نظام الحقن المباشر للبنزين ( GDI ) / بحث موسع

تمهيد :
نظام الحقن المباشر للبنزين الحقيقة ليس بجديد , حيث ان اول استخدام وتطبيق لهذه التكنولوجيا تمت سنة 1925 وفي محركات ( Hesselman ) للطائرات.
اما محركات السيارات فقد استخدم هذا النظام سنة 1950.
شركة مرسيدس بنز استخدمت هذا النظام سنة 1953 ولكن مع بعض الاختلافات في التقنية عما هو عليه في الوقت الحاضر .
في الوقت الحاضر , فان معظم خبراء تقنيات منظومة الوقود يتفقون على ان هذه التقنية سوف تحل محل المنظومة التقليدية وهي ( Port Fuel Injection )

نظام GDI : ليس نظام ذو تقنية مثالية 100% ولكن الفنيين يحاولون جاهدا تصحيح بعض الامور المتعلقة به , ولكن من جهة اخرى فان الفائدة المترتبة على نظام GDI تترجح على وجود عيب في النظام وان الفوائد التي تم الحصول عليها مثيرة للاعجاب

لماذا GDI ؟:

الغرض الاول لتصميم هذا النظام هو :

1- خفض استهلاك الوقود
2- خفض انبعاثات غازات العادم
3- خفض انبعاثات الهايدرو كربون ( HC ) , واكاسيد النتروجين ( NOx ) , وكذلك غاز اول اوكسيد الكربون بنسبة %99.
نظام GDI لديه الامكانية لتحقيق %15 الى %20 في تخفيض استهلاك الوقود , ونسبة %20 الى %30 لخفض انبعاثات العادم المتمثلة بـ ( CO2 ) ثاني اوكسيد الكربون .


لماذا التأخر في اعتماد نظام GDI

[SIZE=4]1- السبب الرئيسي , هو عدم قدرة منظومة التحكم بانبعاثات الغازات ( Standard Close-Loop Catalyst ) من استيعاب وتحويل هذه الانبعاثات الضارة الناتجة عن عملية احتراق خليط الوقود في محركات GDI بما فيه الكفاية , ولكن مع التطور الحاصل اصبح بالامكان تحويل وتغيير مستوى عالي من مخلفات الاحتراق من اكاسيد النتروجين الى نتروجين

[/SIZE]2- السبب الآخر , هو احتواء البنزين في السابق على مستويات عالية من عنصر الكبريت والذي يتفاعل كيميائيا مع عناصر ومحتويات دبة التلوث وينتج عنه نسب عالية من اكاسيد النتروجين المضرة .


المعايير والعوامل التي لها تاثير وفاعلية على كفاءة المحرك :
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
هنالك معياريين مهمين وهما :
1- نسبة الضغط ( الانضغاط ) بفعل المكبس
2- نسبة خليط الشحنة ( الوقود / الهواء )
ان اثر ارتفاع نسبة الضغط ينتج عنه زيادة في معطيات الطاقة والقوة للمحرك وكذلك تقليل استهلاك الوقود
ان المحركات التي تعمل بنظام ( port fuel injection ) ( PFI) , تعمل وفق خاصية تحقيق معدل تكافؤ بمقدار ( 14.7:1 ) , اي 14.7 جزيء هواء الى ( 1 ) جزيء وقود , لذا فان من غير الممكن تحقيق تحسينات في اقتصاد الوقود .
في مثل هذه المحركات فان نسبة ضغط انضغاط المحرك هي ما بين { 1 :9 } الى { 10:1 } , ولكي نمنع حدوث ظاهرة ( الطرق ) في المحرك فاننا لا نستطيع ان نحقق نسب انضغاط اعلى مما سبق .
هنا دعت الحاجة الى محركات تعمل بنظام GDI , حيث من الممكن ان نحصل على نسبة ضغط تصل الى ( 1: 12 ) .

في محركات GDI : فان حقن الوقود داخل اسطوانات المحرك يكون تحت ضغط عالي جدا .
خلال عملية ادخال الهواء الى داخل اسطوانات المحرك في شوط السحب , فان الهواء فقط هو من يدخل خلال صمام السحب , هذا الفعل يضمن سيطرة افضل لعملية وطريقة حقن الوقود وبالاخص نضمن ونتفادى التاخير في حقن الوقود خلال شوط الضغط .
في محركات ( PFI ) , فان عملية تذرية الوقود تتم بفعل منظومة ادخال الهواء ( manifold ) وذلك لدور سحب الهواء في تحقيق تذرية الوقود , وهذا الشيء يحسب لصالح محرك PFI.
ونظرا لمحدودية الوقت وقصره لتحقيق عملية التذرية في محركات ( GDI ) , فان عملية حقن الوقود وتحت ضغط عالي سوف يساعد في تحقيق عملية التبخير والتذرية للوقود .

