سيستم هاي انژكتوري تزريق مستقيم gdi

[EN-EZEL 13,039]

سيستم هاي انژكتوري تزريق مستقيم GDI بخش اول

(GASOLINE DIRECT INGECTION)

سير تكاملي:

دوره اول تا سال 1950:

اين دوره به قبل از اختراع كاربراتورهاي پيشرفته برمي گردد كه در موتورهاي خيلي قوي هواپيما از سيستم تزريق مستقيم استفاده مي كردند.

تكنولوژي مورد استفاده همان تكنولوژي موتورهاي ديزل بود.

درسال 1954شركت بنز در ماشين مدلSL300سيستم تزريق مستقيم را در جهت بهبود كارائي پائين كاربراتور بكار گرفت.

اين تكنولوژي در مدت چند سال توسط سيستم تزريق چند نقطه اي جايگزين شد.(شكل1)

شكل -1 مربوط به خودرو بنز مدل300SL

دوره دوم از سال 1950تاسال 1980:

• در اين دوره به منظور دستيابي به صرفه جويي در مصرف سوخت موتور تزريق مستقيم بايد طوري عمل كند تا حد ممكن سوخت رقيق شود.رقيق شدن سوخت توسط تزريق طبقه اي مخصوص صورت مي گيرد تا طبقه بندي سوخت به نحوي باشد كه سوخت غني تري در اطراف شمع انباشته گردد.

• در روش بالا مشكلاتي وجود دارد كه مانع از به توليد انبوه رسيدن

• اين روشها مي شود اين مشكلات عبارتند از:

• 1-مقدار هيدرو كروبنها نسوخته :

• دراين حالت بخاطر اينكه احتراق كامل امري مشكل است.

• 2-عملكرد ثابت و غير قابل تغير موتور

• 3-كثيف شدن شمع

• 4-عملكرد ضعيف موتور

• 5-رقيق شدن روغن موتور

• 6-مقدار زياددوده و رسوبات در اطاقك احتراق

 

دوره سوم از سال 1995تا اكنون:

• در اين دوره كاهش مصرف سوخت مهمترين مسئله است زيرا باعث اولا ذخيره سازي انرژي ويا صرفه جوئي در مصرف آن.

• ثانيابراي كاهش ميزان الاينده هوا

• درموتورهايGDIبراي رسيدن به حالت ها بالا بايد به اهداف زير دست پيدا كرد:

• 1-طبقه بندي ثابت وپاياي سوخت توسط تزريق طبقه اي در بارهاي كم.

• 2-تزريق كاملا هموژن وهمسان سوخت در دورهاي زياد

• 3-تغير روشهاي تزريق از طبقه اي به هموژن بصورت سريع و بدون اثر نامطلوب در عملكرد موتور

 

موتورهاي تزريق مستقيم چيستند؟

درموتورهاي معمول انژكتوري بنزين به داخل مانيفولد گازتزريق مي شوداما در موتورهاي تزريق مستقيم سوخت به داخل سيلندر تزريق مي شود.نتيجه تزريق مستقيم نظارت دقيق تر بر نسبت هوا به سوخت در حالتهاي مختلف رانندگي است.يكي ديگر از مزاياي اين سيستم قابليت ايجاد تاخير در تزريق مستقيم است كه بر اساس آن توانايي به وجود آوردن مخلوط هاي متفاوتي در سيلندر حاصل مي شود

 

GDI انواع سيستم احتراق

تقسيم بندي اين سيستم بر مبناي نوع پاشش سوخت به سيلندر مي باشد:

1-سيستم پاشش چرخشي(ميتسوبيشي و فولكس واگن)

2-سيستم پاشش پيچشي(تويوتا و نيسان)

GDIوMPIاختلاف بين

• براي تامين سوخت در موتورهاي متداول انژكتوري از يك سيستم سوخت بنام پاشش سوخت از چند نقطه كه جايگزين كاربراتور شده است استفاده مي كنند.در اين سيستم سوخت توسط انژكتور به پشت سوپاپ پاشيده مي شود از انجا كه سوخت قبل از ورود به سيلندر با هوا مخلوط ميشود محدوديت هايي براي تامين به موقع سوخت و كنترل فرايتد احتراق در اين سيستم وجود دارد.در سيستم تزريق مستقيم سوخت مشابه موتورهاي ديزلي مستقيما به داخل سيلندر پاشيده مي شود اين محدوديت ها برطرف شده است همچنين زمان بندي پاشش سوخت مطابق بار موتور به دقت كنترل مي شود.

شكل سيستم MPI

شكل سيستم GDI

 

حالتهاي موتور:

1 -دور آرام:در اين حالت شير كنترل كننده چرخش هوا بسته شده و هوا مجبور به عبور از گذر گاهي مارپيچي مي شود اين عمل باعث مي شود كه هوا در هنگام ورود به سيلندر جرياني گردابي داشته باشد.

سوخت در انتهاي مرحله تراكم صورت مي گيرد به صورت طبقه اي تزريق مي شود.

(تزرق طبقه اي به اين صورت است كه محوطه اطراف شمع مخلوط غني دريافت مي كند در حالي كه در لايه بعدي با مخلوط رقيق و قسمت بعدي سيلندر با هواي خالص پر مي شود )

در اين حالت سوخت بين 40-70درجه قبل از نقطه مرگ بالا پاشش مي كند.

اگر سوخت زودتر از 70 در جه تزريق شود فواره سوخت به قسمت مناسبي از تاج پيستون برخورد نخواهد كردو در نتيجه حركت مناسبي به سمت شمع ايجاد نخواهد شد.

اگر سوخت ديرتر از 40درجه قبل از مرگ بالا تزريق شود امكان تبخير آن بسيار كم خواهد بود؛كه افزايش سرعت دوراني موتور اين مورد را افزايش خواهد داد.

براي رفع اين مشكل از انژكتورها خاص كه از مواد پيزو الكتريك ساخته شده كه حركت گردابي شديدي به فواره سوخت در هنگام تزريق داده مي شود اين امر سبب تبخير سريعتر و اختلاط بهتر مخلوط سوخت و هواست

 

2-دور زياد:

در اين حالت شير كنترل كننده باز و هوا با حداقل مقاومت وارد سيلندر مي شودسوخت در هنگام مكش تزريق مي -شود و نتيجه آن مخلوطي همگن سوخت و هوا است.

[EN-EZEL 13,039]

تكنولوژي هاي جديد بكار رفته در موتور

• 1-پيستون مخصوص(PISTTON CAVITY):

• كه داراي سطح كروي بوده كه نقش محفظه احتراق را نيز دارد.

• منحني تاج پيستون طوري طراحي شده است كه وقتي سوخت پاشيده شد به سمت شمع حركت كند. به علاوه اين طرح براي حفظ جريان چرخشي هوا وسوخت تا انتها مرحله تراكم مفيد است.

 

2-پمپ فشار قوي جهت ارسال سوخت

(HIGH-PRESSURE FUEL PUMP)

در اين سيستم به منظور ساده كردن پمپ فشار قوي در سيستم ريل مشترك از يك پمپ پيستوني استفاده شده است.

نكته كه در اين پمپ بايد مورد توجه قرار گيرد دقت بيشتر در سيستم روغن كاري و سيستم خنك كاري مي باشد زيرا بنزين ويسكوزيته كمتري دارد.

اين پمپ روي سر سيلندر نصب شده و مستقيما توسط ميل سوپاپ مي چرخد.

فشار ارسال سوخت توسط يك سوپاپ يك طرفه تنظيم مي شود

 

مهمترين نقص اين پمپها كه توسط موتور به حركت در مي آيند ضعف پمپ و كمبود فشار سوخت در حالتهاي كه موتور هنوز دور نگرفته است .

