X
تبلیغات
رایتل
سه‌شنبه 17 اردیبهشت‌ماه سال 1392
توسط: بهنام

مهندسی اتوموبیل سازی

مهندسی اتوموبیل سازی
1- مقدمه:
1-1- مرور کلی
مهندسی اتومبیل سازی با تأکید رو به افزایش بر دستیابی به پیشرفتهای اساسی در اقتصاد سوخت اتومبیل ، در تلاش جهت ارائه موتورهایی هستند که مصرف موقت ویژه ترمز (BSFC) را افزایش داده و می توانند از شرایط و نیازهای انتشار شدید آینده تبعیت کنند. BSFC و اقتصاد سوخت، موتور گازوئیلی، تزریق مستقیم (CIDI) و موتور دیزلی، بر BSFC و اقتصاد سوخت موتور احتراق جرقه ای (Spark-ignition) که سوخت آن از طریق مجرا و دهانه موجود در آن تزریق می شود، ارجحیت دارد، دلیل این امر، عمدتاً استفاده از نسبت تراکم بسیار بالاتر و عمل غیر کنترلی می باشد. بنابراین،‌موتور دیزلی، عموماً صدا و سطح پارازیت بالاتر، دامنه سرعت محدودتر، قابلیت راه اندازی کاهش یافته و انتشارات Nox بالاتری را نسبت به موتور احتراق جرقه ای (SI) از خود نشان می دهد. در طول دو دهه گذشته، تلاش هایی در جهت ارائه موتور احتراق درونی در مورد کاربردهای اتومبیل سازی صورت گرفته است که بهترین ویژگیهای موتورهای SI و دیزی را با هم ترکیب کند. هدف از این کار، ترکیب نیروی ویژه موتور گازوئیلی با کارایی و بازده موتور دیزلی در بخشی از بار بوده است. چنین موتوری ، BSFC را ارائه می دهد که به BSFC موتور دیزلی نزدیک بوده و در عین حال، ویژگیهای عملی و بازده قدرت ویژه موتور SI را محفوظ می دارد.


تحقیق، نشان داده است که کاندید نوید بخش برای دستیابی به این هدف، یک موتور احتراق جرقه ای ،‌چهار ضربه ای، تزریق مستقیم است که ترکیب ورودی را جهت کنترل بار خفه نمی کند. در این موتور، یک ستون ابری شکل اسپری سوخت، مستقیماً به سیلندر تزریق می شود، و ترکیب هوا - سوخت با یک ترکیب قابل احتراق در پلاتین و مولد جرقه و در زمان احتراق ، ایجاد می شود. این نوع موتور، بعنوان یک موتور تزریق مستقیم، شارژ لایه ای (DISC) طراحی می شود. این نوع موتور، عموماً؟؟ بسیاری در مورد سوختهای دارای عدد اکتان و اندیس حرکت پذیری پائین تر را از خود بروز می دهند، و بخش چشمگیری از کار اولیه در مورد موتورهای طرح اولیه DISK بر قابلیت چندسوختی متمرکز بود. توان خروجی این موتور، به شیوه ای مشابه با توان خروجی موتور دیزلی، با تغییر میزان که به سیلندر تزریق می شود، کنترل می گردد. هوای القایی (مکشی) خفه نمی شود بنابراین به حداقل رسانی کار منفی حلقه پمپاژ چرخه، مورد توجه قرار می گیرد. موتور، با استفاده از کلید جرقه جهت احتراق سوخت و ترکیب با هوا، موجبات احتراق مستقیم را فراهم می آورد، بنابراین از بسیاری از شرایط و نیازهای کیفیت احتراق احتراق اتوماتیک را که مربوط به سوختهای موتور دیزلی هستند، اجتناب می کند. بعلاوه، به وسیله تنظیم کلید جرقه و انژکتور سوخت، ممکن است کل عمل ترکیبات سوختنی بسیار زیاد بدون مواد قابل احتراق کافی حاصل شود، و یک BSFC افزایش یافته به بار آید.
از یک چشم انداز تاریخی، تمایل به این منافع مهم، تعداد تحقیقات مهم در مورد پتانسیل موتورهای DISC ، ارتقاء یافته است. چند استراتژی احتراق، ارائه و اجرا شدند، از جمله سیستم احتراق کنترل شدة (TCCS) Texaco Man-fm of masch inenfabrik Auguburg-Nurnberg و سیستم احتراق برنامه ریزی شده Ford این سیستم های اولیه، مبتنی بر موتورهایی بودند که دو شیر در هر سیلندر، با یک محفظه احتراق کاسة داخل پیستون داشتند. تزریق تأخیری، با بکارگیری یک سیستم تزریق سوخت نازل - خط - پمپ مکانیکی حاصل از یک کاربرد موتور دیزلی ، بدست آمد. عمل عدم خنگی (withrottled) از طریق دامنة بار و با BSFC حاصل شد که با موتور دیزلی تزریق غیر مستقیم (IDI) رقابت می کرد . نقطه ضعف عمده این بود که زمان بندی تزریق تأخیری ، حتی در بار کامل حفظ می شد، این امر، به دلیل محدودیات سیستم تزریق سوخت مکانیکی بود. این امر امکان احتراق بی دود یا کم دود را برای نسبتهای سوخت - هوای غنی تر از 20 به 1 فراهم می کرد. لزوم استفاده از تجهیزات تزریق سوخت دیزلی، با نیاز به یک توربو شارژ جهت فراهم آوردن توان خروجی مناسب همراه بود که منجر به ایجاد موتوری با ویژگیهای عملکرد هزینه ای می شد که مشابه با ویژگیهای عملکرد و هزینه یک موتور دیزلی بود، اما دارای انتشارات هیدروکربن خام با بار نسبی ضعیف (UBHC) بود. ترکیب کاربرد هوای نسبتاً رقیق و استفاده از تجهیزات تزریق سوخت که محدود به دامنة سرعت بود، بدین معناست که توان خروجی ویژه موتور، کاملاً پائین بود. مبحثی در مورد ترکیب بندی هندسی این سیستم های اولیه در بخش 1-6 ارائه می شود.
بسیاری از محدودیات اساسی که در کار اولیه در مورد موتورهای DISC وجود داشت،‌هم اکنون می توانند از بین بروند. این امر، خصوصاً در موردمحدودیتهای کنترل عمده ای صحت دارد که در مورد انژکتورهای تزریق مستقیم (DI) مربوط به 15 سال پیش وجودداشته است. تکنولوژیها و استراتژیهای کامپیوتری جدید،‌توسط بسیاری از شرکتهای اتومبیل سازی جهت بررسی مجدد اینکه کدام منافع بالقوة موتور تزریق مستقیم گازوئیل (GDI) می توانند در تولید موتورها به کار روند، استفاده می شوند. این موتورها و استراتژیهای احتراق، در بخش های 2-6 و 17-6 مورد بررسی قرار می گیرند.
اطلاعات موجود در این سند، امکان مرور بررسی جامع دینامیکهای ترکیبی و استراتژیهای کنترل احتراقی را برای خواننده فراهم می آورد که ممکن است در موتورهای گازوئیلی، تزریق مستقیم، احتراق جرقه ای ، چهار ضربه ای به کار روند. بسیاری از این اطلاعات که هنوز به زبان انگلیسی ترجمه شده اند، دقیقاً مورد بررسی قرار می گیرند، و تحقیق و توسعة دقیق و حیاتی آینده، شناسایی می شوند.


2-1- منافع بالقوه اصلی: موتور GDI در مقابل موتور PFI
تفاوت اصلی میان موتور PFI و موتور GDI ، در استراتژیهای آماده سازی ترکیب است که در شکل 1 نشان داده می شود. در موتور PFI ، سوخت به دهانه ورودی هر سیلندر تزریق می شود، و زمانی عقب ماندگی میان عمل تزریق و کاهش سوخت و هوا در سیلندر وجوددارد. اکثر موتورهای PFI اتومبیلی فعلی، از تزریق سوخت زمان بندی شده روی پشت دریچه ورودی استفاده می کنند، البته آنها اینکار را از زمانی انجام می دهند که دریچه ورودی بسته باشد. در طول استارت زدن و آغاز سرما، یک لایة متحرک (موقت) ، یا ترکیبی از سوخت مایع،‌در ناحیه دریچه ورودی مجرا (دهانه)‌تشکیل می شود. این امر، موجب تأخیر در دریافت سوخت و خطای ژیگلور می گردد،‌این امر، بواسطه تبخیر ایجاد می شود و ایجاد این امر، جهت تأمین مقدار سوختی که از مقدار مورد نیاز برای نسبت استوکیومتریک ایده آل بیشتر است،‌لازم و ضروری است. این زمان عقب ماندگی و رتیکب ممکن است موتوری را ایجاد کند که جرقه نمی زند یا در چرخه های 4 تا 10 اولیه، سوختن ناقص را بوجود آورد، و افزایش چشمگیری در انتشارات UBHC ایجاد سازد.
متقارباً، تزریق مستقیم سوخت به سیلندر موتور، از ایجاد مشکلات و مشکلات همراه با مرطوب بودن دیواره سوخت در دهانه جلوگیری کرده و در عین حال، امکان کنترل افزایش یافته سوخت تنظیم شده را برای هر احتراق و امکان کاهش زمان انتقال سوخت را فراهم می سازد. جرم واقعی سوخت وارد شده به سیلندر در یک چرخه معین می تواند بیشتر با تزریق مستقیم کنترل شود تا با PFI موتور GDI ، نیرو و پتانسیلی را برای احتراق مناسب تر ، تغییر کمتر سیلندر تا سیلندر دیگر در نسبت سوخت - هوا و مقادیر BSFC عمل پائین تر، ارائه می دهد. انتشارات UBHC در طول آغاز سرما ، با تزریق مستقیم، کمتر می شود. و عکس العمل موقتی موتور می تواند حاصل شود. در نتیجه فشار سوخت عملی بالاتر سیستم GDI ، سوخت وارد شده به سیلندر تحت شرایط عمل در سرما بهتر از فشار سوخت عملی سیستم PFI بهینه سازی می شود، بنابراین مقادیر تبخیر سوخت بیشتری را ارائه می دهد. سایز و اندازة افت متوسط، 16 میکرون SMD است که با 120 میکرون SMD سیستم PFI قابل مقایسه می باشد. بنابراین، شایان ذکر است که تزریق مستقیم سوخت به سیلندر، تضمین نمی کند که مسائل ومشکلات مربوط به لایة سوخت، وجود ندارد. مرطوب بودن تاج های پیستون یا سطوح دیگر محفظة احتراق ،‌عمدی یا سهوی ، تبخیر و تشکیل لایة‌ دیوار موقتی متغیر مهمی را ارائه می دهد.
