تزریق سوخت در موتورهای بنزینی مزایا، معایب و مشکلات احتمالی

نوع سیستم تزریق پارامترهای موتور و هزینه های عملیاتی را تعیین می کند. این امر بر دینامیک، مصرف سوخت، انتشار گازهای گلخانه ای و هزینه های تعمیر و نگهداری خودرو تأثیر می گذارد.

تاریخچه کاربرد عملی تزریق بنزین در موتورهای احتراق داخلی در حمل و نقل به دوره قبل از جنگ جهانی اول باز می گردد. حتی در آن زمان، هوانوردی فوراً به دنبال راه حل های جدیدی بود که می تواند کارایی موتورها را بهبود بخشد و بر مشکلات قدرت در موقعیت های مختلف هواپیما غلبه کند. تزریق سوخت، که برای اولین بار در موتور هواپیمای V8 فرانسه در سال 1903 ظاهر شد، مفید واقع شد. تنها در سال 1930 بود که مرسدس بنزین انژکتوری 1951 SL معرفی شد که به طور گسترده به عنوان یک پیشرو در این زمینه شناخته می شود. البته در نسخه اسپرت اولین خودرو با تزریق مستقیم بنزین بود.

تزریق سوخت الکترونیکی اولین بار در 300 در موتور کرایسلر 1958 استفاده شد. تزریق بنزین چند نقطه ای در خودروها در سال 1981 ظاهر شد، اما بیشتر در مدل های لوکس استفاده می شد. پمپ‌های الکتریکی فشار قوی قبلاً برای اطمینان از فشار مناسب مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما کنترل هنوز بر عهده مکانیک‌ها بود که تنها در سال 600 با پایان تولید مرسدس به فراموشی سپرده شد. سیستم های تزریق همچنان گران بودند و به خودروهای ارزان قیمت و محبوب تغییر نکردند. اما هنگامی که در XNUMX ها نیاز به نصب مبدل های کاتالیزوری بر روی همه خودروها، صرف نظر از کلاس آنها شد، باید نوع ارزان تری از تزریق ایجاد می شد.

وجود یک کاتالیزور مستلزم کنترل دقیق تری از ترکیب مخلوط نسبت به کاربراتورها بود. بنابراین تزریق تک نقطه ای، نسخه ناچیز "چند نقطه ای" ایجاد شد، اما برای نیازهای خودروهای ارزان قیمت کافی است. از اواخر دهه نود، شروع به ناپدید شدن از بازار کرد و جایگزین انژکتورهای چند نقطه ای شد که در حال حاضر محبوب ترین سیستم سوخت در موتورهای خودرو هستند. در سال 1996، تزریق مستقیم سوخت به صورت استاندارد در میتسوبیشی کاریسما شروع شد. فناوری جدید نیاز به بهبود جدی داشت و در ابتدا پیروان کمی پیدا کرد.

با این حال، در مواجهه با استانداردهای سختگیرانه گازهای خروجی، که از همان ابتدا تأثیر زیادی بر پیشرفت سیستم های سوخت خودرو داشت، طراحان در نهایت مجبور شدند به سمت تزریق مستقیم بنزین بروند. در آخرین راه حل ها، تا کنون تعداد کمی، آنها دو نوع تزریق بنزین را ترکیب می کنند - غیر مستقیم چند نقطه ای و مستقیم.    

تزریق غیر مستقیم تک نقطه ای

در سیستم های تزریق تک نقطه ای، موتور توسط یک انژکتور تغذیه می شود. در ورودی منیفولد ورودی نصب می شود. سوخت تحت فشار حدود 1 بار تامین می شود. سوخت اتمیزه شده با هوا در جلوی دریچه های ورودی کانال های منتهی به سیلندرهای جداگانه مخلوط می شود.

