Direktno ubrizgavanje benzina – blagoslov i kletva u isto vreme

Nove tehnologije donose brojne prednosti motorima u savremenim automobilima. Nažalost – donose i razne probleme, čije rešavanje može da bude veoma skupo. Sada se prvenstveno bavimo benzinskim motorima.

Šta je to direktno ubrizgavanje benzina?

Kod klasičnog ubrizgavanja brizgaljka (ili dizna) ubrizgava benzin ispred usisnih ventila koji propuštaju vazduh u cilindar, tako da se gorivo i vazduh mešaju pre ulaska u cilindar.

Kod direktnog ubrizgavanja dizna ubrizgava benzin direktno u cilindar. To znači da kroz usisne ventile prolazi samo čist vazduh.

U stvari, prolazio bi samo čist vazduh da ne postoje PCV i EGR ventili kroz koje u usisnu granu stižu razne nečistoće.

PCV ventil „uzima“ vazduh iz kartera, koji je pun uljnih para, nesagorelog goriva i raznih drugih nečistoća i prosleđuje ga u usisnu granu. Separator uljnih para trebalo bi da „izvuče“ određenu količinu ulja iz toga, ali u zavisnosti od njegove efikasnosti neka količina ulja ipak stigne do usisne grane i ventila, zajedno sa drugim nečistoćama.

Na vrelim usisnim ventilima se nakupljaju sve te nečistoće i stvaraju se naslage koje u velikoj meri mogu da utiču na rad motora.

PCV ventil jednostavno mora da postoji i to iz više razloga – npr. bez njega bi zbog pritiska u karteru probijali dihtunzi, motorno ulje bi se drastično brže „prljalo“, degradiralo i razređivalo nesagorelim gorivom... Nemamo prostora u ovom tekstu da objašnjavamo detalje. Drugom prilikom.

Tu je i EGR ventil. On vraća deo izduvnih gasova nazad u cilindre na ponovno sagorevanje. Na taj način se snižava temperatura sagorevanja u cilindrima, što smanjuje stvaranje azotnih oksida, koji su veoma štetni po zdravlje ljudi na različite načine.

O tome smo detaljnije pisali u tekstu: EGR ventil – čemu služi, kako radi, blokiranje (zatvaranje, gašenje)...

Postoji još nekoliko negativnih strana direktnog ubrizgavanja goriva, ali bacimo prvo pogled na pozitivne strane.

Prednosti direktnog ubrizgavanja

Direktno ubrizgavanje nudi konstruktorima motora mnogo veće mogućnosti podešavanja rada motora, čime mogu da postignu nižu potrošnju, veću snagu i obrtni moment u širem rasponu broja obrtaja, manju emisiju štetnih gasova, bolju elastičnost, mirniji rad pri niskom broju obrtaja…

Zahvaljujući direktnom ubrizgavanju inženjeri sada sa motorima mogu da postignu stvari koje ranije nisu mogli ni da zamisle.

Naravno, direktno ubrizgavanje goriva postoji odavno, ali danas konstruktori na raspolaganju imaju stvari čiji ih je nedostatak ranije onemogućavao da iskoriste pun potencijal direktnog ubrizgavanja.

Na prvom mestu su sofisticirane dizne koje su u stanju da u ekstremno kratkom vremenskom intervalu ubrizgaju veoma preciznu količinu goriva u veoma precizno određenom trenutku, a sve to kontroliše izuzetno brz kompjuter koji prima podatke od čitave „vojske“ senzora. Taj kompjuter na osnovu uslova vožnje i mnogih drugih faktora određuje način rada motora.

Dakle, sada kompjuter može podešavanjem raznih parametara da postigne vrlo nisku potrošnju ili da izvuče veću snagu i obrtni moment u slučaju potrebe, nego što bi to bilo moguće sa klasičnim ubrizgavanjem. Imamo vrlo napredne sisteme za kontrolu rada ventila, trenutka paljenja smeše i slično, pa i karakter jednog (istog) motora može drastično da se menja u zavisnosti od potreba i želja vozača ili uslova vožnje.

Dok je novo sve je lepo i bajno...

Ali ubrzo počinju problemi. Polako, ali sigurno - svaka desetina hiljada kilometara nagomilava naslage na raznim delovima motora. Kod nekih brže, kod nekih sporije, u zavisnosti od motora i u velikoj meri u zavisnosti od toga kako se auto vozi i u kojim uslovima.

Kod motora sa klasičnim ubrizgavanjem gorivo koje se ubrizgava iza ventila i ulazi sa vazduhom u cilindre, čisti usisne ventile i određeni deo usisne grane od nečistoća koje stižu preko PCV i EGR ventila, kao i od ulja koje možda u veoma malim (ili velikim) količinama stiže iz turbo punjača, a postoje i drugi krivci.

Uglavnom, te nečistoće spira gorivo koje se ubrizgava na klasičan način. Međutim, kada iz priče izbacimo klasično ubrizgavanje goriva, više nemamo spiranje (tj. čišćenje) tih nečistoća, što znači da će nečistoće vremenom početi sve više da se nakupljaju na usisnim ventilima.