براي جبران نمودن پمپ از يك پمپ ثانويه كه در داخل باك نصب است استفاده مي شود.

3-انژكتور مارپيچ(HIGH-PRESSURE SWRIL INJECTION)

• در اين سيستم به منظور دست يافتن به تايمينگ دقيق و كنترل كيفيت از انژكتور الكترومگنتي استفاده شده است.

• اين انژكتور از نوع مارپيچ بوده كه به منظور پخش نمودن سوخت و اتمميزه كردن آن بكار مي رود.

• حركت چرخشي سوخت به علت قرار گرفتن نوك انژكتور در مسير عبور سوخت مي باشد.

در مرحله دور زياد فشار محيط تزريق معادل فشار اتمسفر ولي در مرحله دور آرام كه سوخت در انتها مرحله تراكم پاشيده مي شود فشار محيط حدود 3.الي 5mpaمي باشد

 

 

4-راهگاه ورودي هواي قائم:

اين راهگاه باعث ايجاد يك جريان هواي قوي مي گردد.جهت چرخش هوا در اينجا بر عكس موتورهاي معمولي مي باشد يعني هواي داخل سيلندر در موترهاي GDIدر جهت عقربه هاي ساعت مي چرخد در حالي كه در موتورهاي معمولي جهت چرخش خلاف عقربه هاي ساعت است.

سيستم هاي ديگري كه بر عملكرد بهتر موتور تاثير دارند عبارتند از:

1-سيستم تغير زمان بندي سوپاپ(VVT)

اين سيستم سوپاپهاي را باتوجه به حالتهاي مختلف رانندگي كنترل مي كند.در حالتي كه موتور تحت بار سنگين است اين سيستم زمانبندي سوپاپ ورودي را به صورت مستمر تغير مي دهد تا با دور هماهنگ شود و بيشترين استفاده از اثر اينرسي پر كننده براي بالاترين بازده ورودي را داشته باشد.اين عمل باعث افزايش همزمان قدرت و گشتاور مي شود.در دورهاي پائين سوپاپ ورودي زودتر و دورها بالا ديرتر بسته مي شود.

سيستم سوپاپ متغير

 

 

منبع : موتورهاي تزریق مستقیم (سوران اشعری )

گرداوري : مهندس امير عباس زماني (همدان 1388)

[EN-EZEL 13,039]

سيستم هاي انژكتوري تزريق مستقيم GDI بخش دوم

 

2-دريچه گاز الكترونيكي:

• اين دريچه الكترونيكي گاز قابليت پاسخگوئي به نيازهاي مختلف ورودي به موتور را داشته و كنترل دقيق حجم هواي ورودي وافزايش توان عملياتي را امكان پذير مي سازد.

 

مجموعه دريچه گاز الكترونيكي

 

3-سيستم گردش مجدد گازهاي خودرو(EGR)

• از اين سيستم براي كاهش آلاينده هاي خروجي مخصوصا آلاينده اكسيدهاي نيتروژن استفاده مي شود.

• نحوع عملكرد اين سيستم به اين صورت مي باشد كه بخشي از گازهاي خوجي از سمت اگزوز به سمت مانيفولد هوا به گردش در مي آورد كه باعث كاهش دما و حداكثر فشار محفظه احتراق مي شود.

 

4-مبدل كاتاليستي با انباره كاهنده NOX

وقتي نسبت هوا به سوخت مخلوط احتراق بالاتر از ميزان تئوريك است؛گازهاي خروجي غني از اكسيژن ؛حذف NOXتوسط مبدل هاي سه راهي معمولي را غير ممكن مي سازد.

در اين حالت از مبدل كاتاليك با انباره كاهنده NOX استفاده مي شود.نحوه عملكرد مبدل به اين صورت مي باشد كه وقتي موتور با مخلوط رقيق تر از حالت تئوريك كار مي كند ؛كاتاليزور پلاتنيوم NOوO2رابهNO2تبديل و آن را بصورت موقتي انبار مي كند.

 

در هنگامي كه موتور با نسبت هوا معمولي كار مي كند.NO2 رها مي شودتا با همراه HCوCOبهN2وH2OوCO2و ساير تركيبات بي خطر شود.

 

5-سوپاپ كنترل جريان گردابي(TSCV)

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

وهوا و افزایش پایداری اختراق موتور را کنترل می نماید.

وضعيت اين سوپاپ در حالتهاي مختلف به اين صورت است:

1-تحت بار كم؛در اين حالت سوپاپ كنترل كننده بسته بوده و هوا مجبور به عبور از گذرگاه مارپيچي مي شود.اين عمل باعث مي شود كه هوا هنگام ورود به سيلندر جرياني گردابي داشته باشد

2-تحت بار زياد؛در اين حالت سوپاپ كنترل كننده باز بوده و هواي ورودي با حداقل مقاومت وارد سيلندر مي شود.

شكل زير مربوط به حالت بار كم مي باشد.

 

 

 

سيستم سوپاپ جريان گردابي در حالت نيمه بار وتمام بار

 

مزايا:

• 1-كاهش مصرف مخصوص به ويژه در بار جزئي

• 2-افزايش نسبت تراكم

• 3-كاهش مقدار آلاينده

• 4-توان و گشتاور بيشتر

• 5-افزايش بازده تنفسي

معايب:

1-استفاده از يك سامانه تزريق گرانتر

2-استفاده از يك واكنش گر پيشرفته تر

3-افزايش مقدار هيدروكربنهاي نسوخته در حالت بار زياد

4-نياز به پيستون گرانتر

مقايسه سيستم كاربراتوري ,پاشش غير مستقيم(EFI)و پاشش مستقيم(GDI)

 

 

 

منبع : موتورهاي تزریق مستقیم (سوران اشعری )

گرداوري : مهندس امير عباس زماني (همدان 1388)

[EN-EZEL 13,039]

پاشش مستقيم سوخت

GASOLINE DIRECT INJECTION (GDI)

بخش اول

موتورهاي آينده و چگونگي آن به بحث داغ محافل صنعتي و دانشگاهي تبديل شده است. سوخت هيدروژن، سوخت گاز، سوخت‌هاي گياهي به همراه موتورهاي اصلاح شده بنزيني يا ديزلي و موتورهاي هيبريدي گوشه‌اي از تلاش‌هاي صورت گرفته براي دستيابي به موتورهاي جديد است. مركز تحقيقات موتور آلمان نيز در يك بررسي، در زمينه موتورهاي بنزيني نظير كوچك‌سازيDownsizing) ) ،موتورهاي باتزريق مستقيم (GDI)و سيستم سوپاپ‌هاي كاملا متغيربراي ادامه حيات موتورهاي احتراق داخلي در بحران سوخت و آلايندگي خودروها در ۱۰ سال آينده فن‌آوري‌هاي جديد را چاره‌ساز مي‌داند.

قوانين اروپايي روي آلاينده‌هاي خطرناك اگزوز كه در سال ۲۰۰۰ نسبتا سختگيرانه به اجرا درآمد، در سال ۲۰۰۵ سختگيرانه‌تر شده است. محدوديت‌هاي استاندارد آلايندگي(EURO IV) براي آلاينده‌هاي HC و NOX و ذرات معلق حدود ۵۰ درصد سطح كنوني اين گازهاي مضر است. استاندارد آلايندگي اروپا در سال ۲۰۰۴ مطابق با استاندارد EURO III بود. مرحله بعد در استانداردهاي اروپايي كه EURO V ناميده مي‌شود، احتمالا با تمركز بر ذرات معلق، به بهينه‌سازي بيشتري نياز دارد.