في محركات ( PFI ) فان طبقة سائلة من الوقود تتكون وتنشأ في منطقة ادخال الهواء وهذا من شانه تقليل عملية تبخير الوقود وخصوصا عند تشغيل المحرك وهو بارد , ولهذا يضطر الكمبيوتر الى زيادة نسبة الخليط لتعديل نسبة التكافؤ للخليط , وهذا بدوره سوف يزيد من نسبة انبعاثات الهيدرو كربونات ,, هذه الحالة قد تم تلافيها في محركات ( GDI ) لان حقن الوقود يتم بشكل مباشر داخل اسطوانات المحرك


ما هي التكنولوجيا الجديدة المتحققة بنظام GDI
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

1- نظام تبريد للمحرك منفصل مثل نظام الشاحن التوربيني ( Turbocharger )
2- نظام ( VVTI ) لصمامات السحب والعادم ( الاقزوز )
3- تغيير كبير وفعال في شكل المكبس
4- عمود الحدبات ( Camshaft ) مغمور بالزيت
5- زيادة عملية التداخل ( Overlap ) ما بين صمام الادخال والعادم لتحقيق عملية كسح للغازات بشكل اكبر
6- تعدد ومضاعفة حقن الوقود
7- تعديلات في محور المكبس بتوافق مع عمود المرفق
8- استخدام مضخة زيت من النوع ( Two Stage Oil Pump ) وذلك لتحسبن اداء ضخ زيت المحرك .
9- استخدام حاقنات وقود ذات حقن مباشر متطورة .

مشاكل منظومة GDI
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

1- تراكم مخلفات الكربون على صمام الادخال + رأس الحاقن ( البخاخ ) + بطانة مدخل الهواء ( Intake Manifold )
2- الاهمال وعدم القيام بالصيانة الدورية لمنظومة GDI
3- استخدام نوعية رديئة من الوقود تؤدي الى تراكم الرواسب والاوساخ داخل الحاقنات وضعف في اداء المحرك وكذلك احتراق سيء للوقود
4- انسداد حاقنات الوقود بسبب الاهمال وعدم الاهتمام بتغيير مصفي الوقود
5- المواضبة على استخدام السيارة ولمسافات قصيرة جدا والسير ببطيء شديد , هذا سوف يمنع وصول المحرك الى درجة الحرارة المطلوبة وتراكم مخلفات الاحتراق في منظومة العادم صفات
6- اخفاق مضخة الوقود العالية الضغط ( HPFP ) بسبب عدم الصيانة , واستخدام زيت محرك غير مطابق للمواصفات او فقدان لزوجة الزيت
7- زيادة معدلات اكاسيد النيتروجين خلال مرحلة اشتغال المحرك في وضعية ( Lean Operation )




أنواع واشكال وطرق حقن الوقود في محركات الاحتراق الداخلي :
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
[SIZE=4]هنالك اشكال وطرق متعددة لحقن الوقود داخل غرف الاحتراق في المحرك , وسوف نستثني الطريقة القديمة وهي ( المكربن ) ( Carburetor ) , وناتي على باقي الانواع وهي :

Throttle Body Injection : TPI
[/SIZE][SIZE=4][SIZE=5][SIZE=4]

Central Port Injection : CPI
[/SIZE][/SIZE][/SIZE][SIZE=4][SIZE=5][SIZE=4]
[/SIZE][/SIZE][/SIZE]

Port Fuel Injection : PFI


Gasoline Direct Injection : GDI
Direct Fuel Injection : DFI


مصطلحات مهمة تخص انظمة حقن الوقود :

1- Single Point : ويدعى كذلك ( TPI ) ( متشعب السحب الرطب ) , استخدمته شركة GM بشكل مبكر ثم تبعها الآخرون .

2- Continuous : ويسمى كذلك { J - Tronic } , طريقة حقن الوقود في هذا النظام يكون خالي من النبضات , حيث يتم الحقن بشكل مستمر ومتوصل من قبل البخاخات , معظم الطائرات تستخدم هذا النوع

3- CPI : Central Port , وهو منظومة تشبه العنكبوت تستخدمها شركة GM لسنة 1992- 1996 ولمحركات سعة 5.7 - 5.0 - 4.3 لتر .
طريقة حقن ( بخ ) الوقود تكون اما على شكل دفعات او متعاقب وتسلسلي

4- Multi Port : وهي الطريقة التقليدية المتبعة , حيث تتوفر مسطرة البخاخات ويكون طريقة الحقن قبل صمام الادخال ( البلف ) .
طريقة الحقن على عدة انواع وهي :
الحقن المستمر - حقن على شكل دفعات - حقن متعاقب وتسلسلي
تم استخدام هذا النظام في السنوات ما بين TBI - Direct System

5- Direct : تتوفر مسطرة للبخاخات
طريقة الحقن تكون بشكل مباشر داخل غرف الاحتراق في المحرك , احيانا يكون الحقن والبخ في شوط السحب واحيانا يكون في شوط الضغط .