Problemi se ne javljaju iznenada u vidu jasno definisanog kvara, već imamo čitav niz problema koji polako ali sigurno utiču na rad motora iz brojnih razloga. Lako dođe do „magične“ spirale problema – tj. da situacija počne ubrzano da se pogoršava.

Naime, svaki problem utiče na pogoršavanje ostalih problema i to samo skraćuje vreme do neophodne ozbiljne intervencije. Nepravilan rad motora koji iz više razloga postepeno postaje sve primetniji u vidu veće potrošnje goriva, pada snage i elastičnosti, nemirnog rada... To su samo neki od simptoma da je vreme da se interveniše.

A dizne ili brizgaljke – one se nalaze u samom cilindru, odnosno preciznije u komori u kojoj se odvija sagorevanje, što podrazumeva veoma visoke pritiske i temperature, kao i izloženost produktima sagorevanja.

Dakle, ove sofisticirane dizne moraju da budu u stanju da ispune veoma komplikovane zadatke i da istovremeno izdrže paklene uslove u kojima rade. Zato i dizne kod benzinaca sa direktnim ubrizgavanjem predstavljaju slabu tačku, iako je to ranije bilo „rezervisano“ za dizelaše.

Posle koliko kilometara dolazi do ozbiljnih naslaga na ventilima?

Postoje ekstremni primeri, kada su kupci potpuno novih automobila doživeli ozbiljne probleme nakon samo 40.000-50.000 km. Naglašavamo - mnogo toga zavisi od uslova i stila vožnje.

Turbopunjač dodatno pogoršava situaciju

Situacija može da bude još komplikovanija kod turbomotora sa direktnim ubrizgavanjem. Turbopunjač može da počne da pušta ulje koje se dodatno komplikuje čitavu priču.

Nažalost, danas su retki novi benzinci bez turbopunjača, dok su atmosferski dizelaši odavno „izumrli“.

Čak i kada turbopunjač ne pušta ulje, postoje razlozi zbog kojih komplikovanija konstrukcija motora posredno ili neposredno dovodi do veće mogućnosti da dođe do skupih kvarova.

Razređivanje ulja benzinom

Kod motora sa direktnim ubrizgavanjem određeni deo goriva „prska“ se direktno na zid cilindra, pa nešto od tog goriva (minimalna količina, ali vremenom se „nakupi“) prođe pored karika i završi u karteru, tj. u motornom ulju. Vremenom se nakuplja veća količina goriva u motornom ulju, što značajno utiče na njegove karakteristike po pitanju podmazivanja. 

U normalnim uslovima vožnje ovaj benzin koji se našao u karteru trebalo bi da ispari i da se preko PCV ventila vrati u usisnu granu i u cilindre na ponovno sagorevanje. Dakle, u idealnim uslovima, taj problem bi tako trebalo da se rešava.

Međutim, ako se auto često vozi na kratkim relacijama, i to na takav način da ne uspeva da postigne radnu temperaturu, već se stalno vozi hladan ili poluhladan, ili uspe da postigne radnu temperaturu ali se i tada ne vozi dovoljno dugo – javiće se razni negativni efekti u većoj ili manjoj meri.

Jednostavno, tu su razni faktori, uključujući i temperaturu ulja, koja mnogo sporije prati radnu temperaturu motora, odnosno antifriza, a potrebno je da dostigne određenu temperaturu kako bi iz ulja isparili razni neželjeni „dodaci“.

Podsetimo da kada motor postigne radnu temperaturu, to nam govori samo da je rashladna tečnost (antifriz) dostigla tu temperaturu, pošto se ona mnogo brže zagreva u odnosu na motorno ulje, što znači da ulje još uvek nije dostiglo optimalnu temperaturu.

Dakle, ako vam je većina vožnji na kratkim distancama, pri čemu motor ne dostiže radnu temperaturu, to onda ima mnoštvo negativnih efekata, od kondenzacije vode u karteru, preko viška goriva u ulju, do nekih mnogo komplikovanijih stvari…

Zato definitivno nije loše povremeno izvesti auto na otvoren put i „produvati mu ventile“, kako to neki vole da kažu. Ne morate na auto-putu da vozite 180 km/h ili nekom otvorenom putu duplo preko ograničenja.

Važno je da ga vozite u visokim obrtajima i to malo duže. Nije potrebna velika brzina – važni su visoki obrtaji. I ne brinite, ako je auto ispravan neće ništa da mu bude od visokih obrtaja.

Naprotiv, mogu samo da mu pomognu. Motor i sve prateće komponente uništava gradska vožnja, kratke vožnje, „davljenje“ motora, itd. Što češće obavite ovakvu oštriju vožnju više ćete pomoći svom automobilu.

Rešenje?

Za sada nije pronađeno efikasno rešenje. Neki proizvođači zadržali su direktno ubrizgavanje, ali su dodali i klasično ubrizgavanje koje za cilj ima prvenstveno čišćenje ventila. To rešenje deluje, mada povećava troškove i komplikuje čitav sistem.

