تزریق مستقیم، پیکربندی که در موتورهای Otto Cycle جا افتاده است، با وجود هزینه بالاتر، از انژکتورهایی استفاده می کند که مستقیماً در محفظه های احتراق نصب شده اند. این سیستم سوخت را بدون واسطه منیفولد ورودی اسپری می کند و در داخل محفظه احتراق تلاطم ایجاد می کند و به موتور اجازه می دهد تا با نسبت تراکم بالاتری کار کند که عملکرد آن را بهبود می بخشد و همچنین کارایی بیشتری در سوزاندن و کاهش انتشار آلاینده ها در حین انجام می دهد. مرحله گرم کردن موتور.
در تزریق مستقیم (شکل های 1، 2 و 3)، سوخت تزریق شده در داخل سیلندر تبخیر می شود و دمای آن کاهش می یابد و در نتیجه احتمال انفجار کاهش می یابد. انژکتورهایی که برای تحمل سطوح بالاتر گرما و فشار طراحی شده اند دارای سوراخ های خروجی بیشتری برای کنترل بهتر تزریق هستند.
این سیستم یک سیستم سوخت بدون بازگشت است که تغییرات دمای داخل مخزن سوخت را کاهش می دهد و در نتیجه انتشار تبخیر کاهش می یابد.
عملیات سیستم
سیستم از دو خط تشکیل شده است. یک فشار کم، مشابه آنچه در سیستم های تزریق غیرمستقیم استفاده می شود و یک فشار بالا، که با مقادیر فشار در حدود 2 تا 15 مگاپاسکال (20 تا 150 BAR / 290 تا 2176 PSI)، بسته به رژیم کاری موتور، کار می کند. این مقادیر با توجه به سیستم استفاده شده توسط هر سازنده متفاوت است.
پمپ سوخت را از مخزن از طریق لوله تغذیه به پمپ فشار قوی ارسال می کند.سوختی که از پمپ فشار قوی عبور می کند به لوله توزیع می رود. سوخت تحت فشار بالا از طریق انژکتورها به داخل محفظه های احتراق تزریق می شود. پالس انژکتورها توسط یک ماژول کنترل اختصاصی کنترل می شود که در برخی از سیستم ها به عنوان ماژول کنترل پمپ بنزین از آن یاد می شود.
حالت‌های عملکرد سیستم
سیستم های تزریق مستقیم با احتراق بدون چربی اساساً در سه حالت کار می کنند:
1. طبقه بندی شده: احتراق با مخلوط بدون چربی (لامبدا بین 1، 8 و 3) و تزریق در پایان زمان چرخه تراکم (شکل 4).
این حالت معمولاً با موتور در بارهای کم کار می کند و حداکثر چرخش در حدود 3000 RPM دارد.سوخت در پایان چرخه تراکم بین 60 تا 45 درجه APMS تزریق می شود. مخلوط در اطراف شمع کمی غنی است و در بقیه محفظه احتراق لاغر است.
معیارهای فعال کردن حالت طبقه بندی شده - در برخی سیستم ها، برای اینکه تزریق سوخت در حالت کار طبقه بندی کار کند، تمام مشخصات زیر باید مطابق باشد:
• موتور باید در محدوده سرعت و بار کم کار کند؛
• در مورد گاز اگزوز نباید نقصی در سیستم وجود داشته باشد؛
• دمای مایع خنک کننده باید بالاتر از 50 درجه سانتیگراد باشد؛
• حسگر NOx باید آماده کار باشد؛
• دمای کاتالیزور انباشت کننده NOx باید بین 250 درجه سانتیگراد تا 500 درجه سانتیگراد باشد.
2. همگن: احتراق با مخلوط در اطراف استوکیومتری (لامبدا=1) و تزریق در طول چرخه مصرف (شکل 5).
نکته: در موقعیت‌های شتاب، بار و حداکثر توان استفاده می‌شود
نکته: در موتورهایی که دارای منیفولد ورودی متغیر هستند، سوپاپ ها یا دریچه هایی که در داخل منیفولد قرار دارند در حالت همگن باز می مانند، این در شرایط بار زیاد رخ می دهد و چرخش تزریق در حین پذیرش در حدود 300ºAPMS شروع می شود
3. همگن/لاخ: احتراق بدون چربی (لامبدا در حدود 1.6) و تزریق در طول چرخه مصرف. حالت مورد استفاده در مرحله انتقال بین حالت‌های قبلی (شکل‌های 6 و 7).
