سیستم های انژكتوری تزریق مستقیم GDI :

موتورهای تزریق مستقیم چیستند؟

درموتورهای معمول انژكتوری بنزین به داخل مانیفولد گازتزریق می شوداما در موتورهای تزریق مستقیم سوخت به داخل سیلندر تزریق می شود.نتیجه تزریق مستقیم نظارت دقیق تر بر نسبت هوا به سوخت در حالتهای مختلف رانندگی است.یكی دیگر از مزایای این سیستم قابلیت ایجاد تاخیر در تزریق مستقیم است كه بر اساس آن توانایی به وجود آوردن مخلوط های متفاوتی در سیلندر حاصل می شود

                 (GASOLINE DIRECT INGECTION)

سیر تكاملی:

    دوره اول تا سال 1950:

    این دوره به قبل از اختراع كاربراتورهای پیشرفته برمی گردد كه در موتورهای خیلی قوی هواپیما از سیستم تزریق مستقیم استفاده می كردند.

    تكنولوژی مورد استفاده همان تكنولوژی موتورهای دیزل بود.

    درسال 1954شركت بنز در ماشین مدلSL300سیستم تزریق مستقیم را در جهت بهبود كارائی پائین كاربراتور بكار گرفت.

    این تكنولوژی در مدت چند سال توسط سیستم تزریق چند نقطه ای جایگزین شد.(شكل1)

شكل -1 مربوط به خودرو بنز مدل300SL

دوره دوم از سال 1950تاسال 1980:

•         در این دوره به منظور دستیابی به صرفه جویی در مصرف سوخت موتور تزریق مستقیم باید طوری عمل كند تا حد ممكن سوخت رقیق شود.رقیق شدن سوخت توسط تزریق طبقه ای مخصوص صورت می گیرد تا طبقه بندی سوخت به نحوی باشد كه سوخت غنی تری در اطراف شمع انباشته گردد.

•         در روش بالا مشكلاتی وجود دارد كه مانع از به تولید انبوه رسیدن

•         این روشها می شود این مشكلات عبارتند از:

•         1-مقدار هیدرو كروبنها نسوخته :

•         دراین حالت بخاطر اینكه احتراق كامل امری مشكل است.

•         2-عملكرد ثابت و غیر قابل تغیر موتور

•         3-كثیف شدن شمع

•         4-عملكرد ضعیف موتور

•         5-رقیق شدن روغن موتور

•         6-مقدار زیاددوده و رسوبات در اطاقك احتراق

دوره سوم از سال 1995تا اكنون:

•         در این دوره كاهش مصرف سوخت مهمترین مسئله است زیرا باعث اولا ذخیره سازی انرژی ویا صرفه جوئی در مصرف آن.

•         ثانیابرای كاهش میزان الاینده هوا

•         درموتورهایGDIبرای رسیدن به حالت ها بالا باید به اهداف زیر دست پیدا كرد:

•         1-طبقه بندی ثابت وپایای سوخت توسط تزریق طبقه ای در بارهای كم.

•         2-تزریق كاملا هموژن وهمسان سوخت در دورهای زیاد

•         3-تغیر روشهای تزریق از طبقه ای به هموژن بصورت سریع و بدون اثر نامطلوب در عملكرد موتور

موتورهای تزریق مستقیم چیستند؟

درموتورهای معمول انژكتوری بنزین به داخل مانیفولد گازتزریق می شوداما در موتورهای تزریق مستقیم سوخت به داخل سیلندر تزریق می شود.نتیجه تزریق مستقیم نظارت دقیق تر بر نسبت هوا به سوخت در حالتهای مختلف رانندگی است.یكی دیگر از مزایای این سیستم قابلیت ایجاد تاخیر در تزریق مستقیم است كه بر اساس آن توانایی به وجود آوردن مخلوط های متفاوتی در سیلندر      حاصل می شود

GDI انواع سیستم احتراق

تقسیم بندی این سیستم بر مبنای نوع پاشش سوخت به سیلندر می باشد:

1-سیستم پاشش چرخشی(میتسوبیشی و فولكس واگن)

2-سیستم پاشش پیچشی(تویوتا و نیسان)

GDIوMPIاختلاف بین

•         برای تامین سوخت در موتورهای متداول انژكتوری از یك سیستم سوخت بنام پاشش سوخت از چند نقطه كه جایگزین كاربراتور شده است استفاده می كنند.در این سیستم سوخت توسط انژكتور به پشت سوپاپ پاشیده می شود از انجا كه سوخت قبل از ورود به سیلندر با هوا مخلوط میشود محدودیت هایی برای تامین به موقع سوخت و كنترل فرایتد احتراق در این سیستم وجود دارد.در سیستم تزریق مستقیم سوخت مشابه موتورهای دیزلی مستقیما به داخل سیلندر پاشیده می شود این محدودیت ها برطرف شده است همچنین زمان بندی پاشش سوخت مطابق بار موتور به دقت كنترل می شود.

حالتهای موتور:

1 -دور آرام:در این حالت شیر كنترل كننده چرخش هوا بسته شده و هوا مجبور به عبور از گذر گاهی مارپیچی می شود این عمل باعث می شود كه هوا در هنگام ورود به سیلندر جریانی گردابی داشته باشد.

   سوخت در انتهای مرحله تراكم صورت می گیرد به صورت طبقه ای تزریق می شود.

   (تزرق طبقه ای به این صورت است كه محوطه اطراف شمع مخلوط غنی دریافت می كند در حالی كه در لایه بعدی با مخلوط رقیق  و قسمت بعدی سیلندر با هوای خالص پر می شود )

در این حالت سوخت بین 40-70درجه قبل از نقطه مرگ بالا پاشش می كند.

اگر سوخت زودتر از 70 در جه تزریق شود فواره سوخت به قسمت مناسبی از تاج پیستون برخورد نخواهد كردو در نتیجه حركت مناسبی به سمت شمع ایجاد نخواهد شد.

اگر سوخت دیرتر از 40درجه قبل از مرگ بالا تزریق شود امكان تبخیر آن بسیار كم خواهد بود؛كه افزایش سرعت دورانی موتور این مورد را افزایش خواهد داد.

برای رفع این مشكل از انژكتورها خاص كه از مواد پیزو الكتریك  ساخته شده كه حركت گردابی شدیدی به فواره سوخت در هنگام تزریق داده می شود این امر سبب تبخیر سریعتر و اختلاط بهتر مخلوط سوخت و هواست

2-دور زیاد:

در این حالت شیر كنترل كننده باز و هوا با حداقل مقاومت وارد سیلندر می شودسوخت در هنگام مكش تزریق می -شود و نتیجه آن مخلوطی همگن سوخت و هوا است.

تكنولوژی های جدید بكار رفته در موتور

•        1-پیستون مخصوص(PISTTON CAVITY):

•         كه دارای سطح كروی بوده كه نقش محفظه احتراق را نیز دارد.

•         منحنی تاج پیستون طوری طراحی شده است كه وقتی سوخت پاشیده شد به سمت شمع حركت كند. به علاوه این طرح برای حفظ جریان چرخشی هوا وسوخت  تا انتها مرحله تراكم مفید است.

2-پمپ فشار قوی جهت ارسال سوخت
(HIGH-PRESSURE FUEL PUMP)

در این سیستم به منظور ساده كردن پمپ فشار قوی در سیستم ریل مشترك از یك پمپ پیستونی استفاده شده است.

نكته كه در این پمپ باید مورد توجه قرار گیرد دقت بیشتر در سیستم روغن كاری و سیستم خنك كاری می باشد زیرا بنزین ویسكوزیته كمتری دارد.

این پمپ روی سر سیلندر نصب شده و مستقیما توسط میل سوپاپ می چرخد.

فشار ارسال سوخت توسط یك سوپاپ یك طرفه تنظیم می شود

مهمترین نقص این پمپها كه توسط موتور به حركت در می آیند ضعف پمپ و كمبود فشار سوخت در حالتهای كه موتور هنوز دور نگرفته است .

برای جبران نمودن پمپ از یك پمپ ثانویه كه در داخل باك نصب است استفاده می شود.

3-انژكتور مارپیچ(HIGH-PRESSURE SWRIL INJECTION)

•         در این سیستم به منظور دست یافتن به تایمینگ دقیق و كنترل كیفیت از انژكتور الكترومگنتی استفاده شده است.

•         این انژكتور از نوع مارپیچ بوده كه به منظور پخش نمودن سوخت و اتممیزه كردن آن بكار می رود.

•         حركت چرخشی سوخت  به علت قرار گرفتن نوك انژكتور در مسیر عبور سوخت می باشد.

در مرحله دور زیاد فشار محیط تزریق معادل فشار اتمسفر ولی در مرحله دور آرام كه سوخت در انتها مرحله تراكم پاشیده می شود فشار محیط حدود 3.الی 5mpaمی باشد.

