Zážihový motor s priamym vstrekovaním paliva je typ piestového spaľovacieho motora, ktorý narozdiel od zážihového motora s jednobodovým či viacbodovým vstrekovaním paliva alebo karburátorovým spôsobom prípravy zmesi nespaľuje len homogénnu zmes.

Palivo sa vstrekuje priamo do valca počas nasávacieho alebo kompresného zdvihu pomocou vstrekovacích ventilov, pričom sa rozprašuje a odparuje ešte pred tým, ako zapaľovacia sviečka zapáli zmes pomocou iskry.

Obsah

• Funkcia zážihového motora s priamym vstrekovaním
• Režim s homogénnou zmesou
• Režim s homogénnou prevádzkou a chudobnou zmesou
• Režim s homogénnou prevádzkou a vrstveným plnením
• Režim s homogénnou prevádzkou a ochranou pred detonačným spaľovaním
• Režim s vrstvenou zmesou
• Režim s vrstvenou zmesou a zahrievaním katalyzátora
• Spaľovanie vrstvenej zmesi
• Konštrukčné riešenie vrstvenej prípravy zmesi
• Zážihový motor s priamym vstrekovaním paliva

Funkcia zážihového motora s priamym vstrekovaním

Zážihový motor s priamym vstrekovaním paliva vytvára pracovnú zmes paliva a vzduchu až v spaľovacom priestore, čo znamená, že ide o vnútornú tvorbu zmesi.

Pri tomto spôsobe prípravy zmesi nedochádza ku kondenzačným stratám, zapríčinených kondenzovaním paliva na stenách sacieho potrubia. Taktiež načasovanie vstreku paliva, ale aj množstvo vstreknutého paliva je veľmi presné, vďaka čomu sa znižuje spotreba paliva.

V závislosti od zaťaženia, otáčok, teploty motora a ďalších parametrov pracuje zážihový motor s priamym vstrekovaním v rôznych režimoch s rozdielnym zložením zmesi:

Režim s homogénnou zmesou:

Pri tomto režime sa palivo vstrekuje už počas nasávacieho zdvihu, vďaka čomu sa dosiahne dostatočný čas na vytvorenie rovnomerne zloženej zmesi. V takomto prípade ide o stechiometrickú zmes λ = 1, pri ktorej dochádza k úplnému spáleniu paliva, v celom jeho objeme.

Súvisiaci článok - 

Stechiometrická zmes: Vedel si, o aký typ zmesi ide?

V tomto režime zážihového motora s priamym vstrekovaním sa priebeh spaľovania, spotreba paliva, emisie a ďalšie parametre veľmi nelíšia od zážihového motora s viacbodovým vstrekovaním.

Tento režim je univerzálny a motor by v ňom mohol pracovať vo všetkých režimoch, bez ohľadu na otáčky, teplotu či zaťaženie motora. Tým by sa však motor pripravil o výhody vrstveného plnenia, čo je práve dôvod, prečo sa tento režim využíva hlavne pri vysokých otáčkach a zaťažení motora.

Režim s homogénnou prevádzkou a chudobnou zmesou:

Pri tomto režime dosahuje zážihový motor s priamym vstrekovaním nižšiu spotrebu paliva ako pri režime s homogénnou zmesou vďaka vyššej plniacej účinnosti, pretože škrtiaca klapka je otvorená viac ako pri režime s homogénnou zmesou.

Zloženie zmesi pri tomto režime je 1 < λ < 2.

Režim s homogénnou prevádzkou a vrstveným plnením:

Pri tomto režime dosahuje súčiniteľ prebytku vzduchu hodnotu λ > 2 a palivo sa vstrekuje dvakrát. Počas prvého vstreku, ktorý prebieha počas nasávacieho zdvihu, sa do spaľovacieho priestoru dopraví približne štvrtina dávky paliva na jeden cyklus, vďaka čomu sa vytvára homogénna zmes.

Súvisiaci článok - 

Súčiniteľ prebytku vzduchu: Ako ovplyvňuje jeho hodnota chod motora?

Zvyšok paliva sa vstrekuje až počas fáze kompresie, pričom je jeho úlohou vytvoriť v oblasti zapaľovacej sviečky dobre zápalnú bohatšiu zmes.

Režim s homogénnou prevádzkou a ochranou pred detonačným spaľovaním:

Tento režim je primárne určený pre vysoké zaťaženia pri nízkych otáčkach motora, kedy by mohlo dochádzať k detonačnému spaľovaniu. Pri tomto režime sa opäť ako pri predošlom režime využíva dvojitý vstrek paliva.

Súvisiaci článok - 

Detonačné spaľovanie: Čo to je a čo ho spôsobuje?

Druhá dávka paliva sa tak vstrekne počas fáze kompresie, čím sa zníži teplota a tlak v spaľovacom priestore, vďaka čomu sa zabráni detonačnému spaľovaniu.

