دانلود مقاله مهندسی اتومبیل سازی

- مقدمه: 1-1- مرور کلی مهندسی اتومبیل سازی با تأکید رو به افزایش بر دستیابی به پیشرفتهای اساسی در اقتصاد سوخت اتومبیل ، در تلاش جهت ارائه موتورهایی هستند که مصرف موقت ویژه ترمز (BSFC) را افزایش داده و می توانند از شرایط و نیازهای انتشار شدید آینده تبعیت کنند.

BSFC و اقتصاد سوخت، موتور گازوئیلی، تزریق مستقیم (CIDI) و موتور دیزلی، بر BSFC و اقتصاد سوخت موتور احتراق جرقه ای (Spark-ignition) که سوخت آن از طریق مجرا و دهانه موجود در آن تزریق می شود، ارجحیت دارد، دلیل این امر، عمدتاً استفاده از نسبت تراکم بسیار بالاتر و عمل غیر کنترلی می باشد.

بنابراین،‌موتور دیزلی، عموماً صدا و سطح پارازیت بالاتر، دامنه سرعت محدودتر، قابلیت راه اندازی کاهش یافته و انتشارات Nox بالاتری را نسبت به موتور احتراق جرقه ای (SI) از خود نشان می دهد.

در طول دو دهه گذشته، تلاش هایی در جهت ارائه موتور احتراق درونی در مورد کاربردهای اتومبیل سازی صورت گرفته است که بهترین ویژگیهای موتورهای SI و دیزی را با هم ترکیب کند.

هدف از این کار، ترکیب نیروی ویژه موتور گازوئیلی با کارایی و بازده موتور دیزلی در بخشی از بار بوده است.

چنین موتوری ، BSFC را ارائه می دهد که به BSFC موتور دیزلی نزدیک بوده و در عین حال، ویژگیهای عملی و بازده قدرت ویژه موتور SI را محفوظ می دارد.

تحقیق، نشان داده است که کاندید نوید بخش برای دستیابی به این هدف، یک موتور احتراق جرقه ای ،‌چهار ضربه ای، تزریق مستقیم است که ترکیب ورودی را جهت کنترل بار خفه نمی کند.

در این موتور، یک ستون ابری شکل اسپری سوخت، مستقیماً به سیلندر تزریق می شود، و ترکیب هوا - سوخت با یک ترکیب قابل احتراق در پلاتین و مولد جرقه و در زمان احتراق ، ایجاد می شود.

این نوع موتور، بعنوان یک موتور تزریق مستقیم، شارژ لایه ای (DISC) طراحی می شود.

این نوع موتور، عموماً؟؟

بسیاری در مورد سوختهای دارای عدد اکتان و اندیس حرکت پذیری پائین تر را از خود بروز می دهند، و بخش چشمگیری از کار اولیه در مورد موتورهای طرح اولیه DISK بر قابلیت چندسوختی متمرکز بود.

توان خروجی این موتور، به شیوه ای مشابه با توان خروجی موتور دیزلی، با تغییر میزان که به سیلندر تزریق می شود، کنترل می گردد.

هوای القایی (مکشی) خفه نمی شود بنابراین به حداقل رسانی کار منفی حلقه پمپاژ چرخه، مورد توجه قرار می گیرد.

موتور، با استفاده از کلید جرقه جهت احتراق سوخت و ترکیب با هوا، موجبات احتراق مستقیم را فراهم می آورد، بنابراین از بسیاری از شرایط و نیازهای کیفیت احتراق احتراق اتوماتیک را که مربوط به سوختهای موتور دیزلی هستند، اجتناب می کند.

بعلاوه، به وسیله تنظیم کلید جرقه و انژکتور سوخت، ممکن است کل عمل ترکیبات سوختنی بسیار زیاد بدون مواد قابل احتراق کافی حاصل شود، و یک BSFC افزایش یافته به بار آید.

از یک چشم انداز تاریخی، تمایل به این منافع مهم، تعداد تحقیقات مهم در مورد پتانسیل موتورهای DISC ، ارتقاء یافته است.

چند استراتژی احتراق، ارائه و اجرا شدند، از جمله سیستم احتراق کنترل شده (TCCS) Texaco Man-fm of masch inenfabrik Auguburg-Nurnberg و سیستم احتراق برنامه ریزی شده Ford این سیستم های اولیه، مبتنی بر موتورهایی بودند که دو شیر در هر سیلندر، با یک محفظه احتراق کاسه داخل پیستون داشتند.

تزریق تأخیری، با بکارگیری یک سیستم تزریق سوخت نازل - خط - پمپ مکانیکی حاصل از یک کاربرد موتور دیزلی ، بدست آمد.

عمل عدم خنگی (withrottled) از طریق دامنه بار و با BSFC حاصل شد که با موتور دیزلی تزریق غیر مستقیم (IDI) رقابت می کرد .

نقطه ضعف عمده این بود که زمان بندی تزریق تأخیری ، حتی در بار کامل حفظ می شد، این امر، به دلیل محدودیات سیستم تزریق سوخت مکانیکی بود.

این امر امکان احتراق بی دود یا کم دود را برای نسبتهای سوخت - هوای غنی تر از 20 به 1 فراهم می کرد.

