keistai – jam reikia laiko iš naujo išmokti.

Kas gali sugedti ir kaip tai pasireiškia

Nors sistema labai patikima, nieko amžino nėra. Dažniausios problemos:

Užsikimšę purkštukai – tai klasika. Prastos kokybės kuras, ilgas stovėjimas, natūralūs nusėdimai. Simptomai: nevienodas variklio darbas, padidėjęs degalų suvartojimas, sunkus užvedimas. Purkštukus galima išvalyti ultragarsu, bet kartais reikia keisti.

Kuro siurblio problemos – jei slėgis sistemoje nepakankamas, variklis neturės pakankamai kuro. Tai pasireiškia ypač didelėse apsukomose arba apkrovoje. Automobilis „spjaudosi”, netraukia.

Jutiklių gedimai – jei oro srauto matuoklis arba lambda zondas duoda neteisingus duomenis, ECU priima sprendimus remiantis klaidinga informacija. Rezultatas – neteisingas mišinys, prastas darbas, padidėjęs suvartojimas.

ECU programinės įrangos klaidos – nors reta, bet pasitaiko. Kartais gamintojai išleidžia atnaujinimus, kurie taiso žinomus bagus.

Praktinis patarimas: jei užsidegė „Check Engine” lemputė, nevažiuokite ignoruodami. Nuskaitykite klaidos kodą – tai galima padaryti net su nebrangiais OBD-II skeneriais, kurie jungiasi prie išmaniojo telefono. Dažnai tai padeda suprasti, ar problema rimta, ar gali palaukti.

Kodėl tai svarbu paprastam vairuotojui

Galbūt galvoji – kam man visa ši techninė informacija? Aš tiesiog noriu, kad automobilis važiuotų. Bet supratimas, kaip veikia kuro įpurškimo sistema, gali sutaupyti pinigų ir nervų.

Pirma, tai padeda suprasti, kodėl svarbu naudoti kokybišką kurą. Purkštukai dirba su mikroskopiniais tarpais ir bet kokie nešvarumai gali juos užkimšti. Tai ne mitai – tai fizika.

Antra, suprasi, kodėl automobiliui kartais reikia „išsivažinėti”. Jei nuolat važinėji tik trumpus atstumus mieste, variklis niekada tinkamai neįšyla, lambda zondas nedirba optimaliai, o purkštukuose kaupiasi nusėdimai. Kartą per savaitę pravažiuoti 20-30 km greitkeliu – tai ne prabanga, o techninė priežiūra.

Trečia, žinosi, kada verta kreiptis į specialistus. Jei automobilis pradeda „spjaudytis” arba nevienodai dirba tuščiąja eiga, tai gali būti kuro sistemos problema. Kuo anksčiau ją diagnozuosi, tuo pigiau обойдется remontas.

Ateities perspektyvos ir kas laukia toliau

Kuro įpurškimo sistemos ir toliau tobulėja, nors elektromobilių era jau beldžiasi į duris. Tačiau vidaus degimo varikliai dar ilgai liks su mumis – jie tampa vis efektyvesni, švaresni ir galingesni.

Naujausia tendencija – dar didesnis slėgis ir dar tikslesnis valdymas. Bosch kuria sistemas, kurios dirba su 500 barų slėgiu benzininiams varikliams. Mazda su savo Skyactiv-X technologija naudoja benzininį variklį, kuris veikia panašiai kaip dyzelinis – su užsidegimo nuo suspaudimo principu, bet su kibirkštimi kaip „užtikrinimo” priemone.

Dirbtinis intelektas ir mašininis mokymasis irgi ateina į šią sritį. Ateities ECU galės ne tik reaguoti į dabartinius duomenis, bet ir prognozuoti, ko reikės po kelių sekundžių, remiantis milijonais ankstesnių situacijų.

Bet net ir su visais šiais naujovėmis, pagrindinis principas lieka tas pats: teisingos kuro dozės teisingoje vietoje teisingu laiku. Tai buvo svarbu prieš 50 metų, tai svarbu dabar, ir tai liks svarbu tol, kol varikliai degins kurą. Tikslumas – štai kas daro šiuolaikinį automobilį tokį efektyvų, patikimą ir malonų vairuoti. O visa ta magija vyksta po gaubtu, kol tu tiesiog spaudi pedalą ir mėgaujiesi kelione.