1- مقدمه:

1-1- مرور كلي

مهندسي اتومبيل سازي با تأكيد رو به افزايش بر دستيابي به پيشرفتهاي اساسي در اقتصاد سوخت اتومبيل ، در تلاش جهت ارائه موتورهايي هستند كه مصرف موقت ويژه ترمز (BSFC) را افزايش داده و مي توانند از شرايط و نيازهاي انتشار شديد آينده تبعيت كنند. BSFC و اقتصاد سوخت، موتور گازوئيلي، تزريق مستقيم (CIDI) و موتور ديزلي، بر BSFC و اقتصاد سوخت موتور احتراق جرقه اي (Spark-ignition) كه سوخت آن از طريق مجرا و دهانه موجود در آن تزريق مي شود، ارجحيت دارد، دليل اين امر، عمدتاً استفاده از نسبت تراكم بسيار بالاتر و عمل غير كنترلي مي باشد. بنابراين،‌موتور ديزلي، عموماً صدا و سطح پارازيت بالاتر، دامنه سرعت محدودتر، قابليت راه اندازي كاهش يافته و انتشارات Nox بالاتري را نسبت به موتور احتراق جرقه اي (SI) از خود نشان مي دهد. در طول دو دهه گذشته، تلاش هايي در جهت ارائه موتور احتراق دروني در مورد كاربردهاي اتومبيل سازي صورت گرفته است كه بهترين ويژگيهاي موتورهاي SI و ديزي را با هم تركيب كند. هدف از اين كار، تركيب نيروي ويژه موتور گازوئيلي با كارايي و بازده موتور ديزلي در بخشي از بار بوده است. چنين موتوري ، BSFC را ارائه مي دهد كه به BSFC موتور ديزلي نزديك بوده و در عين حال، ويژگيهاي عملي و بازده قدرت ويژه موتور SI را محفوظ مي دارد.

تحقيق، نشان داده است كه كانديد نويد بخش براي دستيابي به اين هدف، يك موتور احتراق جرقه اي ،‌چهار ضربه اي، تزريق مستقيم است كه تركيب ورودي را جهت كنترل بار خفه نمي كند. در اين موتور، يك ستون ابري شكل اسپري سوخت، مستقيماً به سيلندر تزريق مي شود، و تركيب هوا - سوخت با يك تركيب قابل احتراق در پلاتين و مولد جرقه و در زمان احتراق ، ايجاد مي شود. اين نوع موتور، بعنوان يك موتور تزريق مستقيم، شارژ لايه اي (DISC) طراحي مي شود. اين نوع موتور، عموماً؟؟ بسياري در مورد سوختهاي داراي عدد اكتان و انديس حركت پذيري پائين تر را از خود بروز مي دهند، و بخش چشمگيري از كار اوليه در مورد موتورهاي طرح اوليه DISK بر قابليت چندسوختي متمركز بود. توان خروجي اين موتور، به شيوه اي مشابه با توان خروجي موتور ديزلي، با تغيير ميزان كه به سيلندر تزريق مي شود، كنترل مي گردد. هواي القايي (مكشي) خفه نمي شود بنابراين به حداقل رساني كار منفي حلقه پمپاژ چرخه، مورد توجه قرار مي گيرد. موتور، با استفاده از كليد جرقه جهت احتراق سوخت و تركيب با هوا، موجبات احتراق مستقيم را فراهم مي آورد، بنابراين از بسياري از شرايط و نيازهاي كيفيت احتراق احتراق اتوماتيك را كه مربوط به سوختهاي موتور ديزلي هستند، اجتناب مي كند. بعلاوه، به وسيله تنظيم كليد جرقه و انژكتور سوخت، ممكن است كل عمل تركيبات سوختني بسيار زياد بدون مواد قابل احتراق كافي حاصل شود، و يك BSFC افزايش يافته به بار آيد.

از يك چشم انداز تاريخي، تمايل به اين منافع مهم، تعداد تحقيقات مهم در مورد پتانسيل موتورهاي DISC ، ارتقاء يافته است. چند استراتژي احتراق، ارائه و اجرا شدند، از جمله سيستم احتراق كنترل شدة (TCCS) Texaco Man-fm of masch inenfabrik Auguburg-Nurnberg و سيستم احتراق برنامه ريزي شده Ford اين سيستم هاي اوليه، مبتني بر موتورهايي بودند كه دو شير در هر سيلندر، با يك محفظه احتراق كاسة داخل پيستون داشتند. تزريق تأخيري، با بكارگيري يك سيستم تزريق سوخت نازل - خط - پمپ مكانيكي حاصل از يك كاربرد موتور ديزلي ، بدست آمد. عمل عدم خنگي (withrottled) از طريق دامنة بار و با BSFC حاصل شد كه با موتور ديزلي تزريق غير مستقيم (IDI) رقابت مي كرد . نقطه ضعف عمده اين بود كه زمان بندي تزريق تأخيري ، حتي در بار كامل حفظ مي شد، اين امر، به دليل محدوديات سيستم تزريق سوخت مكانيكي بود. اين امر امكان احتراق بي دود يا كم دود را براي نسبتهاي سوخت - هواي غني تر از 20 به 1 فراهم مي كرد. لزوم استفاده از تجهيزات تزريق سوخت ديزلي، با نياز به يك توربو شارژ جهت فراهم آوردن توان خروجي مناسب همراه بود كه منجر به ايجاد موتوري با ويژگيهاي عملكرد هزينه اي مي شد كه مشابه با ويژگيهاي عملكرد و هزينه يك موتور ديزلي بود، اما داراي انتشارات هيدروكربن خام با بار نسبي ضعيف (UBHC) بود. تركيب كاربرد هواي نسبتاً رقيق و استفاده از تجهيزات تزريق سوخت كه محدود به دامنة سرعت بود، بدين معناست كه توان خروجي ويژه موتور، كاملاً پائين بود. مبحثي در مورد تركيب بندي هندسي اين سيستم هاي اوليه در بخش 1-6 ارائه مي شود.