لزوم استفاده از تجهیزات تزریق سوخت دیزلی، با نیاز به یک توربو شارژ جهت فراهم آوردن توان خروجی مناسب همراه بود که منجر به ایجاد موتوری با ویژگیهای عملکرد هزینه ای می شد که مشابه با ویژگیهای عملکرد و هزینه یک موتور دیزلی بود، اما دارای انتشارات هیدروکربن خام با بار نسبی ضعیف (UBHC) بود.

ترکیب کاربرد هوای نسبتاً رقیق و استفاده از تجهیزات تزریق سوخت که محدود به دامنه سرعت بود، بدین معناست که توان خروجی ویژه موتور، کاملاً پائین بود.

مبحثی در مورد ترکیب بندی هندسی این سیستم های اولیه در بخش 1-6 ارائه می شود.

بسیاری از محدودیات اساسی که در کار اولیه در مورد موتورهای DISC وجود داشت،‌هم اکنون می توانند از بین بروند.

این امر، خصوصاً در موردمحدودیتهای کنترل عمده ای صحت دارد که در مورد انژکتورهای تزریق مستقیم (DI) مربوط به 15 سال پیش وجودداشته است.

تکنولوژیها و استراتژیهای کامپیوتری جدید،‌توسط بسیاری از شرکتهای اتومبیل سازی جهت بررسی مجدد اینکه کدام منافع بالقوه موتور تزریق مستقیم گازوئیل (GDI) می توانند در تولید موتورها به کار روند، استفاده می شوند.

این موتورها و استراتژیهای احتراق، در بخش های 2-6 و 17-6 مورد بررسی قرار می گیرند.

اطلاعات موجود در این سند، امکان مرور بررسی جامع دینامیکهای ترکیبی و استراتژیهای کنترل احتراقی را برای خواننده فراهم می آورد که ممکن است در موتورهای گازوئیلی، تزریق مستقیم، احتراق جرقه ای ، چهار ضربه ای به کار روند.

بسیاری از این اطلاعات که هنوز به زبان انگلیسی ترجمه شده اند، دقیقاً مورد بررسی قرار می گیرند، و تحقیق و توسعه دقیق و حیاتی آینده، شناسایی می شوند.

2-1- منافع بالقوه اصلی: موتور GDI در مقابل موتور PFI تفاوت اصلی میان موتور PFI و موتور GDI ، در استراتژیهای آماده سازی ترکیب است که در شکل 1 نشان داده می شود.

در موتور PFI ، سوخت به دهانه ورودی هر سیلندر تزریق می شود، و زمانی عقب ماندگی میان عمل تزریق و کاهش سوخت و هوا در سیلندر وجوددارد.

اکثر موتورهای PFI اتومبیلی فعلی، از تزریق سوخت زمان بندی شده روی پشت دریچه ورودی استفاده می کنند، البته آنها اینکار را از زمانی انجام می دهند که دریچه ورودی بسته باشد.

در طول استارت زدن و آغاز سرما، یک لایه متحرک (موقت) ، یا ترکیبی از سوخت مایع،‌در ناحیه دریچه ورودی مجرا (دهانه)‌تشکیل می شود.

این امر، موجب تأخیر در دریافت سوخت و خطای ژیگلور می گردد،‌این امر، بواسطه تبخیر ایجاد می شود و ایجاد این امر، جهت تأمین مقدار سوختی که از مقدار مورد نیاز برای نسبت استوکیومتریک ایده آل بیشتر است،‌لازم و ضروری است.

این زمان عقب ماندگی و رتیکب ممکن است موتوری را ایجاد کند که جرقه نمی زند یا در چرخه های 4 تا 10 اولیه، سوختن ناقص را بوجود آورد، و افزایش چشمگیری در انتشارات UBHC ایجاد سازد.

متقارباً، تزریق مستقیم سوخت به سیلندر موتور، از ایجاد مشکلات و مشکلات همراه با مرطوب بودن دیواره سوخت در دهانه جلوگیری کرده و در عین حال، امکان کنترل افزایش یافته سوخت تنظیم شده را برای هر احتراق و امکان کاهش زمان انتقال سوخت را فراهم می سازد.

جرم واقعی سوخت وارد شده به سیلندر در یک چرخه معین می تواند بیشتر با تزریق مستقیم کنترل شود تا با PFI موتور GDI ، نیرو و پتانسیلی را برای احتراق مناسب تر ، تغییر کمتر سیلندر تا سیلندر دیگر در نسبت سوخت - هوا و مقادیر BSFC عمل پائین تر، ارائه می دهد.

انتشارات UBHC در طول آغاز سرما ، با تزریق مستقیم، کمتر می شود.

و عکس العمل موقتی موتور می تواند حاصل شود.

در نتیجه فشار سوخت عملی بالاتر سیستم GDI ، سوخت وارد شده به سیلندر تحت شرایط عمل در سرما بهتر از فشار سوخت عملی سیستم PFI بهینه سازی می شود، بنابراین مقادیر تبخیر سوخت بیشتری را ارائه می دهد.

سایز و اندازه افت متوسط، 16 میکرون SMD است که با 120 میکرون SMD سیستم PFI قابل مقایسه می باشد.