از سال ۲۰۰۳ به بعد در كاليفرنيا بايد حداقل ۱۰ درصد فروش هر سازنده خودرو خودروهايي با آلايندگي صفر يا معادل آن بوده باشد. نگراني در مورد اثر گازهاي گلخانه‌اي، خودروسازان اروپايي را وادار كرده است كه تا سال ۲۰۰۸ خودروهايي توليد كنند كه متوسط CO2 منتشره از آنها زير ۱۴۰ gr/Km باشد.

يعني كاهش مصرف سوخت بايد به ميزان بيش از ۲۵ درصد در مقايسه با سطح تعيين شده در سال ۱۹۹۵ باشد. همچنين كاهش بيشتر به سطح ۱۲۰ gr/Km تا سال ۲۰۱۲ نيز در سال ۲۰۰۳ تحت بحث و بررسي قرار گرفت.

از طرفي، همزمان با طرح مباحث آلايندگي، مشتريان نيازمند ايمني و آسايش بيشتري نسبت به سابق خواهند بود كه اين مساله تنها با افزايش وزن خودرو ميسر خواهد شد و واضح است كه اين موضوع با مصرف كمتر انرژي منافات دارد.

همچنين ضمن حفظ حداقل عملكرد خودرو، نبايد هزينه مالكيت خودرو افزايش يابد. در اين حال، كار طراحان بسيار سخت است.

از طرفي بايد جلوي هزينه‌هاي اضافي را بگيرند و از سوي ديگر بايد كاهش آلودگي را در كنار افزايش ايمني و مصرف سوخت مورد توجه قرار دهند

ابداع سيستم‌هاي جديد تزريق با فشار بالا و پيشرفت در سيستم كاتاليست‌هاي DeNOx به اولين توليد انبوه موتورهاي پاشش مستقيم بنزيني با شارژ طبقه‌اي منجر شده كه كاهش مصرف سوخت بين ۱۰ تا ۱۵ درصد را به ارمغان آورده است.

براي دستيابي به بهترين مصرف سوخت، اين موتورها در بارهاي جزئي و مخلوط هوا و سوخت بسيار رقيق كار مي‌كنند.

در بارهاي زياد يا بار كامل به منظور تامين حداكثر قدرت خروجي، مخلوط هوا و سوخت به صورت همگن وارد محفظه احتراق مي‌شود.

براي پايداري فرايند احتراق و اجتناب از تشكيل (SOOT)

دوده در بارهاي جزئي، حالت مخلوط هوا و سوخت با حركت كنترل شده هواي ورودي تامين مي‌شود. مخلوط با حركت پيچشي رو به جلو Forward Air Tumble) ) در فاصله هوايي شمع پايدار مي‌شود.

 

 

پايداري فرايند احتراق در موتورهاي GDI، به دليل نسبت هوا به سوخت بالا (رقيق‌سوز بودن) ، ازمزيت‌هاي اساسي اين نوع موتورهاست. سيستم‌هاي پاشش مستقيم، عملكردي شبيه به فرايند احتراق در موتورهاي ديزل يعني پاشش توام با فرايند احتراق دارند.

همچنين يك سيستم كاتاليستي DeNOx بايد به مجموعه افزوده شود تا كاهش آلاينده‌ها را در فرايند شارژ طبقه‌اي مطمئن كند.موتورهاي تزريق مستقيم كه در چند شركت مختلف در حال پيگيري است، شامل سيستم‌هاي GDI و D۴ و HDI است.

البته شركت بوش آلمان نيز طرح‌هاي گسترده‌اي را در حال بررسي دارد.

اين سيستم به وسيله پاشش مستقيم سوخت داخل سيلندر همانند موتورهاي ديزلي عمل مي‌كند. البته اين فرق وجود دارد كه اين سيستم با توجه به گسترش صنعت الكترونيك اجازه ظهور پيدا كرده و از برنامه‌هاي پيچيده نرم‌افزاري و سخت‌افزارهاي پيچيده رايانه‌اي با توجه به قوانين پيچيده مكانيكي پشتيباني مي‌شود از مزاياي موتورهاي تزريق مستقيم، مي‌توان به بهبود مصرف سوخت به ميزان غيرقابل تصور كه تا حدي برطرف‌كننده چالش‌هاي انرژي‌هاي فسيلي است اشاره كرد. افزايش بازده تنفسي (خشك شدن مخلوط سوخت و هوا در سيلندر)، كاهش افت حرارتي در حالت پاشش هنگام ايجاد مخلوط لايه‌اي، افزايش نسبت تراكم و افزايش حد خودسوزي، كاهش توليد ۲Co و تنظيم دقيق‌تر نسبت هوا به سوخت از ديگر مزاياي اين موتورهاي جديد است.

به جهت احتراق بهتر و هدايت سوخت به اطراف شمع تاج پيستون سيلندر منحني شكل است و پمپ سوخت فشار قوي جهت تغذيه افشانه‌ها به كار رفته است. موتورهاي تزريق مستقيم در عين اينكه باعث كاهش مصرف سوخت مي‌شود، قدرت خروجي موتور را نيز افزايش مي‌دهد. براي اين منظور بايد زمانبندي پاشش سوخت مناسب با بار موتور تغيير كند.

در حالت بار کم تحت شرايط رانندگي شهري، پاشش به صورت دير هنگام و در انتهاي مرحله تراكم صورت مي‌گيرد. با اين كار، احتراق در يك مخلوط خيلي رقيق انجام مي‌شود، زيرا مخلوط سوخت وهوا به صورت لايه‌اي تشكيل مي‌شود در حالت بار كامل با سرعت‌هاي بالا، سوخت در مرحله مكش پاشيده مي‌شود. اين كار باعث تشكيل يك مخلوط همگن سوخت هوا مي‌شود. در موتورهاي بنزيني افشانه چند نقطه‌اي محدوديت‌هايي جهت رقيق ساختن مخلوط سوخت و هوا تا حد زيادي وجود دارد؛ زيرا باعث رقيق ساختن مخلوط سوخت و هوا و باعث تغييرات شديد خصوصيات احتراق و ناپايداري احتراق مي شوند. در صورتي كه مخلوط لايه‌ لايه‌اي در سيستم پاشش مستقيم سوخت بدون آنكه احتراق ضعيف‌تر شود، باعث مي‌شود مقدار رقيق شدن مخلوط به ميزان زياد افزايش يابد.

به عنوان مثال در دور آرام يعني وقتي احتراق ناپايدار است، موتور پاشش مستقيم يك احتراق سريع و پايداري را حتي با مخلوطي با نسبت هوا به سوخت يك ۵۵ دارد در صورتي كه در موتورهاي عادي در نسبت يك به ۲۰ عطسه گازي به وجود مي‌آيد. اين موتورها باعث بهبود بازده تنفسي در حدود ۵ درصد، افزايش تراكم، عملكرد شتاب گشتاور و توان موتور به ميزان ۱۰ درصد و كاهش حدود ۴۰ درصدي مصرف سوخت مي‌شود. موتورهاي d۴ شركت تويوتا، و GDI ميتسوبيشي، موتور تزريق مستقيم بوش نيز از معروف‌ترين اين‌گونه موتورها هستند. اين سيستم تنها با سنسورهاي قوي و برنامه پيچيده رايانه‌اي كار مي‌كند.

ساختارهاسيستم احتراق:

راه حلها و رويکردهاي متفاوتي براي سيستمهاي احتراق GDI در طي سالها پيشنهاد شده و انواع مدلهاي زير ارائه گشته است سيستمهاي مختلف با گردش مخلوط درون سيلندر (چرخشي، لغزشي، پرتابي و متلاطم)، شکل دادن اتاقک احتراق، تغيير شکل پيستون و محل استقرار شمع و انژکتور

سيستمهاي مذکور از يک جريان با محدوده گسترده درون سيلندر براي حفظ لايه بندي مخلوط استفاده مي کنند. حفظ ثبات احتراق در اکثر سيستمهاي پيشنهادي با استقرار الکترود شمع در محيط پيرامون اسپري سوخت انجام مي شود.

