«این خودرو مجهز به سیستم سوخت‌رسانی پاشش مستقیم (GDI) است»؛ این جمله را درباره خودروهای جدید به‌خصوص مدل‌های چینی زیاد می‌شنویم. اما سیستم GDI دقیقا چیست و چرا می‌گویند خودروهایی که سیستم سوخت‌رسانی‌شان GDI است، برای شرایط کشورمان چندان مناسب نیستند؟ همراه‌مان بمانید، در این مطلب می‌خواهیم به تمام سؤالاتتان درباره این سیستم سوخت‌رسانی پاسخ دهیم.
سیستم سوخت‌رسانی GDI چیست و چطور عمل می‌کند؟
سیستم سوخت‌رسانی GDI کوتاه‌شده عبارت Gasoline Direct Injection به معنای «تزریق مستقیم بنزین»، یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های تزریق سوخت در موتورهای احتراق داخلی است. در سیستم GDI، سوخت مستقیماً و با فشار بالا به داخل محفظه احتراق تزریق می‌شود؛ برخلاف سیستم‌های تزریق چندنقطه‌ای (MPI) که سوخت را به مجرای ورودی (منیفولد) تزریق می‌کنند.
عملکرد سیستم سوخت‌رسانی GDI به‌طور کلی شامل مراحل زیر است:
- دریافت سوخت: در این مرحله، بنزین توسط پمپ دریافت و به‌سمت سیستم سوخت‌رسانی هدایت می‌شود.
- تصفیه سوخت: سوخت جذب‌شده در مرحله قبل به‌وسیله فیلتر سوخت تصفیه می‌شود تا ذرات و آلودگی‌های موجود در آن گرفته شود.
- تزریق سوخت: انژکتورها به‌صورت الکترونیکی و در زمان مناسب، سوخت را با فشار بالا به سیلندر تزریق می‌کنند. این تزریق سوخت به‌صورت مستقیم و دقیقا قبل از سوختن مخلوط سوخت و هوا در سوزاننده انجام می‌شود.
- سوختن: پس از تزریق، سوخت در داخل سیلندر با هوا مخلوط می‌شود. زمانی که پیستون به بالای سیلندر می‌رسد و فشار در سیلندر افزایش می‌یابد، سوخت به‌دلیل دما و فشار بالا در سیلندر به‌طور خودکار مشتعل می‌شود.
- احتراق و تولید قدرت: با احتراق سوخت در سیلندر، انرژی حاصل از احتراق به پیستون منتقل می‌شود و پیستون حرکت می‌کند. حرکت پیستون به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود و این انرژی از طریق جعبه‌دنده و دیگر اجزا به چرخ‌ها منتقل می‌شود تا خودرو حرکت کند.
مزایای سیستم تزریق مستقیم سوخت (GDI)
۱. افزایش بهرهوری سوخت
یکی از مزایای مهم سیستم سوخت‌رسانی GDI، افزایش بهرهوری سوخت است. این سیستم سوخت‌رسانی مقدار دقیق سوخت موردنیاز را در زمان مناسب به داخل سیلندرها تزریق می‌کند. این باعث می‌شود که سوخت به‌طور کامل و بهینه بسوزد و هدر نرود.
۲. افزایش قدرت و بهبود عملکرد
با تزریق سوخت به‌صورت مستقیم به سیلندرها، موتور قادر است سوخت را دقیق‌تر کنترل کند و مخلوط بهینه‌تری از سوخت و هوا فراهم کند. همه این‌ها باعث افزایش قدرت موتور، عملکرد بهتر در سرعت‌های بالا و پاسخگویی بهتر در سرعت‌های پایین می‌شود.
۳. کاهش آلاینده‌ها
با تزریق مستقیم سوخت به سیلندرها، میزان آلاینده‌های مضری که در موتور تولید می‌شوند، کاهش می‌یابد. این یکی از دلایلی است که باعث شده سیستم سوخت‌رسانی GDI، «فناوری سبز» شناخته شود. با کاهش آلاینده‌ها خصوصا ذرات جامد و اکسیدهای نیتروژن، سیستم سوخت‌رسانی GDI به کمتر آلوده شدن هوا و حفظ محیط زیست کمک می‌کند.
۴. افزایش عمر موتور
سیستم GDI (تزریق مستقیم بنزین) به‌دلیل احتراق کامل‌تر، کاهش رسوبات و کنترل دمای موتور می‌تواند به افزایش عمر موتور و کاهش استهلاک قطعات کمک کند.
۵. کاهش انتشار حرارت
در سیستم سوخت‌رسانی GDI، سوخت به‌طور مستقیم در داخل سیلندر تزریق می‌شود. این باعث می‌شود که حرارت تولیدشده هنگام سوختن سوخت به‌طور مستقیم به دیواره‌های سیلندر منتقل شود. درنتیجه گرمای کمتری به سایر قطعات موتور می‌رسد.
معایب سیستم سوخت‌رسانی GDI
با وجود مزایای زیادِ سوخت‌رسانی GDI، این سیستم معایب زیر را هم دارد:
۱. داغ شدن قطعات اطراف سیلندر
یکی از معایب سیستم سوخت‌رسانی GDI، داغ شدن قطعات اطراف سیلندر است. با تزریق مستقیم سوخت به سیلندرها، سوخت به‌طور مستقیم با دیواره‌های سیلندر تماس پیدا می‌کند. این باعث می‌شود که حرارت تولیدشده در سوختن سوخت به‌سرعت به دیواره‌های سیلندر منتقل شود و دمای سیلندر و قطعات اطراف آن به‌شدت بالا برود.
