Historia silnika z bezpośrednim wtryskiem benzyny nie jest taką nowością, jak sądzą niektórzy. Zaintrygował nas mocno komentarz naszego eksperta, pana Józefa Dudziańca dot. instalacji gazowych do silników z wtryskiem bezpośrednim benzyny, szczególnie tych do WB do cylindra. Dlatego przygotowaliśmy krótki przegląd jednostek benzynowych, dość mocno ewoluujących po Roku Milenijnym.
fot. Krzysztof Golec, autoflesz.com \ Lexus 450h
Choć zdania w tym temacie są podzielone, przyjmuje się, że pierwszym modelem z WB był Mercedes 300SL 3.0 V6 już w lutym 1954 r. Aczkolwiek pierwowzorem mógł być zapominany motor – choć Diesla – firmy MAN z 1923 roku, jak również jeden z modeli firm Goliat-Werke Borgward&Co. (Goliat 700GP) oraz Gutbrod z 1952 roku (Gutbrod Superior 600).
W czasie II wojny światowej, kilka koncernów, w tym BMW i Mercedes-Benz produkowało silniki do samolotów bojowych. Najlepsi niemieccy konstruktorzy pracowali dla III Rzeszy. Technologię budowy tych nowatorskich silników pozyskali Rosjanie i Amerykanie. Nie było więc przeszkód na rozwijanie tej koncepcji w praktyce. Jednak to Mitsubishi i chwilę później Toyota podjęła to wyzwanie najszybciej.
Po 1995 roku następuje wysyp konstrukcji w WB
Mitsubishi prezentuje swój seryjny motor 1.8 GDI 4G93 (tzw. wtrysk kierowany wall guided). Jednak Carisma z motorem 2.0 GDI nie zrobiła kariery, oczekiwania co do niskiego zużycia paliwa były płonne.
Renault nie pozostaje w tyle i już w 1999 roku ma gotowy model 2.0 IDE (Injection Directe Essence) w modelu Megane. Niestety problemy z tlenkami azotu zmuszają producenta do zaniechania dalszego rozwoju tej pionierskiej konstrukcji. Za to bardzo mocno angażuje się Renault w rozwój jednostek z tzw. downsizingiem np. TCe 115. Namiastkę możliwości wypróbowaliśmy praktycznie w dwóch modelach: Clio TCe 90 oraz Dacia Sandero TCe.
Volkswagen nie mógł być na szarym końcu, zaczął od jednostki FSI
W Roku Milenijnym do ataku wkracza koncern Volkswagena i przedstawia swoją koncepcje w jednostce FSI (Fuel Stratifield Injection) tzw. wtrysk kierowany powietrzem air guided. Później były kolejne modyfikacje jak TSI czy TFSI, jak w Audi V8 TFSI. Warto podkreślić, że wiele nagród zebrała jedna z najlepszych jednostek VW 1.2 TSI z Polo.
fot. Krzysztof Golec, autoflesz. com \ Audi 4.2 V8 FSI
Bardzo ciekawą konstrukcję przedstawia także Mercedes-Benz w modelu 350 V6 CGI z centralnym wtryskiwaczem piezoelektrycznym (tzw. wtrysk spray guided). O konstrukcjach w tej marce można mówić długo i namiętnie, pewnie wrócimy do tego interesującego tematu innym razem. Wato tylko dodać, że dzięki kolejnym nowinkom z działu badawczo-rozwojowego firmy Bosch GmbH, wkrótce będzie głośno o wtrysku strumieniowym i wtryskiwaczach plazmowych. W podobnym kierunku zmierza kolejna znana firma Delphi.
Dotychczas mieszanka paliwowo-powietrzna spalana (dopalana) była w dwóch obszarach:
- mieszanka uwarstwiono (przy małych obciążeniach) np. renault IDE,
- mieszanka homogeniczna (przy dużych obciążeniach).
Koncepcja Volkswagena FSI nie przynosi jednak spodziewanych rezultatów aż do chwili wystawienie w wyścigu Le Mans 2001 bolidu Audi R8 3.6 V8 FSI bi-turbo. Dwie turbosprężarki, to był doskonały pomysł i zmniejszenie zużycia paliwa o niemal 10 proc. Podczas gdy inne załogi musiały dotankowywać paliwo, Audi nie wykonywał tej operacji tak często. Ponadto znakomite osiągi, dynamika i pobity czas jednego okrążenia. To był nokaut dla konkurencji. O wtrysku bezpośrednim Volkswagena zaczęto mówić głośno i bardzo pozytywnie.