در طرح ديگر از يک شمع در مرکز و انژکتور خارج از مرکز استفاده مي شود. ايده هاي کاسه پيستون خارج از محور، تزريق سوخت در کف کاسه پيستون و استقرار الکترد شمع در مرکز اتاقک احتراق در شکل آمده است و مطابق با نظريه برخورد جرياني در موتورهاي GDI در شکل ديده مي شود. اين ايده شامل تصادم جريان مخلوط ها در مرکز اتاقک احتراق و در محلي است که احتراق روي خواهد داد. ايده سوم يک اتاقک باز طراحي شده است که دو ناحيه تقريباً جدا شده را در نقطه مرگ بالا (TDC) همانند شکل ايجاد کند. از نظر تئوري، اين اتاقک نيمه تقسيم بندي شده، مقدار هوايي را که با سوخت تزريق شده و دير هنگام مخلوط ميشود را کنترل کرده و محدود ميسازد. به علاوه، سه مثال از سيستم احتراقيGDI

که از حرکت سقوطي لغزشي جريان هوا در سيلندر استفاده مي کند، در شکل ديده مي شود. نيز سيستم پاشش مستقيمGDIبا استفاده از جريان پرتابي در شکل نشان داده شده است.

 

هر سيستم GDI که براي عملکرد با سوخت لايه بندي شده طراحي مي شود، بايد در يک طبقه بندي خاص موتورهاقرار گيرد و ميتواند از نوع: هدايت اسپريي، هدايت ديواره اي سيلندر و هدايت هوايي باشد که اين طبقه بندي بر اساس روش ايجاد لايه سوختي حين عملکرد موتور با بار متوسط مي باشد. طبقه بندي ويژه بر اساس اين که آيا حرکات اسپري، برخورد اسپري به سطح پيستون و يا محوطه جريان سوخت بطور اصولي براي دسترسي به سوخت لايه لايه شده، استفاده مي شود صورت گرفته، که تعدادي از اين سيستمها در اين مقاله تشريح خواهند شد و مزايا و محدوديتهاي آنها مقايسه خواهند شد. رهنمودهايي نيز در مورد تحولات آينده سيستمهاي احتراق ارائه خواهد شد.

موقعيت محل نسبي استقرار شمع و انژکتور

محل و راستاي انژکتور نسبت به شمع از پارامترهاي حساس و عوامل هندسي مهم در طراحي و الکترود شمع همواره بايد دربهينه سازي سيستم GDI مي باشد محل مناسب در منطقه مخلوط آماده احتراق، در زمان جرقه زدن قرار گيرد و اين منطقه تحت تاثير مقادير و نسبتهاي چرخشي و لغزشي هواي درون سيلندر و نيز زاويه مخروط اسپري، اندازه متوسط قطرات اسپري شده و تايمينگ اسپري و جرقه مي باشد.

در طي عملکرد موتور در زير بار زياد، راستا و جهت دهي خاص محور اسپري انژکتور وزاويه مخروط اسپري ميتواند و بايد توليد کننده و ايجاد کننده ترکيب کامل و سريع سوخت همراه با هواي مکيده شده باشد و اين عمل به منظور افزايش استفاده از هوا انجام مي شود.

در مورد تزريق دير هنگام، شمع و انژکتور بايد در حالت ايد ه آل به شکلي مستقر شوند که ابر مخروطي مخلوط قابل احتراق در زمان جرقه را در روي شمع فراهم کرده و با تايمينگ جرقه خاص، به نوعي تنظيم کنند که در طيف مناسب از دورهاي موتور، حداکثر کارآيي چرخه عملياتي را نشان دهد.

به طور کلي هيچ مجموعه اي از حالات بهينه وجود ندارد که در کليه ترکيبات دور موتور و بار موتور، مناسب باشد. بنابراين موقعيت قرار گرفتن محل انژکتور و شمع همواره بايد با در نظر گرفتن حالت ميانگين صورت گيرد.

محدوديتهاي سخت افزارهاي ديگر نيز مهم است و بايد از جمله ملاحظات مهم قرار گيرد. اگر بخواهيم روشهاي اثبات شده طراحي سيستم PFIرا در مورد اتاقک احتراق GDI بکار بگيريم

برخي خواسته ها و الزامات اضافي را بايد در نظر بگيريم و براي مسافت حرکت شعله و افزايش قدرت با محدود سازي کوبش در يک اکتان خاص بنزين، معمولاً شمع را در محل مجاور مرکز قرار مي دهند. مثل سيستمهاي PFI اين محل معمولاًحداقل اتلاف حرارتي را در طي احتراق دارد

 

اگر مي خواهيم به الزامات درجه اکتان کم، دست پيدا کنيم دور از مرکز بودن موقعيت شمع بايد کمتر از 12 % قطر داخلي سيلندر باشد. در اکثر نظريه ها تنها عاملي که مهم و ثابت مي باشد قرار گرفتن شمع در نزديکي مرکز سرسيلندر است بنابراين مزاياي اصلي ذاتي کاربرد يک شمع تقريباً نزديک به مرکز سرسيلندر، پخش شعله متقارن مي باشد که براي به حداکثر رسانيدن ميزان سوختن و قدرت ويژه حاصله بيشينه شده و کاهش اتلاف گرمايي و تمايل به خود احتراقي مي باشد. بکاربردن دو شمع ميتواند احتراق قويتري را ايجاد نمايد، ولي پيچيدگي کار زيادتر خواهد شد. استفاده از دو شمع مستلزم تقسيم سوخت تزريقي به دو زبانه و جهت دهي هر يک به سمت منبع جرقه خود ميباشد و اين کار امکان کارکرد سيستم با سوخت رقيق را کاهش مي دهد

پس از اينکه محل نزديک به مرکز سرسيلندر براي شمع مشخص شد، عوامل اضافي بيشماري بايست در جهت دهي و استقرار و جاي گيري انژکتور محاسبه و رعايت شود مراحل انتخاب موقعيت قرار گرفتن شمع مي تواند با کمک تحليل ليزري و محاسبات ديناميک سيالات (CFD) که شامل مدل سازي از اسپري و اتاقک مي باشد، صورت گيرد. استفاده از عيب يابي چشمي مستلزم اصلاح محفظه اتاقک احتراق موتوراست. مدلهاي اسپري و مدل سازي زير مجموعه شکل لايه بنزين روي جداره سيلندر در موتورهاي تزريق مستقيم (DI) هنوز در دست مطالعه است

بدين معني که اگرچهCFD را مي توان در تحقيق روي برخي محل هاي استقرار مورد استفاده قرار داد، بسياري از امور نهايي

براي تشخيص و تاييد بر روي نحوه استقرار محور اسپري انژکتور، توسط ارزيابي سخت افزاري و نمون هسازي ها و آزمايش توسط دينامومتر روي موتور حاصل مي شود.