البته،‌مفهوم GDI ،‌فرصتهایی را جهت گریز از محدودیات اساسی موتور PFI ،‌خصوصاً محدودیات مربوط به مرطوب بودن دیوارة دهانة ارائه می دهد. لایة سوخت در دهانة ورودی موتور PFI، بعنوان یک خازن تلفیقی عمل می کند،‌و این موتور، در واقع در سوخت دقیق تنظیم شده حاصل از لایه عمل می کند، نه از سوختی که توسط انژکتور، تنظیم می شود. در طول یک استارت سرد، سوخت حاصل از بیش از 10 چرخه باید جهت دستیابی به یک لایة نوسانی و ثابت سوخت مایع در دهانة ورودی باید تزریق گردد. این امر بدین معناست که موتور PFI سرد، ابتدا در چرخه های معدود، راه اندازی و روشن نمی شود، گرچه سوخت، مکرراً به لایه تزریق می شود. آلگوریتم های کنترل باید در صورتی جهت فراهم سازی امکان سوختن اضافی مورد استفاده قرار گیرند که زمانهای استارت قابل قبول PFI حاصل می شوند ، گرچه دمای کاتالیزور، زیر آستانه iight-off در این شرایط قرار دارد و انتشارات UBHC افزایش خواهند یافت. بنابراین، در مورد سیستم های PFI ، تولید 90 درصد از انتشارات کلی BHC در آزمایش انتشار US FTP در اوایل دهه 90 امکانپذیر نیست.
تزریق مستقیم گازوئیل به سیلندر موتور چهار ضربه ای، گازوئیلی، احتراق جرقه ای ، لایه سوخت تلفیقی را در دهانة ورودی حذف می کند. مشخص شده که تزریق مستقیم گازوئیل با غنی سازی اندک یا بدون غنی سازی سرد می تواند استارتهایی را در چرخة دومین استارت زدن فراهم سازد و همچنین می تواند کاهش های چشمگیری را در طول بارگیری موقت، پالس های کوتاه مدت UBHC را به معرض نمایش بگذارد. یک نمونه مناسب از مقایسه کمیت سوخت مورد نیاز جهت راه اندازی موتورهای PFI و GDI در شکل 2 ارائه می شود. کاملاً بدیهی است که موتور GDI جهت راه اندازی موتور به سوخت بسیار کمتری نیاز دارد و این تفاوت در شرایط و نیازهای موقت می نیمم ، همانطور که دمای محیط کاهش می یابد، بیشتر می شود.
محدودیت دیگر موتور PFI ، نیاز به خفه سازی برای کنترل بار اصلی می باشد. هر چند که خفه سازی، یک مکانیسم قابل قبول و قابل اعتماد مربوط به کنترل بار در موتور PFI می باشد، اما اتلاف ترمودینامیک همراه با خفه سازی، اساسی به حساب می آید. هر سیستمی که از خفه سازی جهت تنظیم سطح بار استفاده می کند، اتلاف ترمودینامیکی را تجربه خواهد کرد که همراه با این حلقه پمپاژ است، و کاهش بازدة حرارتی را در سطوح پائین بار موتور به معرض نمایش خواهد گذاشت. موتورهای پیشرفته PFI فعلی، هنوز کارایی دارند. هنوز به خفه سازی جهت کنترل بار اصلی نیاز دارند. آنها همچنین دارای یک نوار عملی سوخت مایع در دهانة ورودی هستند این دو شرط عملی اساسی PFI ، دو اشکال بزرگ و عمده را در دستیابی به پیشرفتهای عملی چشمگیر در انتشارات یا اقتصاد سوخت PFI ارائه می دهند. پیشرفتهای رو به افزایش و مداوم در تکنولوژی PFI قدیمی، بوجود خواهد آمد، اما احتمال اینکه اهداف انتشار و اقتصاد سوخت با دامنه طولانی بتوانند بطور همزمان حاصل شوند، وجود ندارد. موتور GDI ، در تئوری، دارای این دو محدودیت عمده و محدودیات عملکرد توأم با آنها نمی باشد. مزایای تئوریکی موتور GDI در موتور معاصر PFI ، به شرح زیر خلاصه می شوند.
اقتصاد سوخت افزایش یافته و پیشرفته 1 تا 25 درصدتوسعه پتانسیل، بسته به چرخة آزمایش که ناشی از موارد زیر می باشد.
•     اتلاف پمپاژ کمتر (حالت بدون خفگی و لایه ای )
•     اتلافهای گرمای کمتر (حالت بدون خفگی و لایه ای)
•     نسبت تراکم بیشتر (خنک سازی بار با تزریق در طول القا)
•     نیاز به اکتان پائین تر (خنک سازی بار با تزریق در طول القا)
•     بازده حجمی افزایش یافته (خنک سازی بار با تزریق در طول القا)
•     قطع سوخت در طول کاهش سرعت وسیله نقلیه (بدون لایه چند راهه)
•     واکنش موقتی افزایش یافته
•     غنی سازی شتاب کمتر مورد نیاز (بدون لایة چند راهه)
•     کنترل نسبت سوخت - هوای رقیق تر
•     استارت زدن سریع تر
•     سوختن اضافی استارت سرد کمتر مورد نیاز
•     محدودیت تولرانس EGR توسعه یافته (برای به حداقل رسانی استفاده از خفه سازی)
•     مزایای انتشارات انتخابی
•     انتشارات UBHC استارت سرد کاهش یافته
•     انتشارات CO2 کاهش یافته
•     پتانسیل افزایش یافته برای بهینه سازی سیستم
فشارهای تزریق بسیار بالاتر مورد استفاده در سیستم های تزریق GDI ریل مشترک در مقایسه با سیستم های سوخت PFI ، درجه اتوماتیک سازی سوخت و میزان تبخیر سوخت را افزایش می دهد، و در نتیجه دستیابی به احتراق ثابت از اولین یا دومین چرخه تزریق بدون تأمین سوخت اضافی ،‌امکانپذیر است. بنابراین، موتورهای GDI ،‌دارای پتانسیل دستیابی به انتشارات UBHC استارت سردی هستند که می توانند به سطح مشاهده شده در مورد شرایط اجرای ثابت نزدیک شود. Takagi گزارش داد که انتشارات UBHC استارت سرد حاصل از موتور GDI بهینه سازی شده تحت شرایط قابل مقیاس می باشند. مزیت نهفته دیگر موتور GDI ،‌گزینه استفاده از قطع سوخت در زمان کاهش سرعت می باشد. قطع سوخت، به شرط اجرای موفق می تواند امکان توسعه ها و پیشرفتهای دیگری را در سطوح انتشار UBHC خارج از موتور و اقتصاد سوخت، فراهم سازد. در مورد موتور PFI که از یک لایة تعیین سوخت در دهانه ورودی عمل می کند،‌قطع سوخت در طول کاهش سرعت وسیله نقلیه، گزینه عملی و قابل اجرایی به شمار نمی رود، و موجب کاهش یا حذف لایه سوخت مایع در دهانه می گردد. این امر،‌ترکیبات بسیار رقیقی را در محفظة احتراق و در مورد چرخه محدود ایجاد می کند؛ این ترکیبات به دنبال ذخیره بار ایجاد شده و عموماً منجر به عدم روشن شدن موتور می گردد.
شایان ذکر است که مهندسین طراحی، مدیران و محقیقینی که باید اطلاعات منتشر شده در مورد مزایای موتورهای GDI بر موتورهای PFI را ارزیابی کنند، باید از یک منطقة مقایسه داده ها و این گزارش مشوش آگاه باشند. در بسیاری مقالات،‌عملکرد GDI با خطوط مبنای PFI که مشخص شده اند، مقایسه می شود، و این امر انجام یک مقایسه مهندسی مستقیم را میان عملکرد PFI و GDI ، برای خواننده بسیار مشکل می سازد. یک مثال مناسب، مقایسه داده های اقتصاد سوخت PFI و GDI است که با استفاده از دو وسیله نقلیه مختلف با دو وزن اینرسی مختلف بدست آمد. مثالی از یک تفاوت ظریف تر، ارزیابی کاهش BSFC است که ناشی از حذف کامل خفه سازی در یک موتور GDI می باشد، اما اتلاف پارازیتی یک پمپ خلاء را که باید جهت ترمزگیری و کاربردهای دیگر اضافه گردد را مورد توجه قرار نمی دهد و آنرا حذف نیز نمی کند. تعدادی از مقایسات منتشر شده، میان این دو محدوده قرار دارند. به خوانندگان هشدار داده می شود که کلیه ادعاهای مربوط به اطلاعات قیاسی GDI/PFI و درجه ای که سیستم ها با آن و تحت شرایط و محدودیات مختلف آزمایش شده اند را به دقت بررسی کنند.
موتورهای PFI ،‌دارای مزایای محدودی بر موتورهای GDI هستند، و این امر ، بواسطه این حقیقت است که سیستم ورودی ، مثل یک محفظه پیش تبخیری عمل می کند. زمانیکه سوخت ، مستقیماً به سیلندر موتور تزریق می شود، زمان قابل دسترسی برای عمل ترکیب ،‌به طور چشمگیری کاهش می یابد. در نتیجه،‌اتوماتیک سازی اسپری سوخت،‌باید به حد کافی جهت مجازسازی تبخیر سوخت در زمان محدود قابل دسترسی میان تزریق وا حتراق ، مناسب باشد. قطرات کوچک سوختی که تبخیر نمی شوند، احتمالاً در سوختن انتشاری دخالت کرده،‌یا بصورت انتشارات UBHC از موتور خارج می شوند. همچنین ، سوخت تزریقی مستقیم به سیلندر موتور می تواند منجر به تأثیر سوخت بی هدف بر پیستون یا دیوارة سیلندر گردد. این عوامل، می توانند به سطوح انتشارات ویژه و یا UBHC و به ساییدگی دهانه سیلندر که می تواند به راحتی از ساییدگی دهانه سیلندر یک موتور PFI بهینه سازی شده بیشتر شود، کمک کند. برخی از مزایای دیگر موتورهای PFI مثل سخت افزای سیستم سوخت کم فشار، شدت توان بالاتر در بار جزئی (part load) و عملی بودن استفاده از کاتالیزور سه راهه و دماهای تخلیه بالاتر در مورد بازدة کاتالیزور افزایش یافته ،‌چالش در حال تکاملی را برای موتور GDI ارائه می دهد.
