موتورهای GDI؛ مزایا و معایب

برای بهبود راندمان واحدهای قدرت، سازندگان خودرو سیستم‌های تزریق سوخت جدیدی را توسعه داده‌اند. یکی از نوآورانه ترین آنها تزریق GDI است. در این مقاله قصد داریم به بررسی موتورهای GDI، مزایا و معایب آن بپردازیم.

سیستم تزریق خودکار GDI چیست؟

اصطلاح GDI یا Gasoline Direct Injection در موتورهای برخی از شرکت‌ها مانند KIA یا میتسوبیشی استفاده می‌شود. برای مارک‌های دیگر، سیستم 4D (برای اتومبیل‌های ژاپنی تویوتا)، فورد Ecoboost معروف با مصرف فوق‌العاده کم و FSI برای نمایندگان WAG نامیده می‌شود. خودرویی که روی موتور آن یکی از این برچسب‌ها قرار می‌گیرد مجهز به تزریق مستقیم خواهد بود. این فناوری برای واحدهای بنزینی در دسترس است زیرا موتور دیزل به طور پیش فرض دارای سوخت مستقیم به سیلندرها می‌باشد. در غیر این صورت کار نخواهد کرد. موتور تزریق مستقیم دارای انژکتورهای سوخت است که مشابه شمع‌ها در سرسیلندر نصب می‌شوند. مانند یک موتور دیزل، سیستم‌های GDI مجهز به پمپ‌های تزریق هستند که به شما امکان می‌دهند بر نیروی فشرده‌سازی در سیلندر غلبه کنید.

اگرچه اصل عملکرد سیستم تولید کنندگان مختلف یکسان است؛ اما آنها با یکدیگر متفاوت هستند. تفاوت اصلی در فشار تولیدی توسط پمپ بنزین، محل قرارگیری عناصر کلیدی و شکل آنها است.

ویژگی‌های طراحی موتورهای GDI

موتور با منبع سوخت مستقیم مجهز به سیستمی خواهد بود که دستگاه آن شامل قطعات زیر است:

• پمپ سوخت فشار قوی. بنزین نه تنها باید وارد محفظه بلکه باید به داخل آن پاشیده شود. به همین دلیل فشار آن باید زیاد باشد.
• پمپ تقویت کننده اضافی که به لطف آن سوخت به مخزن پمپ تزریق می‌شود.
• سنسوری که نیروی فشار تولید شده توسط پمپ الکتریکی را ثبت می‌کند.
• نازلی که قادر به پاشش بنزین در فشار بالا است. طراحی آن شامل یک اتومایزر مخصوص است که شکل مورد نیاز مشعل را ایجاد می‌کند که در نتیجه احتراق سوخت به وجود می‌آید. همچنین این بخش تشکیل مخلوط با کیفیت بالا را مستقیماً در خود محفظه ممکن می‌کند.
• پیستون‌ها در چنین موتوری شکل خاصی خواهند داشت که بستگی به نوع مشعل دارد. هر سازنده طراحی خاص خود را ایجاد می‌کند.
• کانال‌های منیفولد ورودی نیز طراحی خاصی دارند. این طراحی خاص چرخشی را فراهم می‌کند که مخلوط را به ناحیه الکترودهای شمع هدایت خواهد کرد.
• سنسور فشار بالا در میله سوخت نصب می‌شود. این عنصر به واحد کنترل کمک می‌کند تا حالت‌های مختلف عملکرد نیروگاه را کنترل کند.

حالت‌های عملیاتی سیستم تزریق مستقیم

عملکرد موتورهای GDI می‌تواند در سه حالت مختلف انجام شود:

1. حالت Eco: مصرف سوخت زمانی که پیستون در حال ضربه فشرده سازی است. در این حالت مواد قابل احتراق تخلیه می‌شوند. در کورس ورودی، محفظه با هوا پر می‌شود، دریچه بسته شده، حجم فشرده می‌شود و در پایان فرآیند، بنزین تحت فشار پاشیده خواهد شد.
2. با توجه به حلقه تشکیل شده و شکل کف پیستون، PTS به خوبی مخلوط می‌شود. خود مشعل تا حد امکان فشرده است. مزیت این طرح این است که سوخت به دیواره سیلندر نمی‌رسد و باعث کاهش بار حرارتی نمی‌شود. این فرآیند زمانی فعال می‌شود که میل لنگ با سرعت کم می‌چرخد.
3. حالت پر سرعت: تزریق بنزین در این فرآیند زمانی اتفاق می‌افتد که هوا به سیلندر وارد شود. احتراق چنین مخلوطی به صورت یک مشعل مخروطی خواهد بود.
4. شتاب تند: تزریق بنزین در دو مرحله انجام می‌شود. بخشی در ورودی، بخشی در فشرده سازی. نتیجه اولین فرآیند یک مخلوط بدون روغن است. وقتی فشرده سازی BTS تمام شد، بقیه قسمت تزریق می‌شود.

نتیجه این حالت حذف انفجار احتمالی است که ممکن است در زمانی که واحد بسیار داغ است ظاهر شود.

انواع موتورهای GDI

به راحتی می‌توان پیش بینی کرد که خودروسازان پیشرو سیستمی را توسعه دهند که مطابق با طرح GDI کار کند. دلیل این امر تشدید استانداردهای زیست محیطی و رقابت شدید با وسایل نقلیه الکتریکی است. بیشتر رانندگان خودروهایی با حداقل میزان سوخت را ترجیح می‌دهند.