بنابراین، شایان ذکر است که تزریق مستقیم سوخت به سیلندر، تضمین نمی کند که مسائل ومشکلات مربوط به لایه سوخت، وجود ندارد.

مرطوب بودن تاج های پیستون یا سطوح دیگر محفظه احتراق ،‌عمدی یا سهوی ، تبخیر و تشکیل لایه ‌ دیوار موقتی متغیر مهمی را ارائه می دهد.

البته،‌مفهوم GDI ،‌فرصتهایی را جهت گریز از محدودیات اساسی موتور PFI ،‌خصوصاً محدودیات مربوط به مرطوب بودن دیواره دهانه ارائه می دهد.

لایه سوخت در دهانه ورودی موتور PFI، بعنوان یک خازن تلفیقی عمل می کند،‌و این موتور، در واقع در سوخت دقیق تنظیم شده حاصل از لایه عمل می کند، نه از سوختی که توسط انژکتور، تنظیم می شود.

در طول یک استارت سرد، سوخت حاصل از بیش از 10 چرخه باید جهت دستیابی به یک لایه نوسانی و ثابت سوخت مایع در دهانه ورودی باید تزریق گردد.

این امر بدین معناست که موتور PFI سرد، ابتدا در چرخه های معدود، راه اندازی و روشن نمی شود، گرچه سوخت، مکرراً به لایه تزریق می شود.

آلگوریتم های کنترل باید در صورتی جهت فراهم سازی امکان سوختن اضافی مورد استفاده قرار گیرند که زمانهای استارت قابل قبول PFI حاصل می شوند ، گرچه دمای کاتالیزور، زیر آستانه iight-off در این شرایط قرار دارد و انتشارات UBHC افزایش خواهند یافت.

بنابراین، در مورد سیستم های PFI ، تولید 90 درصد از انتشارات کلی BHC در آزمایش انتشار US FTP در اوایل دهه 90 امکانپذیر نیست.

تزریق مستقیم گازوئیل به سیلندر موتور چهار ضربه ای، گازوئیلی، احتراق جرقه ای ، لایه سوخت تلفیقی را در دهانه ورودی حذف می کند.

مشخص شده که تزریق مستقیم گازوئیل با غنی سازی اندک یا بدون غنی سازی سرد می تواند استارتهایی را در چرخه دومین استارت زدن فراهم سازد و همچنین می تواند کاهش های چشمگیری را در طول بارگیری موقت، پالس های کوتاه مدت UBHC را به معرض نمایش بگذارد.

یک نمونه مناسب از مقایسه کمیت سوخت مورد نیاز جهت راه اندازی موتورهای PFI و GDI در شکل 2 ارائه می شود.

کاملاً بدیهی است که موتور GDI جهت راه اندازی موتور به سوخت بسیار کمتری نیاز دارد و این تفاوت در شرایط و نیازهای موقت می نیمم ، همانطور که دمای محیط کاهش می یابد، بیشتر می شود.

محدودیت دیگر موتور PFI ، نیاز به خفه سازی برای کنترل بار اصلی می باشد.

هر چند که خفه سازی، یک مکانیسم قابل قبول و قابل اعتماد مربوط به کنترل بار در موتور PFI می باشد، اما اتلاف ترمودینامیک همراه با خفه سازی، اساسی به حساب می آید.

هر سیستمی که از خفه سازی جهت تنظیم سطح بار استفاده می کند، اتلاف ترمودینامیکی را تجربه خواهد کرد که همراه با این حلقه پمپاژ است، و کاهش بازده حرارتی را در سطوح پائین بار موتور به معرض نمایش خواهد گذاشت.

موتورهای پیشرفته PFI فعلی، هنوز کارایی دارند.

هنوز به خفه سازی جهت کنترل بار اصلی نیاز دارند.

آنها همچنین دارای یک نوار عملی سوخت مایع در دهانه ورودی هستند این دو شرط عملی اساسی PFI ، دو اشکال بزرگ و عمده را در دستیابی به پیشرفتهای عملی چشمگیر در انتشارات یا اقتصاد سوخت PFI ارائه می دهند.

پیشرفتهای رو به افزایش و مداوم در تکنولوژی PFI قدیمی، بوجود خواهد آمد، اما احتمال اینکه اهداف انتشار و اقتصاد سوخت با دامنه طولانی بتوانند بطور همزمان حاصل شوند، وجود ندارد.

موتور GDI ، در تئوری، دارای این دو محدودیت عمده و محدودیات عملکرد توأم با آنها نمی باشد.

مزایای تئوریکی موتور GDI در موتور معاصر PFI ، به شرح زیر خلاصه می شوند.

اقتصاد سوخت افزایش یافته و پیشرفته 1 تا 25 درصدتوسعه پتانسیل، بسته به چرخه آزمایش که ناشی از موارد زیر می باشد.