نکته: در طول انتقال بین حالت های طبقه بندی شده و همگن استفاده می شود
مزایای سیستم تزریق مستقیم:
• با کنترل دقیق فرآیند احتراق، به موتور اجازه می دهد تا با مخلوط های بدون چربی (لامبدا بین 1.6 تا 3.0) مشابه آنچه در موتورهای دیزلی استفاده می شود، کار کند و باعث کاهش قابل توجه مصرف سوخت (تا 15٪ مطابق با) می شود. به سازنده بوش) و انتشار آلاینده ها و افزایش گشتاور (تا 5 درصد طبق گفته همان سازنده).
• از آنجایی که فشار تزریق بسیار زیاد است (50 تا 100 بار)، مخلوط هوا/سوخت همگن تری وجود دارد (بهینه سازی فرآیند احتراق).
• گرمای لازم برای تبخیر کامل سوخت پودر شده از هوای گرم شده که در محفظه احتراق است استخراج می شود.
• همانطور که در حین کار بدون چربی، احتراق عمدتاً در اطراف شمع اتفاق می افتد، یک لایه عایق در داخل محفظه احتراق تشکیل می شود که توسط هوا و گازهای خروجی چرخشی (دریچه EGR) تشکیل می شود که از دست دادن گرما از طریق دیواره سیلندر را کاهش می دهد. و راندمان حرارتی موتور را افزایش می دهد
اجزای سیستم تزریق سوخت
ماژول کنترل پمپ بنزین (عکس 8) - متصل به شبکه ارتباطی داده، شبکه CAN پرسرعت، این ماژول در پایین، وسیله نقلیه جانبی قرار دارد و دریافت می کند ماژول کنترل موتور (ECM)، اطلاعات فشار سوخت مورد نظر، و پمپ بنزین واقع در داخل باک را کنترل می کند.
این ماژول سیگنال PWM (مدولاسیون عرض پالس) را به پمپ بنزین می فرستد و سرعت پمپ را بر اساس سیگنال دریافتی تغییر می دهد. حداکثر جریان عرضه شده به پمپ بنزین 15 آمپر است و سیستم از رله استفاده می کند.
سنسور سوخت فلکس (شکل 9) - محتوای اتانول-بنزین سوخت را برای تنظیم زمان احتراق و مقدار سوختی که باید تزریق شود اندازه گیری می کند. این سنسور دارای یک اتصال 3 پین است: زمین، مثبت و سیگنال به ماژول کنترل موتور (ECM)، از یک پردازنده در داخل سنسور برای اندازه گیری درصد اتانول استفاده می کند و سیگنال خروجی را تغییر می دهد. ماژول کنترل موتور (ECM) ولتاژ 5 ولت را فراهم می کند. محدوده فرکانس معمولی سیگنال بین 50 تا 150 هرتز متغیر است، با 50 هرتز نشان دهنده 0٪ اتانول، و 150 هرتز نشان دهنده 100٪ از همین سوخت است.
سنسور فشار سوخت (شکل 10) - روی لوله تامین سوخت از مخزن تا پمپ فشار قوی قرار دارد و دارای 3 (سه) پایه است که موارد زیر را نشان می دهد. عملکردها: منبع تغذیه 5 ولت مثبت، که از ماژول کنترل موتور (ECM) می آید. یک سیگنال پاسخ به ECM؛ و یک زمین، همچنین از طریق ماژول مدیریت موتور، از طریق مهار الکتریکی کنترل می شود.
مجموعه پمپ مخزن سوخت - مجموعه پمپ مخزن سوخت در داخل باک قرار دارد و حاوی یک سوپاپ برگشت جریان معکوس است که فشار سوخت را در خط تغذیه حفظ می کند تا از مشکلات در هنگام شروع اجتناب کنید.
مجموعه از اجزای زیر تشکیل شده است (شکل 11):
• حسگر سطح؛
• پمپ سوخت مخزن تثبیت کننده؛
• فیلتر سوخت.