گرچه موتور GDI ، مزایای نهفته مهمی را فراهم می آورد، اما مسائل و مشکلاتی را بهمراه دارد که مشابه با مسائل و مشکلات موتورهای DISC قدیمی هستند. جایگزینی موتور PFI با موتور GDI بصورت تأسیسات تولید برق اتومبیل، با موارد زیر محدود می گردد:
•     سختی کنترل احتراق بار لایه ای در گستره عمل مورد نیاز
•     پیچیدگی تکنولوژیهای تزریق و کنترل مورد نیاز برای تغییرات یکپارچه بار
•     نسبت تقریباً بالای تشکیل رسوبات انژکتور و یا سوختن احتراقی
•     انتشارات UBHC بار سبک نسبتاً بالا
•     انتشارات Nox بار سنگین نسبتاً بالا
•     تولید Nox محلی زیاد، تحت عمل بار لایه ای، و بار جزئی (part load)
•     تشکیل دوده برای عمل بار سنگین
•     انتشارات ویژه افزایش یافته
•     کاتالیزور سه راهه نمی تواند در مورد کل مزایا به کار رود
•     ساییدگی افزایش یافته جزئی از سیستم سوخت بواسطه ترکیب سوخت کم و فشار زیاد
•     مقادیر افزایش یافته ساییدگی دهانه سیلندر
•    شرایط و نیازهای ولتاژ و نیروی الکتریکی افزایش یافته انژکتور را محرکها،
•    اتلاف پارازیتی پمپ سوخت و فشار سیستم سوخت افزایش یافته.
موارد فوق، باید در هر طراحی ویژه، در صورتی مورد بررسی قرار گیرند که موتور GDL، جایگزین موتور PPL فعلی گردد. اگر تنظیمات انتشار آینده مثل  و سینه تقلید دارای انتشار بسیار کم (VLEV)، و سینه تقلید دارای انتشار فوق العاده کم (SVLEV) و شرایط اقتصاد سوخت میانگین (CAFÉ) بتوانند با استفاده از موتورهای PEI و بدون نیاز به سخت افزار جدید پیچیده حاصل شوند، میزان نفوذ به بازار در هداموتورهای GDL، کاهش خواهد یافت، شرایط GDL در مورد سخت افزار تزریق سوخت پیشرفتی، پمپ سوخت فشار بالا، و یک سیستم کنترل موتور پیچیده تر بوجود خواهد آمد. محدودیت مهم در مورد طراحی های مورتور GDL، انتشارات نسبتاً بالای Nox و UBHC و این حقیقت می باشد که کاتالیزورهای سه راهه نمی توانند بطور موثر و مفید به کار روند. کار کردن موتور، تحت شرایط رقیق. انتشارات Nox خارج موتور را کاهش می دهد، اما این امر عموماً نمی تواند به سطح کاهش 90 درصدی دست یابد که می تواند با استفاده از یک کاتالیزور سه راهه حاصل شود. کار بیشتری در مورد ارائه کاتالیزورهای Nox رقیق، در سطح دنیا، در دست اقدام می باشد، اما در همین زمان، بازده تبدیلی قابل دستیابی، کمتر از بازده تبدیلی کاتالیزورهای سه راهه است. انتشارات زیاد UBHC در بار سبک نیز، مسئله ای است که راه حل آن در دست اقدام است. علیرغم این موارد  مشکلات، موتور GDL، افق گسترده و جدیدی را برای کاربردهای آینده ارائه می دهد که با موتور توسعه یافته PFI قابل مقایسه می باشد.
بطور خلاصه، کسب مزایای نهفته مفهوم GDL، از کسب وضعیت اولویتی، مهمتر
می باشد. این مفهوم، فرصتهای بسیاری را جهت دستیابی به پیشرفتهای مهم در مصرف سوخت موتور ارائه داده و در عین حال، کاهش های عمده ای را در انتشارات UBHC خارج از موتور مشخص می سازد. هر چند که موتور PFI پیشرفته فعلی به سرعت تکامل یافته است، اما به محدوده پتانسیل سیستمی رسیده است که مبتنی بر خفه سازی (thro ttlins ) و یک لایه سوخت دهانه می باشد؛ بنابراین. چالش تکنیکی رقابت با مجری تکامل یافته ای مثل موتور PFI. نمود اغراق تلقی نمی شود. از اواخر دهه 1970. زمانیکه بخش مهمی از کار موتور DLSC انجام شد. موتور SL به عنوان یک خط مبنای در حال توسعه به تکامل و پیشرفت خود ادامه می داد. این سیستم سوخت همچنین بطور مداوم از کاربراتور تا تزریق throttle-body سپس تا PFI سوختن همزمان و اخیراً تا PFI سوختن ترتیبی و مرحله ای تکامل یافته است. نتیجه این است که امروزه موتور PFI احتراق جرقه ای استاندارد معیرا و نشانه سیستم های برق اتومبیل است. به منظور جایگزینی این استاندارد اهداف توسعه ای ویژه در مورد موتورهای آینده GDI در مقایسه با مورتوهای PFI فعلی به شرح زیر می باشند:
•    کاهش 15 تا 20 درصدی در BSFC در یک چرخه تلفیقی؛
•    سازگاری و مطابقت با تنظیمات انتشارات آینده؛
•    توان خروجی ویژه ای که با PFI مقایسه می شود؛
•    قابلیت تحرک در طول استارتهای سرد ترانزیت های باری و گرمایشی که با PFI قابل مقایسه است:
•    علاوه بر موارد فوق، استراتژیهای کنترل و سخت افزار موثر و قابل اطمنان برای تکنولوژی تزریق مستقیم گازوئیل، باید توسعه یافته و تحت بررسی قرار گیرند. به چند دلیلی که تزریق سوخت دهانه، به تدریج جایگزین تزریق throttle-body و کاربراتور می سواد، پیکر بندی احتراق GDL که به منزله ارتقای کی یاز مفاهیم ارائه شده در این مقاله است، به صورت یک سیستم موتور S غالب، تجلی یافته و به تدریج، جایگزین کاربردهای PFI خواهد بود.
3- دینامیکهای ترکیب داخل سیلندر و هندسه محفظه احتراق
1-3- ساختار جریان
میدان جریان داخل سیلندر موقتی که د طول حرکت ضربات تراکم دو رود یک موتور GDL ارائه می شود، یکی از عوامل اصلی در تعیین قابلیت اجرا پذیری عملی سیستم می باشد. بزرگی مولفه های متوسط حرکت  و تغییرات ناشی از آنها در کل چرخه، از اهمیتی برخوردار هستند که با بزرگی مولفه های متوسط حرکت سیستم تزریق سوخت، قابل قیاس می باشد. در یک مقیاس میکروسکوپی، سطح بالای آشفتگی، برای افزایش و ارتقای پروسه ترکیب هوا- سوخت، لازم است؛ اما جریان انبوه
(bulk flow) یا میانگین تحت کنترل. عموماً برای تثبیت یک ترکیب لایه ای مورد نیاز می باشد. در مورد موتورهای CSL بدیهی است که نوسانات سرعت آشفتگی نزدیک به نقطه مرگ بالایی (TDC) در تراکم می تواند این بزرگی را به صورت سرعت میانگین کسب کند. و بدیهی است که حمل و نقل انتقالی و حمل و نقل انتشاری آشفته می توانند دارای تاثیر معادلی در تعیین وضعیت اولیه پروسه احتراق باشند. مثدار صحیح نوشان تجمع ترکیب در داخل محفظه احتراق می تواند به بزرگی مقدار صحیح نوسان سرعت باشد. این امر منجر به نوسانات شدید تجمع در یک نقطه ثابت مثل محل پلاتین مولد جرقه می شود که این امر نیز می تواند منجر به بروز مشکلاتی در بدست آوردن یک هسته مشتقل و ثابت گردد.
چهار ویژگی تحت کنترل اصلی در مورد میدان جریان داخل سیلندر وجود دارد، مولفه های جریان متوسط، ثبات جریان متوسط، چرخش آشفته موقت در طول ضربه تراکم، و سرعت متوسط نزدیک به پلاتین مولد جرقه در زمان احتراق. در مورد احتراق متجانس در مورتور SL، ترکیب شدت آشفتگی بالا و سرعت متوسط پائین در پلاتین مولد جرقه، مطلوب می باشد. این امر، عموماً در مورد موتورهای PFL حاصل می شود و همین طور در مورد موتورهای GDL که منحصراً به حالت تزریق اولیه عمل می کنند. بنابراین، ساختار جریانی که می تواند انرژی جنبشی جریان متوسط را در ضربه تراکم به انرژی جنبشی آشفته تبدیل کند، بری احتراق متجانس، مطلوب و مناسب به شمار می آید. موتور GDL با استفاده از تزریق تاخیری، با میدان جریانی که دارای سرعت متوسط افزایش یافته و سطح آشفته کاهش یافته می باشد، به خوبی کار می کند، این امر نیز به دستیابی ب لایه بندی ثابت تر ترکیب، کمک می کند. این امر، نشان می دهد که میدان جریان بهینه به استراتژی تزریقی بستگی دارد که مورد استفاده قرار می گیرد، و این امر در مورد موتورهای GDL با ویژگیهای کامل که با هر دو استراتژی کار می کنند، مطابق نیست. در مورد سیستم احتراق GDL، به نظر می رسد که کنترل میزان ترکیب به وسیله جریان انبوه، پتانسیل و نیروی بیشتری داشته باشد تا زمان بندی تولید آشفتگی. این امر بدین معنا نیست که اشفتگی در مورد پورسه احتراق، موضوع مهمی به حساب نمی آید - در حقیقت، آشفتگی، عامل مهمی در حمل EGR در منطقه احتراق محلی می باشد.
