سيستم هاي انژكتوري تزريق مستقيم gdi

سيستم هاي انژكتوري تزريق مستقيم GDI (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)
http://khodroha.com/gdi1.jpg
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.
http://khodroha.com/gdi3.jpg http://khodroha.com/gdi2.jpg

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.
http://khodroha.com/gdi4.jpg
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.
http://khodroha.com/gdi5.jpg

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.
http://khodroha.com/gdi6.jpg
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
http://khodroha.com/gdi8.jpg


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.
http://khodroha.com/gdi9.jpg
سيستم سوپاپ متغير


منبع : موتورهاي تزریق مستقیم (سوران اشعری )

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.
http://khodroha.com/dgii1.png

http://khodroha.com/gdii2.jpg
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.

http://khodroha.com/gdii3.jpg
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.
http://khodroha.com/gdii4.jpg

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.


http://khodroha.com/gdii5.jpg

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
http://khodroha.com/gdii6.jpg
مقايسه سيستم كاربراتوري ,پاشش غير مستقيم(EFI)و پاشش مستقيم(GDI)

http://khodroha.com/gdii7.jpg