حقن البنزين المباشر

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

محرك GDI من سيارة BMW يظهر حاقن وقود (يقع فوق المثلث الأحمر) موضوع لرش البنزين مباشرة في غرفة الاحتراق

نظام الحقن المباشر للبنزين ( GDI )، المعروف أيضاً باسم الحقن المباشر للبنزين ( PDI )، [ 1 ] هو نظام حقن وقود لمحركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين . يقوم هذا النظام بحقن الوقود مباشرة في غرفة الاحتراق ، على عكس أنظمة الحقن المتعددة ، التي تحقن الوقود في مشعب السحب بحيث يختلط مع تيار الهواء الداخل قبل وصوله إلى غرفة الاحتراق.

يمكن أن يؤدي استخدام نظام الحقن المباشر للبنزين (GDI) إلى تحسين كفاءة المحرك وقوة الخرج النوعية، كما يمكن أن يقلل من انبعاثات العادم من المركبات. [ 2 ]

كان محرك هيسلمان السويدي أول محرك إنتاجي يستخدم تقنية الحقن المباشر للبنزين (GDI)، وهو محرك متعدد الوقود ذو ضغط منخفض يعمل بالشرارة، وكان أكثر كفاءة من المحركات التقليدية ذات المكربن. كما كان بإمكانه العمل بالديزل والكيروسين والإيثانول وزيت القطران . ولأن البنزين كان أغلى من أنواع الوقود الأقل تكريرًا، فقد كان يُستخدم عادةً فقط لبدء التشغيل؛ وبمجرد بدء التشغيل، كان يتم التحويل إلى وقود أرخص.

تم طرح محرك هيسلمان في عام 1925، واستُخدم من قبل مصنعي الشاحنات والمعدات الثقيلة في السويد، ومن قبل مصنعي المحركات الثابتة والمركبات الثقيلة في الولايات المتحدة طوال فترة الأربعينيات. وكان أول محرك GDI يتم إنتاجه بكميات كبيرة ويستخدم نظام حقن الوقود الميكانيكي من بوش (وهو نفس النوع المستخدم في غرف الاحتراق المسبق في محركات الديزل) هو محرك DB601 V12 لطائرة ميسرشميت Bf 109 في عام 1936.

سمح استخدام نظام حقن الوقود الميكانيكي من بوش في تكوين الحقن المباشر للألمان باستخدام نسب ضغط عالية للغاية وضغط عالي جدًا للحث القسري لإنتاج طاقة عالية بشكل موثوق من بنزين منخفض الجودة بتصنيف أوكتان يبلغ 87 فقط. بالإضافة إلى ذلك، لم يتوقف محرك الطائرة المقاتلة في المنعطفات ذات الجاذبية السالبة، على عكس المحركات المكربنة مثل رولز رويس ميرلين .

لم تكن المحركات التقليدية التي تعمل بالوقود التقليدي تتطلب فقط وقود طائرات عالي الأوكتان (100-200 أوكتان ) لتحقيق نفس مستويات الطاقة التي توفرها محركات DB601 و DB605 اللاحقة ، بل كانت المقاتلات التي تستخدم محركات ميرلين وغيرها من الحلول التي تعمل بالوقود المكربن ​​عرضة لتكتيكات تجبر الطيار على القيام بانعطاف حاد (انعطاف سلبي) لتجنب إسقاطه. وكان من الممكن أن يؤدي فقدان قوة المحرك الناتج إلى سقوط الطائرة في مثل هذه الحالات. وقد تمكنت شركة رولز رويس من معالجة هذه المشكلة في أواخر الحرب، حوالي أواخر عام 1943.

استخدمت العديد من السيارات الألمانية نظام حقن الوقود الميكانيكي من بوش في الخمسينيات من القرن الماضي. ومع ذلك، ظل استخدام هذه التقنية نادرًا حتى عام 1996، عندما قدمت ميتسوبيشي نظام حقن الوقود الإلكتروني لسياراتها المنتجة بكميات كبيرة.

ومنذ ذلك الحين، تم اعتماد تقنية الحقن المباشر للبنزين على نطاق واسع من قبل صناعة السيارات، حيث زادت في الولايات المتحدة من 2.3٪ من الإنتاج لسيارات موديل عام 2008 إلى حوالي 50٪ لسيارات موديل عام 2016. [ 3 ] [ 4 ]

مبدأ التشغيل

أوضاع الشحن

يشير "وضع الشحن" في محرك الحقن المباشر إلى كيفية توزيع الوقود في جميع أنحاء غرفة الاحتراق:

  • في وضع الشحن المتجانس ، يتم خلط الوقود بالتساوي مع الهواء في جميع أنحاء غرفة الاحتراق، على غرار حقن المشعب.
  • في وضع الشحن الطبقي ، توجد منطقة ذات كثافة وقود أعلى حول شمعة الإشعال ومزيج أفقر (كثافة وقود أقل) بعيدًا عن شمعة الإشعال.

نمط الشحن المتجانس

في وضع الشحن المتجانس ، يعمل المحرك على خليط متجانس من الهواء والوقود (λ=1{\displaystyle \lambda =1}وهذا يعني وجود مزيج مثالي (تقريبًا) من الوقود والهواء داخل الأسطوانة. يُحقن الوقود في بداية شوط السحب لإعطائه أقصى وقت ممكن للاختلاط بالهواء، ما يؤدي إلى تكوين مزيج متجانس. [ 5 ] يتيح هذا النمط استخدام محفز ثلاثي الاتجاهات تقليدي لمعالجة غازات العادم. [ 6 ]

بالمقارنة مع حقن الوقود في مشعب السحب، لا تتحسن كفاءة استهلاك الوقود إلا قليلاً، لكن القدرة النوعية الناتجة تكون أفضل، [ 7 ] وهذا ما يجعل وضع الحقن المتجانس مفيدًا لتصغير حجم المحرك . [ 6 ] تستخدم معظم محركات البنزين ذات الحقن المباشر في سيارات الركاب وضع الشحن المتجانس. [ 8 ] [ 9 ]

