Wtrysk bezpośredni

Wtrysk bezpośredni to sposób dostarczania paliwa, w którym paliwo rozpylane jest wprost do komory spalania, nad tłokiem, a nie do kanału dolotowego przed zaworami. W silnikach benzynowych technikę tę często oznacza się jako GDI, FSI, TSI lub podobnie; w dieslach, gdzie jest dziś powszechna, stanowi po prostu standardowy sposób podawania paliwa. Motywacją jest precyzja: umieszczając paliwo dokładnie tam i wtedy, kiedy jest potrzebne, silnik może wydobyć więcej pracy z każdej kropli i spełnić zaostrzone wymagania dotyczące sprawności i emisji.

Przeciwieństwem jest wtrysk pośredni, starsze rozwiązanie, w którym wtryskiwacze podają paliwo do kanału dolotowego, gdzie miesza się ono z napływającym powietrzem, zanim zostanie zassane za zawory. Wtrysk bezpośredni wykorzystuje natomiast wysokociśnieniową pompę napędzaną wałkiem rozrządu, która podnosi ciśnienie paliwa do wielu dziesiątek, a nawet setek barów, znacznie powyżej kilku barów układu pośredniego, a precyzyjny wtryskiwacz elektromagnetyczny lub piezoelektryczny zamontowany w głowicy podaje paliwo jako drobno rozpylony stożek wprost do komory. Sterowanie silnikiem może podzielić to na kilka dawek wtrysku w jednym cyklu i dobrać ich moment z dokładnością do ułamka stopnia obrotu wału korbowego.

Ta ścisła kontrola przynosi kilka korzyści. Rozpylenie ciekłego paliwa w cylindrze chłodzi napływający ładunek, gdy paliwo odparowuje, co tłumi spalanie stukowe i pozwala na wyższy stopień sprężania, klucz do większej sprawności cieplnej i mocy. Dawkowanie można ściśle dopasować do obciążenia, a niektóre układy benzynowe potrafią nawet pracować na uwarstwionej, bardzo ubogiej mieszance przy małym obciążeniu, skupiając palną chmurę przy świecy zapłonowej, podczas gdy reszta cylindra zawiera nadmiar powietrza. Efektem jest zwykle większa moc i moment obrotowy z danej pojemności wraz z niższym zużyciem paliwa, dlatego właśnie wtrysk bezpośredni stanowi podstawę nowoczesnego zmniejszonego, doładowanego silnika benzynowego.

Rozwiązanie nie jest pozbawione wad. Ponieważ paliwo nie omywa już tylnej strony zaworów dolotowych, z czasem mogą się tam gromadzić osady węgla i oleju, które niekiedy wymagają oczyszczenia strumieniem łupin orzecha lub środkami chemicznymi, by przywrócić przepływ powietrza. Benzynowe silniki z wtryskiem bezpośrednim mają też skłonność do wytwarzania większej ilości drobnych cząstek stałych niż jednostki z wtryskiem pośrednim, co doprowadziło do montażu benzynowych filtrów cząstek stałych w celu spełnienia norm emisji. Elementy wysokociśnieniowe i ciasne tolerancje wtryskiwaczy podnoszą koszt i wymagają czystego paliwa.

Wtrysk bezpośredni jest jedną z odmian elektronicznego wtrysku paliwa, dzieląc czujniki, sterownik i strategię sprzężenia zwrotnego z każdym nowoczesnym układem EFI, a wiele najnowszych silników benzynowych łączy oba rozwiązania, używając wtryskiwaczy pośrednich i bezpośrednich razem, by skorzystać z zalet każdego z nich. W świecie diesli realizuje go układ common-rail, w którym wspólna szyna wysokiego ciśnienia zasila sterowane elektronicznie wtryskiwacze dla cichego, sprawnego i niskoemisyjnego spalania.