در کل، ساختار جریان چرخشی، در سیلندر و محفظه احتراق وجود دارد و این ساختار منسجم، دارای زاویه لحظه ای انحراف میان محور سیلندر و محور اصلی رچخش می باشد. جز چرخشی که دارای محوری که موازی با محور سیلندر است، چرخان (swirl) نامیده می شود، و جزئی که دارای محور عمود بر محور سیلندر است، معلق نامیده می شود. بزرگی هر دو مولفه چرخان و معلق شدیداً به ویژگیهای طراحی دهانه ورودی، هندسه شیر ورودی، نسبت ضربه / دهانه و به شکل محفظه احتراق بستگی دارند. ساختارهای جریان غائب معلق و جریان غائب چرخان، جهت دستیابی به احتراق لایه ای در مورتورهای GDL مورد استفاده قرار می گیرند. در مورد معلق ستون ابری- شکل سوخت، از حالت حفره شکل در پیستون منحرف می شود، و سوخت مایع و گاز، به شمع محترق کننده منتقل می شوند. در مورد میدان جریان غالب چرخان، تریکب می تواند در پیرامون حفره پیستون، تجمع یابد. حرکت هوای دیگری که باید به صورت دقیق توسعه در سیستم احتراق GDL ارزیابی شود، squish است. این جریان، در مسیر شعاعی داخل فاصله آزاد پیستون تا راس و در زمانی ایجاد می شود که پیستون، به TDC تراکم نزدیک می شود. برخی از ویژگیهای چرخان، معلق و squish و نقش آنها در سیستم احتراق GDL عبارتند از :
•    چرخان:
•    اتلاف ویسکوز کمتری به بار می آورد و به مدت طولانی تر در ضربه تراکم حفظ می شود؛
•    برای محافظت لایه بندی. مناسب است؛
•    زمانیکه با squish ترکیب می شود شدیدتر می گردد؛
•    وابسته سرعت موتور است بنابراین منطقه عمل محدودی را برای ترکیب مناسب و کافی هوا- سوخت ارائه می دهد.
•    معلق:   
•    با تغییر شکل معلق و گرایانهای سرعت مربوطه، نزدیک TDC به آشفتگی تبدیل می شود؛
•    تنها به آشفتگی با یک محفظه صفحه ای تخت تبدیل می شود؛
•    ممکن است تبدیل ناقص به آشفتگی. منجر به ایجاد یک جریان متوسط افزایش یافته شود؛
•    در ایجاد سطوح بالای سرعتهای جریان نزدیک دیواره جهت افزایش بخار لایه دیواره. موثر است؛
•    در افزایش ترکیب با تولید آشفتگی موثر است؛
•    تغییرات یک چرخه تا یک چرخه دیگر را نسبت به تغییرات ارائه شده توسط چرخان. بزرگتر می سازد؛
•    تمایل دارد که در ساختار جریان ثانویه با مقیاس بزرگ. کاهش یافته و لایه بندی را مشکل تر سازد.
•    squish
•    تا وقتی که پیستون، نزدیک TDC نباشد، ظاهر نمی شود؛
•    تنها جریان انبوه را تغییر می دهد. چرخان یا معلق را تقویت می کند؛
•    گرایش در جهت احتراق اتوماتیک را بواسطه مناطق توسعه یافته شکاف و ترک  افزایش می دهد؛
•    ممکن است به کاهش نسبت تراکم نیاز داشته باشد؛
•    تاثیر squish معکوس باید ارزیابی گردد.
•    جز چرخان حرکت داخل سیلندر، بواسطه هندسه مطلوب تر شد، عموماً پراکندگی دسکوز کمتری را نسبت به جز معلق تجربه می کند، بنابراین مدت
طولانی تری در ضربه تراکم می ماند در حفظ لایه بندی ترکیب، کارایی قایده بیشتری دارد. جریان چرخان، عموماً با جریان squish تریکب می شود که یک مولفه شعاعی را در زمان نزدیک شدن پیستون به TDC  در تراکم، به حکرت هوا منتقل می کند. یک حفر در پیستون، ممکن است جهتکسب آشفتگی تاخیری مورد نیاز در ضربه تراکم به کار رود. تاثیرات ترکیبی چرخان و معلق، منجر به شدت آشفتگی افزایش یافته چرخان تقویت شده در طول بخش اولیه دوره احتراق می گردند. شایان ذکر است که مفهوم استفاده از چرخان جهت ارتقای ترکیب هوا - سوخت، دارای منطقه عملی محدود می باشد. دلیل این امر، این است که گشتاور هوای چرخان (مارپیچی)، متناسب با سرعت موتور افزایش می یابد، در حالیکه گشتاور اسپری سوخت، به سرعت موتور، بستگی ندارد، در نتیجه، دامنه سرعت موتور که ترکیب هوا- سوخت می تواند در آن مشخص شود ممکن است محدود گردد.
جزء معلق میدان جریان، با تغییر شکل معلق گرایانهای سرعت زیاد، در نزدیکی TDC به آشفتگی تبدیل می شود و تنها در صورتی می تواند به طور کامل به اشفتگی تبدیل شود که هندسه محفظه احتراق، به اندازه کافی تخت و مسطح باشد. در غیر این صورت، تغییر شکل ناقص انرژی جنبشی معلق رخ خواهد داد، که عموماً منجر به سرعت جریان متوسط افزایش یافته در پلاتین مولدی جرقه می شود. همچنین، میدانهای جریان غابل معلق در موتورهای GDL، معمولاً تغییرات چرخه به چرخه بزرگتری را نسبتاً به تغییرات حاصل در مورد جریانات غالب چرخان، جریان متوسط ایجاد می کنند. این تغییرات، centroid و شکل هسته مشتقل اولیه را پس از احتراق.ژ تحت تاثیر قرار می دهد، اما تغییرات مهمی را در دوره احتراق یا سرعت اشتعال ایحجاد نمی کند. بعلاوه، جزء معلق حرکت، بواسطه تاثیر دیواره منحنی سیلندر که حفاظت لایه بندی ترکیب را مشکل تر می سازد، تمایل دارد که در ساختارهای جریان ثانویه با مقیاس بزرگ، کاهش یابد. با توجه به تولید آشفتگی. وجود جزء معلق، در افزایش شدت آشفتگی در پایان ضربه تراکم موثر است، و این امر، برای جبران سرعت کاهش یافته استعال ترکیب لایه ای رقیق، ضروری است. حرکت معلق که باتدا در ضربه تراکم ارائه می گردد، به سرعت به جریانات حلقوی چند گانه ای تبدیل می شود که دارای سایزی در ترتیب مقیاس طول، آشفتگی می باشد. این تغییر شکل سریع انرژی جنبشی به آشفتگی، در مورد میدانهای غالب چرخان دیده
نمی شود. جریان چرخان به چرخش وابسته به یک نقطه مرکزی که دارای پیچیدگی زیادی است، ادامه می دهد، و مسیر پیرامون محور سیلندر عمودی را در کل دوره از آغاز ضربه تراکم تا پایان TDC طی می کند. هندسه استوانه ای محفظه، برای حفظ جریان چرخان با پراکندگی دیسکوزکم کاملاً مناسب است. بنابراین باید گفت ککه جریانات نسبت چرخان بالا ممکن است، بزرگترین قطرات حاصل از اسپری سوخت روی دیواره سیلندر را سانتریفیوژ کنند، که این امر، مرطوب سازی دیواره سوخت را افزایش می دهد.
روش های مختلف مربوط به سیستم های احتراق GDL، با گستره وسیعی از ترکیبات حرکت بار داخل سیلندر (چرخان، معلق، squish)، شکل محفظه احتراق، هندسه پیستون، و محل های انژکتور و شمع محترق کننده ارائه شده اند. تعدادی از این سیستم ها در بخش 6 توصیف می شوند. هر یک از سیستم های احتراق GDL
می توانند با یکی از این گروه های اصلی، و بر مبنای استراژی های مربوط به شناسائی عمل بار لایه ای در طول part load تنظیم شود: اسپری راهنما، دیواره راهنما و جریان راهنما (هوای راهنما)، این مفاهیم در شکل 34 نشان داده می شوند. تنظیم این گروه ویژه، به این امر بستگی دارد که آیا دینامیکی های اسپری.، تاثیر اسپری بر سطح پیستون یا میدان جریان ترکیب جهت دستیابی به لایه بندی، استفاده می شود و یا خیر. شایان ذکر است که صرفنظر از طبقه بندی، لایه بندی عموماً با ترکیب این سه مکانیسم حاصل می شود، و در این ترکیبات، کمک مربوط به هر پورسه، متفاوت و متغیر است. اکثر سیستم های احتراق GDL که تا امروز ارائه و گزارش شده اند، از جمله موتور DLSC کلاسیک از چرخان هوای داخل سیلندر به عنوان حرکت اولیه هوای داخل سیلندر استفاده می کنند. جریان داخل سیلندر چرخان، عموماً با یک محفظه احتراق باز و ساده یا یک کاسه چند دخولی یا استوانه ای در پیستون ترکیب می شود. برخی از مثال های اصلی سیستم های احتراق GDL آنطور که توسط Fraidl و همکارانش خلاصه شده، در شکل (a) 35 نشان داده می شوند. کلیه این سیستم ها جهت تثبیت لایه بندی ترکیب، از جریان چرخان داخل سیلندر استفاده می کنند. ثبات احتراق، در اکثریت این سیستم ها با قرار دادن پلاتین مولد جره در پیرامون اسپری سوخت، حفظ می گردد. این آرایش و تنظیم، معمولآً به شمع های محترق کننده با الکترودهایی نیاز دارد که منجر به ایجاد مسائل و شمکلات مربوط به دیرش شمع دربارهای موتور سنگین تر می شود. برخی از طراحی های ویژه با استفاده از شمع محترق مرکزی و محل انژکتور غیر مرکزی در شکل (a) 35 نشان داده می شود. مفهوم یک کاسیه پیستون خارج از محور، تزیرق سوخت در دیواره کاسه و یک پلاتین مولد جرقه در سیلندر اصلی در شکل a - (b) 35 نشان داده می شود. این مفهوم، از برخورد جریان با جریان در مرکز محفظه احتراق استفاده می کند، یعنی جائیکه احتراق رخ می دهد. یک محفظه باز طراحی شده جهت تولید محفظه شبه تقسیمی نزدیک TDC در شکل C- (b) 33 نشان داده می شود. این محفظه شبه تقسیمی، محدود بوده و کمیت هوایی را که با سوخت تزریقی تاخیری ترکیب می شود، کنترل می کند.
