Modul de funcționare și caracteristicile sistemului de injecție al unui motor diesel au impact semnificativ asupra emisiilor poluante. Printr-o optimizare adecvată și un control precis al injecției, emisiile poluante ale motorului termic pot fi reduse începând cu faza de ardere a amestecului aercombustibil.
Avansul sistemelor electronice de control al motoarelor a permis controlul optim al presiunii de injecție, a fazelor și a cantității de combustibil injectată în cilindri.
La sistemele de injecție mecanice, cu pompe de injecție cu elemente în linie sau rotative, presiunea de injecție depinde de turația pompei.
De asemenea, cantitatea de combustibil se injectează într-o singură fază (etapă), pe fiecare ciclu de funcționare. Acest mod de injecție are următoarele dezavantaje:
- creșterea rapidă a presiunii în cilindru, ce are ca efect zgomot semnificativ al combustiei;
- creșterea rapidă a temperaturii, cu efect asupra creșterii emisiilor de Nox;
- arderea incompletă a combustibilului, cu efect asupra creșterii emisiilor de HC, CO și particule.
Principiul divizării injecției la motoarele diesel
Prin divizarea injecției, cantitatea totală de combustibil este injectată în cilindru prin injecții succesive și nu continuu. Masa totală de combustibil, pe cursa pistonului (pe ciclu), va fi aceeași dar injectată succesiv. De exemplu, în loc să injectăm 10 mg de combustibil printr-o singura injecție se efectuează 3 injecții succesive, a căror masă de combustibil însumată este tot 10 mg.
Pentru a putea aplica această strategie, sistemul de injecție trebuie să lucreze la presiuni înalte (1500 – 2000 bari), iar injectoarele să fie suficient de rapide pentru a putea efectua injecțiile succesive pe același ciclu.
Divizarea injecției la motoarele diesel
- injecție pre-pilot (pilot 1)
- injecția pilot (pilot 2)
- injecția principală
- post injecția
- post injecția târzie
A – debutul injecției divizate
B – sfârşitul injecției divizate
a – debutul injecției clasice (simple)
b – sfârşitul injecției clasice (simple)
PMI – punctul mort interior
Sistemele moderne de injecție de combustibil ale motoarelor diesel sunt capabile să efectueze 5 injecții pe ciclu motor.
Masa totală de combustibil ce trebuie injectată se calculează în funcție de cuplul motor cerut prin poziția pedalei de accelerație. Tabelul de mai jos sintetizează caracteristicile și avantajele fiecărei secvente a injecției divizate:
Influența injecției divizate asupra performanțelor și a emisiilor unui motor diesel
Formarea de oxizi de azot (NOx) poate fi redusă prin scăderea temperaturii de ardere sau prin utilizarea unei cantități mai mare de gaze arse recirculate (EGR). Dar, aplicarea acestor metode, are ca impact creșterea emisiilor de particule, deoarece oxigenul este insuficient iar temperatura nu permite arderea totală a combustibilului. Din acest punct de vedere, reducerea simultană a emisiilor de NOx și a particulelor, la un sistem de injecție clasic, fără divizare, devine misiune imposibilă. Prin efectuarea injecției pilot, viteza de creștere a presiunii în cilindru este controlată. Astfel este redus zgomotul de combustie precum și emisiile de oxizi de azot. Putem spune că utilizarea injecției pilot are ca efect o ardere mai lină, progresivă a amestecului aercombustibil.
Energia generată de motorul termic este rezultatul injecției principale de combustibil. Cuplul motor este generat cu ajutorul injecției principale, această secvență a injecției fiind cea care produce presiunea medie efectivă în cilindru. Post injecția are ca efect continuarea procesului de ardere, pe o durata mai mare de timp, pe cursa de destindere. Astfel, se păstrează o temperatură ridicată în cilindri care are ca efect continuarea arderii particulelor. Post injecția întârziată este utilizată doar în modul de regenerare a filtrului de particule și constă în continuarea combustiei în filtru ce are ca efect arderea particulelor stocate de acesta.
Controlul injecției divizate în funcție de regimul de funcționare al motorului
Numărul de injecții, cantitatea de combustibil injectată și durata fiecărei injecții este controlată de calculatorul de injecție. În funcție de regimul de funcționare al motorului (dat de poziția pedalei de accelerație și turație) și de modul de combustie (normal sau regenerare filtru) calculatorul de injecție decide numărul de injecții pe ciclu. La turații și sarcini mici se efectuează injecția cu cele mai multe secvențe, iar la turații mari, datorită timpului scurt de efectuare al arderii, injecția se efectuează într-o singură secvență. Utilizarea injecției divizate permite reducerea emisiilor de NOx și a particulelor, reduce consumul de combustibil precum și zgomotul din timpul funcționării. Această strategie de control al injecție depinde foarte mult de performanțele sistemului de injecție în ceea ce privește presiunea de injecție și rapiditatea
de deschidere și închidere al injectoarelor. Cu toate că injecția divizată nu este transparentă utilizatorului unui automobil, aceasta reprezintă un mare salt înainte în ceea ce privește performanțele dinamice și de consum motorului diesel.