4-راهگاه ورودی هوای قائم:

این راهگاه باعث ایجاد یك جریان هوای قوی می گردد.جهت چرخش هوا در اینجا بر عكس موتورهای معمولی می باشد یعنی هوای داخل سیلندر در موترهای GDIدر جهت عقربه های ساعت می چرخد در حالی كه در موتورهای معمولی جهت چرخش خلاف عقربه های ساعت است.

سیستم های دیگری كه بر عملكرد بهتر موتور تاثیر دارند عبارتند از:

1-سیستم تغیر زمان بندی سوپاپ(VVT)

   این سیستم سوپاپهای را باتوجه به حالتهای مختلف رانندگی كنترل می كند.در حالتی كه موتور تحت بار سنگین است این سیستم زمانبندی سوپاپ ورودی را به صورت مستمر تغیر می دهد تا با دور هماهنگ شود و بیشترین استفاده از اثر اینرسی پر كننده برای بالاترین بازده ورودی را داشته باشد.این عمل باعث افزایش همزمان قدرت و گشتاور می شود.در دورهای پائین سوپاپ ورودی زودتر و دورها بالا دیرتر بسته می شود.

سیستم سوپاپ متغیر

2-دریچه گاز الكترونیكی:

•         این دریچه الكترونیكی گاز قابلیت پاسخگوئی به نیازهای مختلف ورودی به موتور را داشته و كنترل دقیق حجم هوای ورودی وافزایش توان عملیاتی را امكان پذیر می سازد.

مجموعه دریچه گاز الكترونیكی

3-سیستم گردش مجدد گازهای خودرو(EGR)

•         از این سیستم برای كاهش آلاینده های خروجی مخصوصا آلاینده اكسیدهای نیتروژن استفاده می شود.

•         نحوع عملكرد این سیستم به این صورت می باشد كه بخشی از گازهای خوجی از سمت اگزوز به سمت مانیفولد هوا به گردش در می آورد كه باعث كاهش دما و حداكثر فشار محفظه احتراق می شود.

4-مبدل كاتالیستی با انباره كاهنده NOX

وقتی نسبت هوا به سوخت مخلوط احتراق بالاتر از میزان تئوریك است؛گازهای خروجی غنی از اكسیژن ؛حذف NOXتوسط مبدل های سه راهی معمولی را غیر ممكن می سازد.

در این حالت از مبدل كاتالیك با انباره كاهنده NOX استفاده می شود.نحوه عملكرد مبدل به این صورت می باشد كه وقتی موتور با مخلوط رقیق تر از حالت تئوریك كار می كند ؛كاتالیزور پلاتنیوم NOوO2رابهNO2تبدیل و آن را بصورت موقتی انبار می كند.

در هنگامی كه موتور با نسبت هوا معمولی كار می كند.NO2 رها می شودتا با همراه HCوCOبهN2وH2OوCO2و سایر تركیبات بی خطر شود.

5-سوپاپ كنترل جریان گردابی(TSCV)

این سوپاپ در داخل منیفولد ورودی هوا تعبیه گردیده است جریان های  گردابی و آشفته را برای بهبود اختلاط سوخت

وهوا و افزایش پایداری اختراق موتور را کنترل می نماید.

وضعیت این سوپاپ در حالتهای مختلف به این صورت است:

1-تحت بار كم؛در این حالت سوپاپ كنترل كننده بسته بوده و هوا مجبور به عبور از گذرگاه مارپیچی می شود.این عمل باعث می شود كه هوا هنگام ورود به سیلندر جریانی گردابی داشته باشد

2-تحت بار زیاد؛در این حالت سوپاپ كنترل كننده باز بوده و هوای ورودی با حداقل مقاومت وارد سیلندر می شود.

شكل زیر مربوط به حالت بار كم می باشد.

سیستم سوپاپ جریان گردابی در حالت نیمه بار وتمام بار

مزایا:

•         1-كاهش مصرف مخصوص به ویژه در بار جزئی

•         2-افزایش نسبت تراكم

•         3-كاهش مقدار آلاینده

•         4-توان و گشتاور بیشتر

•         5-افزایش بازده تنفسی

معایب:

1-استفاده از یك سامانه تزریق گرانتر

2-استفاده از یك واكنش گر پیشرفته تر

3-افزایش مقدار هیدروكربنهای نسوخته در حالت بار زیاد

4-نیاز به پیستون گرانتر

مقایسه سیستم كاربراتوری ,پاشش غیر مستقیم(EFI)و پاشش مستقیم(GDI)