GDI mootorid (3)

Green Engine Technology - Petrol Engines

Põhimõtteliselt mootorid , mis töötavad lahja õhu ja kütte segu peal kutsutakse ingliskeeles „Leab Burn Englines“ (Lahja põlemisega mootorid). Jaapani autotootjad, Toyota juhtides on sellise tehnoloogia suurimad edasimüüjad.
Ilmselgelt, et mida lahjem küttesegu on seda säästlikum mootor on. Aga selleks on 2 põhjust miks tavalised bensiini mootorid ei tööta lahja küttesegu peal hästi. Esiteks segu on liiga lahja ja ei sütti. Teiseks väiksem kogus kütet segus annab välja vähem jõudu.
Lahja põlemisega mootorid suudavad need 2 punkti ära hoida väga tõhus segamis protsess. Nad kasutavad eri kujuga kolbe, sisselaske klapid on asetatud kalde alla mis ühtib kolbidega, sisse tulev õhk tekitab keerise põlemis kambris . Keeris tekitab parema segunemise õhu ja kütuse vahel, seega suurelt vähendades halvasti segunenuid kütuse osakesi, mida ei põletata ära tavalistes mootorites. See võimaldab täielikumat põlemist ja ei vähenda ainult saastatust vaid ka võimaldab küttesegu suhe saab 1:14 pealt madaldada 1:25 peale ja ilma võimsuse langemiseta!
Tänapäeval lahja põlemisega mootorite tehnoloogia on arenenud otsesissepritseks, mis on põhimõtteliselt olnud eelnevalt Sissepritse mootor. Toyota, Mitsubishi ja Nissan kõik keskenduvad DI mootorite arendamisele.

Direct Injection Petrol engine - Mitsubishi GDI

Mitsubishi on hetkel juhtival positsioonid GDI(Gasoline Direct injection) tehnoloogias. Nad on juba lisanud GDI tehnoloogia paljudele erinevatele mootoritele. Alustades 1,5 liitristest kuni 4,5 liitristenid V8-ni. Nüüd enamus Mitsubishi tootmises olevatest mootoritest on GDI’ga varustatud.
Mitsubishi väidab et GDI kasutab 20 kuni 35% vähem kütust, tekitab 20% vähem CO2’te ja tal on 10% rohkem jõudu kui tavalistel mootoritel . Kuidas saab see olla nii imeline ? Järgnev tekst paljastab saladuse .
GDi Teooria
Bensiini otsesissepritse tehnoloogia on üks harudest „Lean Burn Tehnology“(lahja põlemisega tehnoloogia)’st. Aga lahja põlemisega mootorid on omastanud sissepritse süsteemi. Otsesissepritset on kasutatud diisel mootorites juba mitmeid aastaid aga mitte bensiini mootorites, kuni hiljuti . Loomupäraselt otsesissepritsel on kaks eelist:

Kuna kütus on pritsitud põlemiskambrisse suure survega just enne sädeme tekkimist, see lubab väga täpse kontrolli sädeme üle, mis on väga vajalik et süüdata ultra lahjasi küttesegusi.