اتلاف پمپاژ کمتر (حالت بدون خفگی و لایه ای ) اتلافهای گرمای کمتر (حالت بدون خفگی و لایه ای) نسبت تراکم بیشتر (خنک سازی بار با تزریق در طول القا) نیاز به اکتان پائین تر (خنک سازی بار با تزریق در طول القا) بازده حجمی افزایش یافته (خنک سازی بار با تزریق در طول القا) قطع سوخت در طول کاهش سرعت وسیله نقلیه (بدون لایه چند راهه) واکنش موقتی افزایش یافته غنی سازی شتاب کمتر مورد نیاز (بدون لایه چند راهه) کنترل نسبت سوخت - هوای رقیق تر استارت زدن سریع تر سوختن اضافی استارت سرد کمتر مورد نیاز محدودیت تولرانس EGR توسعه یافته (برای به حداقل رسانی استفاده از خفه سازی) مزایای انتشارات انتخابی انتشارات UBHC استارت سرد کاهش یافته انتشارات CO2 کاهش یافته پتانسیل افزایش یافته برای بهینه سازی سیستم فشارهای تزریق بسیار بالاتر مورد استفاده در سیستم های تزریق GDI ریل مشترک در مقایسه با سیستم های سوخت PFI ، درجه اتوماتیک سازی سوخت و میزان تبخیر سوخت را افزایش می دهد، و در نتیجه دستیابی به احتراق ثابت از اولین یا دومین چرخه تزریق بدون تأمین سوخت اضافی ،‌امکانپذیر است.

بنابراین، موتورهای GDI ،‌دارای پتانسیل دستیابی به انتشارات UBHC استارت سردی هستند که می توانند به سطح مشاهده شده در مورد شرایط اجرای ثابت نزدیک شود.

Takagi گزارش داد که انتشارات UBHC استارت سرد حاصل از موتور GDI بهینه سازی شده تحت شرایط قابل مقیاس می باشند.

مزیت نهفته دیگر موتور GDI ،‌گزینه استفاده از قطع سوخت در زمان کاهش سرعت می باشد.

قطع سوخت، به شرط اجرای موفق می تواند امکان توسعه ها و پیشرفتهای دیگری را در سطوح انتشار UBHC خارج از موتور و اقتصاد سوخت، فراهم سازد.

در مورد موتور PFI که از یک لایه تعیین سوخت در دهانه ورودی عمل می کند،‌قطع سوخت در طول کاهش سرعت وسیله نقلیه، گزینه عملی و قابل اجرایی به شمار نمی رود، و موجب کاهش یا حذف لایه سوخت مایع در دهانه می گردد.

این امر،‌ترکیبات بسیار رقیقی را در محفظه احتراق و در مورد چرخه محدود ایجاد می کند؛ این ترکیبات به دنبال ذخیره بار ایجاد شده و عموماً منجر به عدم روشن شدن موتور می گردد.

شایان ذکر است که مهندسین طراحی، مدیران و محقیقینی که باید اطلاعات منتشر شده در مورد مزایای موتورهای GDI بر موتورهای PFI را ارزیابی کنند، باید از یک منطقه مقایسه داده ها و این گزارش مشوش آگاه باشند.

در بسیاری مقالات،‌عملکرد GDI با خطوط مبنای PFI که مشخص شده اند، مقایسه می شود، و این امر انجام یک مقایسه مهندسی مستقیم را میان عملکرد PFI و GDI ، برای خواننده بسیار مشکل می سازد.

یک مثال مناسب، مقایسه داده های اقتصاد سوخت PFI و GDI است که با استفاده از دو وسیله نقلیه مختلف با دو وزن اینرسی مختلف بدست آمد.

مثالی از یک تفاوت ظریف تر، ارزیابی کاهش BSFC است که ناشی از حذف کامل خفه سازی در یک موتور GDI می باشد، اما اتلاف پارازیتی یک پمپ خلاء را که باید جهت ترمزگیری و کاربردهای دیگر اضافه گردد را مورد توجه قرار نمی دهد و آنرا حذف نیز نمی کند.

تعدادی از مقایسات منتشر شده، میان این دو محدوده قرار دارند.

به خوانندگان هشدار داده می شود که کلیه ادعاهای مربوط به اطلاعات قیاسی GDI/PFI و درجه ای که سیستم ها با آن و تحت شرایط و محدودیات مختلف آزمایش شده اند را به دقت بررسی کنند.

موتورهای PFI ،‌دارای مزایای محدودی بر موتورهای GDI هستند، و این امر ، بواسطه این حقیقت است که سیستم ورودی ، مثل یک محفظه پیش تبخیری عمل می کند.

زمانیکه سوخت ، مستقیماً به سیلندر موتور تزریق می شود، زمان قابل دسترسی برای عمل ترکیب ،‌به طور چشمگیری کاهش می یابد.

در نتیجه،‌اتوماتیک سازی اسپری سوخت،‌باید به حد کافی جهت مجازسازی تبخیر سوخت در زمان محدود قابل دسترسی میان تزریق وا حتراق ، مناسب باشد.

قطرات کوچک سوختی که تبخیر نمی شوند، احتمالاً در سوختن انتشاری دخالت کرده،‌یا بصورت انتشارات UBHC از موتور خارج می شوند.

همچنین ، سوخت تزریقی مستقیم به سیلندر موتور می تواند منجر به تأثیر سوخت بی هدف بر پیستون یا دیواره سیلندر گردد.

این عوامل، می توانند به سطوح انتشارات ویژه و یا UBHC و به ساییدگی دهانه سیلندر که می تواند به راحتی از ساییدگی دهانه سیلندر یک موتور PFI بهینه سازی شده بیشتر شود، کمک کند.