[SIZE=5]مزايا وفوائد نظام GDI

1- اقتصاد اكثر للوقود بنسبة 8- 22 %
2- عزم دوران اكثر وزيادة في القوة الحصانية للمحرك , واتاحة محرك اصغر في الحجم .
3- بالامكان حقن الوقود في اشواط متعددة للمحرك مثل شوط السحب وشوط الضغط
4- تعزيز قوة كسح وطرد غازات العادم من الاسطوانات عن طريق تعزيز قوة سحب الهواء النقي داخل اسطوانات المحرك
5- زيادة وارتفاع في نسبة ضغط انضغاط المحرك
6- خفض وتقليل في نسبة خليط الوقود اثناء السرعة الخاملة للمحرك Idle Speed
7- ضبط وتعديل حقن الوقود لغرض استهداف مشاكل الانبعاثات الضارة الناتجة من عملية احتراق الوقود .
8- خفض مستوى ابعاثات غاز CO2 ( ثاني اوكسيد الكربون )
9- تبريد شحنة الهواء لاسطوانات المحرك
10- تقليل تولد قطرات رذاذ الوقود بشكل كبير بحيث تكون صغيرة جدا
11- تقليل درجة حرارة جدران اسطوانات المحرك ( البطانة )
12- سيطرة اكثر على ظاهرة ( Detonation ) , وهو صوت الطرق الناتج عن شرارة البواجي بسبب ارتفاع حرارة المحرك او ارتفاع ضغط الاسطوانات او كلاهما معا عند زيادة الحمل على المحرك .
13- يمنع تولد طبقة وغشاء من البنزين على بطانة متشعب الهواء ( Manifold ) .
14- تحسين وضبط نسبة خليط الوقود / الهواء


[SIZE=5]عيوب ومساوئ نظام GDI
[SIZE=4]
1- تغييرات دراماتيكية في عملية تجهيز الوقود وكذلك انظمة السيطرة , حيث نجد تغييرات مذهلة في طريقة تجهيز وحقن الوقود , مثل وجود مضختين للوقود , واحدة ذات ضغط منخفض ومكانها في خزان الوقود واخرى ذات ضغط عالي ومتصلة بالمحرك .كذلك تصميم البخاخات وطريقة السيطرة عليها وعلى مضخات الوقود , ناهيك عن التعديلات والتحويرات التي طرأت على قطع المحرك , مثل تعديل الصمامات لتتلائم مع الضغط الناشئ عن الاحتراق المنحدر , وتصميم مكابس ذات تجويف متقابل .
كل هذه الامور وامور اخرى تستدعي زيادة في التعقيد والكلفة والادامة

2- ضيق وصغر فسحة وقت حقن الوقود
[/SIZE][/SIZE][/SIZE][SIZE=4]3- عدم ملائمة نظام GDI مع المحركات الصغيرة
4- الاحتراق الضعيف لخيط الوقود يتولد عنه مخلفات ضارة مثل اكاسيد النيتروجين , حيث من الصعب لاسيطرة عليها .
5- تكوّن معدلات عالية من ( السخام ) الكربون وتراكمها داخل غرف الاحتراق وعلى ساق الصمامات ( البلوف ) وقاعدة الصمام , هذه النقطة هي من اهم النقاط نظرا لتعلقها بعمل وكفاءة المحرك , واثر الكربون السيء على البلوف وغرف الاحتراق , حيث ان تراكمه يقلل من حجم غرفة الاحتراق وبذلك يزداد ضغط انضغاط المحرك
6- زيادة الطاقة الكهربائية المستهلكة لمتطلبات عمل البخاخات
7- زيادة كلفة الادامة والتصليح
8- عناصر ومكونات المنظومة عالية الكلفة
9- التكنولوجيا المتطورة تتطلب بالمقابل خبرة وتقنية عالية وتدريب للكادر المتخصص المسؤول عن الادامة والتصليح
10- مسطرة البخاخات وانابيب امداد الوقود مصنوعة من الفولاذ المقاوم ( stainless steel ) , ويعتبر اعلى في السعر من الانابيب العادية .


[SIZE=5]التطويرات والقطع المساندة لنظام GDI

[SIZE=4] مضخة وقود عالية الضغط : ( HPFP ) ( High Pressure Fuel Pump )

[/SIZE][/SIZE][/SIZE][SIZE=4][SIZE=5][SIZE=4]

بالاضافة الى وجود مضخة وقود منخفضة الضغط داخل خزان الوقود فانه تم تركيب مضخة وقود شبه ميكانيكية ومسيطر عليها من قبل كمبيوتر السيارة .
طريقة عمل هذه المضخة يعتمد على حركة الكام شفت حيث توجد حدبة مناسبة خاصة بالمضخة تقوم برفع وتحريك وتشغيل مكبس المضخة , هذا من الناحية الميكانيكية , اما من الناحية الكهربائية , فان الكمبيوتر يقوم بالسيطرة على ( صمام التحكم بالتدفق الكامل للوقود ) لضمان ضبط واتقان متطلبات الوقود ويسمى هذا الصمام والذي يحتوي على ملف كهربائي بـ { Pressure Control Solenoid } .
كما تحتوي المضخة على ( صمام التحكم بتصريف الضغط الزائد للوقود ) .