پمپ سوخت فشار قوی - فشار سوخت بالا برای تزریق مستقیم مورد نیاز است. پمپ معمولاً در پشت سر سیلندر نصب می‌شود و بسته به سیستم، توسط بادامک‌ها (4 لنگه) روی میل بادامک ورودی هدایت می‌شود (شکل 12). این پمپ همچنین فشار سوخت را از طریق یک سلونوئید کوپل شده تنظیم می کند. ماژول کنترل موتور (ECM) تغییرات فشار را از 2 تا 15 مگاپاسکال (20 تا 150 بار / 290 تا 2176 psi) کنترل می‌کند که با توجه به رژیم کاری موتور متفاوت است.
سیگنال خروجی ماژول کنترل موتور (ECM) ولتاژ ۱۲ ولتی را از طریق سیگنال PWM (مدولاسیون عرض پالس) به مدار کنترل پمپ می فرستد که فشار سوخت را تنظیم می کند، دریچه کنترل را بسته و باز می کند. بارها در طول ضربات پمپ
وقتی شیر برقی کنترل روشن نیست، پمپ با جریان کامل کار می کند. در صورت خرابی کنترل پمپ، سیستم فشار بالا توسط یک شیر تخلیه محافظت می شود (شکل های 13 تا 15).
لوله توزیع سوخت فشار قوی (شکل 16) - به سرسیلندر متصل می شود و سوخت فشار بالا را به طور یکنواخت بین انژکتورها توزیع می کند. اجزای زیر به این لوله متصل هستند:
• انژکتورهای سوخت؛
• سنسور فشار سوخت.
انژکتورهای سوخت (شکل 17) - سیستم تزریق مستقیم سوخت تحت فشار بالا کار می کند. انژکتورها با ورود مستقیم به داخل محفظه احتراق به سر موتور ثابت می شوند و فشار سوخت باید بیشتر از فشار تراکم موتور باشد.
انژکتورها توسط ECM (ماژول کنترل موتور) کنترل می شوند که یک منبع ولتاژ بالا (65 ولت در شروع تزریق) را برای هر انژکتور تامین می کند. یک خازن این ولتاژ را ایجاد می کند و تخلیه می کند و به انژکتور اجازه می دهد در ابتدا باز شود و 12 ولت باز نگه داشته شود.
این انژکتورها دارای یک نوک ظریف گسترده هستند تا اجازه خنک شدن کارآمد را در محفظه احتراق می دهند و دهانه آنها یک الگوی پاشش مخروطی شکل ایجاد می کند.
برای برداشتن انژکتور، از ابزارهای خاصی مانند شکل 18 استفاده کنید.
هنگام نصب مجدد انژکتور، باید حلقه های آب بندی را تعویض کنید، برای این کار، از یک ابزار ویژه همانطور که در شکل 19 نشان داده شده است استفاده کنید:
شکل 20 استفاده از مولتی متر را برای اندازه گیری ولتاژ درایو انژکتور در این نوع سیستم نشان می دهد.
سنسور فشار منیفولد سوخت فشار بالا - فشار سوخت داخل منیفولد سوخت را فشار بالا به ECM (ماژول کنترل موتور) می گوید. ماژول کنترل ولتاژ مرجع 5 ولت را تامین می کند و زمین، با دریافت از سنسور، سیگنال بازگشتی با ولتاژ متغیر را تحت نظر دارد، به طوری که با افزایش فشار لوله توزیع، ولتاژ پاسخ بالا خواهد بود، اگر فشار منیفولد کم است ولتاژ پاسخ سنسور نیز کم خواهد بود.
در اکثر خودروهایی که با تزریق سوخت الکترونیکی تغذیه می شوند، سنسور فشار منیفولد (نامی که به سنسور فشار سوخت داده شده است) برای سیستم حیاتی نیست، یعنی در صورت از دست دادن اطلاعات یا ارتباط بین سنسور و واحد کنترل، خودرو به کار خود ادامه می دهد و به طور معمول شروع به کار می کند.واحد کنترل پارامترهای اضطراری را با سرعت و قدرت محدود اتخاذ می کند تا خودرو راننده را ناامید نکند. در اکثر سیستم های تزریق مستقیم، سیستم فشار قوی با فشاری مشابه با خط فشار پایین شروع به کار می کند، یعنی از 3 تا 6 BAR (شکل های 21 و 22).