وضع الشحن الطبقي

في وضع الشحن الطبقي ، تتشكل منطقة صغيرة من خليط الوقود والهواء حول شمعة الإشعال، محاطة بالهواء في باقي الأسطوانة. هذا يعني حقن كمية أقل من الوقود في الأسطوانة بشكل عام، مما يؤدي إلى نسب عالية جدًا من الهواء إلى الوقود.λ>8{\displaystyle \lambda >8}[ 10 ] بمتوسط ​​نسب الهواء إلى الوقود منλ=3...5{\displaystyle \lambda =3...5}عند الحمل المتوسط، وλ=1{\displaystyle \lambda =1}عند الحمل الكامل. [ 11 ] من الناحية المثالية، يبقى صمام الخانق مفتوحًا قدر الإمكان لتجنب فقدان الطاقة. عندئذٍ، يتم التحكم في عزم الدوران فقط عن طريق تغيير كمية الوقود المحقون (التحكم النوعي في عزم الدوران)، بدلاً من تغيير كمية هواء السحب. كما يحافظ وضع الشحن الطبقي على اللهب بعيدًا عن جدران الأسطوانة، مما يقلل من الفقد الحراري. [ 12 ]

بما أن الخلائط شديدة النحافة لا يمكن إشعالها بشمعة الإشعال (بسبب نقص الوقود)، يجب تطبيق نظام الشحن الطبقي، أي يجب تكوين منطقة صغيرة من خليط الوقود والهواء حول شمعة الإشعال. [ 13 ] ولتحقيق ذلك، يقوم محرك الشحن الطبقي بحقن الوقود خلال المراحل الأخيرة من شوط الضغط. وغالبًا ما يُستخدم "تجويف دوامي" في أعلى المكبس لتوجيه الوقود إلى المنطقة المحيطة بشمعة الإشعال . تُمكّن هذه التقنية من استخدام خلائط شديدة النحافة، وهو أمر مستحيل مع المكربن ​​أو نظام حقن الوقود التقليدي في مشعب السحب. [ 14 ]

يُستخدم وضع الشحن الطبقي (المعروف أيضًا باسم وضع "الاحتراق فائق الهزال") عند الأحمال المنخفضة لتقليل استهلاك الوقود وانبعاثات العادم. عند الأحمال العالية، يتم تعطيله، ويتحول المحرك إلى الوضع المتجانس بنسبة هواء إلى وقود متكافئة .λ=1{\displaystyle \lambda =1}عند الأحمال المتوسطة، ومزيج أكثر ثراءً عند الأحمال العالية. [ 15 ]

نظريًا، يُمكن لنمط الشحن الطبقي أن يُحسّن كفاءة استهلاك الوقود ويُقلّل انبعاثات العادم. [ 16 ] إلا أنه عمليًا، لم يُظهر مزايا كفاءة ملحوظة مقارنةً بمفهوم الشحن المتجانس التقليدي. فاحتراقه الهزيل يُنتج مستويات أعلى من أكاسيد النيتروجين ، [ 17 ] مما يستدعي أحيانًا تركيب مُمتصّ لأكاسيد النيتروجين في نظام العادم للالتزام بلوائح الانبعاثات. [ 18 ] وقد تتطلب مُمتصّات أكاسيد النيتروجين استخدام وقود منخفض الكبريت، لأن الكبريت يُعيق عملها بكفاءة. [ 19 ] كما يُمكن لمحركات الحقن المباشر للوقود ذات الحقن الطبقي أن تُنتج كميات أكبر من الجسيمات الدقيقة مقارنةً بالمحركات ذات الحقن المتعدد، [ 20 ] مما يستدعي أحيانًا تركيب مُرشّحات جسيمات في العادم (شبيهة بمرشّح جسيمات الديزل ) للالتزام بلوائح انبعاثات المركبات. [ 21 ] ونتيجةً لذلك، تخلّت العديد من شركات تصنيع السيارات الأوروبية عن مفهوم الشحن الطبقي أو لم تعتمده أبدًا. فعلى سبيل المثال، لم يستخدم محرك البنزين رينو 2.0 IDE ( F5R ) موديل 2000 نمط الشحن الطبقي. [ 22 ] تخلّت محركات BMW N55 موديل 2009 ومرسيدس-بنز M256 موديل 2017 عن نظام الشحن الطبقي المستخدم في المحركات السابقة. استخدمت مجموعة فولكس فاجن نظام حقن الوقود الطبقي في محركاتها ذات السحب الطبيعي والمُصنّفة FSI ، ولكن هذه المحركات خضعت لتحديث في وحدة التحكم الإلكترونية للمحرك أدى إلى تعطيل نظام الشحن الطبقي. [ 23 ] لطالما استخدمت محركات فولكس فاجن المزودة بشاحن توربيني والمُصنّفة TFSI و TSI نظام الشحن المتجانس. [ 24 ] ومثل محركات فولكس فاجن هذه، تستخدم معظم محركات البنزين الحديثة ذات الحقن المباشر (من عام 2017 فصاعدًا) نظام الشحن المتجانس بالتزامن مع توقيت الصمامات المتغير لتحقيق كفاءة عالية. وقد تم التخلي عن مفاهيم الشحن الطبقي في الغالب. [ 25 ]

أوضاع الحقن

تشمل التقنيات الشائعة لتوزيع الوقود بالشكل المطلوب في غرفة الاحتراق: الحقن الموجه بالرش ، والحقن الموجه بالهواء ، والحقن الموجه بالجدار . ويتجه التوجه حاليًا نحو الحقن الموجه بالرش، نظرًا لكفاءته العالية في استهلاك الوقود.