2-3- ترکیب هوا- سوخت
شرایط داخل سیلندر موتور، مثل (b) فشار و میدان جریان هوا، از تاثیر اساسی بر انتشار و اتوماتیک سازی اسپری حمل هوا در توده ابری شکل اسپری، و پورسه ترکیب هوا- سوخت استفاده می کنند. پورسه پیچیده و وابسته به زمان واکنش جریان هوا با اسپری، میزان ترکیب هوا- سوخت و درجه لایه بندی ترکیب را معین خواهد کرد. پورسه آماده سازی ترکیب، به شدت، وابسته به هندسه اسپری، ساختار جریان درون سیلندر، و استراتژی تزریق سوخت، می باشد. Han و همکارانش، تاثیر مولفه های جریان متوسط معلق و چرخان را بر پروسه ترکیب هوا- سوخت داخل سیلندر یک موتور GDL، با استفاده از شکل تغییر یافته کرد KLVA-3 جهت شبیه سازی تزریق سوخت، بررسی کنید. پیکربندی تحلیلی، یک انژکتور نصب شده در مرکز که سوخت را به صورت محوری در طول ضربه ورودی، به سیلندر تزریق
می کرد. اسپری های مخروطی تو خالی تزریقی، به طور چشمگیری با جریان ورودی، و با وجود قطراتی که متمایل بودند خطوط جریان هوا را دنبال کنند، کج
می شدند. نفوذ نوک اسپری در میدان جریان غالب معلق، بیشتر از نفوذ آن در میدانهای جریان ساکن یا چرخان بود. تاثیر دیواره اسپری، در نقطه مرده انتهایی
(  ) BDC) در ورودی، ایجاد می شد، که پس از آن مشخص شد که سوخت مایع به شکل یک لایه دیواره ای باقی می ماند در حالیکه قطرات دیگر توسط جریان هوا حمل می شوند. یک نقطه پر از بخار(گاز) جهت ماندن در نزدیک سطح پیستون در طول ضربه تراکم در میدان جریان غیر معلق و ساکن، ارائه شد. در هر دو مورد جریان معلق و جریان چرخان، منقطه پر گاز، با جریان اصلی حرکت کرده و پراکنده می شد. بنابراین، برخی از محفظههای ترکیب غنی، نزدیک سطح پیستون باقی می ماند. طبق نظر spiesel و spicher که ویژگیهای احتراق یک موتور GDL را که از اسپریهای مخروطی تو خالی و اسپریهای حاصل از نازل های تزریق چند حفره ای استفاده می کرد، بررسی می کردند، اسپری مخروطی تو خالی، به راحتی توسط یک جریان چرخان ثابت و محکم، منحرف می شود، و در نتیجه حفظ یک ترکیب لایه ای مقاوم، مشکل است. بنابراین ،‌در مورد نازل چند حفره ای ،‌یک جریان چرخان قوی،‌در دستیابی به یک ابر ترکیب لایه ای محکم و با دوام ،‌مؤثر است. اختلاف نظرها و مغایرتهای مربوط به تناسب نازل های چند حفره ای در مورد عمل بار لایه ای، در آثار ادبی موجود می باشد.
Han و همکارانش، تحقیقی را در مورد پیش بینی دقیق تأثیر میدانی جریان درون سیلندر بر پروسة انتشار اسیدی درون محفظة احتراق موتور GDI ارائه دادند. مشخص شد که ساختار اسپری مخروطی توفانی که در مورد آزمایشات رومیزی در محیط ساکن ایجاد می شود تا در این موتور،‌در زمانی حاصل می شود که تزریق،‌در طول ضربه ورودی انجام شود. بنابراین، میدان جریان تولیدی ورودی، مسیر حرکت اسپری تزریق شده را تحت تأثیر قرار می دهد؛ این اسپری، منحرف می شود و نفوذ محوری نوک اسپری افزایش می یابد. بواسطة‌ تأثیر ترکیبی نفوذ افزایش یافته و انحراف،‌اثر اسپری بر بوش (غلاف) سیلندر زمانی ایجاد می شود که سوخت،‌بین ATDC   و   در ورودی تزریق گردد،‌هر چند که اسپری بصورت محوری تزریق می شود. نفوذهای محاسبه شده نوک اسپری اصلی در مسیر محوری سیلندر در مقابل زمان تأخیری پس از شروع تزریق، در شکل (a)37 نشان داده می شوند. سرعتهای محوری نوک اسپری در زمان بندی های مختلف تزریق در شکل (b)37 نشان داده می شوند. این سرعتها،‌از اطلاعات مربوط به نفوذ نوک اسپری استنتاج شدند. جریان ورودی، دارای بیشترین تأثیر بر اسپری، زمان بندیهای تزریقی بود که در ضربة ورودی، از ATDC   بیشتر می باشد. جزئیات مربوط به تأثیر دیوارة اسپری نه تنها به زمان بندی تزریق و به مرحله بندی میان سرعتهای پیستون و اسپری،‌بلکه به جزئیات مربوط به میدان جریان لحظه ای نیز بستگی دارد. شکل 38، تاریخچه های زمانی کمتر سوخت مایع را در سطوح مختلف محفظة احتراق نشان می دهد. طبق محاسبات انجام شده در مورد این پیکربندی، میزان سوخت،‌که با کلیه سطوح دیواره برخورد می کند،‌به اندازه 18 درصد کل سوخت تزریق شده می باشد،‌که منجر به تشکیل مناطق پر گاز نزدیک به سطح پیستون در ضربه تراکم می شود. کسر سوخت تزریقی بخار شده در شکل 39 در زمان بندی تزریق ATDC   نشان داده می شود. پیش بینی می شود که تقریباً 90 درصد این سوخت،‌در یک زاویه میل لنگ ATDC   روی ورودی، تبخیر خواهد شد. نتایج حاصل از یک پیش بینی دیگر نشان می دهند که توزیعات ترکیب در سه منطقه نسبت هم ارز مختلف در مورد زمان بندی تزریق دیرتر از ATCD   روی ورودی انجام نمی شوند. این امر، بواسطه این حقیقت مورد توجه قرار می گیرد که مایع با قمیانده در این محفظه ها، که حدود 3 درصد کل سوخت تزریق شده است،‌ نزدیک سطح پیستون قرار می گیرد، و ترکیب غنی در این منطقه، کمتر تحت تأثیر میدان جریان درون سیلندر قرار می گیرد. گرچه تغییرات زمان بندی تزریق منجر به ایجاد سطوح متفاوت لایه بندی بار می شود، گرایش کلی با توجه به موقعیتها و محل های مناطق رقیق و غلیظ (غنی) تغییر نمی کند. اینطور استنتاج شد که ویژگیهای توزیع بار، مقدمتاً توسط تزریق و جهت گیری های میدان جریان تعیین می شوند. در موارد تزریق اولیه،‌نسبت ترکیب، عموماً در منطقه محفظه اصلی، رقیق تر و در منطقه squish ،‌غلیظ تر بود و دارای نسبت هوا سوختی با دامنه ای از 8 تا 24 بود.
Yamauchi و همکارانش ، پروسه تشکیل ترکیب انژکتور نصب شده مرکزی را به سه مرحله تقسیم کردند. مرحله I فاقد اسپری نامیده می شود که در طول آن،‌قطرات سوخت از یک مخروط توخالی می چکند و جریانهای حلقوی مارپیچی را ایجاد می کنند. جزء معلق جریان درون سیلندر، دارای تأثیر جزئی بر مسیر حرکت اسپری و توزیع بخار سوخت بود. جریان معلق، بطور قابل ملاحظه ای تأثیر تزریق سوخت را بر حرکت گاز تغییر می دهد. مرحلة II ، با تأثیر اسپری بر تاج پیستون آغاز می شود. در طول این مرحله، شکل حفره مانند پیستون، طرح توزیع مکانی ترکیب سوخت - هوا را کنترل می کند. پس از تکمیل تأثیر اسپری بر حفرة پیستون ،‌انتشار و انتقال ترکیب هوا - سوخت،‌به منزلة آغاز مرحله III است. در این مرحله، تعداد قطرات سوخت،‌بواسطه تبخیر ناشی از افزایش شیب در دمای گاز محیط در پایان تراکم، تا حد چشمگیری کاهش می یابد. وسعت منطقه ترکیب غلیظ و غنی ، به سرعت کاهش می یابد و توزیع سوخت هوا، یکنواخت، تر می شود. در کل این سه مرحله، واکنش میان میدان جریانی درون سیلندر و اسپری، با مقادیر مربوط به گشتاور جریان درون سیلندر و اسپریهای مؤثر و آزاد تعیین می گردد. هندسه اسپری می تواند شدیداً تحت تأثیر این واکنش قرار گیرد. بعلاوه، مسیر و حرکت اسپری مؤثر (impingedp) ، شدیداً تحت تأثیر زاویة تأثیر و شکل حفره قرار می گیرد. توزیع نهایی تجمع بخار سوخت در زمان احتراق، توسط این واکنش و شکل حفره ؟؟ می شود. Hall و همکارانش گزارش کردند که در مورد انژکتور GDI چرخان نصب شده مرکزی، جریان حلقوی مارپیچی تشکیل شده در نزدیکی رأس اسپری و انتقال به سمت بالای آن، در سمت ورودی سیلندر،‌ایجاد نمی شود. چگالی بزرگترین قطرة سوخت، در راستای محور اسپری مشاهده می شود، گرچه اسپری ظاهرا به شکل یک مخروط توخالی است. چرخة مجدد قطرات کوچک القایی توسط جریان حلقوی مارپیچی ، ممکن است مسئول این امر باشد. گشتاور معلق ، توسط سوخت حمل شده در جریان کاهش می یابد،‌در حالیکه جریان هوای رو به پائین، توسط اسپری القا می شود. این تفاوت گشتاور، در مقایسه ضربه ها قابل شناسایی می‌باشد.
Ohsuga و همکارانش ،‌در مورد پروسة تشکیل ترکیب داخل محفظة احتراق ، با استفاده از انژکتور سوخت نصب شدة مرکزی، مطالعه کردند. میادین جریان هوای اجزای معلق و چرخانی متغیر، در داخل دهانة ورودی و توسط یک دالان فوران هوا و یک شیر کنترل خارجی ایجاد شدند. این گزارش مبنی بر این بود که یک میدان جریان معلق، احتمالاً اسپری را در جهت دیوارة سیلندر، منحرف می کند، این امر در مورد محل انژکتور نصب شده مرکزی صحت دارد، و شایان ذکر است که یک جریان چرخان در توده ابری شکل اسپری در مرکز سیلندر، متمرکز بود و کاهش مرطوب سازی دیوارة سیلندر تأثیر داشت. تأثیرات زاویه مخروطی اسپری و سرعت نوک اسپری بر محدودة رقیق نیز مورد بررسی قرار گرفتند. مشخص شد که محدودة رقیق می تواند زمانی توسعه یابد که سرعت نوک اسپری کاهش می یابد و زاویة مخروط اسپری، باریکتر می شود. در مورد یک اسپری مخروطی محکم و جامد با زاویه اسپری   ، موتور آزمایشی می توانست در نسبت هوا - سوخت 40 عمل کند.