مخلوط سوخت و هوا بدون دوز دقیق مخلوط برای هر سیلندر به داخل کانال ها مکیده می شود. به دلیل تفاوت در طول کانال ها و کیفیت پرداخت آنها، منبع تغذیه سیلندرها ناهموار است. اما فوایدی هم دارد. از آنجایی که مسیر مخلوط سوخت با هوا از نازل تا محفظه احتراق طولانی است، با گرم شدن مناسب موتور، سوخت می تواند به خوبی تبخیر شود. در هوای سرد، سوخت تبخیر نمی شود، موها روی دیواره های جمع کننده متراکم می شوند و تا حدی به شکل قطره وارد محفظه احتراق می شوند. در این شکل، نمی تواند در چرخه کاری کاملاً بسوزد، که منجر به راندمان پایین موتور در مرحله گرم کردن می شود.

پیامد این امر افزایش مصرف سوخت و سمیت بالای گازهای خروجی است. تزریق تک نقطه ای ساده و ارزان است، به قطعات زیادی، نازل های پیچیده و سیستم های کنترل پیشرفته نیاز ندارد. هزینه های تولید پایین باعث کاهش قیمت خودرو می شود و تعمیرات با تزریق تک نقطه ای آسان است. این نوع تزریق در موتورهای مدرن خودروهای سواری استفاده نمی شود. این را می توان فقط در مدل هایی با طراحی عقب یافت کرد، اگرچه در خارج از اروپا تولید می شود. یک نمونه سمند ایرانی است.

امتیازات

– طراحی ساده

- هزینه تولید و نگهداری پایین

– سمیت کم گازهای خروجی در هنگام داغ بودن موتور

نقص ها

- دقت دوز سوخت پایین

– مصرف سوخت نسبتاً بالا

– سمیت بالای گازهای خروجی در مرحله گرم شدن موتور

- عملکرد ضعیف از نظر دینامیک موتور

تزریق چند نقطه ای غیر مستقیم

گسترش تزریق غیر مستقیم تک نقطه ای تزریق غیر مستقیم چند نقطه ای با یک انژکتور در هر پورت ورودی است. سوخت پس از دریچه گاز، درست قبل از سوپاپ ورودی تحویل می‌شود. انژکتورها به سیلندرها نزدیک‌تر هستند، اما مسیر مخلوط هوا/سوخت همچنان به اندازه‌ای طولانی است که سوخت در موتور داغ تبخیر شود. از طرف دیگر، فاز گرمایش تمایل کمتری به متراکم شدن روی دیواره‌های ورودی ورودی دارد، زیرا فاصله بین نازل و سیلندر کوتاه‌تر است. در سیستم های چند نقطه ای، سوخت با فشار 2 تا 4 بار تامین می شود.

یک انژکتور مجزا برای هر سیلندر، امکانات کاملاً جدیدی را از نظر افزایش دینامیک موتور، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده‌های اگزوز به طراحان می‌دهد. در ابتدا از هیچ سیستم کنترلی پیشرفته ای استفاده نمی شد و تمام نازل ها همزمان سوخت را اندازه گیری می کردند. این راه حل بهینه نبود، زیرا لحظه تزریق در هر سیلندر در سودمندترین لحظه (زمانی که به دریچه ورودی بسته برخورد می کند) رخ نمی دهد. فقط توسعه الکترونیک امکان ساخت سیستم های کنترل پیشرفته تری را فراهم کرد که به لطف آنها تزریق با دقت بیشتری شروع به کار کرد.

در ابتدا، نازل ها به صورت جفت باز می شدند، سپس یک سیستم تزریق سوخت متوالی ایجاد شد، که در آن هر نازل به طور جداگانه، در لحظه بهینه برای یک سیلندر مشخص باز می شود. این راه حل به شما امکان می دهد دوز سوخت را برای هر ضربه به دقت انتخاب کنید. یک سیستم چند نقطه ای سریال بسیار پیچیده تر از سیستم تک نقطه ای است، ساخت آن گران تر و نگهداری آن گران تر است. با این حال، این امکان را به شما می دهد تا با مصرف سوخت کمتر و سمیت کمتر گازهای خروجی، راندمان موتور را به میزان قابل توجهی افزایش دهید.