الحقن المباشر الموجه بالجدار

تجويف دوامي مُدمج في الجزء العلوي من مكبس محرك فورد إيكوبوست سعة 3.5 لتر موديلات 2010-2017

في محركات الحقن الموجه بالجدار، تكون المسافة بين شمعة الإشعال وفوهة الحقن كبيرة نسبيًا. ولتقريب الوقود من شمعة الإشعال، يُرش في تجويف دوامي أعلى المكبس (كما هو موضح في صورة محرك فورد إيكوبوست)، والذي يوجه الوقود نحو شمعة الإشعال. وتساعد منافذ سحب دوامية أو دوارة خاصة في هذه العملية. يعتمد توقيت الحقن على سرعة المكبس؛ لذلك، عند سرعات المكبس العالية، يجب تقديم توقيت الحقن والإشعال بدقة متناهية. عند درجات حرارة المحرك المنخفضة، يبرد جزء من الوقود الذي يصطدم بالمكبس البارد نسبيًا لدرجة لا تسمح باحتراقه بشكل كامل. عند الانتقال من حمل المحرك المنخفض إلى حمل المحرك المتوسط ​​(وبالتالي تقديم توقيت الحقن)، قد ينتهي الأمر بحقن جزء من الوقود خلف التجويف الدوامي، مما يؤدي مرة أخرى إلى احتراق غير كامل. [ 26 ] لذلك، قد تعاني المحركات ذات الحقن المباشر الموجه بالجدار من انبعاثات عالية من الهيدروكربونات . [ 10 ]

الحقن المباشر الموجه بالهواء

في أنظمة الحقن الموجهة بالهواء، كما هو الحال في أنظمة الحقن الموجهة بالجدار، تكون المسافة بين شمعة الإشعال وفوهة الحقن كبيرة نسبيًا. ومع ذلك، لا يلامس الوقود أجزاء المحرك الباردة نسبيًا، مثل جدران الأسطوانات والمكابس. فبدلًا من رشه باتجاه تجويف دوامي، يُوجَّه الوقود نحو شمعة الإشعال بواسطة هواء السحب فقط. ولذلك، يجب أن يتمتع هواء السحب بحركة دوامية أو اهتزازية محددة لتوجيه الوقود نحو شمعة الإشعال، ويجب الحفاظ على هذه الحركة لفترة كافية لدفع كل الوقود إلى منطقة شمعة الإشعال. هذا الشرط يقلل من كفاءة شحن المحرك، وبالتالي من قدرته. عمليًا، يُستخدم عادةً مزيج من الحقن الموجه بالهواء والحقن الموجه بالجدار. [ 27 ] يُعرف محرك واحد فقط يعتمد كليًا على الحقن الموجه بالهواء. [ 28 ]

الحقن المباشر الموجه بالرش

في المحركات ذات الحقن المباشر الموجه بالرش، تكون المسافة بين شمعة الإشعال وفوهة الحقن صغيرة نسبيًا. يقع كلاهما بين صمامات الأسطوانة. يُحقن الوقود خلال المراحل الأخيرة من شوط الضغط، مما يؤدي إلى تكوين خليط غير متجانس وسريع جدًا. ينتج عن ذلك تدرجات طبقية كبيرة، حيث تتميز المنطقة المركزية بنسبة هواء منخفضة جدًا، بينما تتميز المناطق الخارجية بنسبة هواء عالية جدًا. لا يمكن إشعال الوقود إلا في المنطقة المتوسطة بين هاتين المنطقتين. يحدث الاشتعال فور الحقن تقريبًا، مما يحسن كفاءة المحرك. يجب وضع شمعة الإشعال بدقة في المنطقة التي يكون فيها الخليط قابلًا للاشتعال. ونتيجة لذلك، يجب أن تكون دقة التصنيع عالية جدًا، لأن أي خلل بسيط في المحاذاة يمكن أن يقلل بشكل كبير من جودة الاحتراق. يبرد الوقود شمعة الإشعال مباشرة قبل تعرضها لحرارة الاحتراق، لذا يجب أن تتحمل شمعة الإشعال صدمات حرارية كبيرة. [ 29 ] عند سرعات منخفضة للمكبس (والمحرك)، تكون سرعة الهواء والوقود النسبية منخفضة، مما قد يمنع التبخر بشكل صحيح وينتج عنه خليط غني جدًا. لا تحترق الخلائط الغنية بشكل صحيح وتتسبب في تراكم الكربون. [ 30 ] عند سرعات عالية للمكبس، ينتشر الوقود على نطاق أوسع داخل الأسطوانة، مما قد يبعد الأجزاء القابلة للاشتعال من الخليط عن شمعة الإشعال لدرجة أنها لا تستطيع إشعال الخليط. [ 31 ]

التقنيات المصاحبة

تشمل التقنيات الأخرى المستخدمة لتكملة نظام الحقن المباشر للبنزين في توليد شحنة طبقية: توقيت الصمامات المتغير ، ورفع الصمامات المتغير ، ومشعب السحب ذو الطول المتغير . [ 32 ] كما يمكن استخدام إعادة تدوير غاز العادم لتقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين (NOx) المرتفعة التي قد تنتج عن الاحتراق شديد الهزال. [ 33 ]

العيوب

لا يوفر نظام الحقن المباشر للبنزين عملية تنظيف الصمامات التي تحدث عند إدخال الوقود قبل الأسطوانة. [ 34 ] في المحركات غير المزودة بنظام الحقن المباشر للبنزين، يعمل البنزين المتدفق عبر منفذ السحب كعامل تنظيف للملوثات مثل الزيت المتطاير. قد يؤدي غياب هذه العملية إلى زيادة ترسبات الكربون في محركات الحقن المباشر للبنزين. وتبيع شركات تصنيع خارجية خزانات تجميع الزيت المصممة لمنع هذه الترسبات أو تقليلها.