بهینه سازی زاویة مخروط اسپری و نفوذ نوک آن، یکی از مهمترین مراحل در به حداقل رسانی اثر سوخت در مورد سیستم های GDI به جز دیوار راهنما (waal-guided) می باشد. با تأثیر اساسی سوخت بر سطوح محفظة احتراق، اتوماتیک سازی پیشرفتة سوخت تنها می تواند آماده سازی ترکیب را افزایش دهد. سوختن لایه دیواره، همراه با تأثیرات منفی همراه با انتشارات ubhc و اتلاف گرمای افزایش یافته رخ می دهد. Dodge ،‌تأثیر دیواره سوختی که با نفوذ قطره در موتورهای GDI همراه می باشد را با محاسبه ضرایب ثابت کشش قطرات،‌محاسبه کرد. این مسافت نفوذ برای انتقال،‌در مورد تزریق تأخیری، mm20 و در مقابل در مورد تزریق سریع ، mm80 بود.
در مورد تزریق سریع یک اسپری دارای SMD و   15 ، مشخص شد که بیشتر قطرات، قبل از رسیدن به تاج پیستون، به سرعت هوای بسیار پائینی می رسند. نتایج مشابهی نیز در موردتزریق تأخیری ارائه شد، البته علیرغم مسافت نفوذ کاهش یافته ای که قبل از برخورد پیستون و اسپری در دسترس می باشد. کاهش سریع قطره ها ، بواسطه چگالی بالاتر هوا است که در شرایط تزریق تأخیری با این امر مواجه می شویم و البته این امر، منجر به کشش قطره و میزان تبخیر افزایش یافته می شود. بدترین موردی که مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، در مورد یک اسپری از یک افشانک چرخان فشار با یک زاویة‌مخروطی   بود که مشخص شد مسافت نفوذ را به حداکثر رسانده ودر عین حال تأثیر اسپری بر دیوارة سیلندر و تاج پیستون را حفظ می کند.
ارتباط کلی میان سرعت اولیه نوک اسپری و SMD اسپری در شکل 40 در مورد انژکتورهای GDI و سطوح فشار سوخت آزمایش شده توسط FraidI و همکارانش نشان داده م شود. از این شکل، مشخص می شود که محدودیتی در مورد غلظت اتوماتیک سازی اسپری وجود دارد که می تواند با افزایش سرعت نوک اسپری حاصل شود. هر گونه افزایش بیشتر در سرعت اولیه نوک اسپری ممکن است مسئله نفوذ بیشتر اسپری را وخیم تر و مشکل تر سازد، اما ممکن است اتوماتیک سازی را تسریع نکند، اخیراً، اغلب سیستم های سوخت موتورهای GDI ، از فشارهای سوخت در دامنه 5/5 تا 5/7 MPa استفاده می کنند،‌هر چند سیستم هایی وجود دارند که از فشارهای سوخت MPa10 تا 13 استفاده می کنند. منحنی نشان می دهد سرعتهایی که در گستره 40 تا 50 m/s قرار دارند، تقریباً دو برابر حداکثر سرعت جریان میدان جریان درون سیلندر می باشند. گشتاور اسپری سوخت،‌بسته به جهت گیری محور اسپری مربوط به میدان جریان داخل سیلندر، می تواند به گشتاور میدان جریان، اضافه شود. همانطور که ارتفاع فاصله آزاد در موتورهای GDI معمولاً بسیار کم است،‌اسپری انژکتورهای چرخان می توانند منجر به درجه ای از تأثیر دیواره شود، هر چند که سرعت اولیه نوک اسپری، کمتر از سرعت حاصل از یک سیستم دیزلی می باشد.
Lake و همکارانش ، پیش بینی ها و ارزیابی های عددی را در مورد ترکیب هوا - سوخت درون سیلندر موتور GDI با یک انژکتور نصب شدة جانبی انجام دادند. در مورد هر تزریق، سوخت،‌بین ATDC 170 و 190 درجه روی ورودی به سیلندر ارائه می شد، در حالیکه همین مقادیر و ارزش ها در مورد تزریق تأخیری، در تراکم، 20 تا 40 درجه BTDC بود. اینطور گزارش شد که در مورد تزریق اولیه،‌توسعه اولیه اسپری، تحت تأثیر حرکت هوا قرار نمی گیرد و دلیل این امر، گشتاور بالای اسپری ذکر شد. اینطور پیش بینی شد که تأثیر اسپری بر دیوارة سیلندر، در ورودی و در ATDC   رخ دهد و این امر،‌یک ترکیب غلیظ و غنی را ایجاد می کند که در کل مرحلة ضربه تراکم، نزدیک به تاج پیستون می ماند. در زاویة میل لنگ BTDC   در تراکم، ‌حرکت معادل انبوه، سریعاً کاهش می یابد و ترکیب استویکومتریک متجانسبی ارائه می شود. پیش بینی شد که بیش از 90 درصد سوخت تزریقی، توسط BTDC   در تراکم تبخیر می شود. در مورد تزریق تأخیری، با عمل تزریق آغاز شده در BTDC   در تراکم، سوخت، مستقیماً بر تاج پیستون تأثیر می گذارد. مشخص شد که تنها 50 درصد از سوخت تزریقی توسط BTDC   در تراکم تبخیر می گردد. این امر، نشان می دهد که پیکربندی هندسی ویژه ای که مورد تجزیه و تحلیل گرفت،‌قادر به عمل در حالت بار لایه ای نمی باشد.
Dudos و همکارانش در مورد پروسة ترکیب هوا - سوخت موتور Mitsubishi GDI با استفاده از CFD مطالعه کردند نتایج محاسبه ای نشان داد که در مورد عمل تزریق سریع،‌تجانس ترکیب، با افزایش نسبت هم ارز میانگین، کاهش می یابد.
در مورد کل عمل متجامن رقیق، ترکیب، تقریباً متجانس است، در حالیکه یک منطقه غلیظ و غنی در بالای مرکزی پیستون بخاطر عمل استوکیومتریک وجود دارد. تجزیه و تحلیل عمل لایه ای نشان می دهد که سوخت تزریقی اولیه توسط شمع تحرق کننده، مستقیماً از انژکتور می آید و توسط کاسه پیستون هدایت نمی شود. به نظر می رسد کاربرد اصلی هندسه کاسه، محبوس کردن سوخت در طول پورسه انتشار شعله باشد. شایان ذکر است که برخی از پیشرفتهای توصیف واکنش میان سطوح داغ و اسپری، حتی برای زمان بندی تزریق سریع مورد نیازمند، همانطور که توزیع سوخت در سیلندر، مستقیماً انتشار شعله را تحت تأثیر قرار می دهد. واکنش های بین تأثیر قطرات مایع و پیستون نیز، مورد مهمی در رابطه با عمل بار لایه ای به شمار می آیند.
واکنش اسپری سوخت با جریان هوای داخل سیلندر، توسط Kono و همکارانش مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. شکل (a)41 هندسه محفظه احتراق مورد استفاده و مکانهای نازل انژکتور و شمع محترق کننده را نشان می دهد. یک نازل یک حفره‌ای جهت تزریق سوخت به کاسه پیستون موتور مورد استفاده قرار گرفت. محل های سه شمع محترق کننده انتخاب شدند، که همگی دارای فاصله یکسانی از نوک نازل بودند. در نتیجه، سر مسیر تزریق، جهت هدایت سوخت به سوی شمع محترق کننده به کار رفت، از جمله یک مسیر با چرخانی، کهم مسیر به سمت لو نامیده می شود، یک مسیر شعاعی که تزریق مرکزی نامیده می شود و یک مسیر خلاف چرخان که مسیر معکوس نامیده می شود. انتشارات و عملکرد ارزیابی شده موتور، حاصل از این سه مسیر تزریق مختلف با کمیتهای مختلف سوخت تزریقی در شکل (b)41 نشان داده می‌شوند. محاسبه ویژگیهای انتشار اسپری داخل کاسه پیستون KIVA، نشان می دهند که مرطوب سازی دیواره کاسه درمورد تزریق در مسیر روبه جلو رخ می دهد. یک منطقه سوخت غنی در نزدیکی و  مجاورت دیوار حفره و پلاتین مولد جرقه ظاهر می‌گردد. سوخت، توسط چرخان، منتشر می شود و یک منطقه ترکیب رقیق، در مسیر رو به پائین تزریق، تشکیل می شود. در نتیجه، انتشارات UBHC و مصرف اندازه‌گیری شده سوخت، در مورد مسیر رو به جلو، نسبت به مسیرهای دیگر تزریق، بیشتر می‌باشد. نوسانات بزرگ در IMEP مورد توجه قرار گرفتند و مشخص شد که احتراق و اشتعال در مورد این مسیر تزریق، ثابت نیستند. در مورد مسیر تزریق معکوس، نوک اسپری، سریعاً کاهش می یابد، و ابر ترکیب در مجاورت پلاتین مولد جرقه تشکیل می‌شود. در نتیجه، احتراق ثابت و مداوم و اقتصاد مناسب سوخت حاصل می‌شود. در مورد مسیر تزریق مرکزی، نفوذ و توسعه اسپری، تحت تأثیر چرخان نیست و نوک اسپری، در امتداد کاسه سیلندر، منتشر شده و بر دیواره تأثیر می گذارد. بنابراین، یک ترکیب قابل احتراق، پیرامون پلاتین مولد جرقه تشکیل نمی شود. جالب است که انتشارات VBHC در مورد تزریق اصلی و مرکزی، برابر با انتشارات VBHC در مورد مسیر تزریق معکوس در رابطه با کل مقدار سوختی که ارزیابی شده، می باشد. این کار، ارتباط میان میدان جریان هوا و جهت یابی اسپری را نشان می دهد.
