Wtryskiwacze benzyny

Geneza i zastosowanie.

Zasilanie paliwem silników benzynowych przeszło znaczną ewolucję w czasie ostatnich dekad. Od początku istnienia tego typu silników inżynierowie starali się poprawić efektywność ich zasilania w celu osiągnięcia większej sprawności, mocy oraz ograniczenia zużycia paliwa. Od prostych gaźników, przez mechaniczne i elektroniczne systemy wtrysku, aż po zaawansowane technologie wtrysku bezpośredniego, każde rozwiązanie miało swoje unikalne zalety i wady. Obecne technologie wtrysku bezpośredniego (GDI) reprezentują szczyt precyzji i wydajności, chociaż rozwój w tej dziedzinie nadal trwa, dążąc do jeszcze większej efektywności i ekologiczności. Zaawansowane układy wtryskowe są w stanie lepiej kontrolować proces spalania, co prowadzi do znacznego obniżenia emisji szkodliwych substancji. Dzięki temu samochody są bardziej przyjazne dla środowiska i spełniają surowsze normy emisji. 

Przełomowym momentem w rozwoju technologii wtryskowej było wprowadzenie systemów wtrysku paliwa w latach 60. Firma Bosch zaprezentowała wtedy D-Jetronic, pierwszy elektroniczny system wtrysku paliwa, który umożliwiał bardziej precyzyjne dozowanie paliwa dzięki wykorzystaniu czujników i elektronicznego sterownika. W kolejnych dekadach technologia ta była stopniowo udoskonalana, a w latach 80. pojawiły się bardziej zaawansowane systemy, takie jak L-Jetronic, który jako pierwszy używał przepływomierza masy powietrza. 

Na rynku występowały układy posiadające tylko jeden centralny wtryskiwacz zastępujący gaźnik (stąd nazwa wtrysk jednopunktowy), ale ich miejsce stosunkowo szybko zajęły układy, w których paliwo do każdego cylindra podawane jest przez osobny wtryskiwacz (tzw. wtrysk wielopunktowy). Potrzeba dokładnego sterowania pracą silnika oraz ograniczenia zużycia paliwa poskutkowały opracowaniem sekwencyjnego sterowania wtryskiwaczami, czyli indywidualnego regulowania otwarcia i zamknięcia każdego z nich. W dalszej kolejności opracowano seryjnie produkowane systemy bezpośredniego wtrysku benzyny, co jeszcze bardziej ograniczyło zużycie paliwa oraz przyczyniło się do zmniejszenia emisji spalin.

Budowa i zasada działania.

Układ wtryskowy silnika benzynowego składa się z kilku podstawowych komponentów:

1. Zbiornik paliwa
2. Pompa paliwa
3. Filtr paliwa
4. Pompa wysokiego ciśnienia (w układach wtrysku bezpośredniego)
5. Zawór regulacji ciśnienia paliwa
6. Szyna paliwowa
7. Czujnik/czujniki ciśnienia i temperatury paliwa
8. Wtryskiwacze paliwa
9. Elektroniczny sterownik silnika oraz szereg czujników i nastawników 

Wtryskiwacz benzyny zawiera w sobie następujące elementy:

1. Obudowa wtryskiwacza
2. Zawór sterujący (cewka lub piezoelement)
3. Iglica
4. Dysza
5. Filtr wlotowy oraz uszczelki

Wtryskiwacze benzyny są końcowym ogniwem układu wtryskowego i odpowiadają za precyzyjne podawanie odpowiedniej dawki paliwa do cylindrów silnika. Paliwo zasysane ze zbiornika jest pompowane pod ciśnieniem w układ, a następnie oczyszczane przepływając przez filtr. W układach wtrysku pośredniego paliwo trafia do zasobnika, a stamtąd do wtryskiwaczy. W układach wtrysku bezpośredniego pomiędzy filtrem paliwa a zasobnikiem (szyną) znajduje się pompa, która wytwarza wysokie ciśnienie paliwa. Wtrysk paliwa następuje po otwarciu wtryskiwacza, co realizowane jest poprzez zasilenie elementu wykonawczego, jakim najczęściej jest cewka. W niektórych rozwiązaniach, szczególnie w układach wtrysku bezpośredniego, występują wtryskiwacze piezoelektryczne. Proces rozpoczyna się od elektronicznego sterownika silnika (ECU), który na podstawie sygnałów z różnych czujników (takich jak czujnik masowego przepływu powietrza, czujnik położenia wału korbowego, czujnik temperatury silnika itd.) decyduje o ilości paliwa, jaka ma być wtryskiwana do silnika. ECU wysyła impuls elektryczny do cewki elektromagnesu wtryskiwacza, co generuje pole elektromagnetyczne. Pole magnetyczne przyciąga rdzeń elektromagnesu, który jest połączony z iglicą (zaworem iglicowym). Siła magnetyczna pokonuje opór sprężyny, która normalnie utrzymuje iglicę w pozycji zamkniętej, i unosi ją, otwierając wtryskiwacz. Gdy iglica jest podniesiona, otwiera się droga przepływu dla paliwa. Paliwo pod wysokim ciśnieniem przepływa przez dyszę wtryskiwacza i jest rozpylane do komory spalania lub kolektora dolotowego. Dysza wtryskiwacza jest zaprojektowana tak, aby tworzyć drobną mgiełkę paliwa, co zapewnia lepsze mieszanie z powietrzem i bardziej efektywne spalanie. Po zakończeniu impulsu elektrycznego wysyłanego przez ECU, prąd przestaje przepływać przez cewkę elektromagnesu. Pole magnetyczne zanika, a sprężyna przywraca iglicę do pozycji zamkniętej. W ten sposób wtryskiwacz zamyka się, przerywając przepływ paliwa.

Głównym zadaniem wtryskiwacza jest podanie odpowiednio odmierzonej dawki paliwa do cylindra silnika. Porcja paliwa musi być dokładnie rozpylona i rozdrobniona w celu zapewnienia odpowiedniego odparowania, wymieszania z powietrzem i spalenia. W tym celu wtryskiwacz musi być precyzyjnie i szybko sterowany oraz zasilany paliwem o odpowiednio wysokim ciśnieniu. 

Proces regeneracji.

Niestety wtryskiwacze benzyny nie podlegają regeneracji w pełnym rozumieniu tego słowa. Wynika to głównie z ich konstrukcji – większości z nich nie można rozłożyć na części bez nieodwracalnego uszkodzenia, więc dostęp do elementów składowych jest niemożliwy. Z tego powodu nie istnieją procedury regeneracji, a producenci nie dostarczają części zamiennych.

W przypadku większości wtryskiwaczy benzyny można więc mówić tylko o ich oczyszczeniu oraz sprawdzeniu dawkowania i jakości rozpylania paliwa.

Zdemontowane z silnika wtryskiwacze są poddawane wstępnej ocenie wizualnej. W tym etapie sprawdza się stan zewnętrzny wtryskiwaczy oraz poszukuje wszelkich widocznych uszkodzeń. Wtryskiwacze są umieszczane w kąpieli ultradźwiękowej, która skutecznie usuwa nagromadzone zanieczyszczenia i osady. Proces ten polega na wykorzystaniu fal ultradźwiękowych do generowania mikroskopijnych bąbelków, które implodując, odrywają zanieczyszczenia z powierzchni wtryskiwacza. Używane przez nas stanowiska testowe wtryskiwaczy wyposażone są również w funkcję płukania wstecznego, dzięki której możliwe jest usuniecie osadów i złogów z wnętrza wtryskiwacza.

Po czyszczeniu wtryskiwacze są testowane na specjalnych stanowiskach testowych, które symulują warunki pracy w silniku. Sprawdza się tutaj szczelność, dawkę paliwa oraz jakość jego rozpylania. Testy wykonywane są przy różnych ciśnieniach, aby upewnić się, że wtryskiwacz działa poprawnie w całym zakresie pracy.

Jeżeli wtryskiwacz nie jest uszkodzony lub zużyty mechanicznie oraz sprawny elektrycznie, jego czyszczenie przynosi zadowalające efekty i pozwala użytkować go jeszcze przez długi czas.

Przyczyny i rodzaje uszkodzeń.

Najczęstsze objawy uszkodzenia wtryskiwaczy benzyny to:

1. Nierówna praca silnika
2. Utrata osiągów silnika
3. Zwiększone zużycie paliwa
4. Wypadanie zapłonu
5. Świecąca kontrolka awarii silnika (check engine)

Najczęstsze przyczyny awarii wtryskiwaczy benzyny:

1. Zanieczyszczenie, zła jakość paliwa
2. Nagromadzenie osadów
3. Działanie zbyt wysokiej temperatury
4. Zużycie mechaniczne
5. Problemy z komponentami eklektycznymi