emissions

Το Τμήμα Χημικής Μηχανικής και Εφαρμοσμένης Χημείας, μαζί με το Τμήμα Βιομηχανικής Μηχανικής, του Πανεπιστημίου Τορόντο του Καναδά, διεξήγαγαν μια έρευνα πάνω στην επίδραση που έχει το σύστημα του Άμεσου Ψεκασμού Βενζίνης (GDI) των οχημάτων, στο περιβάλλον και πιο συγκεκριμένα, στο φαινόμενο του Θερμοκηπίου.

Αρχικά πρέπει να διευκρινίσουμε τις διαφορές των δύο συστημάτων. Θα πω δυο πράγματα χοντρικά για να μη ξεφύγω από το θέμα.

1-GS-19439

Ψεκασμός Πολλαπλών Σημείων (Port Fuel Injection ή PFI): Αυτό που βλέπεις από πάνω. Αριστερά η εισαγωγή αέρα, κίτρινο το καύσιμο. Εδώ το καύσιμο εγχύεται ΠΡΙΝ την βαλβίδα εισαγωγής και μπαίνει στον θάλαμο καύσης εφόσον αυτή ανοίξει. Ήταν για την εποχή του πιο οικονομικό από τον Ψεκασμού Ενός Σημείου ή το Καρμπυρατέρ, καθώς πλέον ο κάθε κύλινδρος είχε το μπεκ του και έτσι η διαχείριση καυσίμου ήταν πολύ καλύτερη, εφόσον υπήρχε τώρα η δυνατότητα να ελεγχθεί ακριβώς η ποσότητα καυσίμου για τον κάθε κύλινδρο. Έτσι είχαμε και καλύτερη απόδοση και λιγότερο χαμένο καύσιμο, εφόσον πλέον δεν υπήρχαν κύλινδροι πιο «πλούσιου» ή πιο «φτωχού» μίγματος.

Παρένθεση: Στον Ψεκασμό Ενός Σημείου (Single Point Fuel Injection) υπάρχει ένα μπεκ για όλους τους κυλίνδρους και βρίσκεται πίσω από την πεταλούδα εισαγωγής του αέρα. Το πρόβλημα εδώ είναι πως το μείγμα αέρα/καυσίμου ταξιδεύει σε ολόκληρη την εισαγωγή μέχρι να φτάσει στον κύλινδρο και έτσι, όσο πιο μακριά πάει, τόσο πιο φτωχό είναι και το αντίστροφο. Ως εκ τούτου, έχουμε και απώλειες απόδοσης, αλλά και αρκετό χαμένο καύσιμο.

gdi

Άμεσος Ψεκασμός Βενζίνης (Gasoline Direct Injection ή GDI): Η εικόνα από πάνω. Βλέπεις πως εδώ το καύσιμο εγχύεται ΜΕΤΑ την βαλβίδα εισαγωγής, κατευθείαν (εξ ου και το direct) μέσα στον θάλαμο καύσης. Έτσι μπορεί να γίνει ακόμη πιο λεπτομερής διαχείριση καυσίμου, παρέχοντας μέχρι και 15% περισσότερη οικονομία σε σχέση με τον PFI. Θα μου πεις «σιγά την διαφορά». Και όμως, μια βασική διαφορά είναι ότι τώρα μπορεί να χυθεί καύσιμο ακόμη και κατά την φάση Συμπίεσης, δημιουργώντας έτσι μια ακόμη πιο ελεγχόμενη και μικρότερη καύση, που είναι στην ουσία και πιο αποδοτική. Αυτό δεν γίνεται στους PFI, γιατί εκεί όπως σου είπα, το καύσιμο μπορεί να μπει στον θάλαμο μόνο στην φάση Εισαγωγής του αέρα. Επίσης, ο GDI είναι πιο ευνοϊκός για τους turbo κινητήρες.