مسئله اصلي آن است که محل انژکتور بايد يک لاي هبندي ثابت براي شرايط کارکرد موتوربا بار کم ايجاد کند، و يک مخلوط همگن با هواي مورد استفاده مناسب در شرايطي که بار زيادي به موتور وارد مي شود ايجاد، ونيز از پاشش سهوي سوخت روي جداره سيلندر و سر پيستون در خارج از حفره موجود در سر پيستون جلوگيري نمايد. سايرفاکتورهاي مهم شامل دماي سوراخ نوک انژکتور، تمايل انژکتور و شمع به ايجاد دوده، توافق و هماهنگي ميان اندازه سوپاپ ورودي و محل قرار گرفتن انژکتور، محدوديت هاي طراحي، دستيابي و سرويس انژکتور ميشود. ناحيه در دسترس براي استقرارسوپاپ ورودي مهم است زيرا محلهايي که براي استقرار انژکتور پيشنهاد مي شود، اثرات منفي روي فضاي موجود براي سوپاپ موتور مي گذارد و مجبور مي شويم از نواحي کوچکتري براي ايجاد جريان هواي عبوري از سوپاپ استفاده کنيم

 

¨ منابع:

¨ سايت اينترنتيaftab.ir

¨ سايت اينترنتي saipa yadak.ir

¨ سايت اينترنتي howstuffworks.com

¨ و ماهنامه مجله ماشين

 

گرداورنده : مهندس حسين نبي زاده

استاد راهنما : مهندس مجید سالاری

[EN-EZEL 13,039]

پاشش مستقيم سوخت

GASOLINE DIRECT INJECTION (GDI)

بخش دوم

تقسيم بندي سيستمها

فضاي بالاي سيلندر به سيستم هاي فضاي باريک و فضاي گسترده طبقه بندي مي شود. اين کار بر اساس موقعيتهاي نسبي قرارگرفتن انژکتور و شمع مي باشد. از آنجا که شمع معمولاً در مرکز يا اطراف مرکز اتاقک مستقر است در حالت استقرار فضاي باريک، انژکتور با کمي خروج ازمرکز (

%12 ) نصب مي شود، لايه بندي مخلوط صرفاً با مجاورت انژکتور و الکترود شمع ميسر ميشود. بنابراين، قابليت لايه لايه شدن در طراحي فضاي باريک بطور مشخصي بالاتر از همين قابليت در طراحي فضاي گسترده است. در مقابل، طراحي فضاي گسترده، معمولاً انژکتور را در روي محيط و يا در نزديکي محيط محفظه احتراق قرارداده است

 

در نظريه فضاي گسترده اسپري سوخت بايد در طول مسافت بيشتري و در محدوده زماني زيادتري از نوک انژکتور تا شمع حرکت کند. اين حرکت توسط ترکيب اندازه حرکت اسپري، چرخش هوا درون سيلندر و شکل هندسي سر پيستون تحت تاثير قرار مي گيرد . در مجموع، انژکتور نبايد در سمت سوپاپ اگزوز نصب شود، زيرا دماي نوک آن ممکن است تا cْ175 درجه بالا رود و مشکلات دوام قطعه و ايجاد دوده را تشديد کند، که بحث در اين رابطه در حوصله اين مقاله نمي گنجد. حداکثر سايز سوپاپ ورودي را که ميتوان با انژکتور نصب شده در سرسيلندر در يک موتور 4 زمانه 4 سوپاپ بدست آورددر شکل 4 مي بينيد.

 

 

در اينجا، دو دايره بزرگ محل دو سوپاپ ورودي و دو دايره کوچکتر، سوپاپهاي دود مي باشند. دوترکيب بندي در سمت چپ شکل، طرحهاي ممکن در مورد يک نوع فاصله بندي که در آن انژکتور و شمع در مجاورت هم باشند را نشان م يدهد (ايده فضاي باريک).

سيستم احتراق سمت راست، ترکيبات احتمالي سيستمي را که در آن شمع وانژکتور فاصله دارند را نشان ميدهد. مشخص است که در طرح فضاي باريک، محدوديتهايي وجود دارد و براي افزودن بازده حجمي بايد از روشهاي کمکي بهره گرفت، همانند بهينه سازي طرح دهانه ورودي براي ايجاد ضريب جريان عبوري بيشتر.

مقايسه عملکرد مخلوط تحت بار زياد و مخلوط همگن ميان آرايش انژکتوري DI نصب در مراکز نشان ميدهد که همگن بودن مخلوط معمولاً در انژکتورهاي نصب شده در مرکز بهتر است .

 

لذا مقادير CO و دوده کمتر مي باشد و گشتاور موتور نيز بيشتر است. انژکتور نصب در کناره ها ( غير مرکزي) بالاترين بازده حجمي را داراست زيرا اين آرايش، ابعاد سوپاپ ورودي بزرگتري را امکان پذير مي سازد. نتايج حاصله در مورد موتور با بار متوسط، نشان مي دهد که در آرايش مرکزي، ميزان آلودگي HC کمي کمتر است. مقايسه کلي دو سيستم نشان مي دهد که تفاوت عملکرد ميان دو سيستم زياد نيست و فقط اندکي به نفع آرايش متمرکز (نصب در مرکز) مي باشد.

بنابراين انتخاب اينکه کدام حالت را براي توليد برگزينيم بيشتر متاثر از امکانات توليدي است تا عملکرد طرحهاي مختلف. بايد در نظر داشت که تقريباً کليه اين مطالعات که آرايشهايDIرا مقايسه ميکند، از شکل هندسي غير بهينه محفظه اتاقک احتراق استفاده کرده اند.

 

در انتها به اين نکته بايد توجه داشت که الکترودهاي شمعها بايست به ميزان کافي در محفظه اتاقک احتراق داخل شده باشد و به شکلي باشد که الکترودها از جريان کلي در حال حرکت در سيلندر محافظت شود. بايد مقدار مناسبي طول الکترود، درون محفظه احتراق (به شکل محافظت شده) وجود داشته باشد تا احتراق مخلوط لايه بندي شده را ثبات بخشد.

ساير بهبودها شامل به حداقل رسانيدن قطر الکترود، نصب کويل مستقل براي هر سيلندر، استفاده از جريان تخليه بيشتر و مدت تخليه طولاني تر است.

 

شکل 5: نمايش تصويري از سيستمهاي احتراق هدايت شده

 

روشهاي ايجاد مخلوط لايه بندي شده

سيستمهاي DI که با مخلوط لايه بندي شده کار مي کنند به شکل زير (در سه طبقه)، طبقه بندي ميشوند: 1- هدايت اسپريي:هدايت شده بوسيله جريان اسپري شده، 2- هدايت ديوار هاي: هدايت شده توسط جداره سيلندر، 3- هدايت هوايي: هدايت شده توسط جريان هواي ورودي به داخل سيلندر. طبقه بندي خاص هر سيستم به اين سادگي دارد که آيا لايه بندي بر اساس ديناميزم اسپري (نحوه حرکت کيسه اسپري)، پاشش اسپري روي سطح پيستون و گستردگي جريان مخلوط سوخت و هوا انجام مي شود.

معمولاًهر سه حالت فوق در يک موتور حضور دارد و نسبت عملکرد هر يک متفاوت است. بر اساس مسافت ميان سوراخ نوک انژکتور والکترود شمع، سيستم با هدايت اسپريي ممکن است با نام سيستم با فضاي باريک شناخته شود، ولي حالت هدايت ديوار هاي و هدايت هوايي با نام سيستم فضاي گسترده ناميده گردد.

 

سیستمهای احتراق هدایت شده توسط اسپری

در اين طرح حرکات سوخت درون سيلندر و تلاطم آن اثر کمي روي جابجايي سوخت دارد . اين طرح در مقايسه با دو طرح ديگر، کمترين اصلاحات را روي طرح PFI نياز دارد . اين مورد در حالتي که مي خواهيم موتور PFIرا به GDIتبديل کنيم مهم است، هر چند بسياري مسائل مانع ازانجام کار روي سيستمهاي فضاي گسترده است . نزديکي انژکتور و شمع و فاصله زماني کوتاه ميان تزريق سوخت و جرقه زدن، مشکلاتي مانند دوده زدن الکترود ايجاد مي کند.

