Vývoj tvorby směsi v zážehových motorech

Zážehové motory používají lehce odpařitelné tekutá nebo plynná paliva. Donedávna zabezpečoval přípravu směsi paliva a vzduchu  výhradně karburátor. První elektronický systém vstřikování D-Jetronic se objevil až v roce 1967.

Na proces přípravy směsi v zážehových motorech má vliv čas, který je k dispozici na přípravu, teplota směsi, vlastnosti paliva, konstrukce sacího traktu a spalovacího prostoru, samotný způsob přípravy (karburátorový, vstřikování - jednobodové, vícebodové, přímé, a pod.) a provozní režimy motoru.

Příprava směsi

Základním požadavkem u všech systémů přípravy směsi je, aby vytvářeli směs v závislosti na provozních parametrech a požadavcích motoru. To znamená, aby při velkém zatížení byla směs mírně bohatá, aby při částečném zatížení zabezpečovala co nejnižší spotřebu a nízké exhalace a aby při nízkém zatížení a volnoběhu byla směs bohatá atd. Nesmíme zapomenout ani na studené starty a zahřívání motoru, kdy má být směs bohatá. Při akceleraci by měla směs obohatit a při nuceném volnoběhu s vysokými otáčkami odpojit dodávku paliva. U motorů s vnější přípravou směsi -v sacím potrubí - by měla být směs vstupující do spalovacího prostoru homogenní a rovnoměrně rozdělená do každého válce.Jiná je však situace u zážehových motorech s přímím vstřikováním paliva, kde se při částečném zatížení vyžaduje tvorba vrstvené směsi. Důvodem je, že při spalovaní extrémně chudé směsi musíme na zapálení směsi vytvořit v místě zážehu lokálně bohatou směs.

Příprava směsi v karburátorech

Podávací palivové čerpadlo dodává palivo do palivové komory karburátoru, odkud se vlivem podtlaku v sacím potrubí dostává přes trysky s různými polohami a rozměry do proudu vzduchu v sacím potrubí. Proud vzduchu ho v difuzoru strháva; palivo se smíchává se vzduchem  a vytváří směs. Trysky ústí v difuzoru, kde je největší rychlost proudění vzduchu, podtlak je závislý na otevření škrtíc klapky a otáčkách motoru. Mimo to se v karburátoru nachází množství přídavných zařízení, určených k zabezpečení potřebného složení směsi. Takovými jsou například sytič nebo obohacovač směsi při akceleraci, první a druhý stupeň apod. karburátor však dodává palivo do sacího potrubí v jednom místě, proto je směs do jednotlivých válců rozdělovaná nerovnoměrně. Mimořádně  háklivé na tento neduh jsou motory škodovky, které měli pro dva válce společnou větev sacího potrubí a karburátor uprostřed. Mimo to žádné mechanické zařízení nemůže zabezpečit optimální složení směsi v každém provozním stavu.

Elektronický karburátor

Proto, jako druhý stupeň byl elektronický karburátor, který má řídící systém. Ten může být tabulkový, se zpětnou vazbou na lambda řízení nebo kombinovaný. Elektronický karburátor je schopný lépe přizpůsobovat složení směsi požadavkům motoru. Složení směsi se však k ideálnímu jen tady přibližuje, to je částečně způsobené i nerovnoměrným rozdělením směsi do jednotlivých válců, které přetrvává i u těchto karburátorů. Složení směsi se řídí prostřednictvím před-klapky, která ovládá průtok vzduchu.

Elektronické vstřikování

Požadavek co nejnižší spotřeby a nejnižších exhalací si vyžádalo vytvoření elektronického vstřikování paliva. I tady se danému množství vzduchu přiděluje požadované množství paliva. Vstřikuje se do sacího potrubí a to buď centrálně pro všechny válce společně (jednobodové vstřikování), před nasávací ventily každého válce vícebodové vstřikování) nebo přímo do válce (přímé vstřikování paliva). Podle  způsobu vstřikování rozdělujeme na kontinuální nebo sekvenční (diskontinuální) vstřikování.

Jednobodové vstřikování paliva

Vstřikování  může být kontinuální nebo sekvenční, vstřikovací ventil je umístěný obvykle na stejném místě jako karburátor. Tam může být nižší rychlost proudění vzduchu. Stejně, jako u předešlých systémů ani u jednobodového vstřikování není palivo do jednotlivých válců rozdělené rovnoměrně.

Vícebodové vstřikování

Palivo se vstřikuje do samostatné větve sacího potrubí nebo před sací ventily přímo do sacího kanálu v hlavě válců. Každý válec má svůj samostatný vstřikovací ventil, proto je rozdělení paliva do jednotlivých válců rovnoměrné. V praxi se setkáváme se systémy, které vstřikují palivo diskontinuálně, při otevřeném sacím ventilu nebo s libovolným přerušením a se vstřikováním kontinuálním.

Kontinuální vícebodové vstřikování paliva

Příkladem je systém Bosch K nebo KE -JETRONIC které zabezpečují změnu potřebného množství paliva prostřednictvím diferenčního děliče množství, ovládaného pohybem náporového kotouče v hlavním přívodu vzduchu a nastavovačem tlaku, který je u K - JET mechanický a u KE - JET  elektrohydraulický.

Diskontinuální vícebodové vstřikování paliva

U diskontinuálního vstřikovacího systému Bosch L - JETRONIC se množství paliva řídí časem otevření elektromagnetického vstřikovače . Množství vzduchu měří speciální snímač. Podobně pracuje i LH - JET-RONIC, D-JETRONIC.

V současnosti jsou vstřikovací systémy integrované se zapalovacím systémem  do jednoho celku. např. Bosch MOTRONIC, který zabezpečuje lambda řízení, antidetonační regulaci úhlu předstihu, obohacení směsi pri studeném startu, zahřívání motoru a akceleraci, stabilizaci volnoběžných otáček; odpojení přívodu paliva při nuceném volnoběhu a pod.,v přitom se samozřejmě nezapomnělo ani na samodiagnostiku. Systém omezuje maximální otáčky, řídí dopravní čerpadlo paliva, zapalovací systém, elektronický akcelerační pedál a pod.

Přímé vstřikování

Protože u přímého vstřikování je na přípravu směsi k dispozici kratší doba, musíme vstřikovat s vyšším tlakem, aby bylo palivo rozprášené na menší kapičky, které se rychleji odpařují. Vstřik přitom musí být v souladu s pohybem vzduchu a polohou zapalovací svíčky. Jako vstřikovací zařízení složí mechanické rotační čerpadlo s jedno-otvorovou vstřikovací dýhou.

V zásadě můžeme říci, že tyto systémy pracují ve dvou fázích. Při částečném zatížení vytvářejí vrstvenou směs, kdy se palivo vstřikuje při kompresním zdvihu. Celkově je směs extrémně chudá, avšak v místě zážehu bohatá. Dosahuje se tak nízká spotřeba a nízký obsah škodlivin ve výfukových plynech. Kritickým se však stává množství oxidů dusíku, které se musí v redukčním katalyzátoru dodatečně zpracovávat. Při větším vytvářejí tyto systémy kvůli dosažení co nejvyššího výkonu homogenní, mírně bohatou směs. Vstřikuje se ve fázi nasávání, aby se palivo se vzduchem co nejlépe promíchalo a vytvořilo tak homogenní směs.