X انجام پروژه های نرم افزار های مهندسی مکانیک
سیستم های انژکتوری تزریق مستقیم GDI - وبلاگ مهندسی مکانیک
مهندسی مکانیک, مقالات مهندسی مکانیک // ۱۱:٢۱ ‎ق.ظ - یکشنبه ۱۱ اردیبهشت ۱۳٩٠

سیستم های انژکتوری تزریق مستقیم GDI

سیستم های انژکتوری تزریق مستقیم   GDI 

gdi سوخت رسانی

موتورهای تزریق مستقیم چیستند؟

درموتورهای معمول انژکتوری 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.یکی دیگر از مزایای این سیستم قابلیت ایجاد تاخیر در تزریق مستقیم است که بر اساس آن توانایی به وجود آوردن مخلوط های متفاوتی در سیلندر حاصل می شود

در ادامه مطلب متن کامل را مطالعه فرمایید.


سیستم های انژکتوری تزریق مستقیم   GDI  

                 (GASOLINE DIRECT INGECTION)

سیر تکاملی:

    دوره اول تا سال 1950:

    این دوره به قبل از اختراع کاربراتورهای پیشرفته برمی گردد که در موتورهای خیلی قوی هواپیما از سیستم تزریق مستقیم استفاده می کردند.

    تکنولوژی مورد استفاده همان تکنولوژی موتورهای دیزل بود.

    درسال 1954شرکت بنز در ماشین مدلSL300سیستم تزریق مستقیم را در جهت بهبود کارائی پائین کاربراتور بکار گرفت.

    این تکنولوژی در مدت چند سال توسط سیستم تزریق چند نقطه ای جایگزین شد.(شکل1)

gdi

شکل -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 کند تا حد ممکن سوخت رقیق شود.رقیق شدن سوخت توسط تزریق طبقه ای مخصوص صورت می گیرد تا طبقه بندی سوخت به نحوی باشد که سوخت غنی تری در اطراف شمع انباشته گردد.

         در روش بالا مشکلاتی وجود دارد که مانع از به تولید انبوه رسیدن

         این روشها می شود این مشکلات عبارتند از:

         1-مقدار هیدرو کروبنها نسوخته :

         دراین حالت بخاطر اینکه احتراق کامل امری مشکل است.

         2-عملکرد ثابت و غیر قابل تغیر موتور

         3-کثیف شدن شمع

         4-عملکرد ضعیف موتور

         5-رقیق شدن روغن موتور

         6-مقدار زیاددوده و رسوبات در اطاقک احتراق

 

دوره سوم از سال 1995تا اکنون:

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

         ثانیابرای کاهش میزان الاینده هوا

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

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

         2-تزریق کاملا هموژن وهمسان سوخت در دورهای زیاد

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

 

موتورهای تزریق مستقیم چیستند؟

درموتورهای معمول انژکتوری 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.یکی دیگر از مزایای این سیستم قابلیت ایجاد تاخیر در تزریق مستقیم است که 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 فولکس واگن)

2-سیستم پاشش پیچشی(تویوتا و نیسان)

GDIوMPIاختلاف بین

         برای تامین سوخت در موتورهای متداول انژکتوری از یک سیستم سوخت بنام پاشش سوخت از چند نقطه که جایگزین کاربراتور شده است استفاده می کنند.در این سیستم سوخت توسط انژکتور به پشت سوپاپ پاشیده می شود از انجا که سوخت قبل از ورود به سیلندر با هوا مخلوط میشود محدودیت هایی برای تامین به موقع سوخت و کنترل 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 کنترل می شود.

gdi سوخت رسانی سیستم gdi

شکل سیستم MPI

شکل سیستم GDI

 

حالتهای موتور:

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

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

   (تزرق طبقه ای به این صورت است که محوطه اطراف شمع مخلوط غنی دریافت می کند در حالی که 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 کند.

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

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

برای رفع این مشکل از انژکتورها خاص که از مواد پیزو الکتریک  ساخته شده که حرکت 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 کنترل کننده باز و هوا با حداقل مقاومت وارد سیلندر می شودسوخت در هنگام مکش تزریق می -شود و نتیجه آن مخلوطی همگن سوخت و هوا است.

انژکتوری gdi

تکنولوژی های جدید بکار رفته در موتور

        1-پیستون مخصوص(PISTTON CAVITY):

         که دارای سطح کروی بوده که نقش محفظه احتراق را نیز دارد.