من خصائص منظومة GDI انها تحتاج الى ضغط وقود عالي وعلى اختلاف الحالات التشغيلية للمحرك .

# عند السرعة الخاملة للمحرك فن ضغط الوقود يصل تقريبا ( 500 ) psi

# عند زيادة الحمل على المحرك قد يصل ضغط الوقود ما بين ( 2900 - 3000 ) psi .
اذن على مضخة الوقود ( HPFP ) ان يكون لها رد فعل سريع وان تتفاعل مع متغيرات الحمل الحاصل على المحرك لكي توفر ضغط وقود مناسب وصحيح .

# قيمة ضغط الوقود القادم من مضخة الضغط الواطيء تصل ما بين ( 65 - 80 ) psi , وتعمل مضخة ( HPFP ) على تضخيم هذا الضغط بحدود ( 2900 - 3000 ) psi اي ما يعادل ( 200 ) Bar .
200 بار = 20 MPa

# في المحركات على شكل حرف ( V ) ممكن ان تجد مضختين كل مضخة متصلة بجهة من المحرك

# تمتاز مضخة ( HPFP ) بانخفاض في معدلات الضوضاء عكس المضخة الموجودة داخل خزان الوقود

# تعمل المضخة عن طريق عمود كام شفت يحتوي على 2- 3- 4 كامات ( فصوص ) مركبة على عمود الكام شفت ومخصصة لدفع مكبس المضخة .


[SIZE=5]انواع مضخات ( HPFP )
[SIZE=4]
1- مضخة وقود ذات مكبس واحد ( Single Piston )
2- مضخة وقود ذات ثلاث مكابس( 3 Piston )

ما يهمنا هو النوع الاول , وهو الشائع


مضخة HPFP ذات المكبس الواحد : Single Piston GDI Pump

[/SIZE][/SIZE][/SIZE][/SIZE][/SIZE][SIZE=5][SIZE=4][SIZE=5][SIZE=4]

هذا النوع مناسب ومتوافق مع جميع محركات GDI التي تعمل بالبنزين , تستطيع هذه المضخة تأمين ضغط وقود ما بين 30 - 200 بار, ويقابلها 100 - 2900 psi

تستطيع ان توفر قدرة تدفق عالي للوقود لاكبر ازاحة في المحرك .
تقوم وحدة ECM بالسيطرة على الموضع الفعلي والتوقيت الصحيح للصمام لكي يتم اغلاقه , لهذا فان وحدة ECM تحتاج الى اغلاق هذا الصمام في الوقت المحدد الصحيح لكي يتم توليد ضغط وقود بموجب متطلبات المحرك التشغيلية المتعددة .

وحدة ECM تحتاج الى معطيات واشارات حساسات مساندة لغرض السيطرة على تشغيل الصمام بالشكل المضبوط مثل :
حساس الكرنك - حساس الكام شفت - حساس ضغط وقود مسطرة البخاخات ( FRP )

يوجد كذلك في المضخة صمام لا رجعي ( one -way valve ) , متصل بانبوب ادخال الوقود الى المضخة , فائدة هذا الصمام هي للمحافظة على ضغط ثابت للوقود داخل مسطرة البخاخات , حتى وان تم اطفاء المحرك , وكذلك لضمان عدم تسرب جزء من ضغط الوقود العالي باتجاه معاكس لدخول الوقود القادم من مضخة ضغط الوقود الواطيء .

ملاحظات مهمة جدا :

[/SIZE][/SIZE][/SIZE]1- لا تحاول استخدام جهاز فحص ضغط الوقود المتعارف عليه والخاص بفحص ضغط الوقود الواطيء , لفحص ضغط الوقود العالي لأن ذلك سوف يتلف جهاز الفحص نظرا لمحدودية طاقة تحمل الجهاز للضغط .
ولكي تطلع على قيمة ضغط مضخة الوقود ( HPFP ) فان افضل طريقة هي عن طريق الاطلاع على قيم حساس ( FRP ) بواسطة استخدام جهاز فحص الكمبيوتر .