برخی از مزایای دیگر موتورهای PFI مثل سخت افزای سیستم سوخت کم فشار، شدت توان بالاتر در بار جزئی (part load) و عملی بودن استفاده از کاتالیزور سه راهه و دماهای تخلیه بالاتر در مورد بازده کاتالیزور افزایش یافته ،‌چالش در حال تکاملی را برای موتور GDI ارائه می دهد.

گرچه موتور GDI ، مزایای نهفته مهمی را فراهم می آورد، اما مسائل و مشکلاتی را بهمراه دارد که مشابه با مسائل و مشکلات موتورهای DISC قدیمی هستند.

جایگزینی موتور PFI با موتور GDI بصورت تأسیسات تولید برق اتومبیل، با موارد زیر محدود می گردد: سختی کنترل احتراق بار لایه ای در گستره عمل مورد نیاز پیچیدگی تکنولوژیهای تزریق و کنترل مورد نیاز برای تغییرات یکپارچه بار نسبت تقریباً بالای تشکیل رسوبات انژکتور و یا سوختن احتراقی انتشارات UBHC بار سبک نسبتاً بالا انتشارات Nox بار سنگین نسبتاً بالا تولید Nox محلی زیاد، تحت عمل بار لایه ای، و بار جزئی (part load) تشکیل دوده برای عمل بار سنگین انتشارات ویژه افزایش یافته کاتالیزور سه راهه نمی تواند در مورد کل مزایا به کار رود ساییدگی افزایش یافته جزئی از سیستم سوخت بواسطه ترکیب سوخت کم و فشار زیاد مقادیر افزایش یافته ساییدگی دهانه سیلندر شرایط و نیازهای ولتاژ و نیروی الکتریکی افزایش یافته انژکتور را محرکها، اتلاف پارازیتی پمپ سوخت و فشار سیستم سوخت افزایش یافته.

موارد فوق، باید در هر طراحی ویژه، در صورتی مورد بررسی قرار گیرند که موتور GDL، جایگزین موتور PPL فعلی گردد.

اگر تنظیمات انتشار آینده مثل و سینه تقلید دارای انتشار بسیار کم (VLEV)، و سینه تقلید دارای انتشار فوق العاده کم (SVLEV) و شرایط اقتصاد سوخت میانگین (CAFÉ) بتوانند با استفاده از موتورهای PEI و بدون نیاز به سخت افزار جدید پیچیده حاصل شوند، میزان نفوذ به بازار در هداموتورهای GDL، کاهش خواهد یافت، شرایط GDL در مورد سخت افزار تزریق سوخت پیشرفتی، پمپ سوخت فشار بالا، و یک سیستم کنترل موتور پیچیده تر بوجود خواهد آمد.

محدودیت مهم در مورد طراحی های مورتور GDL، انتشارات نسبتاً بالای Nox و UBHC و این حقیقت می باشد که کاتالیزورهای سه راهه نمی توانند بطور موثر و مفید به کار روند.

کار کردن موتور، تحت شرایط رقیق.

انتشارات Nox خارج موتور را کاهش می دهد، اما این امر عموماً نمی تواند به سطح کاهش 90 درصدی دست یابد که می تواند با استفاده از یک کاتالیزور سه راهه حاصل شود.

کار بیشتری در مورد ارائه کاتالیزورهای Nox رقیق، در سطح دنیا، در دست اقدام می باشد، اما در همین زمان، بازده تبدیلی قابل دستیابی، کمتر از بازده تبدیلی کاتالیزورهای سه راهه است.

انتشارات زیاد UBHC در بار سبک نیز، مسئله ای است که راه حل آن در دست اقدام است.

علیرغم این موارد مشکلات، موتور GDL، افق گسترده و جدیدی را برای کاربردهای آینده ارائه می دهد که با موتور توسعه یافته PFI قابل مقایسه می باشد.

بطور خلاصه، کسب مزایای نهفته مفهوم GDL، از کسب وضعیت اولویتی، مهمتر می باشد.

این مفهوم، فرصتهای بسیاری را جهت دستیابی به پیشرفتهای مهم در مصرف سوخت موتور ارائه داده و در عین حال، کاهش های عمده ای را در انتشارات UBHC خارج از موتور مشخص می سازد.

هر چند که موتور PFI پیشرفته فعلی به سرعت تکامل یافته است، اما به محدوده پتانسیل سیستمی رسیده است که مبتنی بر خفه سازی (thro ttlins ) و یک لایه سوخت دهانه می باشد؛ بنابراین.

چالش تکنیکی رقابت با مجری تکامل یافته ای مثل موتور PFI.

نمود اغراق تلقی نمی شود.

از اواخر دهه 1970.

زمانیکه بخش مهمی از کار موتور DLSC انجام شد.

موتور SL به عنوان یک خط مبنای در حال توسعه به تکامل و پیشرفت خود ادامه می داد.

این سیستم سوخت همچنین بطور مداوم از کاربراتور تا تزریق throttle-body سپس تا PFI سوختن همزمان و اخیراً تا PFI سوختن ترتیبی و مرحله ای تکامل یافته است.

نتیجه این است که امروزه موتور PFI احتراق جرقه ای استاندارد معیرا و نشانه سیستم های برق اتومبیل است.