         منحنی تاج پیستون طوری طراحی شده است که وقتی سوخت پاشیده شد به سمت شمع حرکت کند. به علاوه این طرح برای حفظ جریان چرخشی هوا وسوخت  تا انتها مرحله تراکم مفید است.

gdi

 

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

در این سیستم به منظور ساده کردن پمپ فشار قوی در سیستم ریل مشترک از یک پمپ پیستونی استفاده شده است.

نکته که در این پمپ باید مورد توجه قرار گیرد دقت بیشتر در سیستم روغن کاری و سیستم خنک کاری می باشد زیرا بنزین ویسکوزیته کمتری دارد.

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

فشار ارسال سوخت توسط یک سوپاپ یک طرفه تنظیم می شود

 

مهمترین نقص این پمپها که توسط موتور به حرکت در می آیند ضعف پمپ و کمبود فشار سوخت در حالتهای که موتور هنوز دور نگرفته است .

برای جبران نمودن پمپ از یک پمپ ثانویه که در داخل باک نصب است استفاده می شود.

gdi

3-انژکتور مارپیچ(HIGH-PRESSURE SWRIL INJECTION)

         در این سیستم به منظور دست یافتن به تایمینگ دقیق و کنترل کیفیت از انژکتور الکترومگنتی استفاده شده است.

         این انژکتور از نوع مارپیچ بوده که به منظور پخش نمودن سوخت و اتممیزه کردن آن بکار می رود.

         حرکت چرخشی سوخت  به علت قرار گرفتن نوک انژکتور در مسیر عبور سوخت می باشد.

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

 gdi

 

4-راهگاه ورودی هوای قائم:

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

سیستم های دیگری که بر عملکرد بهتر موتور تاثیر دارند عبارتند از:

1-سیستم تغیر زمان بندی سوپاپ(VVT)

   این سیستم سوپاپهای را باتوجه به حالتهای مختلف رانندگی کنترل می کند.در حالتی که 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 کننده 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.

GASOLINE DIRECT INGECTION

سیستم سوپاپ متغیر

 

2-دریچه گاز الکترونیکی:

         این دریچه الکترونیکی گاز قابلیت پاسخگوئی به نیازهای مختلف ورودی به موتور را داشته و کنترل دقیق حجم هوای ورودی وافزایش توان عملیاتی را امکان پذیر می سازد.

gdi

 

GASOLINE DIRECT INGECTION

مجموعه دریچه گاز الکترونیکی

 

3-سیستم گردش مجدد گازهای خودرو(EGR)

         از این سیستم برای کاهش آلاینده های خروجی مخصوصا آلاینده اکسیدهای نیتروژن استفاده می شود.

         نحوع عملکرد این سیستم به این صورت می باشد که بخشی از گازهای خوجی از سمت اگزوز به سمت مانیفولد هوا به گردش در می آورد که باعث کاهش دما و حداکثر فشار محفظه احتراق می شود.

egr 

4-مبدل کاتالیستی با انباره کاهنده NOX

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

در این حالت از مبدل کاتالیک با انباره کاهنده NOX استفاده می شود.نحوه عملکرد مبدل به این صورت می باشد که وقتی موتور با مخلوط رقیق تر از حالت تئوریک کار می کند ؛کاتالیزور پلاتنیوم NOوO2رابهNO2تبدیل و آن را بصورت موقتی انبار می کند.

 

در هنگامی که موتور با نسبت هوا معمولی کار می کند.NO2 رها می شودتا با همراه HCوCOبهN2وH2OوCO2و سایر ترکیبات بی خطر شود.

مبدل کاتالیستی

 

5-سوپاپ کنترل 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 کم؛در این حالت سوپاپ کنترل کننده بسته بوده و هوا مجبور به عبور از گذرگاه مارپیچی می شود.این عمل باعث می شود که هوا هنگام ورود به سیلندر جریانی گردابی داشته باشد

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

شکل زیر مربوط به حالت بار کم می باشد.

 

 جی دی ای gdi

سیستم سوپاپ جریان گردابی در حالت نیمه بار وتمام بار

 

مزایا:

         1-کاهش مصرف مخصوص به ویژه در بار جزئی

         2-افزایش نسبت تراکم

         3-کاهش مقدار آلاینده

         4-توان و گشتاور بیشتر

         5-افزایش بازده تنفسی

معایب:

1-استفاده از یک سامانه تزریق گرانتر

2-استفاده از یک واکنش گر پیشرفته تر

3-افزایش مقدار هیدروکربنهای نسوخته در حالت بار زیاد

4-نیاز به پیستون گرانتر

gdi

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

 

GDI

   منبع : موتورهای تزریق مستقیم (سوران اشعری )


موضوعات

صفحات