امتیازات

- دقت دوز سوخت بالا

– مصرف سوخت پایین

- امکانات زیادی از نظر دینامیک موتور

- سمیت کم گازهای خروجی

نقص ها

- پیچیدگی قابل توجه طراحی

- هزینه های تولید و نگهداری نسبتاً بالا

تزریق مستقیم

در این محلول، انژکتور در سیلندر نصب می شود و سوخت را مستقیماً به محفظه احتراق تزریق می کند. از یک طرف، این بسیار سودمند است، زیرا به شما امکان می دهد خیلی سریع شارژ سوخت-هوای بالای پیستون را جایگزین کنید. علاوه بر این، سوخت نسبتاً سرد تاج پیستون و دیواره سیلندر را به خوبی خنک می کند، بنابراین می توان نسبت تراکم را افزایش داد و راندمان بالاتر موتور را بدون ترس از ضربه احتراق نامطلوب به دست آورد.

موتورهای تزریق مستقیم برای سوزاندن مخلوط‌های هوا/سوخت بسیار کم‌کم در بارهای کم موتور برای دستیابی به مصرف سوخت بسیار کم طراحی شده‌اند. با این حال، مشخص شد که این باعث ایجاد مشکلاتی در مورد اکسیدهای نیتروژن اضافی در گازهای خروجی می شود که برای از بین بردن آن، نصب سیستم های تمیز کننده مناسب ضروری است. طراحان با اکسیدهای نیتروژن به دو صورت برخورد می کنند: با افزودن تقویت و کاهش اندازه، یا با نصب یک سیستم پیچیده از نازل های دو فاز. تمرین همچنین نشان می دهد که با تزریق مستقیم سوخت، پدیده نامطلوب رسوبات کربن در مجاری ورودی سیلندرها و روی میل سوپاپ ورودی (کاهش دینامیک موتور، افزایش مصرف سوخت) رخ می دهد.

این به این دلیل است که هم دریچه های ورودی و هم دریچه های ورودی مانند تزریق غیر مستقیم با مخلوط هوا/سوخت شسته نمی شوند. بنابراین، توسط ذرات ریز روغن که از سیستم تهویه میل لنگ وارد سیستم مکش می شوند، شسته نمی شوند. ناخالصی های نفتی تحت تأثیر دما سخت می شوند و لایه ای ضخیم از رسوبات ناخواسته ایجاد می کنند.

امتیازات

- دقت دوز سوخت بسیار بالا

– امکان سوزاندن مخلوط های بدون چربی

– دینامیک موتور بسیار خوب با مصرف سوخت کم

نقص ها

- طراحی بسیار پیچیده

- هزینه های تولید و نگهداری بسیار بالا

- مشکلات ناشی از اکسیدهای نیتروژن اضافی در گازهای خروجی اگزوز

- رسوبات کربن در سیستم ورودی

تزریق دوگانه - مستقیم و غیر مستقیم

طراحی سیستم تزریق مختلط از تزریق غیر مستقیم و مستقیم بهره می برد. تزریق مستقیم زمانی که موتور سرد است کار می کند. مخلوط سوخت و هوا مستقیماً روی پیستون جریان می یابد و میعان از آن حذف می شود. هنگامی که موتور گرم است و تحت بار سبک کار می کند (رانندگی با سرعت ثابت، شتاب نرم)، تزریق مستقیم کار نمی کند و تزریق غیر مستقیم چند نقطه ای نقش آن را بر عهده می گیرد. سوخت بهتر تبخیر می شود، انژکتورهای سیستم تزریق مستقیم بسیار گران قیمت کار نمی کنند و فرسوده نمی شوند، دریچه های ورودی توسط مخلوط سوخت و هوا شسته می شوند، بنابراین رسوب روی آنها تشکیل نمی شود. در بارهای زیاد موتور (شتاب های قوی، رانندگی سریع)، تزریق مستقیم دوباره روشن می شود که پر شدن بسیار سریع سیلندرها را تضمین می کند.

امتیازات

- دوز بسیار دقیق سوخت

- تحویل بهینه موتور در همه شرایط

– دینامیک موتور بسیار خوب با مصرف سوخت کم

- عدم وجود رسوب کربن در سیستم ورودی

نقص ها

- پیچیدگی طراحی بسیار زیاد

- هزینه های تولید و نگهداری بسیار بالا