تُعدّ القدرة على توليد ذروة الطاقة عند سرعات دوران المحرك العالية (RPM) محدودةً في محركات الحقن المباشر للوقود (GDI)، نظرًا لقلة الوقت المتاح لحقن كمية الوقود المطلوبة. في أنظمة حقن الوقود في مشعب السحب (وكذلك المكربن ​​وحقن الوقود في جسم الخانق)، يُمكن إضافة الوقود إلى خليط هواء السحب في أي وقت. مع ذلك، يقتصر محرك GDI على حقن الوقود خلال مرحلتي السحب والضغط. يُصبح هذا قيدًا عند سرعات الدوران العالية، حيث تكون كل دورة احتراق أقصر. للتغلب على هذا القيد، تحتوي بعض محركات GDI (مثل محرك تويوتا 2GR-FSE V6 ومحرك فولكس فاجن EA888 I4 ) على مجموعة من حاقنات الوقود في مشعب السحب لتوفير وقود إضافي عند سرعات الدوران العالية. تُساعد هذه الحاقنات أيضًا في تنظيف رواسب الكربون من نظام السحب.

لا يوفر البنزين نفس مستوى التزييت الذي يوفره الديزل لمكونات حاقن الوقود، مما قد يحد من ضغوط الحقن المستخدمة في محركات الحقن المباشر للبنزين. ولذلك، يُحدد ضغط الحقن في محرك الحقن المباشر للبنزين عادةً بحوالي 20 ميجا باسكال (2.9 كيلو باسكال) لمنع التآكل المفرط للحاقن. [ 35 ]  

الآثار السلبية على المناخ والصحة

على الرغم من أن تقنية الحقن المباشر للبنزين (GDI) تُعزى إليها فوائد تحسين كفاءة استهلاك الوقود وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، إلا أن محركات GDI تُنتج كميات أكبر من رذاذ الكربون الأسود مقارنةً بمحركات الحقن التقليدية للوقود في المنافذ. يُعد الكربون الأسود مادةً ماصةً قويةً للإشعاع الشمسي، وله خصائص ملحوظة في التسبب في الاحتباس الحراري. [ 36 ]

في دراسة نُشرت في يناير 2020 في مجلة العلوم والتكنولوجيا البيئية ، توقع فريق بحثي من جامعة جورجيا (الولايات المتحدة الأمريكية) أن زيادة انبعاثات الكربون الأسود من المركبات التي تعمل بتقنية الحقن المباشر للبنزين (GDI) ستؤدي إلى تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري في المناطق الحضرية بالولايات المتحدة بمقدار يفوق بكثير الانخفاض الناتج عن انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون . وخلص الباحثون أيضًا إلى أن التحول من محركات الحقن التقليدية (PFI) إلى تقنية الحقن المباشر للبنزين (GDI) سيضاعف تقريبًا معدل الوفيات المبكرة المرتبطة بانبعاثات المركبات، من 855 حالة وفاة سنويًا في الولايات المتحدة إلى 1599 حالة. وقدّروا التكلفة الاجتماعية السنوية لهذه الوفيات المبكرة بنحو 5.95 مليار دولار أمريكي. [ 37 ]

تاريخ

1912

كان أرشيبالد لو من أوائل المخترعين الذين جربوا الحقن المباشر للبنزين ، وقد أطلق على محركه اسمًا مضللًا هو " محرك الحث القسري" . مع ذلك، لم يكن سوى إدخال الوقود قسريًا. كشف لو عن تفاصيل نموذجه الأولي للمحرك في أوائل عام 1912، [ 38 ] وطورت شركة FE Baker Ltd، المتخصصة في بناء المحركات واسعة النطاق، التصميم خلال عام 1912. [ 39 ] عُرضت النتائج في جناح الشركة بمعرض أولمبيا للدراجات النارية في نوفمبر 1912. كان المحرك محرك دراجة نارية رباعي الأشواط عالي الضغط، حيث يُضغط البنزين بشكل منفصل إلى 1000 رطل لكل بوصة مربعة ويُدخل إلى الأسطوانة "لحظة أعلى ضغط" بواسطة صمام دوار صغير، مع إشعال متزامن بواسطة شمعة احتراق وملف اهتزاز يسمح باستمرار الشرارة طوال عملية الاحتراق. وُصف الوقود المحقون بأنه في الحالة البخارية، بعد تسخينه بواسطة أسطوانة المحرك. كان ضغط الوقود يُنظّم عند مضخة الوقود، وتُضبط كمية الوقود المُدخلة ميكانيكيًا عند صمام الإدخال الدوار. ويبدو أن هذا التصميم المبتكر لم يُطوّر من قِبل شركة إف إي بيكر.

1916–1938

على الرغم من أن الحقن المباشر لم يصبح شائعًا في محركات البنزين إلا منذ عام 2000، إلا أن محركات الديزل تستخدم الحقن المباشر في غرفة الاحتراق (أو غرفة ما قبل الاحتراق) منذ النموذج الأولي الناجح الأول في عام 1894.

صُنع نموذج أولي لمحرك حقن مباشر للبنزين (GDI) في ألمانيا عام 1916 لطائرة يونكرز . صُمم المحرك في البداية ليعمل بالديزل، ولكن أُعيد تصميمه ليعمل بالبنزين بعد أن أصدرت وزارة الحرب الألمانية مرسومًا يقضي بأن تعمل محركات الطائرات إما بالبنزين أو البنزين. ولأنه كان تصميمًا ثنائي الأشواط يعتمد على ضغط علبة المرافق ، فإن أي خلل في الاحتراق قد يُتلف المحرك، لذا طورت شركة يونكرز نظام حقن مباشر للبنزين (GDI) لتجنب ذلك. وقد عُرض النموذج الأولي للمحرك على مسؤولي الطيران قبل فترة وجيزة من توقف تطويره في نهاية الحرب العالمية الأولى. [ 40 ]

محرك هيسلمان هو تصميم هجين تم إنتاجه من قبل العديد من الشركات المصنعة بين عامي 1925 و1951. [ 41 ] في محرك هيسلمان، لا يُحقن الوقود أثناء شوط السحب مع الهواء، كما هو الحال في محرك دورة أوتو التقليدي، بل يُحقن أثناء شوط الضغط قبل الشرارة مباشرة. [ 42 ] يمكن لمحركات هيسلمان استخدام مجموعة واسعة من أنواع الوقود، بما في ذلك البنزين، ولكنها كانت تعمل عمومًا بوقود الديزل التقليدي. [ 41 ]