Generalno je zaključeno da su razni problemi osetno više izraženi kod motora koji razvijaju veliki obrtni moment pri niskom broju obrtaja – naročito kada je obrtni moment „neprirodno“ velik u odnosu na snagu motora. Možda nekome deluje kao da ova rečenica nema smisla bez detaljnijeg objašnjenja, ali objašnjenje bi zahtevalo mnogo protora i vremena.

Na primer, trocilindarski 1.0-litarski turbo-benzinac razvija maksimalnih 170 Nm pri neverovatno niskih 1.400 obrtaja za jednog benzinca, ali posebna je priča to što taj maksimum održava sve do 4.500 obrtaja.

Stoga vozači imaju osećaj da je motor mnogo snažniji nego što zaista jeste i pritiskaju papučicu gasa pri veoma niskom broju obrtaja što ima čitav niz negativnih efekata, uprkos tome što automobil dobro ubrzava zahvaljući turbo punjaču, savremenoj kontroli upravljanja radom ventila, itd.

Znači, veliki obrtni moment pri veoma niskom broju obrtaja i to još u širokom rasponu obrtaja navodi vozače da voze u niskim obrtajima i da „potapaju“ papučicu gasa pri niskom broju obrtaja, odnosno da ubrzavaju bez prebacivanja menjača u niži stepen.

Ovakvo ponašanje nanosi štetu motoru i pratećim komponentama i drugim „stvarima“, od plivajućeg zamajca, preko prljanja motornog ulja, do skraćivanja životnog veka lancu i svim ostalim delovima koje podmazuje motorno ulje.

Takođe dolazi i do toga da više čađi i drugih „problematičnih“ čestica stigne do GPF filtera, o kojem smo pisali u tekstu: I benzinci dobijaju “DPF” filter…

Uglavnom, kao posledica javljaju se razne nepravilnosti u radu motora koje kompjuter zatim pokušava na razne načine da kompenzuje, a sve rezultuje povećanom emisijom štetnih gasova, povećanom potrošnjom goriva i vrlo moguće veoma skupom popravkom.

Prevencija

Glavni faktori koji negativno utiču na benzince sa direktnim ubrizgavanjem su:

• Mnogo hladnih startova
• Mnogo startova generalno
• Kratke vožnje
• Nedovoljno dužih vožnji sa dovoljno zagrejanim motorom
• Ubrzavanje iz niskih obrtaja

Svi gore navedeni efekti se generalno dešavaju kod svih motora bez obzira na vrstu ubrizgavanja, ali su iz razloga kao što su sam način rada turbo benzinskog motora sa direktnim ubrizgavanjem naročito izraženi, posebno ako se vozi onako kako ne bi trebalo.

Zli jezici?

„Zli jezici“ kažu da je glavni razlog za korišćenje direktnog ubrizgavanja lakše ispunjavanje sve oštrijih normativa po pitanju emisije štetnih izduvnih gasova i potrošnje goriva.

Nažalost, ti normativi se uz pomoć savremene tehnologije, kao npr. direktnog ubrizgavanja, ispunjavaju samo u laboratorijskim uslovima kada se auto ispituje u homologacione svrhe. U realnim uslovima na putu je potpuno druga priča.

Hoće li se proizvođači zbog svih potencijalnih problema vratiti na klasično ubrizgavanje?

Neće. Oni imaju obavezu da ispune određene standarde po pitanju izduvnih gasova i potrošnje goriva. Međutim, praksa je do sada pokazala da su institucije koje nameću te standarde prilično nesvesne situacije u realnim uslovima na putu. Govorimo o tome da su brojna testiranja emisije izduvnih gasova u realnim uslovima, znači u pravom saobraćaju, pokazala da su emisije nekih štetnih gasova veće i po nekoliko desetina puta od onoga što je izmereno u laboratoriji.

Nastavićemo da se bavimo ovom temom

Pošto je ovo veoma komplikovana tema, naglašavamo da smo ovim tekstom pokrili samo osnove, kako po pitanju prednosti, tako i po pitanju mana.

S obzirom na to da je sve teže naći nov auto sa benzinskim motorom bez direktnog ubrizgavanja i turbo punjača, nastavićemo da se bavimo ovom problematikom, a konsultovaćemo se i sa servisima kako bismo dobili što više informacija iz prve ruke i da bismo dobili odgovore na pitanja čitalaca kojih će sigurno biti mnogo.

Na primer, jedno od pitanja će verovatno biti: „Ako je direktno ubrizgavanje toliki problem kod benzinaca, kakva je onda situacija sa dizelašima, pošto se i kod njih gorivo ubrizgava direktno u cilindar?“

Zaključak

I kod starijih benzinskih motora mogla je da se postigne vrlo niska potrošnja. Međutim, osnovni problem bili su azotni oksidi. Vremenom su ubacivani razni sistemi i smišljani načini kako da se smanji njihova količina, od EGR ventila i katalizatora, koji su u početku bili vrlo primitivni, da bi danas EGR imao hladnjak, a katalizator čitav niz senzora i softver koji ga prati.

Zatim su tu napredni sistemi za kontrolu rada ventila, ubrizgavanje goriva i slično, što sve pomaže ekologiji - dok se ne pokvari.

Foto: Shutterstock.com