Polttoaineensuihkutus
Polttoaineensuihkutus on järjestelmä, jonka avulla polttoaine syötetään polttomoottorin palotilaan. Dieselmoottoreissa polttoaineensuihkutus on välttämättömyys, ottomoottoreissa se on vaihtoehto kaasuttimelle. Kaasuttimella ei kuitenkaan voitu säädellä polttoaineen syöttöä niin tarkasti, että 90-luvun alussa kiristyneet päästöluokitukset olisi voitu täyttää. Erityisesti kolmitoimikatalysaattorin toiminta edellyttää tarkasti oikeaa seossuhdetta, minkä aikaansaaminen ja jatkuva ylläpito eri käyttöolosuhteissa on kaasuttimen avulla lähes mahdotonta. Nämä ongelmat pakottivat lopulta siirtymään täysin suihkutuslaitteiden käyttöön.[1]
Kaasutin- ja suihkutusjärjestelmän suurin eroavaisuus löytyy tavasta, jolla polttoaine atomisoidaan ja sekoitetaan paloilmaan. Suihkutusjärjestelmässä polttoaine työnnetään ruiskusuuttimesta kovalla paineella, jolloin se hajoaa sumuksi. Ottomoottorin kaasuttimessa polttoaine syötetään moottoriin imuilman joukkoon ennen kaasuttimen kurkkua (kiinteäkurkkuiset kaasuttimet), joka kiihdyttää ilman ja polttoaineen muodostaman seoksen virtausnopeutta ja samalla atomisoi polttoaineen.
Sisällysluettelo
Tavoitteet
Polttoaineensuihkutusjärjestelmän toiminnalliset tavoitteet saattavat vaihdella. Kaikkien järjestelmien päätehtävänä on toimittaa polttoainetta moottorin palotapahtumaan, mutta lisäksi järjestelmissä voidaan painottaa yhtä tai useampaa osa-aluetta. Alla on listattu joitain järjestelmille asetettavia tavoitteita, jotka saattavat osin jopa kamppailla toisiaan vastaan:
- Voiman tuotto
- Polttoainetaloudellisuus
- Kyky pysyä annetuissa päästörajoissa
- Kyky hyödyntää vaihtoehtoisia polttoaineita
- Luotettavuus
- Ajettavuus ja pehmeä toiminta
- Valmistuskustannukset
- Huoltokustannukset
- Kyky itsediagnoosiin
- Kyky toimia eri ympäristöissä ja olosuhteissa
- Moottorin virittäminen
Modernit, digitaalista dataa hyödyntävät, elektronisesti ohjatut suihkutusjärjestelmät, kykenevät huomattavasti parempaan tavoitteiden yhdistämiseen ja optimointiin kuin vanhemmat mekaaniset järjestelmät ja kaasuttimet.
Hyödyt
Polttoaineen suihkutusjärjestelmän etuja ovat täsmällisempi ja nopeampi kaasuläpän liike, parempi kylmäkäynnistyvyys, tasalaautuinen toiminta eri lämpötiloissa ja ilmanpaineissa, vakaampi tyhjäkäynti, vähentynyt huollon tarve ja parempi polttoainetalous.
Suihkutusjärjestelmä eliminioi erillisen mekaanisen rikastimen tarpeen. Yksinkertaisemmissa kaasutinjärjestelmissä kuljettajan oli huolehdittava manuaalisesti rikastimen säätämisestä moottorin lämpötilan mukaan. Sen lisäksi (suora)suihkutusjärjestelmien etuna on kyky kerrostettuun syöttöön. Kaasuttimella tätä ominaisutta ei ole.
Polttoaineen tasainen jakaminen sylintereittäin jo nelisylinterisessä rivimoottorissa yhdellä kaasuttimella on haastavaa, viisi- ja kuusisylinterisissä rivimoottoreissa vielä vaativampaa. Monet moottorivalmistajat käyttivät kahden tai useamman kaasuttimen järjestelmiä hiemankaan hintavamman luokan autoissa. Samoin esimerkiksi korkean suorituskyvyn omaavissa V8-moottoreissa saatettiin käyttää kahta tai kolmea kaksikurkkuista kaasutinta. Tällaiset järjestelmät olivat hintavia ja niiden säätäminen tasapainoon erikoisosaamista vaativa ala. Polttoaineen monipistesuihkutuksella on päästy tasaiseen sylinterikohtaiseen syöttöön.
Polttoaineen suihkutusjärjestelmä on lisäksi riippumaton asennon muutoksista. Uimurikammiolla varustettu kaasutin ei toimi ylösalaisin tai painottomassa tilassa, jotka ovat lentokonemoottoreille tyypillisiä toimintatiloja.
Rakenne ja toiminta
Ruiskutusjärjestelmät voidaan jakaa ruiskutusventtiilien suuttimien lukumäärän mukaan 1-piste- ja monipisteruiskutusjärjestelmiin. yksipisteruiskutuksessa yksi suutin syöttää polttoaineen kaikille moottorin sylintereille, kun taas monipisteruiskutuksessa jokaiselle sylinterille on oma ruiskutussuuttimensa. Ruiskutusjärjestelmät voidaan jakaa myös polttoaineen ruiskutuspaikan mukaan imusarjaruiskutusjärjestelmiin ja suoraruiskutusjärjestelmiin. Suoraruiskutusjärjestelmät suihkuttavat polttoaineen suoraan palotilaan. Imusarjaruiskutusjärjestelmissä polttoaine suihkutetaan imusarjaan, jossa se sekoituu imusarjassa virtaavaan ilmaan muodostaen polttoaineseoksen. Ruiskutusjärjestelmät voidaan jakaa ruiskutustapansa mukaan jaksottais- eli pulssi- ja jatkuvasuihkutteisiin laitteistoihin.
Suihkutusjärjestelmässä on polttoainelaitteet, jotka hallitsevat polttonesteen liikkeet järjestelmässä, ja ohjausjärjestelmä, joka ohjaa polttoainelaitteita. Ohjausjärjestelmä on yleensä elektroninen järjestelmä, jossa on ohjausyksikkö, joka ohjaa suihkutusventtiileitä antureilta saamansa tiedon perusteella. Polttoainelaitteita ovat polttoainepumppu, joka tuottaa järjestelmään tarvittavan polttoaineen paineen, polttoaineputkisto, joka johtaa polttoaineen haluttuihin kohteisiin, paineensäädin, joka huolehtii oikean ruiskutuspaineen säilyttämisetä, ja suihkutusventtiilit, jotka ohjaavat polttoaineen pääsyä moottoriin.
Yksipistesuihkutusjärjestelmät
Yksipistesuihkutusjärjestelmät eroavat toisistaan lähinnä rakenteellisesti. Kaikissa järjestelmissä on kuitenkin kaasuläpän yläpuolelle sijoitettu suihkutusventtiili, tasaisen seoksen jakautumisen vuoksi, ja niissä yleensä käytetään suihkutuspaineena hieman alle 1 baaria.
Eri polttoaineensuihkutusjärjestelmiä
Bosch-ruiskut
Muut ruiskut
- Denso
- Digifant (VW)
- GM Multec
- Hestec
- Hitachi
- IAW Weber
- Kefico
- Kugelfischer
- Lucas
- Magneti Marelli
- Mazda EGI
- Mitsubishi ECI
- Megasquirt
- Motec
- Pierburg
- Spica
Historia
Varhaisia ruiskutusmoottoreita valmisti saksalainen Gutbrod jo vuonna 1950 pienissä kaksitahtimoottoreissaan. Myös Goliath kokeili kaksitahtisessa moottorissaan suihkutusta. Ruiskutusmoottoreiden edelläkävijöitä ovat olleet Mercedes-Benz ja Peugeot, esimerkiksi Peugeot 404-mallissaan vuonna 1964.