بسياري از محدوديات اساسي كه در كار اوليه در مورد موتورهاي DISC وجود داشت،‌هم اكنون مي توانند از بين بروند. اين امر، خصوصاً در موردمحدوديتهاي كنترل عمده اي صحت دارد كه در مورد انژكتورهاي تزريق مستقيم (DI) مربوط به 15 سال پيش وجودداشته است. تكنولوژيها و استراتژيهاي كامپيوتري جديد،‌توسط بسياري از شركتهاي اتومبيل سازي جهت بررسي مجدد اينكه كدام منافع بالقوة موتور تزريق مستقيم گازوئيل (GDI) مي توانند در توليد موتورها به كار روند، استفاده مي شوند. اين موتورها و استراتژيهاي احتراق، در بخش هاي 2-6 و 17-6 مورد بررسي قرار مي گيرند.

اطلاعات موجود در اين سند، امكان مرور بررسي جامع ديناميكهاي تركيبي و استراتژيهاي كنترل احتراقي را براي خواننده فراهم مي آورد كه ممكن است در موتورهاي گازوئيلي، تزريق مستقيم، احتراق جرقه اي ، چهار ضربه اي به كار روند. بسياري از اين اطلاعات كه هنوز به زبان انگليسي ترجمه شده اند، دقيقاً مورد بررسي قرار مي گيرند، و تحقيق و توسعة دقيق و حياتي آينده، شناسايي مي شوند.

 

 

2-1- منافع بالقوه اصلي: موتور GDI در مقابل موتور PFI

تفاوت اصلي ميان موتور PFI و موتور GDI ، در استراتژيهاي آماده سازي تركيب است كه در شكل 1 نشان داده مي شود. در موتور PFI ، سوخت به دهانه ورودي هر سيلندر تزريق مي شود، و زماني عقب ماندگي ميان عمل تزريق و كاهش سوخت و هوا در سيلندر وجوددارد. اكثر موتورهاي PFI اتومبيلي فعلي، از تزريق سوخت زمان بندي شده روي پشت دريچه ورودي استفاده مي كنند، البته آنها اينكار را از زماني انجام مي دهند كه دريچه ورودي بسته باشد. در طول استارت زدن و آغاز سرما، يك لاية متحرك (موقت) ، يا تركيبي از سوخت مايع،‌در ناحيه دريچه ورودي مجرا (دهانه)‌تشكيل مي شود. اين امر، موجب تأخير در دريافت سوخت و خطاي ژيگلور مي گردد،‌اين امر، بواسطه تبخير ايجاد مي شود و ايجاد اين امر، جهت تأمين مقدار سوختي كه از مقدار مورد نياز براي نسبت استوكيومتريك ايده آل بيشتر است،‌لازم و ضروري است. اين زمان عقب ماندگي و رتيكب ممكن است موتوري را ايجاد كند كه جرقه نمي زند يا در چرخه هاي 4 تا 10 اوليه، سوختن ناقص را بوجود آورد، و افزايش چشمگيري در انتشارات UBHC ايجاد سازد.

متقارباً، تزريق مستقيم سوخت به سيلندر موتور، از ايجاد مشكلات و مشكلات همراه با مرطوب بودن ديواره سوخت در دهانه جلوگيري كرده و در عين حال، امكان كنترل افزايش يافته سوخت تنظيم شده را براي هر احتراق و امكان كاهش زمان انتقال سوخت را فراهم مي سازد. جرم واقعي سوخت وارد شده به سيلندر در يك چرخه معين مي تواند بيشتر با تزريق مستقيم كنترل شود تا با PFI موتور GDI ، نيرو و پتانسيلي را براي احتراق مناسب تر ، تغيير كمتر سيلندر تا سيلندر ديگر در نسبت سوخت - هوا و مقادير BSFC عمل پائين تر، ارائه مي دهد. انتشارات UBHC در طول آغاز سرما ، با تزريق مستقيم، كمتر مي شود. و عكس العمل موقتي موتور مي تواند حاصل شود. در نتيجه فشار سوخت عملي بالاتر سيستم GDI ، سوخت وارد شده به سيلندر تحت شرايط عمل در سرما بهتر از فشار سوخت عملي سيستم PFI بهينه سازي مي شود، بنابراين مقادير تبخير سوخت بيشتري را ارائه مي دهد. سايز و اندازة افت متوسط، 16 ميكرون SMD است كه با 120 ميكرون SMD سيستم PFI قابل مقايسه مي باشد. بنابراين، شايان ذكر است كه تزريق مستقيم سوخت به سيلندر، تضمين نمي كند كه مسائل ومشكلات مربوط به لاية سوخت، وجود ندارد. مرطوب بودن تاج هاي پيستون يا سطوح ديگر محفظة احتراق ،‌عمدي يا سهوي ، تبخير و تشكيل لاية‌ ديوار موقتي متغير مهمي را ارائه مي دهد.