Wtrysk bezpośredni. Czy się go bać?

W ostatnich latach benzynowe jednostki napędowe przeżywają prawdziwy renesans. Stało się tak za sprawą rygorystycznych norm emisji spalin, które zmusiły konstruktorów do udoskonalenia przyjętych przed laty rozwiązań.

Ostatnimi czasy standardem popularną tendencją stał się tzw. „dwonsizing”. Ten nie byłby jednak możliwy, gdyby – kilkanaście lat temu – na rynku nie pojawiły się benzynowe jednostki napędowe z bezpośrednim wtryskiem paliwa.

Przez lata – ze względu na niewielką popularność tego typu rozwiązania - wokół bezpośredniego wtrysku benzyny narosło wiele mitów. Jeden z nich mówi o tym, że do silników z tego rodzaju zasilaniem nie da się zamontować instalacji gazowej. Ile w tym prawdy?

W przypadku silników benzynowych wtrysk bezpośredni oznaczał prawdziwą rewolucję. Do tej pory skład mieszanki paliwowo powietrznej był stały – by uzyskać optymalne osiągi 1 l paliwa musiał być mieszany z 14,7 l powietrza. Oznaczało to, że – sterowanie osiągami – wymagało stosowania przepustnic, które zmieniały wyłącznie ilość dostarczanej mieszanki. Przepustnice powodowały jednak znaczne straty na przepływie, co – w konsekwencji – odbijało się na osiągach i zużyciu paliwa.

Konstruktorzy postanowili więc zastosować system znany z jednostek wysokoprężnych, gdzie osiągi reguluje się nie ilością mieszanki paliwowo-powietrznej lecz – wyłącznie – ilością wtryskiwanego do cylindra paliwa.

Pierwszym, stosowanym na szeroką skalę, silnikiem benzynowym, w którym nie było konieczności montowania klasycznej i przepustnicy była jednostka Mitsubishi. Motor otrzymał oznaczenie GDI - skrót od angielskiego Gasoline Direct Injection. Jak działa wtrysk bezpośredni?

Umieszczając, pracujący pod dużym ciśnieniem, wtryskiwacz bezpośrednio w cylindrze (a nie w kolektorze dolotowym) i kształtując denko tłoka tak, by odbijające się od niego paliwo zostało zawirowane i odparowywało w ściśle określony sposób, konstruktorom udało się uzyskać tzw. mieszankę warstwową. Bogatą w pobliżu iskry (by szybko ulegała zapłonowi) i ubogą w pozostałej części komory spalania (by oszczędzać paliwo).

W efekcie udało się „upiec dwie pieczenie na jednym ogniu”. Ograniczając rolę przepustnicy (straty na przepływie) poprawiono moc, możliwość pracy na – częściowo – ubogiej mieszance miała też zbawienny wpływ na zużycie paliwa.

Od czasów pierwszych silników GDI w konstrukcji jednostek benzynowych z bezpośrednim wtryskiem poczyniono ogromne postępy. W dużym uproszczeniu można jednak powiedzieć, że silniki z bezpośrednim wtryskiem paliwa – w zależności od obciążenia – pracować mogą w dwóch trybach – na mieszance ubogiej (uwarstwionej), gdy kierowca nie wykorzystuje pełnej mocy – i bogatej, gdy potrzebne są wysokie osiągi.

Problem z "gazowaniem" jednostek napędowych wyposażonych w bezpośredni wtrysk polega na tym, że w czasie pracy wtryskiwacze benzynowe mocno się rozgrzewają. Gdy auto zasilane jest benzyną, urządzenia chłodzone są paliwem odparowującym w cylindrze. Przełączenie zasilania na gazowe powoduje jednak odcięcie wtrysku benzyny, co skutkuje szybkim rozgrzaniem się, a - w konsekwencji - stopnieniem wtryskiwaczy.

Obecnie czołowi producenci oferują już centralki sterujące instalacji gazowych przeznaczone dla aut z bezpośrednim wtryskiem. By chronić wtryskiwacze benzyny przed uszkodzeniem stosuje się tzw. "dotrysk". Co kilkadziesiąt cykli wtrysku gazu centralka włącza wtryskiwacze benzynowe, dzięki czemu są one chłodzone.

Rozwiązanie ma jednak swoje wady. Oprócz wysokiej ceny samej instalacji, do kosztu przejechania 100 km na gazie doliczyć trzeba średnio około 2 litrów benzyny zużytych na "dotryski" (w przypadku jednostek czterocylindrowych). W połączeniu z wysokimi kosztami założenia instalacji - w wielu przypadkach - stawia to pod znakiem zapytania sens przeróbki auta wyposażonego w silnik z bezpośrednim wtryskiem na gaz.