زيرا تعداد قطرات سوخت نزديک الکترود زياد است خصوصيات احتراق در اين عملکرد لايه بندي شده خيلي به تغييرات شکل اسپري حساس است . مثلاً تفاوت در تقارن اسپري، زواياي انحراف از قائم محور اسپري که در اثر تلرانسهاي توليدي تغيير

مي کند و يا مواد زائد رسوب کننده روي انژکتور، ضريب تغييرات(COV) فشار موثر شاخص متوسط (IMEP) را بسيار دگرگون خواهد کرد و احتراق ناقص روي خواهد داد .

با توجه به اينکه خصوصيات اسپري سوخت درGDI، تحت تاثير تعداد متغيرهاي بسياري است، در نظر داشتن کل تغييرات محيطي (مرتبط با شرايط مختلف عملياتي موتور ) که در شرايط مختلف روي مي دهد چالش بزرگي در طراحي آن محسوب مي شود عملکرد موتور در اين سيستم تحت تاثير تايمينگ تزريق و تايمينگ احتراق است و به شکل پيستون نيز بستگي دارد.

الزام به نصب بسيار نزديک انژکتور و شمع در اين طرحها، موجب کاهش دهانه سوپاپ ورودي و افزايش حساسيت به خصوصيات اسپري و شرايط کيسه آن ميشود

 

مجاورت انژکتور و الکترودها امکان احتراق ناقص در اثر وجود قطرات سوخت موجود در محيط پيرامون کيسه اسپري در روي الکترودهاي شمع را بيشتر مي کند.

هرچند استفاده از انرژي احتراق بيشترمي تواند در واقع امکان احتراق ناقص را کم کند، ولي اين طرح عمر شمع را نيز کوتاه مي کند. قرار گرفتن سوراخ نوک انژکتوردر نزديکي منبع احتراق ميتواند هر گونه احتمال ايجاد دوده را تشديد کند، که ايجاد اين مواد زائد و دوده در دهانه انژکتورهميشه يک عامل نگراني است.

کيفيت پودر شدن اسپري در سيستم هدايت اسپريي خيلي مهم است زيرا مدت موجود براي تبخير خيلي کم مي باشد. به همين سبب در اين سيستمها مي توان از سيستم تحويل سوخت به کمک هوا بهره گرفت.

 

سيستم تزريق سوخت به کمک هوا، علاوه بر بهبود کيفيت مخلوط، از پودر کردن تحت فشار هوا استفاده مي کند و لذا نياز به جابجايي مقادير زياد هواي کم فشار ندارد.

در واقع کاهش سرعت جريان کلي در ايجاد لايه بندي مفيد است. براي کسب بيشترين امتيازات در اسپري کردن سوخت با اين روش، محل انژکتور بايد هم راستاي محور سيلندر باشد و شمع نيز درحوالي مرکز نصب شود.

اين آرايش امکان مرطوب شدن ديواره را کم کرده، حساسيت به شرايط جريان درون سيلندر راکاهش داده و راستاي اسپري را نسبت به گودي پيستون تنظيم مي کند. در اين شرايط مدول شمع و انژکتور با فشار هواي کمکي، دريک واحد يکپارچه ايجاد شد هاند تا با سهولت در موتورهاي 4سوپاپ نصب شوند،

 

در مقابل انژکتور نصب شده در کناره (غيرمرکزي) با شمع نصب در مرکز، نياز به طراحي دقيق گودي پيستون و هندسه محفظه اتاقک احتراق دارد تا کاهش آلودگي خوبي پيدا کرده و قابليتهاي احتراق گازهاي خروجي شبيه به سيستم انژکتوري مرکزي را داشته باشد.

بايد توجه داشت که بدون داشتن حساسيت نسبت به شرايط چرخش مخلوط دردرون سيلندر، سيستم انژکتوري با هواي کمکي، براي موتورها با آرايش هاي مختلف سوپاپي مناسب خواهد بود، بدون اينکه به کنترل جريانهاي فعال يا منفعل، مانند سوپاپ کنترل چرخش هوا نياز باشد.

 

 

يک سيستم احتراق هدايت اسپريي که در بسياري موارد تحت مطالعه بوده است، انژکتور را مجاور مرکز و شمع را درحاشيه مخروط اسپري قرار مي دهد

 

مقايسه موقعيتهاي و جهت دهي مختلف انژکتور

موقعيت نصب:در قسمت مرکزي

• تعادل و ثبات جرقه بالاتر در طرح عملياتي موتور

• بالا بودن درجه امکان لايه لايه بندي شدن سوخت، اما در يک مقطع زماني کوتاه

• مناسب بودن در توزيع هماهنگ سوخت به داخل محفظه احتراق

• ممتاز بودن در حالت عمليات با سوخت همگن

• شکل گيري مخلوط درحالت نسبتاً مستقل از شکل هندسي سطح فوقاني پيستون

• نصب و جدا کردن مشکلتر براي سرويس

• اندازه سوپاپ کم شده

• جرم گيري احتمالي شمع

 

• درجه حرارت بالاتر از سوراخ انژکتور و تمايل به رسوب گيري انژکتور

• حساسيت به تغييرات خصوصيات اسپري سوخت

• احتمال بالاتر در برخورد اسپري به سطح فوقاني پيستون

• احتياج احتمالي به شمع مخصوص همراه با الکترودهاي مخصوص

موقعيت نصب:در قسمت ورودي

• امکان بزرگتر شدن اندازه سوپاپ

• افزايش زمان در دسترس براي تهيه مخلوط مناسب

• تسهيل نصب و جدا کردن انژکتور

• تأثير کمتر تغييرات در خصوصيات اسپري سوخت

• خنک شدن بهتر و آسانتر سوراخ انژکتور به وسيله هواي ورودي

• حرارت کمتر سوراخ انژکتور و تمايل کمتر براي رسوب گيري

• برخورد کمتر سوخت به الکترودهاي شمع

 

• استاندارد بودن شمع

• محدوديتهاي بيشتر در موقعيت ميله يا لوله سوخت

• درجه کمتر لايه لايه شدن سوخت و تغييرات بيشتر آن

• احتمال بيشتر برخورد اسپري به ديواره سيلندر

• افزايش احتمال رقيق شدن روغن

موقعيت نصب:در قسمت خروجي

• بايد از اين کار پرهيز کرد

 

يکي از نخستين سازندگان خودرو که از سيستم احتراق هدايت اسپريي DI در توليدات خود استفاده مي نمايد، شرکت رنو ميباشد که برشي از يک موتور با اين سيستم در شکل ديده مي شود. اين موتور براي بهره برداري از مزيت عمل آوري مجدد محصولات احتراق در داخل اگزوز توسط کاتاليزور سه راهه بايد در حالت تنظيم کامل سوخت و هواي همگن کار کند.

در سر پيستون يک گودي عميق ايجاد مي شود تا پراکندگي سوخت رو به سمت ديواره سيلندر را کاهش دهد

 

تصويري از محفظه احتراق که در آن. پاشش به صورت اسپريي هدايت ميشود

 

برش مقطعي حقيقي از سيستم هدايت پاشش در خودرو

[EN-EZEL 13,039]

پاشش مستقيم سوخت

GASOLINE DIRECT INJECTION (GDI)

بخش سوم

سيستم احتراق هدايت ديواره اي

آرايش سيستم :

در تئوري دو راه عمده براي ايجاد مخلوط لايه بندي شده با ثبات وجود دارد که بتواند مدت زمان ميان تزريق و اشتعال را کم کرده و مسافت ميان سوراخ نوک انژکتور و الکترود شمع که در هدايت اسپريي به حداقل ممکن مي رسد، اما زمان آماده سازي مخلوط را هم کاهش مي دهد که اين امر يک اثر منفي روي آلودگي HCو ايجاد دوده دارد. ايجاد يک مخلوط بهتر مي تواند توسط کاستن از ميزان ثبات احتراق با افزايش فاصله ميان جرقه و انژکتور يا افزايش تاخيرميان تزريق و احتراق سوخت انجام شود. اين همان ايده اصلي سيستم فضاي گسترده مي باشد.