Alfa Romeo nie powiedziała jeszcze ostatniego słowa, Opel wprowadza serię Ecotec Direct
Rok 2002 to seryjny silnik dla Alfy Romeo 156 JTS (Jet Thrust Stechiometry). Dział konstrukcyjny Alfy pozyskał co najmniej jednego inżyniera ze stajni Ferrari. Trudno zatem się dziwić, że po znanej koncepcji dwóch świec na cylinder TwinSpark wtrysk bezpośredni zagościł na stałe w dynamicznych motorach Alfy.
Dalej koncepcje wypadają jak z rękawa. Rok 2003 to doskonały motor 1.8 Duratec SCi dla Forda Mondeo oraz niskociśnieniowy wtrysk w jednostce N73 V12 koncernu BMW.
Rok później General Motors prezentuje swój autorski projekt motoru 2.2 Ecotec Direct (Opel/Vauxhall) 155KM. Przypomnijmy, że w jednostkach do 1600 ccm Opel stosuje inna technologię TwinScroll. Zaletą zastosowania systemu bezpośredniego wtrysku jest wyższy stopień sprężania 12:1 niż w silniku konwencjonalnym. Mieszanka paliwowo-powietrzna jest chłodzona poprzez wtrysk wewnętrzny, co skutkuje dalszym wzrostem mocy. Poziom zużycia paliwa jest ok. 6 proc. niższy niż w silniku tradycyjnym, przy nieco wyższym momencie obrotowym (do 10 proc.) i większej mocy do 6 proc.
Mazda rzuca rywali na kolana technologią Skyactiv
Wreszcie rok 2005 do słynny już motor Mazdy DISI (Direct Injection Spark Ignition). Jego najciekawsza odmiana jest wersja MZR 2.0 z obiegiem Millera. Dodajmy, że praktycznie większość jednostek Mazdy po 2013 roku będzie produkowana w technologii Skyactiv.
fot. Artur Kania, autoflesz.com \ nowa Mazda6 Skyactiv
Dla przykładu silnik benzynowy SKYACTIV-G osiąga poziom zużycia paliwa, który do tej pory był zarezerwowany dla rozwiązań hybrydowych. Co ciekawe, wydajny motor benzynowy z WB charakteryzuje się nieprawdopodobnie wysokim stopniem sprężania 14,0:1. To najwyższy na świecie współczynnik osiągnięty przez produkowany fabrycznie silnik benzynowy.
Co to oznacza: jednostka zużywa o 15 proc. mniej paliwa, a moment obrotowy zwiększa się o 15 proc.
Toyota nie zaniechała wtrysku bezpośredniego i wykorzystuje go w napędach hybrydowych
Na koniec słów kilka o Toyocie, która już w 1998 roku miała gotową konstrukcję silnika D-4 (Direct Injection 4 stroke Gasoline Engine) z wtryskiem bezpośrednim (z elektroniką DENSO). Tu należy wymienić motor 1AZ-FSE i bardziej rozbudowany 2GR- FSE. Z technologii WB wydatnie korzystają też najbardziej wyrafinowane silniki lepiej urodzonego Lexusa. Te pracujące w układzie hybrydowym – a jest to zdecydowana większość - mają obieg Atkinsona.
Należy się też wyjaśnienie. Wielu kierowców lub właścicieli Toyot błędnie interpretuje wtrysk bezpośredni direct injection z direct ignition. W angielskim tłumaczeniu - to ostatnie - oznacza świecę bezpośrednio zintegrowana z cewką. Nie ma więc mowy o wtrysku bezpośrednim, nawet dokładając zmienne fazy rozrządy VVT-i. Zatem w przypadku Toyoty Avensis 2.0 z silnikiem 1AZ-FSE możemy pochwalić się przed sąsiadką, że mamy najlepszy silnik z WB na osiedlowym parkingu!
Możliwości konwersji gazowych
Praktycznie wszystkie z wymienionych w naszym opracowaniu silników mogą być poddane konwersji gazowej. Do jednostek FSI, TFSI czy TSI już gotowe są instalacje gazowe z najwyższej półki, o których mówił mistrz Józef Dudzianiec. Do innych, z całą pewnością też, o ile firma JTG HP posiada dedykowany zestawy. Najważniejsze, aby takiej konwersji dokonać tylko u artystów. To oni zadecydują czy można dokonać konwersji, wybiorą najlepszy dedykowany zestaw, udzielą gwarancji, aby jazda była przyjemnością. Czekamy na pytania od Czytelników, równiez w sprawie instalacji gazowych CNG.
Źródło: wikipedia.org, dane t-t producentów