Istoric si evolutie a sistemului de alimentare prin injectie de benzina

Acest procedeu, prin care se injecteaza benzina in interiorul sau in exteriorul cilindrilor motorului, a inceput sa fie aplicat initial inca din 1898 in Germania, la motoarele stabile Deutz, pentru ca apoi, cativa ani mai tarziu, intre 1906-1910, sa fie introdus la motoarele de aviatie Antoinette, in doi timpi, cu 8 cilindri dispusi in V, avand puterea de 50 CP si Wright, in patru timpi. Astfel, in acest domeniu, fenomenul de inghetare a carburatorului si sensibilitatea sa fata de pozitia avionului au facut ca injectia benzinei sa fie preferata carburatoarelor. Ea s-a introdus cu succes la motoarele de avion Junckers in doi timpi, cu cilindri opusi, ca apoi, intre anii 1939-1945, sa se raspandeasca la motoarele Daimler-Benz DB 601 si DB 603, de 1000 CP, respectiv 2500 CP. Ulterior, in domeniul aviatiei, extinderea sistemelor de alimentare prin injectie de benzina a fost rapida si masiva incat, de exemplu, la nivelul anului 1947, circa 80% din productia mondiala de motoare cu piston, destinata acestui domeniu, era echipata cu astfel de instalatii.

Incercarile ulterioare, in scopul adaptarii acestui nou procedeu de formare a amestecului la motoarele folosite in tractiunea rutiera, au condus la realizarea, in anul 1952, a motorului Mercedes M 196, cu cilindreea de 3000 cm3 care a inregistrat performante demne de remarcat. Procedeul nu s-a extins insa in prima etapa prea rapid, din cauza complexitatii instalatiei si a intretinerii dificile, pe de o parte si a costului mai ridicat, pe de alta parte, cost care trebuia compensat prin avantajele globale ale aplicarii alimentarii prin injectie de benzina la motorul cu aprindere prin scanteie, desi s-a dovedit ulterior ca are si un rol pozitiv privind reducerea emisiilor poluante din gazele de evacuare.
De la primele echipamente produse de firma Bosch care lucreaza de peste 60 de ani in acest domeniu, dupa anul 1930, pompe de injectie pentru echiparea instalatiilor de injectie ale benzinei erau fabricate si de firmele: Deckel, L'Orange si Junckers. Aceste echipamente care nu difereau prea mult (in special pompele de injectie) de cele pentru injectia motorinei la motorul cu aprindere prin comprimare, pe masura progreselor realizate si a experientei acumulate au fost perfectionate, apoi transformate datorita trecerii la o injectie in exteriorul cilindrului de presiune joasa care a urmarit, in special, inlocuirea pompei de injectie cu instalatii mai simple, la care presiunea necesara pulverizarii combustibilului se realizeaza de pompa de alimentare.

Incercari de introducere a injectiei de benzina cu comanda electrica dateaza din 1940, cand Alfa Romeo a echipat un motor de 2500 cm3 cu o instalatie originala care cuprindea niste injectoare simple, amplasate inaintea supapelor de admisie si prevazute cu ajutaje cu comanda electromagnetica, in timp ce pompa de injectie debita combustibilul prin conducte la presiune constanta. Comanda injectiei era obtinuta pe cale electrica de catre curentul care alimenta o serie de electromagneti amplasati deasupra ajutajelor printr-un distribuitor similar cu cel folosit la instalatia de aprindere. Ajutajele aveau cursa acului de 0,2 mm, timpul de reactie in momentul conectarii sau deconectarii curentului fiind astfel extrem de redus.
Extinderea utilizarii echipamentelor de injectie a benzinei a fost limitata, in perioada 1960-1970, de numarul si complexitatea elementelor componente ale intregii instalatii, de costul inca ridicat fata de varianta echiparii motorului cu aprindere prin scanteie cu carburatoare multiple si in special de precizia insuficienta a dozarii combustibilului, in vederea reducerii severe a emisiilor nocive din gazele de evacuare impusa de legislatiile internationale.

Prin introducerea injectiei de benzina comandata electronic, adica a injectiei electronice, s-a rezolvat o parte din problemele mai sus amintite. Se poate mentiona, de asemenea, cresterea securitatii in conducerea automobilelor echipate cu motoare cu injectie electronica de benzina.
In Europa, inceputul electronizarii injectiei dateaza din anul 1967, odata cu echiparea unui motor Volkswagen avand cilindreea de 1600 cm3 cu un astfel de sistem de injectie. Extinderea rapida (astfel incat, la nivelul anului 1977, peste un milion de autoturisme au fost echipate cu astfel de sisteme electronice), demonstreaza necesitatea lor in concordanta cu criteriile economicitatii si al limitarii poluarii, introduse de autoturismului actual, criterii care vor ramane si in viitor in atentia specialistilor.

