كيف نجعل محركات البنزين أنظف

الجسيمات الدقيقة هي المشكلة الكبرى في محركات الحقن المباشر للوقود ، لكن رفع الضغط وابتكارات أخرى يمكن أن تحل هذه المشكلة. والجدير بالذكر أن أنظمة الحقن عالية الضغط الجديدة تجعل محركات البنزين أنظف بكثير، وتمكنها من الالتزام ببروتوكولات الانبعاثات مثل WLTP.

أصبح الحقن المباشر للبنزين (المعروف أيضاً باسم الحقن المباشر للبنزين أو GDI) بسرعة الصديق المفضل لدى شركات تصنيع السيارات. فهو يوفر اقتصاداً أفضل في استهلاك الوقود وانبعاثات CO2 أقل، مع تحسين عزم الدوران عند القدرة المنخفضة، لكنه، كغيره من الأشياء، ليس نظاماً مثالياً.

تولد محركات GDI عدداً وكتلة من الجسيمات أكبر من محرك الحقن التقليدي في المنفذ. ومن طرق معالجة ذلك استخدام أنظمة حقن الوقود عالية الضغط. تعمل أنظمة GDI الحالية عند ضغط 200 بار، لكن إحدى الابتكارات الأولى لشركة Delphi Technologies تتمثل في نظام بضغط 350 بار.

تعمل شركات Delphi وMagneti Marelli وBosch أيضاً على أنظمة مستقبلية بضغط 500 بار. لكن أولاً: ما الذي يجعل محركات GDI تولد جسيمات أكثر من المحركات ذات الحقن في المنفذ التقليدي؟

https://www.youtube.com/watch?v=uxZAcYx1AV4

الوقود متطابق، فما الفرق؟

يحقن الأسلوب التقليدي رذاذاً مقاساً من الوقود في كل منفذ دخول أثناء سحب المكابس للهواء في شوط السحب. ينساب الوقود عبر مسارات مجمع السحب، فيتبخر في تيار الهواء أثناء تقدمه، ويصل إلى داخل الأسطوانة على شكل شحنة مثالية ومختلطة بشكل متجانس (متجانسة) جاهزة للاشتعال.

أما محركات GDI فتسحب هواءً نقياً فقط، وتحقن الوقود مباشرة في حجرة الاحتراق أثناء ضغط الهواء داخل الأسطوانة، قبل حدوث الاحتراق مباشرة. وقد صُممت منافذ الدخول لتدوير الهواء داخل الأسطوانة، فيصل الوقود وسط عاصفة صغيرة تمزج الهواء والوقود. لكن الوقت المتاح لتبخر قطرات الوقود أقل بكثير مما هو متاح في المحرك ذي الحقن في المنفذ خلال تلك الرحلة الطويلة، ويعني التبخر غير الكامل لقطرات الوقود زيادة في الجسيمات.

يؤدي رفع ضغط حقن الوقود لتقليل حجم قطرات الوقود إلى تبخر أفضل في الوقت القصير المتاح داخل محرك GDI. وتزعم Delphi أن نظامها الأول بضغط 350 بار في الصناعة يقلل حجم الجسيمات وكميتها بنسبة تصل إلى 70%، وأن نظامها القادم بضغط 500 بار يتفوق على الأول بنسبة إضافية قدرها 50%. لكن تحقيق ذلك ليس سهلاً كما يبدو، فالأمر لا يقتصر على فتح الصنبور.

أولاً، كلما ارتفع الضغط زادت الطاقة اللازمة لتوليده، وهذا يستهلك نسبة صغيرة من قدرة المحرك ويؤثر تأثيراً طفيفاً على توفير الوقود. كما قد يزيد الضجيج ويضع إجهاداً أكبر بكثير على جميع مكونات الحقن. وتحتاج المحاقن الجديدة والأقوى إلى قياس الوقود بدقة أكبر، إضافة إلى التعامل مع الضغط الإضافي والتغييرات الدقيقة في خط الوقود الذي يغذي المحاقن.

حل لخفض انبعاثات CO2 في محركات البنزين؟

يوفر تصميم مضخة المحقن الجديد من Delphi الضغط الإضافي دون زيادة الضجيج وبأقل استهلاك للطاقة. كما يتجنب زيادة الحمل على آلية التشغيل والتعديلات المكلفة اللاحقة على المحرك نفسه. يُعد نظام Delphi بضغط 350 بار الخطوة الأولى، ومن المتوقع أن تظهر أنظمة بضغط 350 و500 بار من موردين كبار آخرين خلال السنوات القادمة.

بدأت مرشحات الجسيمات، مثل المرشح الذي نراه في الصورة الرئيسية Porsche، تُركّب في السيارات الجديدة لتقليل انبعاثات الجسيمات الخارجة من المحرك بنسبة 90%. تُثبّت المرشحات بالقرب من المحرك حتى تسخن وتبدأ العمل بسرعة. كما تعمل كمحولات حفازة ثلاثية الاتجاه مثبتة بالفعل في السيارات ذات محركات البنزين لتنقية أكاسيد النيتروجين (NOx) وأول أكسيد الكربون (CO) والهيدروكربونات (HC).