ما هو حقن الوقود المباشر GDI
من الغريب أن الحقن المباشر أو المباشر للوقود في محركات البنزين ظهر في وقت أبكر من تلك التي بدأت للتو في إزاحتها. هناك منطق معين في هذا ، لم يعرف مصممو الماضي بعد عن المشاكل المرتبطة به ، لذلك تصرفوا بجرأة كما دفعهم المنطق البسيط للمحرك. بعد كل شيء ، الأمر بسيط للغاية - حيث سيحترق الوقود ، يجب توفيره هناك ، ويفضل أن يكون ذلك تحت ضغط عالٍ. لطالما عملت محركات الديزل بهذه الطريقة ، وقد نجحت بشكل جيد.
كيف يعمل وكيف يعمل
أظهر النقل المباشر لتقنيات الحقن المباشر من الطيران ميزتها على المحركات التي كانت منتشرة آنذاك برش المكربن ، ولكن الإنتاج الضخم للسيارات ، مع مخاوفه المتأصلة بشأن الموثوقية والتكلفة وقابلية الصيانة ، تباطأ. يتطلب نظام الحقن الواعد تنفيذًا تدريجيًا بشكل عاجل ، لذلك ، للبدء ، تلقى الإنتاج التسلسلي مخططات حقن أحادي في وحدة تشبه إلى حد كبير المكربن ، أو وضع موزع للفوهات عبر الأسطوانات ، ولكن لا يزال يعمل داخل مشعب السحب.
في مواجهة المشكلات ، حاول مصممو أنظمة الوقود إجراء تجارب باستخدام مخطط إشعال ما قبل الغرفة ، ولم يتمكنوا أخيرًا من وضع الفوهات في غرفة الاحتراق إلا مؤخرًا. تم تعيين اختصار GDI (Gasoline Direct Injection) للمحركات الجديدة ، عندما دخلت السوق الثانوية الروسية ، أطلقوا عليها على الفور اسم "Jedi". بدرجة معينة من التخوف والحيرة ، لأن هذا لم يعطِ أي مزايا مرئية ، لكنه خلق الكثير من الصداع للمالكين.
السؤال معقول تمامًا - لماذا يعقد الأمر ، إذا كان الحقن الموزع يعمل جيدًا ، فإن المحركات اقتصادية وسهلة التشغيل وتضمن جميع المعايير البيئية الحالية والمستقبلية. لكن يجب على المصممين أن يتطلعوا إلى أبعد من المشترين.
يعني تنظيم الحقن المباشر وجود المعدات التالية:
- مضخة معززة للوقود تنقل البنزين من الخزان عند ضغط منخفض ؛
- مضخة وقود عالية الضغط (TNVD) ، تخلق ضغط البنزين اللازم للحقن المباشر عند مدخل الحاقن بحوالي مائة جو ؛
- فوهات الحقن المباشر ، الصمامات التي يتم التحكم فيها كهربائيًا مع البخاخات الموجودة في غرف الاحتراق ؛
- وحدة التحكم الإلكترونية وأجهزة الاستشعار وغيرها من المعدات المتأصلة في أنظمة الحقن مع التحكم في البرنامج.
يتم توصيل الوقود بضغط أقل من ضغط محركات الديزل ، والذي يرتبط بالبنزين الذي يسهل ذراته ، ولكنه أعلى بكثير من ضغط أنظمة الحقن المتشعب (MPI). كل هذا يسمح لك بتنظيم تكوين الخليط بشكل أكثر دقة والحصول على فرص جديدة لتحسين المحركات.
طرق الحقن مختلفة بشكل أساسي
إن الحصول على خلط جيد للبنزين مع الهواء (التجانس) أمر سهل للغاية ، حيث تقوم جميع أنظمة الحقن الموزعة بعمل ممتاز في هذا الصدد. ما لم يكن الضغط المتزايد في GDI يعطي زيادة طفيفة في جودة الرش. لكن السبب الرئيسي لإدخال الحقن المباشر كان أسبابًا أخرى.
في حالة الخمول والأحمال المنخفضة ، أصبح من الممكن العمل على الخلائط الرديئة للغاية. من المستحيل إشعال مثل هذا التكوين بشرارة. ولكن إذا قمت بتطبيق البنزين في نهاية ضربة الضغط بالضبط على منطقة الشمعة ، فسيصبح تكوين الخليط متعدد الطبقات. سيحدث الاشتعال في منطقة التكوين الطبيعي ، وسيشتعل الوقود بثبات وسيضمن اللهب الناتج الاحتراق الكامل في ظروف الأكسجين الزائد. سيتم تحقيق وفورات كبيرة في الاستهلاك ، وستكون سمية العادم في حدها الأدنى.
