شرح نظام حقن الوقود المباشر GDI

 

نظام حقن الوقود المباشر

GDI

Gasoline Direct Injection

من خلال هذا الموضوع سنتعرف على نظام مهم في محركات البنزين وهو نظام حقن الوقود المباشر، في القرن العشرين عرفت محركات  البنزين بنظام الشفط أو السحب الذي يقوم بإدخال الوقود مع لأسطوانة المحرك عبر القطعة المعروفة أنذاك بالمكربن أو مايعرف عليها بالكاربيراتور، في هاته القطعة يتم سحب الهواء من الفلتر وعن طريق الشفط يتم تزويد الوقود من حوض صغير بنفس القطعة (الكاربيراتور)  ليتم مزج البنزين والهواء وتمريرهم إلى أسطوانة المحرك لتبدأ بعد ذلك عملية الإحتراق.

بعد ذلك قام مصنعين أوروبيين في السبعينيات بتنظيم دخول الوقود للأسطوانة عن طريق بخاخ صمامي يعمل مع الوقود المضغوط من طرف مضخة تدور تزامنا مع المحرك، عندها يقوم البخاخ برش الوقود مباشرة على الهواء المسحوب لأسطوانة المحرك. ولم يمر وقت طويل على ذلك ليعدل المصنعون هاته الفكرة ويقومون بزيادة البخاخات على حسب عدد الأسطوانات، وهو ماعرف بعدها بنظام حقن الوقود.

وفي الثمانينات دخلت تقنية إلكترونية في نظام حقن الوقود مما أدى إلى ظهور مضخة وقود كهربية بدلا من المضحة الميكانيكية، وأيضا البخاخ الكهربي مكان البخاخ الصمامي المضغوط، أما بالنسبة للتحكم بالتوقيت فأصبح يأتي من دائرة إلكترونية؛ وهذا النظام عرف بنظام حقن الوقود الإلكتروني .

كل هاته الطزق كانت تتعامل مع الهواء المسحوب للأسطوانة عن طريق الشفط، وهنا يتم إدخال الوقود بطريقة غير مباشرة.

ـ كيف إذا تم تطوير مضخة الوقود لتصبح نظاما لحقن الوقود المباشر  ؟

في نظام حقن الوقود المباشرفالأمر يحدث كما في محرك الديزل تماما، التعامل هنا يكون مع الهواء المضغوط داخل الأسطوانة تفسها، حيث يرش البخاخ لوقود على سطح البستون أي المكبس مباشرة، وهنا تغير مكان البخاخ الإلكتروني ليصبح فوق الأسطوانة بجوار الصمامات وشمعة الإحتراق وترك مكانه القديم الذي كان في مجمع السحب.

ـ تاريخ بداية نظام الحقن المباشر :

كان هنالك مهندسين ألمان في شركة تدعى بوش ودايملرـبنز عام 1995 هما السباقين لنظام حقن الوقود المباشر، حيث ضهر هذا النظام على مرسيدس SL300 ولم تكتمل هذه الفكرة حينها لأسباب إدارية وفنية أنذاك. إلى أن أتى مهندسون يابانيون من شركة ميتسوبيشي وقامو بإعادة صياغة الفكرة من جديد عام 1996، وقامو بإضافة تعديلات جديدة على النظام لتناسب تطوز أجزاء المحرك ويظهر أنذاك أول محرك يعمل بنضام حقن الوقود المباشر بعد سنتين من التعديل الجديد عام 1998 على محرك 4G93 لمتسوبيشي جالانت، بعد ذلك توالت الشركات بإنتاجها محركات تعمل بهذا النظام، لتقم فولكسفاجن بتطوير بدورها بتطوير محركات تعمل بنظام حقن الوقود المباشر سمته حقن الوقود المطبق، متبعة بشركة GM و شركة BMW وكذلك مازدا.

يأتي الدور على تويوتا التي قامت بتطبيق التقنية مع تعديل جديد كان هو الإزدواجية لنظام الحقن العادي الغير مباشر مع الحقن المباشر؛ كيف ذلك ؟ بعملها بخاخان الأول على المانيفولد والثاني مباشر مدمج مع الرأس ليظهر  على محرك 2GR-FSE عام 2006.

ماهو الجديد الآن عند محركات ؟

الجديد هو تلك التغييرات في قطع المحرك بحيث تم التعديل على :

• رأس المحرك لفتح مكان للبخاخ.
• إضافة مضخة وقود ميكانيكية جديدة تعل وفقا لدوران المحرك.
• ملائمة الضغط الناشئ عن الإحتراق المنحدر بالتعديل على الصمامات.
• تعديل المكبس كذلك ليصبح مجوفا من جهتين لملائمة الإحتراق المنحدر.
• تعديل مقاسات الإزاحة على حسب تجاويف الإحتزاق الذي يحدث على سطح المكبس.

مكونات نظام حقن الوقود المباشر :

•  البخاخ المباشر : هو بخاخ إلكتروني يستمد الوقود من المضخة عبر أنبوب  أو قضيب الوقود المضغوط، ويقوم باستقبال إشارة الفتح من وحدة التحكم الإلكترونية، والغرض منه هو عمل ضغط أقوى وكذلك حرارة عالية.

• مضخة الوقود الميكانيكية : هاته المضحة ذات ضغط عالي تكون مرتبطة مع عمود الكامات أو سير التوقيت وتعمل مع دوران المحرك، تستقبل هذه المضخة الوقود مضغوطا من مضخة كهربية تكون بداخل أو خارج خزان الوقود، يضغط هنا الوقود بدرجة مرتفعة عن طريق المضخة الميكانيكية ،ترتبط المضخة بوحدة التحكم الإلكترونية ECU وعن طريق صمام كهربي بداخل المضخة يتم التحكم إلكترونيا بضغط الوقود.
• حساس ضغط الوقود : وضيفته هي إرسال إشارات الى مضخة الوقود عبر وحدة التحكم .. لفتح وغلق صمام ضغط الوقود محافضة على الزيادة والنقصان في ضغط الوقود، جذير بالذكر أن هذا الحساس عادي ويرب مع أنبوب ضغط الوقود.

ـ مميزات نظام حقن الوقود المباشر:

- ضمان الإحتراق التام للوقود بداخل الأسطوانة على عكس المحركات العادية.

- إنتاج قوة عالية وعزم عالي كذك ليكون بذلك أداء المحرك في القمة.

- عند الدورات المنخفضة تكون كفاءة المحرك عالية.

ـ عيوب نظام حقن الوقود المباشر :

- كثرة نواتج الإحتراق عن طريق إنتاج أكاسيد النتروجين الضارة للبيئة مما أدى إلى منع هذا النضام في بعض الدول الأوروبية.

- نضرا لصغر مقاسات الإزاحة بهذا النظام فقد لا تعمل المحركات الصغيرة بشكل جيد.

هذا ويستمر التطوير في نظام حقن الوقود المباشر داخل الأسطوانات بصورة سريعة جدا للتمكن من استغالها أطول فترة ممكنة قبل ضهوو بدائل أخرى للطاقة.