 

 

مراحل عملکرد سيستم انژکتوري با هدايت ديواره اي

 

در طرحهاي اتاقک باز که در آن لايه بندي بيشتر توسط حرکت مخلوط ايجاد مي شود، يک لايه بندي با ثبات را مي توان با پاشيدن مستقيم اسپري روي يک گودي پيستون طراحي شده انجام داد که متعاقب آن، حرکت بخار سوخت (ابرسوخت) به سوي شمع با حرکت و اندازه حرکت سوخت تزريق شده در محوطه جريان هواي مکيده شده، تامين مي شود.

ايده هدايت ديواره اي در شکل نشان داده شده است. با استفاده از يک پيستون که به صورت خاص شکل داده شده ميتوان بالانس وتوازن بهينه حرکت چرخشي و دوراني هوا و حرکت سوختي که روي پيستون پاشيده مي شود را کنترل کرد، تا به احتراق لايه بندي شده دست پيدا کرد.

 

لازم به ذکر است که در واقع فقط کسري از قطرات مايع روي ديواره پاشيده مي شود و بيشترحجم مايع اسپري در حالي که درون جريانهاي زودگذر که توسط عمل تزريق ايجاد مي شود قرار دارد، از فراز و نشيب و شکل ديواره سيلندر تبعيت ميکند.

اين اکثريت قطرات مايع هرگز واقعاً روي گودي پيستون نمينشينند. اثر کلي هدايت ديوار هايروي مخلوط توسط شکل ديواره صورت مي گيرد، اما عملکرد واقعي آن خيلي پيچيده تر از اين مي باشد

 

موقعيتهاي احتمالي انژکتور و شمع براي افزايش فاصله نوک انژکتوراز شمع

 

در يک موتور بنزيني با سيلندرهاي 4 سوپاپه با شمع مستقر در مرکز، محلهايي که انژکتور ميتواند مسافت جرقه و اسپري را زياد کند در شکل 12 مشخص شده است.

يک راه اين است که انژکتور را درست در سمت سوپاپهاي ورودي اتاقک احتراق قرار دهيم و ديگر اينکه در پيرامون سيلندر ميان سوپاپ ورودي و خروجي قرار گيرد.

تحليل ايجاد مخلوط در حالت اخيرنشان مي دهد که وقتي انژکتور و محور اسپري به سوي مرکز اتاقک احتراق و با زاويه 70 درجه نسبت به افق قرار گيرد، توزيع مخلوط نزديک الکترودهاي شمعها در سيلندرهايي با پيستونهاي سر صاف خيلي ضعيف است و بايد شکل سر پيستون را اصلاح کرد مي توان انژکتور را در پيرامون سيلندر و ميان سوپاپهاي ورودي و خروجي نصب کرد،

 

اما اين کار را بايد با توجه به اين موضوع که نوک انژکتور داغ مي شود، انجام داد. تقريباً کليه سيستمهاي توليدي و نمونه سيستم GDIانژکتور را زير ، دهانه ورودي و ميان سوپاپ هاي ورودي قرار مي دهند. اين محل، همراه با استقرار شمع در مرکز تحت مطالعات زيادي قرارگرفته و نتايج آن موجب گشته تا اين ترکيب هندسي يک عنصر اساسي طراحي جمع و جور در موتورهاي GDIچندسيلندر به ويژه در سيلندرهاي با قطر کم قرار گيرد.

اين کار باعث ورود بهتر هواي مکش شده و تداخل خوب آن را با اسپري در حالت تزريق زود هنگام فراهم کرده و نوک انژکتور را. بهتر خنک مي کند. اشکال زير نمودارهاي چهار مدلDI هدايت ديواره اي را نشان مي دهند

 

تصويري از سيستم احتراقي انژکتوري در خودرو ميتسوبيشي

 

نماي سيستم پاشش مستقيم در خودرو فولکس

 

با توجه به اين ترکيب و استفاده از يک انژکتور در مرکز، که از پاشش اسپري روي سطح پيستون استفادهمي کنند تا مخلوط لايه بندي شده ايجاد کنند، معمولاً حساسيت کمتري به تغييرات اسپري نشان مي دهند. لذا اين سيستمهابا توجه به اثرات تضعيف اسپري در اثر تاثيرات مواد دوده اي، تغييرات در هر بار عملکرد آنها و يا تلرانس قطعات مشابه وتلرانس شکل اسپري آنها ، پايداري بيشتري دارند. هر چند قرار داشتن انژکتور در حاشيه اتاقک (غير مرکزي) مي تواند به افزايش پاشش کنترل نشده سوخت روي سطوح اتاقک منجر شود اما اين مسئله باعث کاهش امتياز خنک کنندگي مخلوط درون سيلندر در حالت تزريق زود هنگام مي شود. مثلاً استقرار انژکتور در خارج مرکز در موتورهاي تک سيلندرGDI ايسوزو، آلودگيHC بيشتري ايجاد نموده و مصرف

سوخت نسبت به حالتي که همان انژکتور در مرکز اتاقک باشد بيشتر ميشود اين حالت را چنين مي توان توجيه کرد که به علت نفوذ سوخت به ديواره سيلندر در سمت سوپاپ دود است، که جذب سوخت مايع و واجذبي بخار سوخت توسط لايه روغن موتور را زياد مي کند.

پاشيدن مستقيم سوخت روي جداره سيلندر يا سر پيستون يک لايه سوخت آن سطوح ايجاد مي کند که ميتواند منجر به سوختن سوخت از سطح اين لايه و افزايش آلودگي HCو دود شود. استفاده از انژکتورهايي که HC مي کند که ميتواند منجر به سوختن سوخت از سطح اين لايه و افزايش آلودگي در قسمت حاشيه نصب شد ه اند، بايد با دقت صورت گيرد و مورد ارزيابي قرار گيرند تا از رقيق سازي و سريعتر شدن فرآيندايجاد دود و بقاياي احتراق(CCD) به ويژه براي کارکرد موتور با بارزياد جلوگيري شود

 

طراحي گودي پيستون

روشن است که هندسه خاص گودي پيستون عامل مهمي در عملکرد سيستم احتراق هدايت ديواره اي GDI مي باشد وبهينه سازي آن و تنظيم اسپري با آن، دو مرحله مهم و بحراني در ايجاد يک سيستم احتراق تلقي مي شود. شکلهاي زيرعکسهايي از کاسه هاي پيستون هستند که در سه نمونه از توليدات موتورهايGDI مورد استفاده قرار مي گيرند. به صورت واضح طراحي کاسه پيستون بطور مشخص بر اساس کارکردهاي معين، تفاوت دارند و عمق کاسه پيستون به عنوان يک عامل کليدي شناخته مي شود

 

تصويري از پيستون استفاده شده درموتورGDIميتسوبيشي

 

بطور عمومي، مخلوط در هنگام احتراق تمايل به اين دارد که خيلي غليظ باشد، که اين غليظ بودن همراه با يک کاسه کوچک در پيستون، در هنگامي است که بار کم تا متوسطي به موتور وارد مي شود. يک کاسه عميقتر در ازدياد عمليات لايه لايه شدن سوخت در يک محدوده وسيع از شرايط عملياتي، مؤثر است، ولي روي احتراق تحت بار زياد اثر منفي دارد

نکته مهمي که در ايجاد يک سيستم برخورد اسپري با هدايت ديواره اي بايد در نظر گرفته شود، الزامي بودن هماهنگي وانسجامي است که بايد در مورد شکل سر پيستون جهت ايجاد لايه بندي در بارهاي متوسط در نظر گرفته شود.