في الأحمال المتوسطة ، يتم توفير الطاقة بشكل طبيعي. يتم حقن الوقود في شوط السحب ، بفضل الانحلال العالي الجودة والتنظيم الهندسي الخاص ، فهو متجانس جيدًا ويحترق بكفاءة ، مما يوفر كلاً من التوفير وعزم الدوران الضروري.
في حالة الحمل الكبير ، عندما يحتاج المحرك إلى طاقة قريبة من الحد الأقصى ، يتم إجراء الحقن المتكرر. هذا يخلق ظروفًا لتبريد الشحنة الإضافية ، مما يجعل من الممكن زيادة نسبة الضغط دون التعرض لخطر الانفجار. يتم إثراء الخليط ، وهو أمر ضروري في أوضاع الطاقة ، ولكنه يحترق برفق.
أصبحت أنظمة الحقن المدمجة شائعة ، بالإضافة إلى GDI ، تم تجهيز مشعب السحب بحاقن MPI التقليدي. يؤدون وظيفتين في وقت واحد - يطردون صمامات السحب من تأثيرات نظام إعادة تدوير غاز العادم (EGR) ويزودون الأسطوانات بوقود إضافي في أوضاع الطاقة. تعقيد التصميم يعطي تأثيرًا كافيًا لتبرير التكاليف الإضافية.
مزايا وعيوب الهياكل العاملة في الواقع
كل شيء يعمل بشكل مثالي فقط مع اعتبار نظري لنظام الحقن المباشر. في الممارسة العملية ، هناك صعوبات.
- البنزين ذو تشحيم متوسط ، على عكس وقود الديزل. لذلك ، تعمل مضخات وفوهات الوقود عالية الضغط في ظروف نقص التزييت وتتلف بسرعة. في نفس الوقت ، سعرها مرتفع للغاية ، كما هو الحال مع أي معدات دقيقة. من الضروري فرض متطلبات متزايدة على جودة الوقود ، مما يخلق مشاكل أثناء التشغيل.
- دور نظام إعادة التدوير آخذ في الازدياد. إذا لم يتم تخفيف الخليط بغازات العادم ، فسيتم تكوين مركبات نيتروجينية سامة أثناء احتراق التراكيب شديدة الفقر ، ويكون تحييدها غير فعال ومكلف. واجه مطورو محركات الديزل هذا أيضًا في الأجيال الأخيرة. ومع ذلك ، فإن عمل EGR في المحركات ذات الحقن المباشر يلوث بسرعة قناة السحب ، حيث لم تعد الصمامات تغسل بالبنزين. تسقط أقسام العمل ، ويغطي السخام السيقان ، ويمكن للصمام ببساطة تعليقه ويلتقي بالمكبس. يساعد الحقن المجمع الموصوف أعلاه والتوصيات للقيادة بشكل دوري في أوضاع الطاقة.
- يؤدي وجود الكبريت في البنزين التجاري عند الضغط العالي ودرجات الحرارة إلى تكوين حامض الكبريتيك الذي يدمر المحاقن ومضخات الحقن. هذا يمنع تشغيل هذه المحركات في المناطق التي يصعب فيها التزود بالوقود بوقود عالي الجودة.
اتضح أن مزايا النظام ، والتي تشمل الاقتصاد في استهلاك الوقود في الأحمال المنخفضة والمتوسطة وسهولة ضمان المعايير البيئية ، لا تفوق التكاليف المرتبطة بالتقنيات الجديدة في نظر السائقين. يحبها الجميع عندما يقترب محرك شحن توربيني يعمل بالحقن المباشر من ديزل جيد من حيث استهلاك الوقود ، ولكن فقط إلى النقطة التي يتضح فيها مقدار تكلفته. لكن طريق العودة بالكاد يكون ممكناً ، لن يلغي أحد متطلبات انبعاث المواد الضارة وثاني أكسيد الكربون. وسيؤدي تطوير التكنولوجيا تدريجياً إلى القضاء على جميع أوجه القصور في الحقن المباشر الواعد بشكل عام.