2- ان طريقة اداء الصمام في مضخة ضغط الوقود العالي من شأنه ان يولد تغذية ضغط وقود مرجّع في انبوب الوقود القادم من مضخة ضغط الوقود الواطيء داخل خزان الوقود , وفي هذه الحالة فان قياس قيمة ضغط الوقود الواطيء سوف لا يكون عملي وصحيح .
3- لا تحاول , وأحذر من فتح الانبوب الواصل ما بين مضخة الوقود ( HPFP ) ومسطرة البخاخات نظرا لوجود ضغط وقود عالي جدا مخزون داخل مسطرة البخاخات وانبوب امداد الوقود للمسطرة , هذا الضغط يدوم لمدة ساعتين حتى بعد اطفاء المحرك .
قد يؤدي هذا الضغط العالي للوقود لا سمح الله الى حدوث حريق او يعرّض العين للضرر.


طريقة ابطال ضغط الوقود العالي لغرض اعمال الصيانة

[SIZE=4]لغرض عمل صيانة سواء لمضخة ضغط الوقود العالي او البخاخات او انابيب امداد الوقود , فان هنالك طريقتين آمنتين وهما :

الطريقة الاولى :
1- اطفيء المحرك وانتظر لمدة ساعتين او اكثر بقليل .
2- استخدم منشفة وضعها حول مضخة الوقود وبالخصوص حول مكان فتح الانبوب , ثم قم بعدها بفتح الانبوب ببطيء وباستخدام عدة مناسبة .

[/SIZE]الطريقة الثانية :
في حالة ضيق الوقت ولا صبر لديك , تتبع الخطوات التالية :
1- افصل فيوز وريلي مضخة ضغط الوقود الواطيء التي موجودة داخل خزان الوقود .
2- شغل المحرك وانتظر لحين ان ينطفيء بشكل تلقائي , وبذلك تضمن نفاذ كل الوقود المحصور ما بين مضخة الوقود العالي ومسطرة البخاخات , وقد زال خطر ضغط الوقود العالي .

[/SIZE]ملاحظات ذات صلة :

1- من الممكن ابطال عمل مضخة ضغط الوقود الواطيء وذلك عن طريق الدخول الى كمبيوتر السيارة واعطاء اوامر اطفاء لمضخة الوقود او اطفاء ريلي المضخة .

2- يجب اخذ الحيطة والحذر عند فتح انبوب مضخة ضغط الوقود العالي , حتى بعد ان يصبح ضغط الوقود بقيمة ( صفر ) , وذلك لاحتمالية وجود بخار وقود محصور ما بين المضخة ومسطرة البخاخات .


7 أسباب تؤدي الى اخفاق مضخة ضغط الوقود العالي

[SIZE=4]1- عدم الاهتمام بتغيير زيت المحرك , وفقدان الزيت للزوجته , وهذا يؤدي الى تآكل وسوفان ( تابع ) مضخة الوقود , وهو المسمار المتصل بمكبس المضخة والذي يكون على تماس مباشر بكامة ( حدبة ) عمود الكام شفت
هذا السوفان يؤدي الى قصر في طول المسمار نتيجة الخلوص الكبير ما بينه وبين كامة عمود الكام شفت , هذا القصر سوف يؤثر سلبا على عمل المكبس وبالتالي يحصل ضعف في ضغط الوقود .
من الوارد كذلك ان يحصل تآكل لكامة عمود الكام شفت ويزداد الطين بله .
لاحظ الصور التالية :
[/SIZE]




2- استعمال زيت محرك غير مطابق للمواصفات :
يتولد عنه تآكل وسوفان في كامة الكام شفت ورأس المسمار المتصل بمكبس مضخة الوقود . كما في النقطة السابقة .





3- خلل في حساس ضغط مسطرة البخاخات ( FRP )
من الوارد ان يحصل خلل في هذا الحساس ونتهم مضخة الوقود بالخلل , لذا يجب الانتباه عند التشخيص .

4- نضوح وتسريب في البخاخات :
حاقنات الوقود GDI , تعمل تحت ضغط عالي للوقود , لذا فان النضوح والتسريب قد يحصل مما يتسبب في توليد الكربون وقراءة ومعطيات غنية في نسبة البنزين , هذا بالاضافة الى زيادة عدد دورات عمود المرفق لغرض تشغيل المحرك ( تاخير في اشتغال المحرك ) .
كل هذه الاعراض قد تؤدي الى خطا في التشخبص الصحيح واتهام مضخة الوقود بالقصور , لذا يستوجب الانتباه .

5- خلل في البرمجة والمعايرة للكمبيوتر :
من الوارد ان يكون سبب اخفاق مضخة الوقود ناتج عن حصول خلل في برمجة الكمبيوتر , لذا يجب الحرص على ان يحصل الكمبيوتر على احدث برمجة ومعايرة وكما هو متبع في اعادى البرمجة ( Online ) .