میزان تأثیر دیواره سوخت، شدیداً با زمان بندی تزریق و سرعت موتور تغییر می‌کند، بنابراین زمان بندی تزریق باید به منظور اجتناب از نفوذ انتشار بیش از حد اسپری و مرطوب سازی دیواره، بهینه سازی شود. اتفاق نظری وجود دارد مبنی بر اینکه زمان بندی در مورد تزریق سریع باید طوری تنظیم شود که نوک اسپری، پیستون در حال کاهش را بدون برخورد با آن، دنبال کند. شکل 42، مقایسه مرحله بندی نفوذ نوک اسپری و مسیر حرکت تاج پیستون را در rpm1000 در مورد زمان بندیهای مختلف تزریق نشان می دهد. زمان بندی تزریق، جهت اجتناب از تأثیر اسپری در موارد تزریق تاخیری و تزریق سریع، لازم و حیاتی است. جهت افزایش و ترفیع تنجیر سوخت و پروسه ترکیب هوا- سوخت، تنظیم فاصله زمانی می نیمم بین پایان تزریق سوخت و ایجاد جرقه به منظور جلوگیری از ایجاد ترکیب بسیار غنی و غلیظ در نزدیکی پلاتین محترق کننده، ضروری است. در نتیجه، زمان بندی تزریق، باید با افزایش سرعت موتور، افزایش یابد. طبق نظر Matsushita و همکارانش، زمان بندی تزریق سوخت باید بین  160 و TDC ورودی در تراکم و به منظور فراهم آوردن زمان کافی برای تغییر کامل سوخت رخ دهد. در مورد جلوگیری از تأثیر اسپری، زمان بندی آغاز تزریق (SOI)، بسیار پر مفهوم است و در مورد آماده سازی ترکیب، زمان بندی پایان تزریق (EOI)، کار آمدترین پارامتر زمان بندی تزریق به حساب می آید. هر دو مورد باید در طول برنامه های توسعه موتور GDI ثبت شوند.
Iiyama و همکارانش، تأثیر زمان بندی تزریق بر مرطوب سازی دیواره سوخت سیستم احتراق Nissan GDI را مورد بررسی قرار دادند. شکل 43، نتایج محاسبه را در مورد سرعت موتور rpm1400 نشان می دهد. مشخص شد که وقتی تزریق در طول ضربه ورودی و با  350 در تراکم رخ می دهد، مرطوب سازی شدید سوخت کاسه پیستون نیز رخ می دهد، و مرطوب سازی اندک یا عدم مرطوب سازی سیلندر، حاصل می شود. با زمان بندی تزریق تاخیری، وسعت مرطوب سازی دیواره سوخت، کاهش می یابد. در یک زمان بندی تزریق 270، مرطوب سازی تاج پیستون، به طور چشمگیری کاهش می یابد، در حالیکه رطوب سازی دیواره سیلندر، در مقایسه با مرطوب سازی حاصله در زمان بندی تزریق  350 در تراکم، تقریباً دو برابر می شود. شکل 44، تأثیر انتشار سوخت و ضخامت لایه سوخت را بر انتشارات دود نشان می دهد. سطح انتشار دود، در آزمایشات موتور انجام شده در مورد گستره‌ای از زمان بندیهای تزریق و کمیتهای سوخت تزریقی، بدست آمد. میزان مرطوب سازی دیواره سوخت و ضخامت لایه دیواره، با کد CFD در مورد هر آزمایش، محاسبه شد. مشخص شد که دود، بیشتر به ضخامت لایه دیواره بستگی دارد و وابستگی کمتری به میزان کل سوخت در سطح پیستون دارد. لایه ضخیم دیواره، قبل از وقوع احتراق، بطور کامل تبخیر نمی شود و لایه سوخت باقیمانده، شعله انتشاری را ایجاد می کند که دود بوجود می آورد. این امر نشان می دهد که حتی میزان اندک سوختی که بر تاج پیستون تأثیر دارد، مقدار دود قابل ملاحظه ای را ایجاد می کند، البته اگر لایه دیواره، ضخیم باشد. تأثیر سوخت بر یک حفره پیستون ویژه، با روش دیوار راهنما
(wall-guided) جهت ایجاد یک شارژ ثابت لایه ای در بار سبک به کار می رود. در مورد کلیه انواع سیستم احتراق GDI دیگر، باید از مرطوب سازی دیواره سوخت اجتناب کرد.
تاثیرات نوع نازل و نسبت چرخان درون سیلندر بر انتشار و نفوذ گازوئیل، و اسپریهای سوخت تزریق مستقیم، توسط Harrington گزارش شد. شش نوع نازل با پیکربندیهای یک، دو و سه حفره ای جهت کسب اطلاعات انتشار و نفوذ اسپری در مورد سه نسبت چرخان و چهار سطح فشار داخل سیلندر مورد استفاده قرار گرفت. مشخص شد که نفوذ نوک اسپری و مسیر حرکت آن، به شدت، به هندسه نازل و نسبت چرخان بستگی دارد. تفاوتهای سرعت نوع اسپری با مسافت و زمان در تزریق درون سیلندر گازوئیل، توسط Harrington بررسی شد. مشخص شد که تاریخچه‌های زمانی نفوذ و انتشار اسپری در مورد ارتباطات کشش قطره، دقیق و صحیح نیستند، و نوک اسپری، از یک مجموعه واحد از قطرات در طول تزریق، تشکیل نمی شود و نیروی کشش مشابهی در مورد هر قطره وجود ندارد. مقدمه دوره ای ارتباط سرعت و انتشار در مورد پیش بینی ها و ارزیابی های دقیق، لازم بود، یک دوره زمانی اولیه که توسط ویژگیهای مشخص انژکتور تعیین می شود، یک دوره زمان متوسط که توسط شش نوک اسپری کنترل می شود، و یک دوره زمان تاخیری که توسط میدان جریان داخل سیلندر، ارائه می شود.
ملاحظات و موارد مهمی که در دستیابی به یک ترکیب لایه ای ثابت و بادوام مطرح می شوند، عبارتند از: هندسه محفظه احتراق، میدان  جریان هوا، وکاهش فاصله بین تزریق و احتراق. Tomoda و همکارانش، در مورد احتمال ایجاد یک بار (شارژ) لایه‌ای ثابت با استفاده از دو انژکتور سوخت با میزان جریان بالا؛ یک نازل از نوع حفره‌ای و یک نازل چرخان، هر کدام با یک محرک پیروالکتریک با قابلیت باز و بسته کردن سریع سوپاپ سوزنی (پستانک) در سطح فشار سوختی بیشتر از mpa15 تحقیق کردند.
هدف از این امر، کنترل درجه تبخیر سوخت از نوار مایع روی پیستون، به وسیله نازل حرفه ای، و کنترل تبخیر سوخت در میدان جریان هوا به وسیله نازل چرخان می‌باشد. انژکتورهای منتخب، دارای قابلیت تزریق سوخت در فشار بسیار بالا و در مدت کم بودند تا مقادیر جریان را بصورت مستقل از هم، تنظیم کنند. مشخص شد که نازل حفره ای، یک اسپری با مخروطی باریک و انتشار بالا ایجاد می کند، بنابراین، این مورد برای دستیابی به یک ترکیب لایه ای پیرامون شمع محترق کننده در بار سبک، مناسب می باشد.
همانطور که میزان تبخیر سوخت حاصله با استفاده از نازل حفره ای به انتقال گرما از پیستون بستگی دارد، توزیع سایر قطره دریافت شده نیز نسبت به سایز قطره نازل چرخان، از اهمیت کمتری برخوردار است. مشاهده توسعه و پیشرفت اسپری نشان می‌دهد که تبخیر اسپری سوخت از نازل چرخان، قبل از ایجاد تأثیر دیواره آغاز می‌گردد. در مورد این نازل، مشخص شد که میزان تبخیر، اساساً به انتقال گرما از دیواره گرم شده، بستگی ندارد. در مورد نازل حفره ای، میزان تبخیر، به محض برخورد اسپری سوخت با دیواره، ناگهان افزایش می یابد. بنابراین، کاربرد موثر و مفید انرژی حرارتی پیستون، در صورتی حائز اهمیت است که یک نازل حفره ای جهت دستیابی به ترکیب لایه ای مورد استفاده قرار گیرد. در مورد شرایط سرعت پائین و بار کم، دو نوع نازل، گرایش های مخالفی را در مورد تغییر BSFC با فشار تزریق سوخت ارائه می دهند. در مورد نازل حفره ای، BSFC با فشار سوخت کاهش یافته افزایش می‌یابد، در حالیکه نازل چرخان با کاهش فشار سوخت، افزایشی را در BSFC نشان می دهد. این روند، تا مقدار محدود Mpa8 ادامه می یابد. در مورد بار متوسط، شرایط سرعت بالا، هر دو نازل به فشار تزریق سوخت بالایی جهت حفظ BSFC پائین نیاز دارند. ممکن است فرض شود که اگر فاصله تزریق تا احتراق کاهش یابد، فشار سوخت باید به منظور کاهش مدت تزریق، افزایش یابد. در کل، زمانیکه اسپری سوخت نازل حفره‌ای نسبت به نازل چرخان دارای پراکندی و انتشار کمتری می باشد، یک ترکیب لایه ای مناسب می تواند در بار سبک حاصل شود. در بارهای سنگین تر، یک ترکیب لایه ای مناسب با نازل چرخان حاصل می شود، و دلیل این امر، میزان بالاتر انتشار اسپری آن می باشد. مطالعه ای در مورد تأثیر نسبت چرخان متوسط بر BSFC نشان می دهد که در بار سبک، BSFC با افزایش نسبت چرخان، افزایش می یابد.
Witaker و همکارانش در مورد تأثیر ویژگیهای اسپری سوخت بر انتشارات موتور، مطالعه کردند. آنها گزارش کردند که ویژگیهای اسپری در مورد عمل متجانس، از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. مقایسه تاثیرات ویژگیهای اسپری بر انتشارات VBHC موتور در طول تزریق اولیه، میان یک اسپری با مخروط پر (A) و یک اسپری با مخروط توخالی (B) انجام شد. ویژگیهایی ارزیابی شده اسپری و انتشارات VBHC حاصله در مورد این دو انژکتور در شکل 45 مشخص می شوند. بدیهی است که استفاده از اسپری مخروطی توخالی، انتشارات VBHC با تغییر زمان بندی تزریق از  20 به  150 در ورودی، کاهش می یابند. در یک زمان بندی  20، تفاوت ارزیابی شده VBHC میان انژکتورهای مخروطی توخالی و مخروطی توپر، کاملاً اندک است، اما این تفاوتها در زمان بندیهای تزریق تاخیری، حائز اهمیت می شوند. در مورد اسپری مخروطی توپر، انتشارات VBHC، به محض وقوع تاخیری زمان بندی تزریق در طول ضربه ورودی، بصورت خطی افزایش می‌یابند. در مورد انژکتور مخروطی توخالی، VBHC به محض اینکه زمان بندی تزریق به تاخیر می افتد، کاهش می یابد. نتایج، از نصب موتور مشابه و تنها با انژکتور تغییر یافته حاصل شده اند.