اين هماهنگي به احتمال زياد، براي هواي استفاده شده در شرايط بار سنگين وارده به موتور، اندکي مضر است و براي شرايط بار سنگين وارده به موتور يک مخلوط همگن مورد نياز ميباشد.

 

 

تهيه نوع خاصي از سر پيستون، در مقايسه با سر پيستون صاف، اتلاف حرارتي گازهاي احتراق را افزوده و نيز پيچيدگي توليد را افزايش مي دهد. نيز بايد اثرات شکل سر پيستون و گودي آن روي عملکرد تحت بار کامل موتور به خوبي ارزيابي شود.

 

سيستم احتراق هدايت هوايي

در يک سيستم احتراق که توسط هوا هدايت مي شود (هدايت هوايي)، عمل طبقه طبقه شدن سوخت به وسيله واکنش داخلي بين اسپري سوخت و حرکت انبوه هوا در داخل سيلندر، کنترل مي شود. شکل نشان دهنده يک سيستم احتراقDIاست که به وسيله هوا هدايت مي شود و بر مبناي حرکت لغزشي هوا کار مي کند، که در آن يک جريان قوي لغزشي شکل به وسيله سوپاپ کنترل جريان به وجود مي آيد، تا يک سوخت طبقه طبقه شده را به وجود آورد.

اين سيستم به طور کلي مسافت زيادي ميان انژکتور و الکترودها قائل شده و از ايده سيستم فضاي گسترده پيروي مي کند

 

از آنجا که لايه بندي مخلوط در اين سيستم بدون اتکا به پاشش اسپري ديواره اي ايجاد مي شود، برخي مشکلات همراه با سيستم احتراق هدايت ديوار هاي از قبيل آلودگي زيادHC مرتبط با لايه سوخت روي ديواره را ندارد. با اين حال، هر عاملي که باعث به وجود آمدن لرزشي در محدوده جريان هواي داخل سيلندر شود ممکن است به عدم تعادل احتراق منجر شود.

در دورهاي کم موتور در سيستم هدايت هوايي، ثبات احتراق اندکي کاهش مي يابد، زيرا از قدرت کلي حرکت مخلوط کاسته شده است.

 

تصوير شماتيک از نحوه عملکرديک سيستم انژکتوري با هدايت هوايي در سيستمDI

 

خلاصه مطلب

راه حلهاي گوناگوني براي توليد سوخت لايه لايه شده کنترل شده در طول مدت عمليات موتور با بار کم، پيشنهاد شده است. اگر چه سه سيستم اصلي طبقه بندي شده هدايت توسط اسپري، هدايت توسط ديواره سيلندر و هدايت توسط هوامشخص شده اند، اما عمل لايه لايه کردن سوخت در يک موتور فعال معمولاً به وسيله ترکيبي از سه مکانيزم گفته شده، بدست مي آيد.

به منظور بدست آوردن بهترين خصوصيات احتراق موتور با هر نوع سيستمي، شمع بايد در نزديکي مرکزمحفظه احتراق واقع شود در سيستم هدايت اسپريي مستقيم DI کنترل آماده سازي مخلوط با روش حرکتي اسپري سوخت سر و کار دارد، ولي در سيستم هدايت ديواره اي با واکنش اسپري روي جداره و گودي پيستون، و در سيستم هدايت هوايي با جريان کلي هواي درون سيستم کنترل مي شود.

 

در سيستم هدايت اسپريي احتراق در منطق هاي که داراي مقادير زياد سوخت ميباشد اتفاق مي افتد، بنابراين نسبت به تغييرات شکل هندسي اسپري حساس است.

هرگونه برخورد مستقيم و پاشش سوخت روي الکترود شمع مي تواند شمع رامرطوب کرده و از لحاظ استارت سرد و دوام شمع مشکل بيافريند.

در ايده هدايت ديواره اي سوخت تزريقي با واکنش روي جداره سيلندر و گودي پيستون به سوي الکترود هدايت مي شود. جريان هواي درون سيلندر مهم است ولي غالب نيست.

اين حالت در مقايسه با هدايت اسپريي، حساسيت کمتري نسبت به تغييرات خصوصيات اسپري نشان مي دهد ولي محدوديت هاي آن، لايه بندي کمتر سوخت و افزايش آلودگيHCاست.

 

در ايده هدايت هوايي، سوخت تبخير شده با استفاده از يک جريان طراحي شده مخلوط در سيلندر به سوي الکترود شمع هدايت مي شود. واکنش ميان اسپري تزريقي و جريان طراحي شده، مخلوط را در سيلندر به سوي الکترود هدايت مي کنند.

واکنش ميان اسپري تزريقي و جريان هواي سيلندر بايد در طيف وسيعي از دورهاي موتور تنظيم شوند و بايد دانست که هر تغييري در جريان هواي موتور روي ثبات احتراق اثر منفي خواهد داشت.

شکل بنديهايي که از فضاي گسترده در بين انژکتور و شمع استفاده ميکنند داراي محدوديتهاي حرارتي و هندسي جدا ناپذير کمتري در طراحي محفظه احتراق هستند افزايش درجه زمان براي جابجايي مخلوط از انژکتور به محل جرقه زدن مي تواند کيفيت آماده سازي مخلوط را افزايش دهد، اما لرزشهاي به وجود آمده در اثر اغتشاشات و تغييرات چرخه اي داراي تأثير، نقش بيشتري پيدا

 

مي کنند. شکل بنديهاي فضاي باريک و فضاي گسترده مي توانند با نظريه هاي حرکت سوخت از قبيل چرخشي و لغزشي ترکيب مي شوند تا به سيستمهاي احتراقGDI موفقي تبديل شوند که ميتوانند در حالت لايه لايه شدن سوخت فعال باشند. يک امتياز منفي از نظريه فضاي باريک، محدوديتهاي اندازه سوپاپ در موتورهاي چند سوپاپه است.

در نظريه سيستم هدايت توسط اسپري، نسبت هوا و سوخت مناسب در بارهاي مختلفي که به موتور وارد مي شود را با تعيين زاويه مخروط اسپري و خصوصيات نفوذ آن بدست آورد که مشاهده مي شود اتکاء به نوع و خواص اسپري در اين روش زياد مي باشد.

 

به علت مسافت اندک ميان انژکتور و الکترودها فقط مدت کوتاهي قبل از احتراق براي آماده سازي مخلوط فرصت هست و لذا موتور به تزريق دير هنگام نياز دارد.

به علاوه، سوخت مايع مي تواند روي الکترودها بنشيند و امکان خرابي آن را بيشتر کند که منجر به احتراق ناقص نيز مي شود.

به علت وجود ناحيه کوچک، وجود مخلوط قابل اشتعال در مجاورت و پيرامون اسپري، سيستم هدايت اسپريي خيلي به تغييرات شکل اسپري حساس بوده و به تلرانس نصب انژکتور اتکاء دارد و سوخت آن بايد کاملاً پودر شود.

با اين وجود، ايده سيستم فضاي گسترده، در صورت رفع موانع ميتواند احتراق بسيار رقيق را ميسر نمايد.

[adildas 10]

سلام

آقا، مرسی عالی بود.

فقط اگه بتونی مراجعی که ازشون نوشتیو بدی واقعاً ممنمون می شم.