6- خلل في الملف اللولبي ( Solenoid ) لمضخة الوقود

7- تجاهل اشارة التحذير ( Check Engine ) :
بعض الناس قد يتجاهل اشارة التحذير في الطبلون ويستمر في قيادة السيارة ويظن ان تغيير نوعية الوقود الى الاحسن قد يحل المشكلة , ولكن هذا غير صحيح ؟
محرك حقن الوقود المباشر GDI سوف يضطر الكمبيوتر الى ادخال السيارة في ( وضع انخفاض ضغط الوقود ) او ( وضع التشغيل الطاريء ) ويطلق عليه ( Limp or Low Pressure Mode ) .
في هذا الوضع فان مضخة الوقود الواطئة الضغط الموجودة داخل خزان الوقود هي من ستتولى مسؤولية ضبط نسبة ضغط الوقود , وان البخاخات سوف يتسع وقت فتحها لغرض مواكبة الوضع الجديد الطاريء لحين اصلاح الخلل الحقيقي .

ملاحظات ذات صلة :
1- قبل الحكم على عطل مضخة ( HPFP ) يجب ان نتاكد من صلاحية مضخة ضغط الوقود الواطيء داخل خزان الوقود .
اذا لم نستطيع ان نحصل على ضغط وقود واطيء صحيح , فاننا لن نحصل على ضغط وقود عالي صحيح , أذن هي علاقة طردية ما بين المضختين .

2- من الافضل فحص تابع حدبة المضخة ( المسمار المتحرك المتصل بالمكبس ) , كل 20000 ميل , تحت ظروف القيادة الطبيعية للسيارة , اما في ظروف القيادة الشديدة والقاسية فمن الافضل ان يكون الفحص كل 10000 الى 15000 ميل .


[SIZE=5]هيئة وشكل المكبس ( Piston Shapes ) في محركات GDI
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
[SIZE=4]العديد من محركات GDI تستخدم نوع خاص من المكبس , من ناحية الشكل والتصميم , حيث توجد حفرتين متقابلتين على سطح المكبس تعمل على خلق اضطراب وهيجان وتكثيف لشحنة ( الوقود/ الهواء ) على هيئة ( دوامة ) داخل اسطوانة وغرفة المحرك .
ادناه نوع من انواع المكبس :

[/SIZE][/SIZE]







حاقنات الوقود ( البخاخات ) ( Fuel Injectors )
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ







هنالك نوعين من البخاخات في محركات GDI وهما :

1- حاقن يعمل عن طريق ملف كهربائي ( solenoid ) : وهو الشائع وكما هو موضح في الصورة الثانية .

2- حاقن يعمل بواسطة خاصية ( كهراجهادي - كهروضغطي ) { Piezoelectric } : كما هو موضح في الصورة الاولى
حيث توجد داخل هذا الحاقن حزمة من البلورات ( Crystals ) .

مبدأ عمل ( البيزوالكتريك ) : عند تسليط ضغط ميكانيكي على البلورات يمكن توليد كهرباء , خاصية الضغط على مادة الكوارتز تؤدي الى تقارب الشحنات الكهربائية مما يولّد على طرفيها جهدا كهربائيا بمقدار يقارب ( 12500 ) فولت .
ابسط مثال على استخدامات خاصية البيزو هي الولاعات ,, الخ

ان منظومة الحقن التي تستخدم حاقنات وقود البيزو مكلفة , ولهذا فانها قلية الاستخدام , وعليه فان الشرح سوف يكون على النوع الاول لانه شائع الاستخدام .

حاقن الوقود في محركات GDI يعمل تحت ضغط وقود عالي جدا وكما اسلفنا في موضوع مضخة الوقود عالية الضغط .
كما ان الفولتية المجهزة للبخاخ ليست تقليدية كما في البخاخات الاخرى التقليدية والعادية , حيث ان البخاخ لا يعمل بطاقة مقدرة بـ 12 فولت , بل ان البخاخ في بداية اشتغاله يحصل على فولتية عالية جدا تقدر بـ ( 80 فولت ) او اكثر او اقل بقليل , وبمقدار تيار يقدّر بـ ( 12 ) أمبير , كل هذا بسبب قوة ضغط الوقود المسلط على البخاخ في بداية عمله .

ومع استمرار عمل البخاخ فان الفولتية سوف تقل تدريجيا لحين ان تصل الى ( 12 ) فولت , وبتيار يقدّر بـ ( 5 ) أمبير .
ان الذي يتحكم بهذه الفولتية المجهزة للبخاخ هو كمبيوتر السيارة , حيث يعمل على تكثيف قيمة الفولتية ورفعها وبالاعتماد على مكثفات موجودة داخل الكمبيوتر .

لهذا السبب فان من الخطأ الجسيم محاولة فحص فيشة البخاخ في بداية عمل البخاخ بواسطة مصباح الفحص العادي والمعروف , لان ذلك يؤدي الى صدمة كهربائية قوية للشخص الفاحص , وعلى درجة عالية من الخطورة , كما ينصح بعدم فحص فيشة البخاخ بواسطة جهاز فحص اشارة البخاخ التقليدي والذي يطلق عليه ( نويد تيستر ) لان ذلك سوف يحرق الجهاز , حيث انه مخصص لفحص 12 فولت فقط .