1939–1995

خلال الحرب العالمية الثانية، استخدمت معظم محركات الطائرات الألمانية نظام الحقن المباشر للوقود (GDI)، مثل محرك BMW 801 الشعاعي، ومحركات Daimler-Benz DB 601 و DB 603 و DB 605 ذات الأسطوانات الاثنتي عشرة المقلوبة على شكل V، ومحركات Junkers Jumo 210 G و Jumo 211 و Jumo 213 ذات الأسطوانات الاثنتي عشرة المقلوبة على شكل V. وشملت محركات طائرات الحلفاء التي استخدمت نظام الحقن المباشر للوقود (GDI) محرك Shvetsov ASh-82 FNV السوفيتي الشعاعي، ومحرك Wright R-3350 Duplex Cyclone الأمريكي ذو 18 أسطوانة شعاعية بسعة 54.9 لتر . ... كانت شركة Bosch الألمانية تعمل على تطوير نظام الحقن المباشر للوقود (GDI) الميكانيكي للسيارات منذ ثلاثينيات القرن العشرين. [ 43 ] وفي عام 1952، تم تقديم هذا النظام في محركات الشوطين في سيارتي Goliath GP700 و Gutbrod Superior. استخدمت هذه المحركات مضخة ديزل عالية الضغط ذات حقن مباشر للوقود، مزودة بصمام خانق للسحب. وقد حققت هذه المحركات أداءً جيدًا واستهلاكًا أقل للوقود بنسبة تصل إلى 30% مقارنةً بمحركات المكربن، لا سيما عند الأحمال المنخفضة للمحرك. [ 43 ] ومن المزايا الإضافية وجود خزان منفصل لزيت المحرك، الذي كان يُخلط تلقائيًا مع الوقود، مما أغنى أصحاب السيارات عن تحضير مزيج الوقود الخاص بهم لمحركات الشوطين. [ 44 ] كما استخدمت سيارة مرسيدس-بنز 300 SL موديل 1954 نظام حقن مباشر للوقود ميكانيكيًا من بوش، لتصبح بذلك أول محرك رباعي الأشواط يستخدم هذا النظام.

خلال سبعينيات القرن العشرين، طوّرت شركتا تصنيع السيارات الأمريكيتان ، أمريكان موتورز كوربوريشن (AMC) وفورد، نماذج أولية لأنظمة حقن الوقود المباشر بالبنزين (GDI) الميكانيكية، سُميت ستراتي تشارج (Straticharge ) وبروجرامد كومبشن (PROCO) على التوالي. [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] استجاب نظام ستراتي تشارج تلقائيًا لمتطلبات تدفق الهواء وحمل محرك AMC Hornet I6 المُعدّل ، باستخدام ضغطين منفصلين للتحكم في الوقود، يُغذّيان مجموعتين من حاقنات التدفق المستمر. [ 49 ] [ 50 ] لم يصل أي من النظامين إلى مرحلة الإنتاج. [ 51 ] [ 52 ]

1997–حتى الآن

في منتصف عام 1996، حصلت سيارة ميتسوبيشي جالانت المخصصة للسوق اليابانية على نسخة GDI من محرك ميتسوبيشي 4G93 رباعي الأسطوانات. [ 53 ] [ 54 ] وتم طرحها في أوروبا عام 1997 في سيارة كاريزما . [ 55 ] كما طورت ميتسوبيشي محرك GDI سداسي الأسطوانات الثاني (بعد محرك M198 الذي طُرح في سيارة مرسيدس-بنز 300 SL عام 1954)، وهو محرك ميتسوبيشي 6G74 V6، عام 1997. [ 56 ] طبقت ميتسوبيشي هذه التقنية على نطاق واسع، حيث أنتجت أكثر من مليون محرك GDI ضمن أربع عائلات بحلول عام 2001. [ 57 ] وعلى الرغم من استخدام هذه التقنية لسنوات عديدة، إلا أن شركة ميتسوبيشي موتورز (MMC) سجلت في 11 سبتمبر 2001 علامة تجارية للاختصار "GDI". [ 58 ] وقدمت العديد من الشركات المصنعة اليابانية والأوروبية الأخرى محركات GDI في السنوات اللاحقة. كما حصلت شركات بيجو، وسيتروين، وهيونداي، وفولفو، وفولكس فاجن على ترخيص تقنية ميتسوبيشي GDI. [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]

كان محرك تويوتا 2GR-FSE V6 موديل 2005 أول محرك يجمع بين الحقن المباشر وغير المباشر. يستخدم هذا النظام (المسمى "D-4S") حاقنين للوقود لكل أسطوانة - حاقن تقليدي منخفض الضغط في مشعب السحب، وحاقن مباشر عالي الضغط - ويُستخدم في معظم محركات تويوتا. [ 66 ] ... في سباقات الفورمولا 1، أصبح الحقن المباشر إلزاميًا لموسم 2014 ، حيث نصت اللائحة 5.10.2 على ما يلي: "لا يجوز وجود أكثر من حاقن مباشر واحد لكل أسطوانة، ولا يُسمح بوجود أي حاقنات قبل صمامات السحب أو بعد صمامات العادم." [ 67 ]

في محركات ثنائية الأشواط

يوفر نظام الحقن المباشر للبنزين (GDI) مزايا إضافية لمحركات الشوطين تتعلق بتنظيف غازات العادم وتزييت علبة المرافق.

تحتوي معظم محركات الشوطين على منافذ سحب وعادم مفتوحة أثناء شوط العادم لتحسين طرد غازات العادم من الأسطوانة. ونتيجة لذلك، يخرج جزء من خليط الوقود والهواء الداخل إلى الأسطوانة غير محترق عبر منفذ العادم. أما في نظام الحقن المباشر، فيأتي الهواء فقط (وعادةً بعض الزيت) من علبة المرافق، ولا يُحقن الوقود إلا عند ارتفاع المكبس وإغلاق جميع المنافذ.