Otsepritse jagab lahti millal on vaja rohkem gaasi, mis eemaldab õhu pumpamise kadu, sellega et tõmbab õhku läbi tavalise mootori liblika klapi.
Tavalistes mootorites pihustid , isegi MPi( multi point injection) disain on nii vilets, et kütus pulberatakse sisselaske torustikus klappide juures, enne kui siseneb põlemiskambrisse. Miks mitte pihustada kütet otse silindrisse? Sellepärast, et seda on võimatu jagada ühtlaselt igalepoole. Hoopis vastupidi, pritse otse sisselaske tortustiku avasse kindlustab õhu ja kütte segunemise sama aegselt. Kuidas saab Mitsubishi lisada otsepritse ilma sellise probleemita? Järgmised 2 pilti näitavad seda:
Mitte nagu tavalised mootorid GDI kasutab püst asendis sissevõtu kanalit, mida saadab nõgus osa kolbi peal, mis tekitab keerise kokkusurumise takti ajal. Kui kütust pritsitakse otse põlemiskambrisse, siis see keeris aitab kütusel õhuga seguneda.
Kütuse pihusti on teine uus ese. See pumpab kütust suurel survel ja lubab paremat pulberdamist ja palju ühtlasemat jagunemist.
Kütuse sissepritse toimib kahes toimeliselt. Sisselaske takti ajal lastakse natukene kütust põlemiskambrisse, seda kutsutakse eelpihustamiseks, mis jahutab sissetuleva õhu seega parandades kasutegurit ja kindlustades ühtlase kütuse ning õhu segu terves põlemiskambris.
Põhi pihustus võtab aset siis, kui kolb läheneb ülemisse surnud seissu kokkusurumise taktil, vahetult enne süütamist. Nagu näha ülemistel piltidel, koonuseline osa kolbil kontsentreerib rohkem kütust ümber süüteküünla, see lubab õnnestunud süüdet ilma valesüüteta isegi siis kui küttesegu on väga lahja. See seletab miks GDI saab töödata kütteseguga mille suhe on 1:40 kergel koormusel . Mille küttesegu on isegi veel lahjem kui lahja põlemisega mootoritel. Tulemuseks täielikum põlemine on saavutatud.
Rohkem jõudu?
Mitsubishi GDI mootoril on erakorraliselt kõrge surveaste mille suhe on 12,5:1 see on vist suurim surveaste mis on kätte saadud bensiini mootorilt. Seetõttu on tekib rohkem jõudu. Kuidas saab hoida ära detonatsiooni nii suure surve all? Saladus on eelpihustus protsess. Kompressiooni ajal kuumutatud õhk külmutatakse kütte pihustamise tõttu, seega detonatsiooni võimalus väheneb dramaatiliselt.
NOx Gaasid.
Üks vähestest tagasilöökidest GDI mootoritel on kõrgendatud NOx saastatus aste. Õnneks leiutati katalüüsmuunduriga väljalaske torustik(summuti), et seda kompenseerida. Kuigi USA’s ja paljudes teistes arengumaades ei saa katalüsaatorit kasutada, kuna kasutatakse väävlirikast bensiini ja see kahjustab katalüsaatorit!
GDI probleem Euroopas.
Inglismaal testiti ajakirja poolt Mitsubishi Carisma GDI’d ja see ei esitanud vähendatud kütuse kulu võrreldes teiste autodega millel olid tavalised mootorid, täiesti vastane mida firma väitis. Seda ei olnud võimalik seletada enne kui Renault lasi enda otsepritse mootori välja. Renaulti pressikonverentsil väljastati materjal, et antakse mõista et „Jaapani disain“ kannatab relatiivselt kõrge väävlisisaldusega kütuste pärast Euroopas, mis on 150ppm(parts per million) võrreldes Jaapani 10-15ppm (Euroopas on ikkagi madalam kui USA’s). Jaapanis vajab GDI spetsiaalset katalüsaatorit, et puhastada liigset NOx’i mis tekib ülilahja põlemise tagajärjel. Kuigi kõrge väävlisisaldus võib saastada katalüsaatori ja muudab selle jäädavalt kasutuks.
Seetõttu Euroopa Carisma GDI jookseb palju rikkamal küttesegul kui tema Jaapani kaaslased, et vähendada NOx’e ning nüüdsest vajab ta aonult normaalset katalüsaatorit. Kui Jaapani autod saavutavad küttesegu suhte 1:40 kergel koormal siis Euroopa GDI saab ainult saavutada 1:20 või umbes nii, aga võrreldes tavalistele mootoritele mille suhe on 1:14 siis vahe on märgatav!!!
Teistsugune probleem aga on Jaapani ja Euroopa vahel nende erinev katsetus meetod. Katse mis läbiti „Transportation Department of Japan“ oli tehtud rajal ja tingimustel, mis sisaldasid ainult kerget koormat, mis sobib GDI’le kõige paremini(kerge koorem , 1:40, vastasel juhul 1:14,5 normaalsel koormal). Euroopas tehtud test vajas palju suuremat koormat, ning suuremat operatsiooni kiirust, seetõttu l/km kohta on palju jubedam, kui Jaapanlased väidavad!
GDI Mootorid
Toomas Tamre
33AR