Desi clasificarea, mai ales dupa un singur punct de vedere este dificila, multitudinea echipamentelor de injectie sugereaza insa incercarea de esalonare a lor, asa cum prezinta unii autori dupa mai multe criterii si anume:

Dupa locul de injectare:
- in colectorul de admisie, comun
- in portile supapelor de admisie
- in cilindrii motorului

Dupa modul de lucru al injectorului:
- cu injectie continua
- cu injectie intermitenta, corelata cu ciclul motorului
- cu injectie intermitenta, independenta de ciclul motorului 

Dupa modul de reglare a debitului de combustibil:
- sistem cu reglaj mecanic
- sistem cu reglaj pneumatic
- sistem cu reglaj combinat: mecanic-pneumatic
- sistem cu reglaj electronic

Dupa schema hidraulica utilizata:
- sistem cu o singura pompa si rampa comuna de alimentare
- sistem cu o singura pompa si distribuitor cantitativ
- sistem cu pompa cu elemente multiple

Dupa valoarea presiunii de lucru a pompei de injectie:
- sistem cu pompa de inalta presiune
- sistem cu pompa de joasa presiune

Global, utilizarea injectiei de benzina, pe langa o diminuare substantiala a emisiilor nocive realizeaza, asa cum s-a aratat si reducerea sensibila a consumului de combustibil, atat in regim stabilizat (intre 5-7%), cat mai ales in regimurile tranzitorii (pana la 15%). Aceste economii de combustibil sunt justificate in primul rand de reducerea pierderilor aferente functionarii carburatorului in perioadele de accelerare, decelerare si mers in gol fortat. In plus, distributia amestecului la cilindri este uniforma putandu-se asigura acelasi dozaj si aceeasi uniformitate a amestecului la fiecare cilindru, iar dozajul amestecului nu este influentat de demarajele, franarile sau inclinarile motorului. De asemenea, vaporizarea combustibilului obtinuta prin injectarea benzinei este superioara vaporizarii prin carburatie.
Avantajele energetice nete ale acestui procedeu de alimentare a motorului cu aprindere prin
scanteie sunt puse in discutie intr-un capitol urmator. Aceste aspecte justifica larga raspandire, in deceniul 8, a sistemelor de injectie a benzinei. Firma Bosch, de exemplu, unde peste 11.000 de oameni sunt angrenati in probleme de tehnica injectiei de benzina, a livrat, pana la finele anului 1984, mai mult de 13 milioane de astfel de instalatii de injectie (fara a socoti si livrarile sub licenta), montate pe aproximativ 320 de tipuri de autovehicule din Europa, USA si Japonia.

Dupa 1990 injectia de bezina a marcat un salt calitativ in domeniul controlului emisiilor motorului prin introducerea in fabricatia de serie, tot de catre firma Bosch, a unui echipament de injectie asociat cu un catalizator cu trei cai, ansamblul fiind supravegheat prin intermediul unui filtru cu reglaj Lambda. Ameliorarea procesului de ardere din motorul cu aprindere prin scanteie, in special in regimul sarcinilor partiale a fost posibila, de asemenea, datorita progreselor realizate in dezvoltarea echipamentelor de injectie. Ele au permis utilizarea lor si in vederea arderii amestecurilor sarace, procedeu prin care se reduc, de asemenea, nivelul emisiilor nocive pe de o parte si consumul de combustibil pe de alta parte, obtinandu-se in mod curent, in regim de functionare in sarcini partiale (regim predominant in exploatarea motorului cu aprindere prin scanteie), consumuri specifice de combustibil situate in jurul valorii de 230 g/kW.h.

In plus, pentru una din variantele acestui procedeu propus si realizat de A.S. Socolic si anume aprinderea prin jet de flacara, se remarca calitatea deosebita de a frana mult mai intens aparitia detonatiei decat in cazul alimentarii motorului exclusiv prin injectie de benzina. In pofida dificultatilor constructive, aceste posibilitati de utilizare a amestecurilor sarace, adica asa numita stratificare a amestecului aer-combustibil fara dispersii ciclice inadmisibile, contureaza o cale rationala de utilizare a motorului cu aprindere prin scanteie.