يتم تزييت علبة المرافق في محركات الحقن المباشر للبنزين ثنائية الأشواط عن طريق حقن الزيت في علبة المرافق، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الزيت مقارنةً بالطريقة القديمة لحقن الزيت الممزوج بالوقود في علبة المرافق. [ 68 ]

يُستخدم نوعان من أنظمة الحقن المباشر للوقود (GDI) في المحركات ثنائية الأشواط: نظام منخفض الضغط مدعوم بالهواء ونظام عالي الضغط. تستخدم أنظمة الضغط المنخفض - كما هو الحال في دراجة Aprilia SR50 النارية موديل 1992 - ضاغط هواء يعمل بواسطة عمود المرفق لحقن الهواء في رأس الأسطوانة. ثم يقوم حاقن منخفض الضغط برش الوقود في غرفة الاحتراق، حيث يتبخر عند اختلاطه بالهواء المضغوط. ومن الأمثلة الأخرى على الحقن المباشر منخفض الضغط محركات OptiMax الخارجية من شركة Mercury Marine ، والتي توقف إنتاجها عام 2018.

طوّرت شركة فيشت الألمانية نظام حقن مباشر للبنزين عالي الضغط في التسعينيات، وقدمته شركة أوت بورد مارين (OMC) لمحركات القوارب البحرية عام ١٩٩٧ لتلبية لوائح الانبعاثات الأكثر صرامة. إلا أن هذه المحركات عانت من مشاكل في الموثوقية، وأعلنت شركة OMC إفلاسها في ديسمبر ٢٠٠٠. [ ٦٩ ] [ ٧٠ ] يُعد محرك إيفينرود إي-تيك نسخةً مُحسّنة من نظام فيشت، وقد طُرح عام ٢٠٠٣، [ ٧١ ] وحصل على جائزة التميز في الهواء النظيف من وكالة حماية البيئة الأمريكية عام ٢٠٠٤. [ ٧٢ ]

