(VIDEO) Probleme ştiute şi neştiute ale motoarelor moderne cu injecţie directă, în viziunea inginerilor

Motoarele moderne pe benzină au adoptat într-o măsură aproape universală injecţia directă, renunţând la cea anterioară, multipoint sau MPI, iar această schimbare este prezentată de obicei ca o evoluţie. Însă, din punct de vedere ingineresc, ea aduce şi beneficii, dar şi efecte adverse, care se pot transforma în probleme în exploatare.

Aşadar, ce înseamnă injecţie directă şi indirectă, de fapt, care e deosebirea efectivă între ele? Răspunsul e simplu — la injecţia indirectă, combustibilul e injectat în admisie, exact înainte de valvele de admisie, formând acolo mixtura de ardere, care intră ulterior în cilindru şi este aprinsă de bujie, astfel având loc combustia. La injecţia directă, injectorul e poziţionat mai jos de valve, la vârful cilindrului, iar astfel injectarea combustibilul are loc direct în cilindru. Iar această schimbare dă şi câteva efecte.

Imagine: o reprezentare simplă a inecţiei indirecte (stânga) faţă de cea directă (dreapta)

Cel mai cunoscut efect sunt formarea depunerilor de valvele de admisie, mai ales în tandem cu existenţa unui sistem EGR de recirculare a gazelor de eşapament. În aceste gaze de eşapament pot nimeri reziduuri de ulei sau de carbon, iar atunci când sistemul EGR le direcţionează din nou în admisie ele ajung să se depună încet pe acele valve de admisie. La injecţia multipoint injectoarele practic „spală” în permanenţă valvele, păstrându-le mult mai curate, pe perioadă mult mai îndelungată. La injecţie indirectă, cu injectoarele poziţionate mai jos în cilindru, nu mai are cine curăţa mecanic acele valve.

Foto: Valvă de admisie cu depuneri dintr-un motor cu injecţie directă

Mutarea locului în care e injectat combustibilul direct în cilindru dă acestuia mai puţin timp să formeze mixtura necesară. Tocmai de asta, injectoarele indirecte au porturi mai largi şi presiune mai joasă de operare, în timp ce injecţia directă foloseşte porturi mai subţiri dar cu presiune mult mai mare, pentru a accelera formarea mixturii pe această cale. Asta pune din nou în avantaj injecţia indirectă, de fapt, care va avea o mixtură mai bună formată în mod natural, care e benefică pentru pornirea la rece a motorului, acesta putând asigura mai bine combustia în acele condiţi. La injecţia directă, datorită faptului că injectorul pulverizează benzina în cilindru, apare un efect de răcire a pereţilor cilindrului şi a mixturii prin însăşi lichidul pulverizat. Acest efect fizic aduce, însă, beneficii ce permite arderea mixturii la o rată de compresie mai mare, cu o presiune mai mare asigurată în fluxul de admisie prin turbină, iar în final se obţine o ardere cu randament mai mare. Tocmai acest efect, a determinat, de fapt, migrarea industriei auto către motoare de cilindree mai mică, dar cu turboaspirare şi putere mai mare.

Însă, la nivel ingineresc, din cauza timpului mai mic de formare a mixturii, mai ales la motoare mai reci apare efectul când se formează zone cu mixtură îmbogăţită în cilindru, iar astfel rămân zone unde combustibilul nu reuşeşte să ardă complet. Ulterior, aceste mici reziduuri pot ajunge prin inelele pistonului către zona arborelui cotit. Soluţiile moderne pentru acest fenomen presupun ca acele reziduuri de combustibil nears să nu fie separate sau filtrate, ci să ajungă cât mai diluate cu uleiul de motor, pentru a circula în sistemul de lubrifiere, până la schimbul de ulei. Acestei mici particule pot însă accelera uzura lanţului de distribuţie, în special a punctelor de contact de pe lanţ. Asta determină o uşoară alungire a lanţului, iar asta începe a da probleme în corectitudinea timpilor de funcţionare a supapelor, supapele de admisie şi de evacuare având astfel mici întârzieri în timpii de deschidere. Ca acest efect să fie minimizat, cheia e în folosirea uleiului corect, care a fost testat şi omologat pentru a minimiza aceste efect.

Un alt efect al aceleiaşi probleme e că uleiul îşi modifică vâscozitatea în urma diluării acelor particule de combustibil nears. Iar efectul modificării vâscozităţii este, de obicei, în uzura accelerată a componentelor interioare ale motorului, de la cuzineţi până la alte componente lubrifiate. Şi tocmai aşa motoarele moderne cu injecţie directă şi cu intervale recomandare de 25-30 mii km ajung să se uzeze în regim mai accelerat către circa 150 mii km. Efectul poate fi atenuat în câteva cazuri — dacă regimul de exploatare a motorului nu are preponderent călătorii scurte de până la 15 minute, efectuându-se periodic călătorii mai lungi, de peste 30 minute, care ajută la încălzirea uleiului, şi filtrarea parţială a uleiului prin vaporizarea acelui combustibil nears din el cu arderea acelor vapori prin recircularea gazelor în sistemul EGR. Deci, călătoriile mai lungi, efectuate periodic, sunt esenţiale pentru durata de viaţă a motoarelor moderne. De asemenea, intervalul de schimb de ulei ar trebui scurtat la 10, 12 sau maxim 15 mii km, dar nicidecum 25-30 mii km.

Un alt efect neştiut vine de la presiunea mare în cilindri la turaţii joase — exact acel efect de elasticitate la turaţi joase ale motoarelor turbo, pe care ni-l dorim cu toţii. Presiunea mare în cilindru, însă, asigurată de turbină, în tandem cu turaţiile mici, pot provoca combustia spontană în anumite zone ale mixturii de aer mai devreme decât apare scânteia din bujie, iar asta poate termina probleme mecanice mari ale motorului cu o uzură accelerată. Din nou, s-a observat că un ulei cu formulă ce previne formarea calcifierilor ajută şi la minimizarea acestui risc, aşa că, din nou, e primordială folosirea unui ulei corect, certificat corespunzător.

Aşadar, injecţia directă ne-a adus tuturor posibilitatea turboaspirării mai intense a motoarelor şi obţinerea unei elasticităţi şi puteri mai mari a motoarelor, inclusiv a celor mai mici, însă a adus totodată şi o mulţime de efecte adverse inginereşti, de care trebuie să ţinem cont. Nici una din aceste probleme nu e gravă şi iremediabilă dacă le cunoaştem şi ţinem cont de ele în exploatare, şi toate soluţiile pot fi rezumate la câteva sfaturi esenţiale: schimb de ulei la maxim 10-15 mii km, neapărat cu ulei certificat cu calităţile necesare (nu neapărat original de producător, dar foarte bun şi certificat) şi asigurarea unui regim de exploatare din care nu lipsesc din când în când călătoriile mai lungi de 30 minute.

Vezi totul explicat şi grafic în video-ul de mai jos.