Όπως σε όλα όμως, έχουμε και εδώ αρνητικά σημεία. Το πρώτο είναι πως το σύστημα GDI είναι πιο ακριβό, καθώς απαιτεί καλύτερα υλικά, και πιο σύνθετο σχεδιασμό συστήματος καυσίμου. Αρκεί να αναφέρουμε πως στους PFI, το καύσιμο ψεκάζεται με πίεση 30-60 psi, ενώ στους GDI μπορεί να φτάσει και τις 15.000 psi! Βάλε και σε αυτό ότι το μπεκ είναι μέσα στον θάλαμο καύσης, οπότε έρχεται σε επαφή με ακραίες θερμοκρασίες, άρα θες σίγουρα πιο ανθεκτικά -άρα ακριβά- υλικά. Το άλλο βασικό μειονέκτημα, που είναι και εκείνο που πραγματεύεται η έρευνα, είναι ότι η καύση του καυσίμου στο GDI, έχει περισσότερα κατάλοιπα αιθάλης σε σχέση με το PFI. Γιατί αυτό; Λόγω της καύσης σε υψηλότερη πίεση, αλλά και του γεγονότος ότι το καύσιμο δεν προλαβαίνει να αναμιχτεί καλά με τον αέρα, έχουμε μια ατελή μίξη αέρα/καυσίμου και κατά συνέπεια μια πιο ατελή καύση, που αφήνει περισσότερα κατάλοιπα. Αυτό είναι και το θέμα της έρευνας.

chart

Στα δεξιά του παραπάνω διαγράμματος, βλέπουμε πως τα οχήματα με Άμεσο Ψεκασμό (GDI στο εξής) έχουν υψηλότερες εκπομπές Αιθάλης (σωματίδιο που επιβαρύνει το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου) σε σχέση με εκείνα που έχουν Ψεκασμό Πολλαπλών Σημείων (PFI στο εξής). Έτσι είναι λίγο αμφιλεγόμενη η αντικατάσταση του PFI με τον GDI, με την πρόφαση ότι τα δεύτερα έχουν χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου και άρα είναι πιο φιλικά στο περιβάλλον, ενώ προβληματίζουν οι δύο “πίτες” στα αριστερά που δείχνουν πως το σύστημα GDI αρχίζει και καταλαμβάνει αρκετή μερίδα. Γι’ αυτό τον λόγο, το Πανεπιστήμιο του Τορόντο έκανε μια μελέτη συσχετίζοντας τις εκπομπές του GDI και την υπερθέρμανση του πλανήτη.

Τα στοιχεία έδειξαν πως όταν ένας GDI είναι πιο οικονομικός κατά 0,14% ως 14% από έναν PFI, τότε θα χρειαστούν από 1 μέχρι 20 χρόνια αντίστοιχα, για να αντισταθμίσουν τις υψηλότερες εκπομπές αιθάλης (των GDI) και να είναι οι GDI επωφελείς για το περιβάλλον. Επίσης, θα είναι επωφελές για το περιβάλλον, αν μπει ένα φίλτρο σωματιδίων που θα συγκρατεί το 80% της αιθάλης, με λιγότερο από 1%, όμως,  επιβάρυνση στην κατανάλωση καυσίμου. Επίσης, αναφέρεται πως οι εκπομπές του σωματιδίου της αιθάλης στους GDI ποικίλουν ανάλογα με την ατμοσφαιρική θερμοκρασία, την λειτουργία του κινητήρα και την σύνθεση του σύνθεση του καυσίμου, οπότε χρειάζεται να ελεγχθούν πολλές παράμετροι. Επίσης, θα πρέπει η έρευνα να προχωρήσει ακόμη πιο βαθιά στους μηχανισμούς σχηματισμού της Αιθάλης, ώστε να διασαφηνιστεί ότι οι κινητήρες με σύστημα GDI έχουν τον ελάχιστο αντίκτυπο στο περιβάλλον.

Tip: Ήξερες πως ο 2-λιτρος Boxer που φοράει το Subaru BRZ και το Toyota GT86 συνδυάζει τον Άμεσο Ψεκασμό και τον Ψεκασμό Πολλαπλών Σημείων, προκειμένου να εκμεταλλευτεί τα οφέλη και των δύο; Είναι ένα σύστημα με την ονομασία D-4S, το οποίο η Toyota είχε πρωτοχρησιμοποιήσει σε έναν δικό της V6 κινητήρα 3.500 κ.ε.!

toyota-d4s-boxer-subaru