به منظور جایگزینی این استاندارد اهداف توسعه ای ویژه در مورد موتورهای آینده GDI در مقایسه با مورتوهای PFI فعلی به شرح زیر می باشند: کاهش 15 تا 20 درصدی در BSFC در یک چرخه تلفیقی؛ سازگاری و مطابقت با تنظیمات انتشارات آینده؛ توان خروجی ویژه ای که با PFI مقایسه می شود؛ قابلیت تحرک در طول استارتهای سرد ترانزیت های باری و گرمایشی که با PFI قابل مقایسه است: علاوه بر موارد فوق، استراتژیهای کنترل و سخت افزار موثر و قابل اطمنان برای تکنولوژی تزریق مستقیم گازوئیل، باید توسعه یافته و تحت بررسی قرار گیرند.

به چند دلیلی که تزریق سوخت دهانه، به تدریج جایگزین تزریق throttle-body و کاربراتور می سواد، پیکر بندی احتراق GDL که به منزله ارتقای کی یاز مفاهیم ارائه شده در این مقاله است، به صورت یک سیستم موتور S غالب، تجلی یافته و به تدریج، جایگزین کاربردهای PFI خواهد بود.

3- دینامیکهای ترکیب داخل سیلندر و هندسه محفظه احتراق 1-3- ساختار جریان میدان جریان داخل سیلندر موقتی که د طول حرکت ضربات تراکم دو رود یک موتور GDL ارائه می شود، یکی از عوامل اصلی در تعیین قابلیت اجرا پذیری عملی سیستم می باشد.

بزرگی مولفه های متوسط حرکت و تغییرات ناشی از آنها در کل چرخه، از اهمیتی برخوردار هستند که با بزرگی مولفه های متوسط حرکت سیستم تزریق سوخت، قابل قیاس می باشد.

در یک مقیاس میکروسکوپی، سطح بالای آشفتگی، برای افزایش و ارتقای پروسه ترکیب هوا- سوخت، لازم است؛ اما جریان انبوه (bulk flow) یا میانگین تحت کنترل.

عموماً برای تثبیت یک ترکیب لایه ای مورد نیاز می باشد.

در مورد موتورهای CSL بدیهی است که نوسانات سرعت آشفتگی نزدیک به نقطه مرگ بالایی (TDC) در تراکم می تواند این بزرگی را به صورت سرعت میانگین کسب کند.

و بدیهی است که حمل و نقل انتقالی و حمل و نقل انتشاری آشفته می توانند دارای تاثیر معادلی در تعیین وضعیت اولیه پروسه احتراق باشند.

مثدار صحیح نوشان تجمع ترکیب در داخل محفظه احتراق می تواند به بزرگی مقدار صحیح نوسان سرعت باشد.

این امر منجر به نوسانات شدید تجمع در یک نقطه ثابت مثل محل پلاتین مولد جرقه می شود که این امر نیز می تواند منجر به بروز مشکلاتی در بدست آوردن یک هسته مشتقل و ثابت گردد.

چهار ویژگی تحت کنترل اصلی در مورد میدان جریان داخل سیلندر وجود دارد، مولفه های جریان متوسط، ثبات جریان متوسط، چرخش آشفته موقت در طول ضربه تراکم، و سرعت متوسط نزدیک به پلاتین مولد جرقه در زمان احتراق.

در مورد احتراق متجانس در مورتور SL، ترکیب شدت آشفتگی بالا و سرعت متوسط پائین در پلاتین مولد جرقه، مطلوب می باشد.

این امر، عموماً در مورد موتورهای PFL حاصل می شود و همین طور در مورد موتورهای GDL که منحصراً به حالت تزریق اولیه عمل می کنند.

بنابراین، ساختار جریانی که می تواند انرژی جنبشی جریان متوسط را در ضربه تراکم به انرژی جنبشی آشفته تبدیل کند، بری احتراق متجانس، مطلوب و مناسب به شمار می آید.

موتور GDL با استفاده از تزریق تاخیری، با میدان جریانی که دارای سرعت متوسط افزایش یافته و سطح آشفته کاهش یافته می باشد، به خوبی کار می کند، این امر نیز به دستیابی ب لایه بندی ثابت تر ترکیب، کمک می کند.

این امر، نشان می دهد که میدان جریان بهینه به استراتژی تزریقی بستگی دارد که مورد استفاده قرار می گیرد، و این امر در مورد موتورهای GDL با ویژگیهای کامل که با هر دو استراتژی کار می کنند، مطابق نیست.

در مورد سیستم احتراق GDL، به نظر می رسد که کنترل میزان ترکیب به وسیله جریان انبوه، پتانسیل و نیروی بیشتری داشته باشد تا زمان بندی تولید آشفتگی.

این امر بدین معنا نیست که اشفتگی در مورد پورسه احتراق، موضوع مهمی به حساب نمی آید - در حقیقت، آشفتگی، عامل مهمی در حمل EGR در منطقه احتراق محلی می باشد.

در کل، ساختار جریان چرخشی، در سیلندر و محفظه احتراق وجود دارد و این ساختار منسجم، دارای زاویه لحظه ای انحراف میان محور سیلندر و محور اصلی رچخش می باشد.