Režim s vrstvenou zmesou:

Pri tomto režime sa palivo vstrekuje do spaľovacieho priestoru počas kompresného zdvihu len krátko pred tým, ako zapaľovacia sviečka zapáli zmes pomocou iskry.

Palivo sa so vzduchom nestihne dobre premiešať a motor pracuje s chudobnou zmesou, pri ktorej je súčiniteľ prebytku vzduchu λ > 1, no v oblasti zapaľovacej sviečky sa nachádza dobre zápalná zmes, ktorá sa zapáli pomocou iskry.

Súvisiaci článok - 

EGR ventil: Ako funguje a čo sa stane ak nefunguje správne?

Pri tomto režime sa taktiež intenzívne využíva recirkulácia výfukových plynov z predošlých cyklov, ktorú zabezpečuje EGR ventil.

Jednoducho povedané, v oblasti sviečky sa nachádza dobre zápalná zmes a v ostatných častiach spaľovacieho priestoru sa zas nachádza chudobná zmes alebo výfukové plyny z predošlých cyklov. Režim s vrstvenou zmesou je vhodný skôr pre nižšie až stredné otáčky motora.

Režim s vrstvenou zmesou a zahrievaním katalyzátora:

Tento režim sa využíva len na zahriatie katalyzátora na jeho prevádzkovú teplotu. Princíp práce motora počas tohoto režimu je rovnaký ako pri predošlom režime až na jeden rozdiel.

Súvisiaci článok - 

Katalyzátor: Aká je jeho funkcia a ako sa môže poškodiť?

Počas expanzie sa totiž do spaľovacieho priestoru vstrekne ešte jedna dávka paliva navyše, vďaka čomu sa zvyšuje teplota vo výfukovom potrubí a tým aj teplota katalyzátora.

Spaľovanie vrstvenej zmesi:

Aby bola zabezpečená kvalita spaľovacieho procesu pri vrstvenej zmesi, je potrebné zosúladiť tvar spaľovacieho priestoru, dna piestu, vzájomné umiestnenie zapaľovacej sviečky a vstrekovača, ale aj rýchlosť prúdenia vzduchu, smer, tvar a správny okamih vstreku lúča paliva.

Spaľovanie vrstvenej zmesi teda môžeme rozdeliť na:

• Spaľovanie vedené lúčom paliva - palivo musí byť vstreknuté v tesnej blízkosti zapaľovacej sviečky

• Spaľovanie vedené stenami spaľovacieho priestoru - palivo sa vstrekuje do prúdu vzduchu, ktorý vďaka vhodným tvarom stien valcov a dna piesta privedie zmes paliva a vzduchu v správnu chvíľu k zapaľovacej sviečke.

Konštrukčné riešenie vrstvenej prípravy zmesi:

1. Priame vstrekovanie so sviečkami a vstrekovačmi blízko seba

2. Priame vstrekovanie so sviečkami a vstrekovačmi ďaleko od seba

1. Priame vstrekovanie so sviečkami a vstrekovačmi blízko seba

Pri tomto konštrukčnom riešení vrstvenej prípravy zmesi sa využíva spaľovanie vedené lúčom. Vstrekovač teda vstrekne palivo do spaľovacieho priestoru, pričom lúč paliva priamo zasahuje do oblasti elektród zapaľovacej sviečky.

Výhody:

• veľké vrstvenie zmesi vďaka ostrekovaniu okolia sviečok, vďaka čomu je zmes v ich okolí vždy dostatočne bohatá, no vo zvyšku spaľovacieho priestoru sa nachádza extrémne chudobná zmes

Nevýhody:

• krátky čas na prípravu zmesi, čo znižuje jej kvalitu

• závislosť tvaru lúča od kompresného tlaku

• problémy so studeným štartom motora

• vysoké nároky na vstrekovače

2. Priame vstrekovanie so sviečkami a vstrekovačmi ďaleko od seba

Pri tomto konštrukčnom riešení vrstvenej prípravy zmesi sa využíva spaľovanie vedené stenami spaľovacieho priestoru.

Výhody:

• dlhší čas na prípravu zmesi, čo zvyšuje jej kvalitu

• lepšie premiešanie paliva a vzduchu (menšie vrstvenie)

Nevýhody:

• rozvrstveniu zmesi napomáha tvar spaľovacieho priestoru

• v prípade veľkých turbulencií v spaľovacom priestore sa nedosahuje požadovaného rozvrstvenia zmesi

Zážihový motor s priamym vstrekovaním paliva:

Výhody:

• vyšší výkon motora

• nižšia spotreba paliva (15 až 30%)

• presné dávkovanie paliva

Nevýhody:

• nižšia spoľahlivosť

• náročnejšia konštrukcia

• pri spaľovaní nehomogénnej zmesi sa produkuje viac oxidov dusíka, ale aj pevných častíc