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.



¨ منابع:

¨ سايت اينترنتيaftab.ir

¨ سايت اينترنتي saipa yadak.ir

¨ سايت اينترنتي howstuffworks.com

¨ و ماهنامه مجله ماشين