جز چرخشی که دارای محوری که موازی با محور سیلندر است، چرخان (swirl) نامیده می شود، و جزئی که دارای محور عمود بر محور سیلندر است، معلق نامیده می شود.

بزرگی هر دو مولفه چرخان و معلق شدیداً به ویژگیهای طراحی دهانه ورودی، هندسه شیر ورودی، نسبت ضربه / دهانه و به شکل محفظه احتراق بستگی دارند.

ساختارهای جریان غائب معلق و جریان غائب چرخان، جهت دستیابی به احتراق لایه ای در مورتورهای GDL مورد استفاده قرار می گیرند.

در مورد معلق ستون ابری- شکل سوخت، از حالت حفره شکل در پیستون منحرف می شود، و سوخت مایع و گاز، به شمع محترق کننده منتقل می شوند.

در مورد میدان جریان غالب چرخان، تریکب می تواند در پیرامون حفره پیستون، تجمع یابد.

حرکت هوای دیگری که باید به صورت دقیق توسعه در سیستم احتراق GDL ارزیابی شود، squish است.

این جریان، در مسیر شعاعی داخل فاصله آزاد پیستون تا راس و در زمانی ایجاد می شود که پیستون، به TDC تراکم نزدیک می شود.

برخی از ویژگیهای چرخان، معلق و squish و نقش آنها در سیستم احتراق GDL عبارتند از : چرخان: اتلاف ویسکوز کمتری به بار می آورد و به مدت طولانی تر در ضربه تراکم حفظ می شود؛ برای محافظت لایه بندی.

مناسب است؛ زمانیکه با squish ترکیب می شود شدیدتر می گردد؛ وابسته سرعت موتور است بنابراین منطقه عمل محدودی را برای ترکیب مناسب و کافی هوا- سوخت ارائه می دهد.

معلق: با تغییر شکل معلق و گرایانهای سرعت مربوطه، نزدیک TDC به آشفتگی تبدیل می شود؛ تنها به آشفتگی با یک محفظه صفحه ای تخت تبدیل می شود؛ ممکن است تبدیل ناقص به آشفتگی.

منجر به ایجاد یک جریان متوسط افزایش یافته شود؛ در ایجاد سطوح بالای سرعتهای جریان نزدیک دیواره جهت افزایش بخار لایه دیواره.

موثر است؛ در افزایش ترکیب با تولید آشفتگی موثر است؛ تغییرات یک چرخه تا یک چرخه دیگر را نسبت به تغییرات ارائه شده توسط چرخان.

بزرگتر می سازد؛ تمایل دارد که در ساختار جریان ثانویه با مقیاس بزرگ.

کاهش یافته و لایه بندی را مشکل تر سازد.

squish تا وقتی که پیستون، نزدیک TDC نباشد، ظاهر نمی شود؛ تنها جریان انبوه را تغییر می دهد.

چرخان یا معلق را تقویت می کند؛ گرایش در جهت احتراق اتوماتیک را بواسطه مناطق توسعه یافته شکاف و ترک افزایش می دهد؛ ممکن است به کاهش نسبت تراکم نیاز داشته باشد؛ تاثیر squish معکوس باید ارزیابی گردد.

جز چرخان حرکت داخل سیلندر، بواسطه هندسه مطلوب تر شد، عموماً پراکندگی دسکوز کمتری را نسبت به جز معلق تجربه می کند، بنابراین مدت طولانی تری در ضربه تراکم می ماند در حفظ لایه بندی ترکیب، کارایی قایده بیشتری دارد.

جریان چرخان، عموماً با جریان squish تریکب می شود که یک مولفه شعاعی را در زمان نزدیک شدن پیستون به TDC در تراکم، به حکرت هوا منتقل می کند.

یک حفر در پیستون، ممکن است جهتکسب آشفتگی تاخیری مورد نیاز در ضربه تراکم به کار رود.

تاثیرات ترکیبی چرخان و معلق، منجر به شدت آشفتگی افزایش یافته چرخان تقویت شده در طول بخش اولیه دوره احتراق می گردند.

شایان ذکر است که مفهوم استفاده از چرخان جهت ارتقای ترکیب هوا - سوخت، دارای منطقه عملی محدود می باشد.

دلیل این امر، این است که گشتاور هوای چرخان (مارپیچی)، متناسب با سرعت موتور افزایش می یابد، در حالیکه گشتاور اسپری سوخت، به سرعت موتور، بستگی ندارد، در نتیجه، دامنه سرعت موتور که ترکیب هوا- سوخت می تواند در آن مشخص شود ممکن است محدود گردد.

جزء معلق میدان جریان، با تغییر شکل معلق گرایانهای سرعت زیاد، در نزدیکی TDC به آشفتگی تبدیل می شود و تنها در صورتی می تواند به طور کامل به اشفتگی تبدیل شود که هندسه محفظه احتراق، به اندازه کافی تخت و مسطح باشد.

در غیر این صورت، تغییر شکل ناقص انرژی جنبشی معلق رخ خواهد داد، که عموماً منجر به سرعت جریان متوسط افزایش یافته در پلاتین مولدی جرقه می شود.

همچنین، میدانهای جریان غابل معلق در موتورهای GDL، معمولاً تغییرات چرخه به چرخه بزرگتری را نسبتاً به تغییرات حاصل در مورد جریانات غالب چرخان، جریان متوسط ایجاد می کنند.