سوپاپ تنظیم فشار سوخت (شکل 23) - این یک دریچه الکترومغناطیسی است که جریان سوخت را که به سمت برگشت می رود کنترل می کند و در نتیجه فشار را در خط سوخت فشار بالا به صورت الکترونیکی توسط ماژول کنترل موتور کنترل می شود که بر اساس سیگنال سنسور فشار از منیفولد سوخت فشار قوی است. در اکثر سیستم های تزریق مستقیم فعلی، به عنوان یک اقدام ایمنی، این شیر زمانی که منبع تغذیه وجود ندارد باز می ماند، به این معنی که در صورت عدم دریافت انرژی، پمپ فشار قوی قادر به ایجاد فشار برای سیستم نخواهد بود. ، و سوخت به خط فشار پایین باز می گردد.
NOX Storage Catalyst - کاتالیست ذخیره سازی NOX (شکل 24) در همان مکان قرار دارد و عملکردی مشابه کاتالیزور اصلی سه راهه دارد. هنگامی که سیستم در حالت همگن با لامبدا=1 کار می کند، ویژگی متمایز آن این است که می تواند اکسیدهای نیتروژن را به نیتروژن آزاد تبدیل (کاهش) کند و در نتیجه از محیط در برابر عمل گازهای مضر محافظت کند.
در حالت های عملیاتی ناب و طبقه بندی شده همگن، با لامبدا بزرگتر از 1، دیگر نمی تواند این تبدیل (کاهش) را انجام دهد. با آن، آنها را تا نقطه اشباع کاتالیزور ذخیره می کند. هنگامی که این حالت توسط سنسور NOX تشخیص داده می شود، واحد کنترل سنسور NOX به ماژول کنترل موتور اطلاع می دهد و این، برای چند ثانیه، مخلوط را غنی می کند و باعث ایجاد واکنش شیمیایی می شود که منجر به تشکیل نیتروژن آزاد از اکسیدهای نیتروژن می شود.
سنسور دمای اگزوز - سنسور دیگری که قابل ذکر است سنسور دمای گاز خروجی است که برای عملکرد صحیح سیستم تزریق مستقیم ضروری است. این یکی از حسگرهایی است که مسئول اجازه دادن به سیستم تزریق از حالت های همگن به ضعیف و همگن طبقه بندی شده است.
سیستم تزریق فقط زمانی از حالت همگن به حالت همگن لاغر و طبقه بندی شده تغییر می کند که دمای اگزوز بین 250 درجه سانتی گراد تا 500 درجه سانتی گراد باشد.
به این ترتیب، مشاهده می کنیم که سیستم تزریق مستقیم سوخت باعث افزایش مصرف سوخت، افزایش راندمان حرارتی و کاهش انتشار آلاینده ها می شود. این به لطف نوآوری های زیر به دست آمد:
• افزایش فشار کاری سیستم و در نتیجه تشکیل مخلوط بهتر.
• کنترل دقیق کمیت و ممان مناسب پاشش سوخت، به دلیل استفاده از انژکتورهای خاص که مستقیماً در محفظه احتراق نصب شده و مستقیماً توسط ECM کنترل می شود که از سیگنال ولتاژ بالا برای باز کردن سریع آنها استفاده می کند.
• استفاده از فناوری احتراق مخلوط ناب، که از جمله موارد دیگر، این امکان را فراهم می کند که احتراق عمدتاً در اطراف شمع انجام شود. و بقیه محفظه احتراق با هوا و گازهای چرخشی پر می شود و تلفات حرارتی را از طریق دیواره سیلندر کاهش می دهد.
علاوه بر این، ویژگی های سازنده اصلی آن را ارائه می دهیم. اصل کار؛ حالت های عملیاتی سیستم و اجزای اصلی آن، برجسته کردن مکان، عملکرد و مقادیر راهنمای آنها که ممکن است بسته به برنامه متفاوت باشد.
