Πότε και πώς πέρασε η αυτοκινητοβιομηχανία στην τεχνολογία του άμεσου ψεκασμού του καυσίμου απευθείας στους θαλάμους καύσης των θερμικών κινητήρων και ποια είναι τα οφέλη -αλλά και τα μειονεκτήματα- που αυτή έφερε.

Σε έναν βενζινοκινητήρα, η τροφοδοσία του καυσίμου μπορεί να γίνει με δύο βασικούς τρόπους: με έμμεσο ψεκασμό, όπου η βενζίνη ψεκάζεται στην πολλαπλή εισαγωγής πριν από τις βαλβίδες, ή με άμεσο ψεκασμό, όπου το καύσιμο εγχέεται απευθείας μέσα στον θάλαμο καύσης.

Και οι δύο λύσεις έχουν συγκεκριμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, τα οποία εξηγούν γιατί η αυτοκινητοβιομηχανία χρησιμοποίησε -και σε ορισμένες περιπτώσεις συνεχίζει να χρησιμοποιεί- και τις δύο.

Για δεκαετίες, η προετοιμασία του μίγματος στους βενζινοκινητήρες γινόταν με καρμπυρατέρ. Από τη δεκαετία του ’60 όμως, ο ψεκασμός άρχισε σταδιακά να τον αντικαθιστά και τη δεκαετία του ’80 πέρασε και στα πιο προσιτά, μαζικής παραγωγής αυτοκίνητα.

Η καθιέρωσή του επιταχύνθηκε μετά το 1992 και την εφαρμογή του προτύπου εκπομπών Euro 1, που έφερε μαζί του τους τριοδικούς καταλύτες και την ανάγκη για ακριβή έλεγχο του μίγματος μέσω ηλεκτρονικά ελεγχόμενου ψεκασμού. Σε εκείνη τη φάση, ο έμμεσος ψεκασμός ήταν ουσιαστικά μονόδρομος.

Ο άμεσος ψεκασμός είναι τεχνολογικά πολύ πιο σύνθετος και είχε εφαρμοστεί πολύ νωρίτερα σε αεροπορικούς κινητήρες, ήδη από τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο. Στα αυτοκίνητα εμφανίστηκε μαζικά πολύ αργότερα, με πρωτοπόρο τη Mitsubishi και τον κινητήρα 1.8 GDI το 1996.

Ακολούθησαν λύσεις όπως τα PSA HPI, Renault IDE, Alfa Romeo JTS και Volkswagen FSI. Αρχικά, ο άμεσος ψεκασμός συνδυάστηκε με τη λογική του στρωματοποιημένου μίγματος, όμως αυτή η προσέγγιση εγκαταλείφθηκε σχετικά γρήγορα και οι κατασκευαστές πέρασαν σε ομογενές μίγμα.

Το μεγάλο πλεονέκτημα του άμεσου ψεκασμού φάνηκε ξεκάθαρα με την εξάπλωση της υπερτροφοδότησης και του downsizing. Όταν η βενζίνη ψεκάζεται απευθείας στον θάλαμο καύσης, καθώς εξατμίζεται, προκαλεί πτώση της θερμοκρασίας. Αυτό το «φαινόμενο ψύξης» επιτρέπει τη χρήση υψηλότερου στατικού λόγου συμπίεσης για την ίδια πίεση υπερπλήρωσης, βελτιώνοντας τη θερμοδυναμική απόδοση του κινητήρα. Στην πράξη, αυτό μεταφράζεται σε καλύτερη οικονομία καυσίμου, ιδιαίτερα σε συνθήκες χαμηλού φορτίου.

Ωστόσο, ο άμεσος ψεκασμός έχει και σοβαρά μειονεκτήματα. Το σημαντικότερο είναι ότι οι βαλβίδες εισαγωγής δεν «πλένονται» από τη βενζίνη, με αποτέλεσμα τη δημιουργία επικαθίσεων άνθρακα, ένα φαινόμενο πολύ συνηθισμένο σε αυτού του τύπου τους κινητήρες.

Παράλληλα, ο άμεσος ψεκασμός ευνοεί τη δημιουργία στερεών σωματιδίων στα καυσαέρια, σε βαθμό που η εξάτμιση μπορεί να μαυρίζει όπως στους πετρελαιοκινητήρες. Γι’ αυτό και σήμερα οι περισσότεροι βενζινοκινητήρες άμεσου ψεκασμού διαθέτουν φίλτρο σωματιδίων (GPF).

Επιπλέον, πρόκειται για πιο σύνθετη και ακριβή τεχνολογία, καθώς απαιτείται αντλία υψηλής πίεσης, συνήθως κινούμενη από τον εκκεντροφόρο, κάτι που αυξάνει τον θόρυβο, την πολυπλοκότητα και το κόστος συντήρησης.

Ο έμμεσος ψεκασμός, από την άλλη, είναι απλούστερος και φθηνότερος. Τα μπεκ λειτουργούν σε χαμηλότερη πίεση, η αξιοπιστία είναι συνήθως υψηλότερη και το κόστος επισκευής μικρότερο. Το σημαντικό του πλεονέκτημα είναι η καθαριστική δράση στις βαλβίδες εισαγωγής, αφού η βενζίνη περνά από πάνω τους. Σε χαμηλά και μεσαία φορτία, προσφέρει επίσης καθαρότερα καυσαέρια, με λιγότερα στερεά σωματίδια.

Για να συνδυάσουν τα πλεονεκτήματα και των δύο συστημάτων, ορισμένοι κατασκευαστές υιοθέτησαν τη διπλή τροφοδοσία, δηλαδή συνδυασμό άμεσου και έμμεσου ψεκασμού. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι οι κινητήρες Audi/VW EA888 προηγούμενων γενεών, οι Toyota με σύστημα D-4S και ορισμένοι κινητήρες της Ford.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο έμμεσος ψεκασμός χρησιμοποιείται κυρίως σε χαμηλά και μεσαία φορτία και όταν ο κινητήρας είναι ζεστός, ενώ ο άμεσος αναλαμβάνει σε υψηλά φορτία, υψηλές στροφές και κατά την ψυχρή εκκίνηση.

Στους πιο σύγχρονους κινητήρες, όπως η πέμπτη γενιά του Audi EA888, ο έμμεσος ψεκασμός έχει πλέον εγκαταλειφθεί. Η σημαντική αύξηση της πίεσης ψεκασμού, που φτάνει έως τα 350 bar, μειώνει τις επικαθίσεις, ενώ το φίλτρο σωματιδίων εξαλείφει το πρόβλημα των εκπομπών. Έτσι, ο άμεσος ψεκασμός μπορεί πλέον να σταθεί μόνος του.

Το συμπέρασμα είναι ότι το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του άμεσου ψεκασμού είναι η καλύτερη απόδοση και αποδοτικότητα, ειδικά σε υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες, χάρη στο φαινόμενο ψύξης του θαλάμου καύσης.

Ο έμμεσος ψεκασμός, αντίθετα, ξεχωρίζει για την απλότητα, την καθαρότητα και τη μακροχρόνια αξιοπιστία. Η εξέλιξη της τεχνολογίας δείχνει ότι ο άμεσος ψεκασμός κυριαρχεί, αλλά η επιτυχία του οφείλεται στο ότι τα μειονεκτήματά του αντιμετωπίστηκαν με νέες λύσεις και όχι στο ότι εξαφανίστηκαν από μόνα τους.