این تغییرات، centroid و شکل هسته مشتقل اولیه را پس از احتراق.ژ تحت تاثیر قرار می دهد، اما تغییرات مهمی را در دوره احتراق یا سرعت اشتعال ایحجاد نمی کند.

بعلاوه، جزء معلق حرکت، بواسطه تاثیر دیواره منحنی سیلندر که حفاظت لایه بندی ترکیب را مشکل تر می سازد، تمایل دارد که در ساختارهای جریان ثانویه با مقیاس بزرگ، کاهش یابد.

با توجه به تولید آشفتگی.

وجود جزء معلق، در افزایش شدت آشفتگی در پایان ضربه تراکم موثر است، و این امر، برای جبران سرعت کاهش یافته استعال ترکیب لایه ای رقیق، ضروری است.

حرکت معلق که باتدا در ضربه تراکم ارائه می گردد، به سرعت به جریانات حلقوی چند گانه ای تبدیل می شود که دارای سایزی در ترتیب مقیاس طول، آشفتگی می باشد.

این تغییر شکل سریع انرژی جنبشی به آشفتگی، در مورد میدانهای غالب چرخان دیده نمی شود.

جریان چرخان به چرخش وابسته به یک نقطه مرکزی که دارای پیچیدگی زیادی است، ادامه می دهد، و مسیر پیرامون محور سیلندر عمودی را در کل دوره از آغاز ضربه تراکم تا پایان TDC طی می کند.

هندسه استوانه ای محفظه، برای حفظ جریان چرخان با پراکندگی دیسکوزکم کاملاً مناسب است.

بنابراین باید گفت ککه جریانات نسبت چرخان بالا ممکن است، بزرگترین قطرات حاصل از اسپری سوخت روی دیواره سیلندر را سانتریفیوژ کنند، که این امر، مرطوب سازی دیواره سوخت را افزایش می دهد.

روش های مختلف مربوط به سیستم های احتراق GDL، با گستره وسیعی از ترکیبات حرکت بار داخل سیلندر (چرخان، معلق، squish)، شکل محفظه احتراق، هندسه پیستون، و محل های انژکتور و شمع محترق کننده ارائه شده اند.

تعدادی از این سیستم ها در بخش 6 توصیف می شوند.

هر یک از سیستم های احتراق GDL می توانند با یکی از این گروه های اصلی، و بر مبنای استراژی های مربوط به شناسائی عمل بار لایه ای در طول part load تنظیم شود: اسپری راهنما، دیواره راهنما و جریان راهنما (هوای راهنما)، این مفاهیم در شکل 34 نشان داده می شوند.

تنظیم این گروه ویژه، به این امر بستگی دارد که آیا دینامیکی های اسپری.، تاثیر اسپری بر سطح پیستون یا میدان جریان ترکیب جهت دستیابی به لایه بندی، استفاده می شود و یا خیر.

شایان ذکر است که صرفنظر از طبقه بندی، لایه بندی عموماً با ترکیب این سه مکانیسم حاصل می شود، و در این ترکیبات، کمک مربوط به هر پورسه، متفاوت و متغیر است.

اکثر سیستم های احتراق GDL که تا امروز ارائه و گزارش شده اند، از جمله موتور DLSC کلاسیک از چرخان هوای داخل سیلندر به عنوان حرکت اولیه هوای داخل سیلندر استفاده می کنند.

جریان داخل سیلندر چرخان، عموماً با یک محفظه احتراق باز و ساده یا یک کاسه چند دخولی یا استوانه ای در پیستون ترکیب می شود.

برخی از مثال های اصلی سیستم های احتراق GDL آنطور که توسط Fraidl و همکارانش خلاصه شده، در شکل (a) 35 نشان داده می شوند.

کلیه این سیستم ها جهت تثبیت لایه بندی ترکیب، از جریان چرخان داخل سیلندر استفاده می کنند.

ثبات احتراق، در اکثریت این سیستم ها با قرار دادن پلاتین مولد جره در پیرامون اسپری سوخت، حفظ می گردد.

این آرایش و تنظیم، معمولآً به شمع های محترق کننده با الکترودهایی نیاز دارد که منجر به ایجاد مسائل و شمکلات مربوط به دیرش شمع دربارهای موتور سنگین تر می شود.

برخی از طراحی های ویژه با استفاده از شمع محترق مرکزی و محل انژکتور غیر مرکزی در شکل (a) 35 نشان داده می شود.

مفهوم یک کاسیه پیستون خارج از محور، تزیرق سوخت در دیواره کاسه و یک پلاتین مولد جرقه در سیلندر اصلی در شکل a - (b) 35 نشان داده می شود.

این مفهوم، از برخورد جریان با جریان در مرکز محفظه احتراق استفاده می کند، یعنی جائیکه احتراق رخ می دهد.

یک محفظه باز طراحی شده جهت تولید محفظه شبه تقسیمی نزدیک TDC در شکل C- (b) 33 نشان داده می شود.

این محفظه شبه تقسیمی، محدود بوده و کمیت هوایی را که با سوخت تزریقی تاخیری ترکیب می شود، کنترل می کند.