طوّرت منظمة "إنفيروفيت إنترناشونال" ، وهي منظمة أمريكية غير ربحية، مجموعات تعديل الحقن المباشر للدراجات النارية ثنائية الأشواط (باستخدام تقنية طورتها شركة "أوربيتال كوربوريشن ليمتد ") في مشروع يهدف إلى الحد من تلوث الهواء في جنوب شرق آسيا. [ 73 ] وتُعدّ سيارات الأجرة والدراجات النارية ثنائية الأشواط، التي يبلغ عددها حوالي 100 مليون سيارة في جنوب شرق آسيا، مصدراً رئيسياً للتلوث الإقليمي. [ 74 ] [ 75 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ «التقرير الخامس والعشرون للجنة المختارة المعنية بمزايا الصكوك القانونية - الملحق: المراسلات (SI 2007/1608)» . Parliament.uk . 2007. تاريخ الاطلاع: 18 يونيو 2026 .
  2. ^ بوج ، ألفريد، أد. (2007). Vieweg Handbuch Maschinenbau Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik ( الطبعة الثامنة عشرة). سبرينغر. ص. ل 91. ردمك   9783834801104.
  3. ↑ «مسودة تقرير التقييم الفني: التقييم النصفي لمعايير انبعاثات غازات الاحتباس الحراري للمركبات الخفيفة ومعايير متوسط ​​استهلاك الوقود للشركات لسنوات الطراز 2022-2025» (ملف PDF) . يوليو 2016. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 12 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2026 .
  4. ↑ "تكنولوجيا السيارات الخفيفة، وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، واتجاهات اقتصاد الوقود: من عام 1975 إلى عام 2016" (ملف PDF) . وكالة حماية البيئة الأمريكية . نوفمبر 2016. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 17 نوفمبر 2017. تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2016 .
  5. ^ ريف، كونراد، أد. (2014). إدارة السيارات (الطبعة الرابعة ). فيسبادن: سبرينغر. ص. 123. ردمك   9783834814166.
  6. 1 2 ريف، ص. 121.
  7. ^ فان باشويسن، ريتشارد، أد. (2017). Ottomotor mit Direkteinspritzung und Direkteinblasung: Ottokraftstoffe - Erdgas - Methan - Wasserstoff ( الطبعة الرابعة). فيسبادن: سبرينغر. ص. 2. رقم ISBN   9783658122157.
  8. ↑ فان باسهويسن، ص 52.
  9. ↑ فان باسهويسن، ص 27.
  10. 1 2 فان باسهويسن، ص 76.
  11. ↑ باسهايسن، ص 59.
  12. ↑ "محرك الشحن الطبقي" (ملف PDF) . رينو . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 27 سبتمبر 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 سبتمبر 2013 .
  13. ↑ فان باسهويسن، ص 31.
  14. ↑ "محرك سكاي أكتيف-جي؛ تقنية سكاي أكتيف" . مازدا . مؤرشف من الأصل في 7 أغسطس 2013. تم الاطلاع عليه في 25 سبتمبر 2013 .
  15. ↑ فان باسهويسن، ص 2.
  16. ↑ فان باسهويسن، ص 223.
  17. ↑ ريف، ص 124.
  18. ↑ فان باسهويسن، ص 72.
  19. ↑ فان باسهايسن. ص 393.
  20. ↑ فان باسهويسن، ص 275.
  21. ↑ مورغان، كريس (2015). "تأثيرات المعادن من مجموعة البلاتين والتركيب الكيميائي للطبقة الواقية على تصميم مرشح جسيمات البنزين المطلي" . مجلة جونسون ماثي للتكنولوجيا . 59 (3): 188-192 . doi : 10.1595/205651315X688109 .
  22. ↑ فان باسهويسن، ص 434.
  23. ↑ فان باسهويسن، ص 421.
  24. ↑ فان باسهويسن، ص 438.
  25. ^ فان باشويسن، ريتشارد. شيفر، فريد، محرران. (2017). "12". Handbuch Verbrennungsmotor ( الطبعة الثامنة). فيسبادن: سبرينغر. ص. 647. ردمك   9783658109011.
  26. ^ فان باشويسن، ص. 62-63.
  27. ^ ريف، كونراد. ديتشي، كارل هاينز (2010). Kraftfahrtechnisches Taschenbuch ( الطبعة السابعة والعشرون). فيسبادن: سبرينغر. ص. 565. ردمك   9783834814401.
  28. ↑ فان باسهويسن، ص 67.
  29. ↑ ريف، ص 122.
  30. ↑ فان باسهويسن، ص 69.
  31. ↑ فان باسهويسن، ص 70.
  32. ^ فان باشويسن وشيفر، ص. 647.
  33. ↑ فان باسهويسن، ص 140.
  34. ↑ سميث، سكوت؛ غوينثر، غريغوري (17 أكتوبر 2016). "تكوّن رواسب صمامات السحب في محركات الحقن المباشر للبنزين" . المجلة الدولية للوقود ومواد التشحيم التابعة لجمعية مهندسي السيارات . 9 (3): 558-566 . doi : 10.4271/2016-01-2252 . ISSN 1946-3960 . 
  35. ↑ فان باسهويسن، ص 78.
  36. ↑ "قد تُهدد التقنيات الموفرة للوقود المناخ والصحة العامة" . phys.org . 23 يناير 2020. تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2026 - عبر جامعة جورجيا.
  37. ↑ نيستاني، سروش إي.؛ والترز، ستايسي؛ فايستر، غابرييل؛ كوبرمان، غابرييل جيه.؛ صالح، رواد (21 يناير 2020). "التأثير الإشعاعي المباشر وآثاره على الصحة العامة لانبعاثات الهباء الجوي المرتبطة بالتحول إلى تقنيات الحقن المباشر للبنزين (GDI) في المركبات الخفيفة في الولايات المتحدة" . العلوم والتكنولوجيا البيئية . 54 (2): 687-696 . doi : 10.1021/acs.est.9b04115 . تاريخ الاسترجاع: 18 يونيو 2026 .
  38. ↑ "محرك مبتكر يعمل بضغط الوقود". مجلة الدراجات النارية . 29 فبراير 1912. ص 223. 
  39. ↑ "محرك الحث القسري المنخفض". مجلة الدراجات النارية . 24 أكتوبر 1912. الصفحات 1192-1193 . 
  40. ↑ فان باسهويسن، ص 7-9.
  41. 1 2 ألين، جيم (يونيو 2019). "الاحتراق المجنون". عالم الديزل . ISSN 1559-8632 . 
  42. ↑ ريكاردو، هاري (1953). محرك الاحتراق الداخلي عالي السرعة ( الطبعة الرابعة). غلاسكو، المملكة المتحدة: بلاكي وأولاده. ص 4.  
  43. 1 2 فان باشويسن، ريتشارد (أبريل 2007). Ottomoten مع Direkteinspritzung. Verfahren، Systeme، Entwicklung، Potenzial . فيسبادن: فيويغ وسون. الرقم التعريفي القياسي 3834802026 . 
  44. ↑ "ظهور نظام حقن الوقود" . autouniversum.wordpress.com . 25 سبتمبر 2010. مؤرشف من الأصل في 21 نوفمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 19 نوفمبر 2013 .
  45. ↑ بيري، كيلتون ميشيلز (1975). محرك هاينتز ذو الشحنة الطبقية: التعديلات من الأول إلى الخامس . قسم الهندسة الميكانيكية، جامعة ستانفورد. ص 18. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 يونيو 2026 – عبر كتب جوجل. 