تهیه یک لیست کامل از مارک‌های خودرو که در آن می‌توانید موتور مشابهی پیدا کنید دشوار است. گفتن اینکه کدام برندها هنوز تصمیم به پیکربندی مجدد خطوط تولید خود برای تولید این نوع موتورهای احتراق داخلی ندارند بسیار ساده تر است. اکثر ماشین‌های نسل جدید احتمالاً به این واحدها مجهز می‌شوند زیرا راندمان کافی همراه با افزایش عملکرد را ارائه می‌دهند. خودروهای قدیمی قطعا نمی‌توانند به این سیستم مجهز شوند زیرا واحد کنترل الکترونیکی باید دارای نرم افزار خاصی باشد. تمام فرایندهایی که در حین توزیع سوخت به سیلندرها اتفاق می‌افتند به صورت الکترونیکی بر اساس داده‌های انواع سنسورها کنترل می‌شوند.

ویژگی‌های عملکرد سیستم

هر گونه توسعه نوآورانه به مواد مصرفی با کیفیت‌تری نیاز خواهد داشت زیرا الکترونیک بلافاصله به کوچکترین تغییرات در عملکرد موتور پاسخ می‌دهد. اغلب سوخت نباید دارای رتبه اکتان زیر 95 باشد. علاوه بر این شما نمی‌توانید بنزین معمولی مصرف کنید و باید شاخص را با کمک مواد افزودنی افزایش دهید. موتور بلافاصله با نوعی خرابی به این موضوع واکنش نشان می‌دهد. تنها موارد استثناء موادی هستند که توسط خودروساز توصیه می‌شوند. شایع‌ترین خرابی موتور احتراق داخلی GDI خرابی انژکتور است. یکی دیگر از نیازهای سازندگان واحدهای این دسته روغن مرغوب است. این توصیه‌ها در دفترچه راهنمای کاربر نیز ذکر شده است.

مزایا و معایب موتورهای GDI

با کاهش فرآیند تامین سوخت و تشکیل مخلوط، موتور افزایش مناسبی در قدرت دریافت می‌کند. در مقایسه با سایر آنالوگ‌ها، این رقم می‌تواند تا 15 درصد افزایش یابد. هدف اصلی سازندگان چنین واحدهایی کاهش آلودگی محیط زیست است.

این امر با کاهش میزان سوخت ورودی به محفظه به دست می‌آید. اثر مثبت افزایش سازگاری با محیط زیست، کاهش هزینه‌های سوخت گیری است. مصرف در برخی موارد یک چهارم کاهش می‌یابد.

در مورد نکات منفی، عیب اصلی چنین موتوری هزینه بالای آن است. علاوه بر این، مالک خودرو برای خرید چنین واحدی باید مبلغ مناسبی را بپردازد. راننده باید به‌طور مرتب برای تعمیر و نگهداری موتور پول خرج کند.

در اینجا سایر معایب موتورهای GDI را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

• • حضور اجباری یک کاتالیزور. در شرایط شهری، موتور اغلب در حالت اقتصادی است. به همین دلیل گازهای خروجی باید خنثی شوند. از این رو امکان نصب شعله گیر یا گیره به جای کاتالیزور وجود ندارد. خودرو نمی‌تواند در چارچوب استانداردهای زیست محیطی قرار بگیرد.
  • برای سرویس موتور احتراق داخلی، باید روغنی با کیفیت بالاتر و در عین حال گرانتر خریداری کنید. سوخت موتور نیز باید از کیفیت بالایی برخوردار باشد. اغلب بنزینی مصرف می‌شود که عدد اکتان آن برابر با 101 است.
  • مشکل سازترین عناصر واحد یعنی نازل‌ها غیر قابل جدا شدن هستند. به همین دلیل اگر نمی‌توانید آنها را تمیز کنید باید قطعات گران قیمت خریداری نمایید.
  • فیلتر هوا باید بیشتر از حد معمول تعویض شود.

پیشگیری از خرابی موتورهای GDI

اگر راننده‌ای تصمیم به خرید خودرویی با سیستم GDI در زیر کاپوت داشته باشد عیب یابی ساده به افزایش عمر موتور خودرو کمک می‌کند. از آنجایی که کارایی سیستم تامین بنزین به طور مستقیم به تمیزی اسپری بستگی دارد اولین چیزی که باید به آن توجه کرد تمیز کردن دوره‌ای نازل‌ها است. برخی از تولید کنندگان توصیه می‌کنند از یک افزودنی مخصوص بنزین برای این کار استفاده کنید. یکی از گزینه‌ها Liqui Moly LIR است. این ماده کیفیت روانکاری سوخت را بهبود می‌بخشد و از گرفتگی اتمایزرها جلوگیری می‌کند. سازنده این محصول نشان می‌دهد که افزودنی در دماهای بالا کار می‌کند و رسوبات کربن و تشکیل پلاک از رزین‌ها حذف می‌شود.

جمع بندی

خودروهای GDI معمولاً بین 32 تا 65000 کیلومتر به سرویس نیاز دارند. تعمیر و نگهداری منظم در این بین به جلوگیری از انباشت کربن کمک می‌کند. روغن باید مطابق با فواصل تعویض توصیه شده سازنده تعویض شود. همچنین از روغن مشخص شده برای عملکرد بهینه دریچه‌های ورودی باید استفاده کنید. به یاد داشته باشید که افزودنی‌های بنزین به دریچه‌های ورودی موتورهای GDI نمی‌رسند! تمیز کردن هنگام تعویض روغن برای جلوگیری از تجمع رسوب لازم است.