[SIZE=5]انواع نمط وشكل رش البخاخات : Injector Spray Pattern Designs
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

[SIZE=4]في محركات GDI : يتم انجاز وتحقيق نمطين او طريقتين لشحن الوقود داخل اسطوانات المحرك وهما :

1- الشحنة الطبقية : Stratified charge

2- الشحنة المتجانسة ( المتماثلة ) : Homogeneous charge

لاحظ الصورة ادناه

[/SIZE][/SIZE]





الشحنة الطبقية : Stratified Charge
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

[SIZE=4]الشحنة الطبقية : تعني تجهيز وتوفير شحنة وقود في اماكن مختلفة داخل اسطوانة المحرك وغرفة الاحتراق , وكما يلي :
1- خليط غني نسبيا يتم تجهيزه قرب شمعة الاحتراق
2- خليط ضعيف يتوزع على باقي اماكن غرفة الاحتراق الشاغرة

ومع توفر تصميم جديد ومناسب لشكل المكبس , فان كل هذه التعديلات الغاية منها زيادة في خفض الانبعاثات الضارة من عملية احتراق الوقود في ظروف الحمل الجزئي للمحرك , فان الشحنة الطبقية ( الحقن المتأخر ) يتم اعتمادها .
الشحنة الطبقية وكما اسلفنا تكون مجزئة الى قسمين او طبقتين غنية وضعيفة , ومن هنا جاء تسمية الشحنة الطبقية .
يتم حقن الوقود اثناء شوط الضغط وبالضبط قبل ان تتم عملية حرق الخليط ( الشحنة ).

ملاحظة : ان الوقود في نظام GDI لديه وقت قصير لكي يختلط مع الهواء الداخل الى المحرك وقبل حصول الشرارة بواسطة البوجي , وان طريقة الحقن المتمثلة بالشحنة الطبقية زادت من فرص انتاج السخام الاسود الناتج عن عملية احتراق الخليط .

ملاحظة : ان طريقة الشحنة الطبقية ومن خلال تكون شحنة غنية قرب البوجي واخرى ضعيفة بعيدة عن البوجي , هذا التدبير يعطينا كفاءة اعلى عند السرعات العالية , ولكن
؟؟؟ هنالك عيب في طريقة الشحنة الطبقية وعند استخدام نظام ( Wall - Guided Combustion System ) وهي احدى طرق الاحتراق في نظام وطريقة الشحنة الطبقية , وسوف اقوم بادراجا لاحقا .
هذا العيب امكن تلافيه وذلك باستخدام الطريقة الاخرى للشحنة الطبقية وهي : ( Swirl Stratified ) وتسمى كذلك ( Air - Guide Combustion System ) .
والآن ناتي الى ذكر الانظمة الثلاث في طريقة ( Stratified Charge ) وهي :



[/SIZE]



1 - نظام الاحتراق المقاد والموجه من قبل جدار المكبس ( Wall - Guided Combustion System )

2 - نظام الاحتراق المقاد والموجه من قبل الهواء ( Air - Guided Combustion System )

3 - نظام الاحتراق المقاد والموجه من قبل الرذاذ ( Spray - Guided Combustion System )

نظام الاحتراق المقاد والموجه من قبل جدار المكبس :
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
[SIZE=4]
يتحرك الوقود المحقون من قبل البخاخ الى طرف البوجي بواسطة الاستعانة بمكبس يكون سطحه مصمم بشكل خاص , حيث يوجد تجويفين متقابلين على سطح المكبس .
التجويف او ( الحفرة ) الخاصة بالوقود تكون جهة البخاخ وصمام سحب الهواء , اما التجويف الآخر فانه خاص بالهواء الداخل الى خرفة الاحتراق ويكون جهة صمام العادم .

موقع البخاخ يكون بشكل جانبي ويتموضع بزاوية معينة .
شحنة الوقود الصادرة من البخاخ سوف تصطدم ( بجدار) الحفرة ويتولد عنه دوامة من رذاذ الوقود .
الفائدة المتحصلة من عملية الاحتراق لهذا النوع افضل بنسبة 10% من نوع البخاخات المتموضعة في متشعب الهواء ( مدخل الهواء ) في نظام ( PFI ) ( Port Fuel Injection ) .

في هذا النظام ( Wall - Guided ) فان الوقود المحقون سوف لن يتبخر بشكل كامل , وبالمقابل سوف نحصل على انبعاثات من ( HC + CO ) , وان استهلاك الوقود سوف يزداد , لذا فان استخدام هذا النظام لوحده غير فعال وكفؤ .
لهذا الاسباب تم اضافة نظام آخر يعمل جنبا الى جنب مع نظام ( Wall - Guided ) , وهو نظام ( Air - Guided Combustion System ) .



[SIZE=5]نظام الاحتراق المقاد والموجه من قبل الهواء :
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

[SIZE=4]الوقود يتم حقنه في مجرى الهواء لكي يتم نقل الوقود قريب من البوجي ,, تدفق الهواء يتم الحصول عليه عن طريق مدخل هواء مصمم بشكل خاص , وان سرعة الهواء المتدفق يكون التحكم به بواسطة حاجز ( بوابة ) داخل المنيفولد تعمل على احداث دوامة من الهواء .

مع توفر تصميم صحيح ومناسب , وحقن الوقود خلال شوط الضغط وبزاوية مناسبة ومتوافقة مع تدفق الهواء فان قوة دوامات الهواء ( swirl or tumble ) سوف تجعل رذاذ الوقود يتبع مسار الدوامات وبموجب قوة السحب ومن ثم توجيه هذه الدوامة من خليط ( الوقود / الهواء ) تجاه مركز غرفة الاحتراق حيث يتمركز البوجي .

كما في الصورة التالية :
[/SIZE][/SIZE][/SIZE]

[SIZE=4][SIZE=5][SIZE=4]
[SIZE=5]
نظام الاحتراق المقاد والموجه من قبل الرذاذ :
[/SIZE][/SIZE][/SIZE][/SIZE]ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

التقنية المتبعة في هذه الطريقة هي لتحقيق حقن الوقود قرب البوجي حيث ان الوقود يتبخر في هذا المكان .
الطريقة المتبعة هي حقن الوقود بشكل عمودي وفي مركز اسطوانة المحرك وغرفة الاحتراق , حيث ان موقع البخاخ يكون متمركز في الاعلى .

ان طريقة الحقن بهذا النظام يتطلب توفر حاقنات وقود متطورة مثل حاقنات البيزو ( Piezo Injection ) ,, هذه الطريقة ( spray - guided ) حققت واحرزت كفاءة وقود افضل من طريقة ( wall - guided ) .



[SIZE=5]الشحنة المتجانسة ( المتماثلة ) :Homogeneous Charge
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

تعريف : [SIZE=4]وهي الشحنة التي تمتلك تركيبة متجانسة بالاضافة الى ميزة الانتشار في ارجاء اسطوانة المحرك .
[/SIZE][/SIZE]نستطيع ان نقرب الصورة بمثال : عند اذابة ملح الطعام في قدح مليء بالماء وتحركه , بذلك سوف نحصل على خليط متجانس من الماء المالح .
هذه الطريقة مطبقة في نظام الكربوريتر - TBI - PFI
اسلوب هذه الطريقة يجعل من شحنة ( الوقود/ الهواء ) متجانسة وبذلك نستطيع تحقيق معدل التكافؤ ( Stoichiometric Ratio )
الوقود يتم حقنه في اسطوانة المحرك بشكل مباشر وبمعزل عن صمام ادخال الهواء , ويكون تموضع البخاخ بشكل جانبي .


طريقة الشحنة المتجانسة : تم استخدامها سابقا كما في محركات الديزل , وقد تم تطبيق نفس الفكرة على محركات البنزين ولكن مع بعض التغييرات في التصميم .

ان تطبيق طريقة ( الشحنة المتجانسة ) في محركات البنزين قد اخذت اتجاهين مختلفين وهما :

الاول : نظام الشحنة المتجانسة مع استخدام شرارة الاشعال بواسطة البوجي , وهو موضوع بحثنا .

الثاني : نظام الشحنة المتجانسة وبدون استخدام شرارة الاشعال , حيث ان نسبة الضغط العالية للشحنة وارتفاع درجة الحرارة للشحنة كفيل باحداث انفجار لخليط ( الوقود/الهواء )
يطلق على هذا النظام بـ ( HCCI ) : Homogeneous Charge Compression Ignition )

هذا النظام سوف اتطرق اليه في وقت آخر ان شاء الله تعالى , وسوف ادرجه ضمن الموضوع .
ادناه صورة توضيحية :





​ملاحظة : مصادر الموضوع بالكامل هي من مواقع اجنبية متخصصة ورصينة , ودوري في هذا الموضوع هو ترجمة هذه المصادر

[SIZE=5]تم الموضوع بفضل من الله سبحانه وتعالى
ارجوا من جميع الاخوة الافاضل تصويب الاخطاء واضافة معلومات مفيدة تغني الموضوع واتشرف بذلك .
عذرا على الاطالة , واتمنى لكم مطالعة مفيدة , مقاطع الفيديو سوف يتم ادراجها في الملحق ادناه .


اخوكم

[SIZE=4]

[/SIZE][SIZE=4]ملاحظة : بامكانك اخي العزيز متابعة آخر المستجدات في الموضوع والمشاركة فيه من خلال رابط الموضوع الاصلي ادناه :
الرابط : https://www.assayyarat.com/forums/t302538.html[/SIZE][/SIZE]