  46. ↑ فايس، ميركل فريدمان (1979). تصميم وتقييم نموذج أولي لنظام التحكم في الوقود لمحرك ستراتي تشارج 6. قسم الهندسة الميكانيكية. ص 2. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 يونيو 2026 – عبر كتب جوجل. 
  47. ↑ "ثورة ديترويت الشاملة"" . مجلة تايم . ١٩ مارس ١٩٧٩. مؤرشف من الأصل في ٢٨ سبتمبر ٢٠١٣. تم الاطلاع عليه في ٢٥ سبتمبر ٢٠١٣ .
  48. ↑ تشيري، تشابا (يونيو 2004). "هل سينجح حقن البنزين المباشر أخيرًا؟" . مجلة كار أند درايفر . مؤرشف من الأصل في 27 سبتمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 25 سبتمبر 2013 .
  49. ↑ بيري، كيلتون ميشيلز (1975). محرك هاينتز ذو الشحنة الطبقية: التعديلات من الأول إلى الخامس . قسم الهندسة الميكانيكية، جامعة ستانفورد. ص 18. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 سبتمبر 2025 – عبر كتب جوجل. 
  50. ↑ فايس، ص 2.
  51. ↑ فايس، ص 26.
  52. ↑ "موسى يعرف: محرك بروكو 302 ذو الحقن المباشر" . 18 أغسطس 2011. مؤرشف من الأصل في 12 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه في 25 سبتمبر 2013 .
  53. ↑ باركر، أكويلي (2 ديسمبر 2009). "كيف تعمل محركات الحقن المباشر" . Howstuffworks.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 يونيو 2026 .{{cite web}}: CS1 maint: url-status ( link )
  54. ↑ "أحدث تقنيات MMC وأهداف المستقبل القريب: GDI" . شركة ميتسوبيشي موتورز . مؤرشف من الأصل في 12 يونيو 2012. تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2026 .
  55. ↑ "إطلاق سيارة GDI CARISMA في أوروبا" . شركة ميتسوبيشي موتورز (بيان صحفي). 29 أغسطس 1997. مؤرشف من الأصل في 10 ديسمبر 2006.
  56. ↑ «شركة ميتسوبيشي موتورز تُضيف أول محرك V6 سعة 3.5 لتر بتقنية الحقن المباشر للوقود (GDI) في العالم إلى سلسلة GDI فائقة الكفاءة» . ميتسوبيشي موتورز (بيان صحفي). 16 أبريل 1997. مؤرشف من الأصل في 1 أكتوبر 2009.
  57. ↑ «إنتاج محرك GDI1 يتجاوز مليون وحدة» . ميتسوبيشي موتورز (بيان صحفي). 11 سبتمبر 2001. مؤرشف من الأصل في 13 يناير 2009.
  58. ↑ "GDI-ASG فستقي" . شركة ميتسوبيشي موتورز (بيان صحفي). 28 سبتمبر 1999. مؤرشف من الأصل في 28 مارس 2009. تم الاطلاع عليه في 8 سبتمبر 2013 .
  59. ↑ ياماغوتشي، جاك (1 فبراير 2000). "تطبيقات ميتسوبيشي الجديدة لتقنية الحقن المباشر للبنزين" . مجلة هندسة السيارات الدولية . أرشيف من الأصل بتاريخ 10 يناير 2016. تاريخ الاسترجاع: 9 سبتمبر 2013 .
  60. ↑ بيتشام، ماثيو (7 ديسمبر 2007). "تحليل بحثي: مراجعة لأنظمة الحقن المباشر للبنزين" . جست-أوتو. مؤرشف من الأصل في 23 مايو 2013. تم الاطلاع عليه في 9 سبتمبر 2013 .
  61. ↑ «ميتسوبيشي موتورز وبيجو سيتروين تتوصلان إلى اتفاقية تعاون تقني بشأن محركات الحقن المباشر للبنزين» (بيان صحفي). ميتسوبيشي موتورز. ١٢ يناير ١٩٩٩. مؤرشف من الأصل في ١٢ يناير ٢٠٠٩. تم الاطلاع عليه في ٨ سبتمبر ٢٠١٣ .
  62. ↑ «شركة ميتسوبيشي موتورز تزود شركة هيونداي موتور بتقنية الحقن المباشر للبنزين لمحرك V8 الجديد بتقنية الحقن المباشر للبنزين» . ميتسوبيشي موتورز (بيان صحفي). 28 أبريل 1999. مؤرشف من الأصل في 12 يناير 2009. تم الاطلاع عليه في 8 سبتمبر 2013 .
  63. ↑ مجلة أعمال السيارات في اليابان . وحدة المعلومات الاقتصادية. 1997. ص 128. تاريخ الاطلاع: 9 سبتمبر 2013. تأتي هيونداي في المرتبة الثانية بعد فولفو بين الشركات التي تستعير التكنولوجيا من ميتسوبيشي . 
  64. ↑ "ليسوا مجانين إلى هذا الحد" . أوتوسبيد. 19 سبتمبر 2000. مؤرشف من الأصل في 1 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه في 9 سبتمبر 2013 .
  65. ↑ "تطبيقات ميتسوبيشي الجديدة لتقنية الحقن المباشر للوقود" . مجلة هندسة السيارات الدولية . 108. جمعية مهندسي السيارات: 146. 2000. تاريخ الاطلاع: 9 سبتمبر 2013. وقد أبرمت ميتسوبيشي أيضًا اتفاقية تطوير لتقنية الحقن المباشر للوقود مع شركة بيجو الفرنسية (PSA) لسيارات بيجو .
  66. ↑ "تحسين الأداء البيئي لمحركات الاحتراق الداخلي - المحرك" . تويوتا. 22 فبراير 1999. مؤرشف من الأصل في 9 سبتمبر 2009. تم الاطلاع عليه في 21 أغسطس 2009 .
  67. ↑ "اللوائح الفنية لسباقات الفورمولا واحد لعام 2014" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 16 يناير 2017.
  68. ↑ "تطبيقات محركات الدورة الثنائية واحتياجات التشحيم" . amsoil.com . 1 يوليو 2001. مؤرشف من الأصل في 18 أغسطس 2019. تم الاطلاع عليه في 18 أغسطس 2019 .
  69. ↑ رينكن، تيم (26 مارس 2001). "شركات كندية وألمانية تشتري أصول شركة قوارب في واوكيجان، إلينوي" . صحيفة سانت لويس بوست ديسباتش. مؤرشف من الأصل في 12 مارس 2011. تم الاطلاع عليه في 14 نوفمبر 2010 .
  70. ↑ أجوتيان، كارولين (مارس 2001). "إفلاس شركة OMC يترك المستهلكين في حيرة من أمرهم" . مجلة Boat/US . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 نوفمبر 2010 .{{cite news}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  71. ↑ "براءة اختراع الولايات المتحدة رقم 6398511" . قاعدة بيانات النصوص الكاملة والصور لبراءات الاختراع التابعة لمكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي. 18 أغسطس 2000. مؤرشفة من الأصل في 10 يناير 2016. تم الاطلاع عليها في 17 سبتمبر 2011 .
  72. ↑ "الحائزون على جوائز التميز في مجال الهواء النظيف لعام 2004" . وكالة حماية البيئة الأمريكية. مؤرشف من الأصل في 13 أكتوبر 2010. تم الاطلاع عليه في 14 نوفمبر 2010 .
  73. ↑ "شركة إنفيروفيت تعمل على تحديث البنية التحتية في الفلبين" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28 أبريل 2007.
  74. ↑ «مشروع إرناسيا - بيانات تلوث الهواء في المدن الآسيوية تُنشر» . Ernasia.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 سبتمبر 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 نوفمبر 2010 .
  75. ↑ هيرو، ألانة (1 أغسطس 2007). "تحديث المحركات يقلل التلوث ويزيد الدخل" . معهد وورلد ووتش. مؤرشف من الأصل في 10 نوفمبر 2010. تم الاطلاع عليه في 14 نوفمبر 2010 .