تأثیر قابلیت تبخیرپذیری سوخت بر ویژگیهای اسپری، بصورت دقیق توسط Vander Wege و همکارانش بررسی شد. مشخص شد که دمای راس سیلندر (سرپوش سیلندر)، بطور چشمگیری ساختار اسپری حاصل را تحت تأثیر قرار می‌دهد. زمانیکه دمای سرپوش از 30 درجه به 90 درجه افزایش می یابد، اسپری از مخروط توخالی تا مخروط توپر تغییر کرد. سه نوع سوخت، تحت فشارهای درون سیلندری مختلف، مورد آزمایش قرار گرفتند. بدیهی است که در دمای بالا و فشار پائین، یک اسپری هم اکتان تقویت شده با استن، نقطه جوش را تجربه می کند که موجب می‌شود اسپری از ساختار مخروطی توخالی مشاهده شده در سرما به توزیع مخروطی توپر تبدیل شود. انتقال در ساختار ظاهری و در دمای حدود  70 رخ می دهد. همانطور که فشار محیط افزایش می یابد، انتقال به مخروط توپر نیز کمتر ظاهر می شود؛ در میله (bar) 6/0، تغییر متوسطی دیده شد. این تغییر در فشارهای بالاتری که نقطه جوش Flash تحت آن فشارها یا بدون تقویت توسط استن ایجاد نمی شد، مشاهده نگردید.
 آزمایشات با ایندولین، نتایجی را نشان داد که مشابه نتایج آزمایشات هم اکتان تقویت با استن بود. این امر نشان می دهد که بخش های سبک درایندولین، در دمای بالا و فشار پائین، تبخیر می شوند. ساختار مخروطی توپر مشاهده شده، توسط تبخیر سریع و جوش Flash گونه های فرار، به دنبال حمل قطرات کوچکتر به طرف مرکز فواره (جریان)، همراه با جریان هوای القایی، توصیف شد.
جالب است بدانید که تأثیر دمای سرپوش (head) بر ویژگیهای اسپری، مشخص شد. بدیهی است که یک دمای عمل سرپوش افزایش یافته تمایل دارد که رسوبات انژکتور را افزایش دهد. میزان سوخت دریافتی توسط دیواره انژکتور نیز با دمای افزایش یافته بدنه انژکتور تغییر می کند. بنابراین ویژگی آزمایش استاندارد در مورد تغییر جریان حرارتی یک انژکتور باید مورد توجه قرار گیرد.
Koike و همکارانش گزارش دادند که فشار تزریق سوخت بالا در افزایش تبخیر سوخت در فشار و دمای پایین محیط، و در افزایش میزان ترکیب در فشار و دمای بالای محیط، موثر است. این تأثیر می تواند تنها زمانی مشاهده شود که فشار تزریق، بیشتر از Mpa10 باشد. زمانیکه فشار داخل سیلندر، بیشتر از فشار اشباع سوخت است و دمای داخل سیلندر، بالا می باشد، هیچ تفاوت مهمی در میزان تبخیر، در مورد سوختهای دارای فشارهای بخار اشباع مختلف، دیده نمی شود.
تأثیر غیر هدفمند سوخت بر سطوح محفظه احتراق، هم دیواره سیلندر و هم تاج پیستون یا هر دو، غالباً در موتورهای GDI فعلی دیده می شود. استراتژیهای غیر بهینه تزریق سوخت ممکن است منجر به مطلوب سازی سوخت دیواره سیلندر شود که این امر نیز موجب ایجاد گازوئیلی می گردد که توسط پیستون متحرک، خراشیده و پاک و به پستانک روغن منتقل می شود.
این امر می تواند خیلی سریع، روغن را کاهش دهد. رقیق سازی روغن ناشی از تأثیر گازوئیل بر دیواره سیلندر، یکی از عواملی است که در طول توسعه GDI مورد تحقیق و بررسی قرار می گیرد. عوامل اصلی که بر میزان سوخت برخورد کننده با دیواره سیلندر و موثرند، عبارتند از:
•    مننی های انتشار و نفوذ نوک اسپری در مورد اسپری های اصلی و sac؛
•    ویژگیهای اسپری انژکتوراز لویه مخروطی، سایر متوسط قطره، حجم sac؛
•    محل نصب و جهت گیری محور اسپری؛
•    هندسه محفظه احتراق (کاسه پیستون، بند و موجگیر)؛
•    حرکت شارژ (بار) داخل سیلندر، خصوصاً در طول تزریق؛
•    شرایط عملکرد موتور (دما و غلظت هوای داخل سیلندر)؛
مهندسین Toyota، در مورد رقیق سازی روغن در موتور GDI D-4 در رابطه با گستره شرایط عملی موتور تحقیق کردند. نتایج تجربی و آزمایشی حاصل از این مطالعه، در شکل 46 بصورت خلاصه، ارائه می شود. طبق شکل (a)46، رقیق سازی روغن (نفت) در موتور GDI D-4 در بار سنگین، اندازه گیری و ارزیابی شد،اما این امر در یک موتور PFI معمولی مشاهده نشد. در مورد تزریق تاخیری (late) مطابق با عمل بار (شارژ) لایه ای، درجه مشابهی از رقیق سازی روغن در موتورهای GDI و PFI مشاهده شد. در این نقطه عمل، سوخت در داخل کاسه پیستون حبس می‌شود و از مرطوب سازی سوخت دیواره سیلندر پرهیز می گردد.
بهمین دلیل، به نظر می رسد که زمان بندی تزریق سریع در محدود سازی رقیق سازی روغن، طبق شکل (c )46 موثر باشد.
 بدیهی است که دمای روغن، دمای عامل یا ماده خنک کننده و زمان عمل موتور، پارامترهای مهمی در به حداقل رسانی رقیق سازی روغن به شمار می آیند. بستن شیر SCV، روش موثر دیگر کاهش رقیق سازی روغن است؛ این امر، بواسطه این حقیقت است که برنامه و الگوی ویژه سوخت- هوای ارائه شده توسط SCV بر میزان سوخت مایعی که بر دیواره سیلندر موثر است، تأثیر دارد. استفاده از یک اسپری مخروطی توپر نیز در کاهش رقیق سازی روغن، مفید واقع می شود. این امر، به کسر جرم کم سوخت در پیرامون اسپری نسبت داده شد که البته با کسر جرم اسپری مخروطی توخالی قابل مقایسه است. در کل، سیستم احتراق GDI Toyota با یک انژکتور نصب شده جانبی و انتشار اسپری همراه با فشار تزریق بسیار بالا، مرطوب سازی سوخت دیواره سیلندر بیشتری را خصوصاً در تزریق سریع، تجربه کرد. بنابراین نتایج حاصل از آزمایش وسیله نقلیه نشان می دهند که سطح کلی رقیق سازی روغن در این زمینه، مشابه با سطح کلی رقیق سازی روغن مشاهده شده در مورد وسایل نقلیه PFI می باشد. این امر کاملاً با آنچه که در آزمایشات دینامومتر مشاهده شده، متفاوت است. افزایش سریع روغن موتور و دماهای خنک کننده در وسیله نقلیه، دلیل این تفاوت به شمار می‌روند.
بطور خلاصه، آماده سازی ترکیب هوا- سوخت، یکی از مهمترین پروسه ها در تضمین موفقیت یک سیستم احتراق GDI می باشد. واکنش اسپری- هوا- دیواره و حرکت هوای القایی اسپری، باید به منظور بهینه سازی پروسه تشکیل ترکیب، مورد بررسی قرار گیرند. برخی از دستور العمل های مربوط به استراتژی آماده سازی بهینه ترکیب به شرح زیر می باشد:
•    ویژگیهای اسپری.
•    زاویه مخروطی مناسب جهت تضمین کاربرد مناسب هوا برای تزریق سریع.
•    توزیع مناسب سوخت در مخروط جهت جلوگیری از مرطوب سازی دیواره سیلندر سوخت و تاج پیستون خارج از کاسه.
•    ویژگیهای انتشاری مناسب جهت تضمین کاربرد هوای مناسب در مورد تزریق سریع و در عین حال جلوگیری از تأثیر دیواره.
•    حجم sac پائین و عدم وجود حجم sac پس از تزریق.
•    زاویه بهینه سازی شده محور- اسپری جهت دستیابی به ترکیب قابل احتراق در پلاتین مولد جرقه و در عین حال جلوگیری از تأثیر دیواره.
•    زمان بندی تزریق در مورد تزریق سریع، حالت عمل متجانس باید جهت اتخاذ مزیت کامل و مطلق خنک سازی بار داخل سیلندر، افزایش یابد.
•    اسپری باید پیستون را جهت به حداقل رسانی تأثیر تاج پیستون/ اسپری در طول تزریق سریع،“دنبال کند” (chase).
•    زمان بندی تزریق در مورد حالت عمل بار لایه ای:
•    زمان بندی تاخیری امکانپذیر برای به حداقل رسانی انتشار بیش از حد سوخت؛
•    زمان بندی که به حد کافی جهت فعال سازی احتراق، پیشرفته باشد؛
•    میزان تزریق کافی و با ثبات و بادوام بودن پهنای ضربه (پاس) پائین جهت تزریق سوخت کمتر.
•    هندسه بهینه سازی شده محفظه احتراق.
•    ترکیب بهینه سازی شده پارامترهای فوق.



نظرات (1)
hamid
دوشنبه 18 مرداد‌ماه سال 1395 ساعت 11:09 ق.ظ
با سلام و خسته نباشید. ببخشید میخاستم بدونم از چه مرجعی برای این مطالب استفاده کردید؟ با تشکر
امتیاز: 0 0
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
نام :
پست الکترونیک :
وب/وبلاگ :
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد