آموزش

چرا برخی موتورها ترکیبی از انژکتور مستقیم و پورت به کار می‌برند؟

در حال حاضر نیمی از مجموعه خودروها و تراک‌های جدید در ایالات متحده مجهز به انژکتور مستقیم سوخت یا GDI هستند؛ به این معنا که بنزین مستقیماً به درون محفظه احتراق پاشیده می‌شود.امّا  نوآوری بعدی موتور خودروها، وارد کردن سوخت از دو مسیر مجزاست و برخی از خودروسازان، هم‌اکنون نیز پیشرانه‌های خود را هر دو نوع انژکتور مستقیم و پورت همراه کرده‌اند. تویوتا این تکنولوژی را بیش از یک دهه پیش در یک V-6 با عنوان سیستم انژکتور D-4S معرفی کرده‌ است و در حال حاضر، از آن در پیشرانه‌هایی چون ۲.۰ لیتری چهار سیلندر تخت (که توسط سوبارو ساخته می‌شود)، ۳.۵ لیتری V-6 و ۵.۰ لیتری V-8 بهره می‌برد. ضمن اینکه آئودی نیز از این تکنولوژی در موتور‌های ۳.۰ لیتری V-6 و ۵.۲ لیتری V-10 استفاده می‌کند.


حکمران کنونی این نوع تکنولوژی در خودروسازی، فورد با سیستم انژکتور سوخت دوگانه، انژکتور مستقیم با فشار بالا (DI) و انژکتور پورت با فشار پایین (PI) است. فورد این تکنولوژی را در موتورهای بنزینی تنفس طبیعی و با القای اجباری V-6 و V-8 با حجم موتور بین ۲.۷ تا ۵.۰ لیتر به کار می‌برد. همچنین مدل ۲۰۱۷ از F-150 رپتور پیکاپ و سوپرماشین GT، هر دو از پیشرانه جدید ۳.۵ لیتری اکوبوست V-6 استفاده می‌کنند. مدل پایه F-150 نیز اتکای زیادی به این تکنولوژی با استفاده از پیشرانه‌های انژکتور دوگانه، از جمله موتور پایه  ۳.۳ لیتری V-6 و آپشن‌های ۲.۷ و ۳.۵ لیتری اکوبوست V-6 دارد. موتور جدید ۵.۰ لیتری V-8 که پیشرانه مدل ۲۰۱۸ از موستانگ GT را تشکیل می‌دهد، آخرین پیشرانه‌ای است که فورد استفاده از این تکنولوژی را برای آن اعلام کرده است.

اصول کلی

قبل از اینکه به مزایای همکاری PI و DI بپردازیم، شاید بهتر است اندکی مقدمه‌چینی داشته باشیم. برخلاف آنچه در فیلم‌ها به هنگام آتش‌گرفتن ماشین‌ها مشاهده می‌شود، در واقعیت چیزی به نام «انفجار خود به خودی» وجود ندارد؛ چرا که بنزین مایع، آتش نمی‌گیرد و رساندن سوخت از محل باک به احتراق در درون موتور، یک فرآیند دو مرحله‌ای است.

گام اول، ایجاد قطرات ریز از سوخت یا اتمیزاسیون، به وسیله گذراندن بنزین با فشار پمپ، از طریق روزنه‌های بسیار کوچک انژکتور است. مطالعه‌ای که توسط مهندسان «هیتاچی» انجام شده، نشان می‌دهد که فشار ۱۰۰۰ psi برای سوختی که از طریق روزنه‌های انژکتور با قطر بین ۰.۰۰۶ تا ۰.۰۱۱ اینچ (۱۵۲ تا ۲۷۹ میکرون) خارج می‌شود، غباری از قطرات با قطر ۰.۰۷۶ میکرون با سرعت ۲۱۷ کیلومتر بر ساعت به همراه دارد.

بعد از اتمیزاسیون، نوبت به مرحله تبخیر است. در اینجا، قطرات ریز سوخت، یک تغیر فاز مایع به گاز را تجربه می‌کنند و تبدیل به بخاری می‌شوند که می‌تواند با هوا ترکیب شود و با جرقه شمع، آتش بگیرد. به دلیل اینکه در این تغییر فاز،  گرما جذب می‌شود، یک اثر  خنک‌کنندگی در آن وجود خواهد داشت که می‌تواند برای ارتقای بازدهی موتور استفاده شود. در سیستم انژکتور PI، جریان هوای درون مانیفولد مکش، قبل از اینکه به محفظه احتراق برسد، خنک می‌شود، امّا در DI، این اثر خنک‌کنندگی درون محفظه احتراق اتفاق می‌افتد.


هر کدام از این استراتژی‌ها مزایا و معایب خود را دارد. PI برای موتورهای تنفس طبیعی مناسب است؛ چرا که خنک‌کردن جریان هوای ورودی، موجب افزایش دانسیته آن و در نتیجه، پتانسیل تولید قدرتش می‌شود. به علاوه، سوار کردن انژکتور در پورت‌های مکش، به‌ دور از سوپاپ‌ها و شمع‌ها، بسیار راحت‌تر انجام می‌گیرد. موقعیت بالادست انژکتورها نیز در این حالت، موجب می‌شود که زمان زیادی برای تبخیر کامل سوخت فراهم شود. در همین حال، یکی از نکات منفی این نوع انژکتور این است که گاهی اوقات، قطرات سوخت به دیواره پورت مکش می‌چسبند و در نسبت سوخت به هوا، اختلال وارد می‌کنند.

امّا با استفاده از DI، احتمال انفجار ناگهانی و احتراق نامناسب مخلوط سوخت و هوا از بین می‌رود؛ چرا که اثر خنک‌کنندگی در طول تغییر، در مرحله «تراکم» و قبل از «احتراق» اتفاق می‌افتد. به این ترتیب، کاهش درجه حرارت سطح محفظه احتراق، شرایطی را برای یک نسبت بالاتر تراکم و بهیود راندمان، چه در موتورهای تنفس طبیعی و چه در موتورهای مجهز به توربوشارژر فراهم می‌کند. به عنوان مثال، فورد در نسخه جدید پیشرانه ۳.۵ لیتری V-6، با ترکیب استراتژی جدید انژکتور دوگانه و فشار بالاتر بوست، حداکثر گشتاور را به میزان ۴۱ نیوتن‌متر افزایش داده است.

امّا نقاط ضعفی نیز برای DI وجود ندارند. یک سیستم DI به دلیل نیاز به فشار بیشتر برای پاشیدن سوخت به درون محفظه احتراق (۵۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از PI)، گران‌تر تمام می‌شود. ضمن اینکه فشار بیشتر پمپ سوخت، اتلاف انرژی بیشتری نیز به همراه دارد. انژکتور‌های مسقیم، سر و صدای بیشتری نیز دارند و برای کسانی که با سیستم DI سر و کار دارند، وجود رسوبات کربنی، هم در پشت سوپاپ‌های مکش و هم در لوله‌های اگزوز، موجب نگران در زمینه سرویس است؛ چرا که زمان برای «تبخیر» اندک است و برخی از قطرات سوخت از محفظه احتراق و مبدّل کاتالیتیک به صورت ذرات معلق یا دوده خارج می‌شوند. این ذرات کربنی شبیه به همان‌هایی هستند که توسط موتورهای دیزلی تولید می‌شوند، امّا در عین حال، ابعاد کوچکتری دارند.

ترکیب دو نوع انژکتور

استراتژی نهایی، ترکیب مزایای هر دو نوع سیستم PI و DI است تا به این وسیله، این دو معایب یکدیگر را پوشش دهند. تویوتا  به عنوان یکی از پیشگامان در این زمینه، هر دو نوع انژکتور را در هنگام کم‌باری و دور موتور کم تا متوسط، و یا به عبارتی «رانندگیِ نرمال» به کار می‌اندازد. در نتیجه، دانسیته جریان ورودی افزایش می‌یابد؛ آن هم بدون اینکه لخته‌های کربنی به سمت سوپاپ‌های مکش سرازیر گردد. در هنگام بار زیاد پیشرانه و دور موتورهای بالا که نیاز به حداکثر خنک‌کنندگی محفظه احتراق وجود دارد و احتمال انفجار ناگهانی و نامناسب می‌رود، تمام سوخت به صورت مستقیم و توسط DI به موتور تحویل داده می‌شود.


امّا پیتر داودینگ (Peter Dowding)، مهندس ارشد سیستم‌های پیشرانه بنزینی در فورد، از یک استراتژی جدید رونمایی کرده است. فورد در حالت درجا و در دور موتورهای پایین، به منظور عملکرد آرام‌تر و با راندمان بالاتر، از PI به‌تنهایی استفاده می‌کند. همچنان بار و دور موتور افزایش پیدا می‌کند، سوخت‌رسانی به شکل یک برنامه ترکیبی از PI و DI تبدیل می‌شود. برخلاف رویکرد تویوتا، فورد همیشه PI را حداقل برای ۵ تا ۱۰ درصد از سوخت به کار می‌برد. در همین حال، «داودینگ» و مهندس همکارش در فورد، استفان راس (Peter Dowding) بر این نکته تأکید می‌کنند که لخته‌های کربنی بر روی لوله‌های اگزوزو و سوپاپ‌های مکش، هیچ‌گاه به عنوان یک نگرانی در موتورهای مجهز به DI محسوب نشده‌اند. «داودینگ» در این زمینه می‌افزاید:

اکنون که نقش موتورهای الکتریکی در پیشرانه خودروها، روز به روز افزایش پیدا می‌کند، وظیفه ما این است که تا جایی که می‌توانیم راندمان موتورهای معمولی را ارتقا دهیم. تکنولوژی سوخت دوگانه فورد، همین حال هم ارزش خود را ثابت کرده و یک استراتژی مناسب برای کاهش هزینه‌ها در این راستا است.

طراحی و توسعه پیشرانه‌های مدرن، یک وظیفه چالش‌برانگیز است که نیاز به برقراری تعادل بین قدرت خروجی، آلودگی، میزان مصرف، استقامت و دوام و سایر فاکتورها دارد. استراتژی انژکتور سوخت دوگانه امکان جدیدی را برای مهندسان خودرو فراهم می‌کند که بتوانند انرژی بیشتری را از هر قطره از بنزین آزاد کنند. پس از کسب تجربه بیشتر و کاهش هزینه‌های این تکنولوژی، احتمالاً در آینده، خودروسازان بیشتری به سراغ استفاده از آن بروند.

منبع: caranddriver

مسعود انیس حسینی

مسعود انیس حسینی، مترجم اخبار و مطالب در سایت پدال

مطالب مشابه

‫۱۲ دیدگاه

  1. (ali(CHEVY NOVA

    ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
    سوابق: (5674 ديدگاه)

    حالا که بحث مربوط به انجىن هستش مىخوام ىه سرى از نکات مهم در مورد موتور ۳۵۰ شورولت رو بگم البته اىن نکات رو قبلا هم گفتم ولى بخاطر علاقم به اىن موتور خواستم بازم تکرارش کنم
    اىن نکاتى رو که مىگم از ساىتى هست که مربوط به موتورهاى شورولت هست
    تاریخچه موتور ۳۵۰ به سال ۱۹۵۵ بر مىگرده که سرمهندس( اد کل) در اون سال موتور ۸ سىلندر جدىدى رو طراحى کرد
    موتور۳۵۰ سال ۱۹۶۷ معرفى شد
    این موتور از ۱۴۵ تا ۳۷۰ اسب قدرت تولىد مىکرد
    حجم دقىق اىن موتور۵۷۳۳ سى سى هستش و در طول سالهاى مختلف بسته به سرسىلندر. مىل سوپاپ و کاربراتورش قدرتهاى مختلفى داشتن
    موتور ۳۵۰ اىن پتانسىل رو داشت که رو تمام محصولات عرضه بشه و کاراىى خودش رو داشته باشه
    مثلا اىن موتور رو کوروت نصب مىشد و رو بلىزر هم استفاده مىشد اما رو هر کدوم از اىن محصولات اکت مخصوصى داشت
    موتور ۳۵۰ بطور اتمسفرىک تواناى بدست اوردن قدرت بالاى ۶۰۰ سب رو داره

    موافقم ۱
    مخالفم ۰
    1. كوروش

      ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
      سوابق: (1111 ديدگاه)

      واسه چی منفی می دید این همه بنده خدا زحمت کشیده
      اخه ….

      موافقم ۱
      مخالفم ۰
      1. MAHDI Z

        ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
        سوابق: (1447 ديدگاه)

        تو این صفحه همه منفی گرفتن

        موافقم ۰
        مخالفم ۰
    2. کامیاب

      ۲۳ اردیبهشت ۱۳۹۶
      سوابق: (8 ديدگاه)

      تازه یکی ازمقاوم ترین موتور های تمام دوران ها هم هست.
      یکبار یه ساعت و بار دیگه ۱.۵ساعت بدون آب و روغن با بیشترین دورموتور ،بدون خنک کننده کار کرده.

      موافقم ۰
      مخالفم ۰
  2. RoadRunner

    ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
    سوابق: (11451 ديدگاه)

    خیلی وقت بود اینجور مقاله ی مفیدی در پدال نخونده بودم

    جالب بود

    ساده و شیوا هم نوشته شده بود

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
    1. MAHDI Z

      ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
      سوابق: (1447 ديدگاه)

      اره واقعا
      مطلب خیلی خوبیست

      موافقم ۰
      مخالفم ۰
  3. (ali(CHEVY NOVA

    ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
    سوابق: (5674 ديدگاه)

    موتور ۳۵۰ بخاطر عملکرد خىره کننده اى که داشت جزو ۱۰ موتور قرن ۲۰ نام گرفت و تا سال۲۰۰۳ که تولىد شد به امار فروش ۹۰/۰۰۰/۰۰۰ عدد رسىد
    بلوک اىن موتور در دهه ى ۶۰ به قدرى خوب طراحى شد که جنرال موتورز اون رو مورد بهىنه سازى قرار داد و مىتونىم نسل جدید اىن موتور رو روى محصولاتى از قبىل کوروت. کامارو. اسکالىد و….. ببىنىم
    همونطور که قبلا هم گفتم اىن موتور هم کپه ى ۲ پىچ داره و هم ۴ پىچ
    از موتورهاىى که بر اساس ۳۵۰ ساخته شد مىشه به موتور ۳۰۵ و۴۰۰ اشاره کرد

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
    1. (ali(CHEVY NOVA

      ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
      سوابق: (5674 ديدگاه)

      از دىگر انواع موتور که بر حسب ۳۵۰ ساخته شده بود موتور۳۷۹ بود که تفاوت با موتور ۳۵۰ شاتون بلند بودن اون بود و باعث شده بود گشتاور بىشترى تولىد کنه و بىشتر رو تراکها استفاده بشه البته موتور ۳۷۹ رو روى کامارو هم دىدم
      از مزىتهاى دىگه اىن موتور وفور لوازم استاندارد تا افتر مارکتش هست
      تو امرىکا بسىارى از شرکت ها لوازم اىن موتور رو تولىد مىکنن و بصورت ىک پکىچ به فروش مىرسه

      موافقم ۱
      مخالفم ۰
  4. ونوم اف ۵

    ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
    سوابق: (1276 ديدگاه)

    اقا این منفی بی معنی چیه میزنه طرف حداقل اگه یه نفری یه منفی بزن

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  5. MAHDI Z

    ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
    سوابق: (1447 ديدگاه)

    فاز این منفیا چیه که تو این صفحه به همه دادن
    البته اشکال نداره هر وقت این طور میشه ما که لایک ها رو میشماریم

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  6. MAHDI Z

    ۲۲ اردیبهشت ۱۳۹۶
    سوابق: (1447 ديدگاه)

    با تشکر فراوان از جناب مسعود انیس حسینی
    جالبه که بنزین به حالت گاز در میاد نمیدونستم
    امیدوارم این گونه مطالب بیشتر گذاشته بشه

    موافقم ۰
    مخالفم ۰
  7. آرام

    ۲۳ اردیبهشت ۱۳۹۶
    سوابق: (6 ديدگاه)

    آفرین به این مطالعه و دانش کامل. بله موتور ٣۵٠ انقدر موفق بود که بسیاری از کارخانه ها سوا از دلایل فنی روی محصولاتشون از عدد ٣۵٠ استفاده می کنن تا نشون بدن موتور بر اساس همون استاندارد ها طراحی و ساخته شده. بسیار مفید بود.

    موافقم ۰
    مخالفم ۰

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفاً از نوشتن به‌صورت پینگلیش، اجتناب نمایید. نظرات حاوی توهین، عبارات غیراخلاقی، سیاسی، مطالب غیر مرتبط، اسپم، ترول و تبلیغاتی پذیرفته نمی‌شوند. برای تغییر آواتار خود می‌توانید از سایت گراواتار استفاده نمایید.

دکمه بازگشت به بالا