۲. رسوبات و ذرات
در سیستم GDI (تزریق مستقیم بنزین)، به‌دلیل اینکه سوخت مستقیماً به محفظه احتراق تزریق می‌شود، بنزین از مسیر منیفولد ورودی عبور نمی‌کند. در سیستم‌های قدیمی‌تر، سوخت به منیفولد تزریق می‌شد و با عبور از مسیرهای ورودی به داخل سیلندرها، به تمیز شدن سوپاپ‌های ورودی کمک می‌کرد. این جریان سوخت، رسوبات روغن و ذرات معلقی را که از سیستم تهویه کارتر (PCV) وارد منیفولد می‌شدند، می‌شست.
در سیستم GDI، به‌دلیل جریان نداشتن سوخت روی سوپاپ‌ها، رسوبات کربنی به‌مرور زمان روی سوپاپ‌های ورودی تجمع می‌کنند. این رسوبات ناشی از ذرات ریز روغن، بخار سوخت، و ناخالصی‌های واردشده به مسیر ورودی هستند. این مشکل به‌ویژه در شرایطی که موتور در دور پایین کار می‌کند یا به‌طور مداوم خاموش و روشن می‌شود، بیشتر بروز می‌کند.
۳. هزینه نگهداری و تعمیرات
سیستم سوخت‌رسانی GDI بسیار پیچیده‌تر از سیستم‌های سوخت‌رسانی سنتی است و درنتیجه هزینه نگهداری و تعمیرات آن بالاست. تمیز کردن انژکتورها و تعویض فیلترها و قطعات مرتبط دیگر، به‌طور مرتب باید انجام شود و همه این‌ها هزینه‌بر و زمان‌بر هستند.
۴. کاهش کیفیت روغن موتور
در سیستم سوخت‌رسانی GDI، سوخت به‌طور مستقیم به سیلندرها تزریق می‌شود و گاهی قسمتی از سوخت به‌صورت مستقیم به روغن موتور نفوذ می‌کند. این مسئله باعث می‌شود کیفیت روغن موتور کم شود.
انواع سیستم‌های پاشش سوخت
۱. سیستم کاربراتوری
تا بیست سال پیش سیستم سوخت‌پاشی بسیاری از خودروهای بازار «کاربراتوری» بود. این سیستم سوخت‌رسانی، مصرف سوخت بالایی داشت، زمستان‌ها به‌سختی روشن می‌شد و عملکرد چندان مناسبی هم نداشت.
۲. سیستم انژکتوری
انژکتور قطعه‌ای بود که برای برطرف کردن مشکلات موتورهای کاربراتوری به موتور خودرو اضافه شد. کار انژکتور تزریق سوخت به محفظه شامل سوخت و هواست. در این سیستم، ایسیو خودرو (ECU) مقدار سوخت لازم برای تزریق را تعیین می‌کند.
۳. سیستم سوخت‌رسانی SPI یا تک‌نقطه‌ای
در سیستم تک‌نقطه‌ای، تنها یک انژکتور پاشش سوخت را انجام می‌دهد و زمان لازم برای تزریق سوخت موردنیاز به هر سیلندر، طولانی است. این سیستم، نسل اول سیستم‌های انژکتوری بود.
۴. سیستم سوخت‌رسانی MPI یا چندنقطه‌ای
نسل بعدی انژکتورها سیستم سوخت‌رسانی چندنقطه‌ای یا MPI بود. در این نوع سیستم، برای پاشش سوخت از چندین نازل استفاده می‌شود. یعنی به‌ازای هر سیلندر یک نازل برای پاشش سوخت وجود دارد؛ دقت در میزان و زمان پاشش هم بهینه‌تر شده و همین باعث افزایش بهرهوری و بهبود عملکرد موتور شده است.
۵. سیستم GDI یا پاشش سوخت مستقیم در پیشرانه
استفاده از سیستم GDI برای اولین‌بار به سال ۱۹۹۶ برمی‌گردد. زمانی که شرکت میتسوبیشی نازل پاشش سوخت را از پشت سوپاپ ورودی هوا برداشت و آن را داخل محفظه سیلندر جای داد. با این سیستم می‌توان توان و نیروی بیشتری از پیشرانه‌های کم‌حجم به‌دست آورد. در این نوع سیستم، بنزین در یک سیکل تکراری به‌طور مستقیم به سیلندر تزریق می‌شود و به‌مرور ذرات کربن و دوده روی آن رسوب می‌کند؛ برای همین این نوع انژکتور را باید همیشه تمیز نگه داشت.
آیا سیستم سوخت‌رسانی GDI بر روی عمر موتور تأثیر دارد؟
بله، سیستم سوخت‌رسانی GDI (تزریق مستقیم بنزین) می‌تواند بر عمر موتور تأثیر بگذارد، اما این تأثیر به نحوه نگهداری، کیفیت سوخت و طراحی موتور بستگی دارد.
تأثیرات مثبت GDI بر عمر موتور
- احتراق کامل‌تر و کاهش سایش: GDI به‌دلیل تزریق دقیق‌تر سوخت، احتراق را بهینه‌تر می‌کند. این احتراق کامل، رسوبات در محفظه احتراق را کاهش می‌دهد و از سایش قطعاتی مثل پیستون‌ها و رینگ‌ها جلوگیری می‌کند.
- کاهش آسیب‌های ناشی از حرارت به موتور: این سیستم امکان کنترل دمای احتراق را فراهم می‌کند که می‌تواند از آسیب به قطعات موتور در دماهای بالا جلوگیری کند.
- مصرف سوخت بهینه: با کاهش مصرف سوخت، قطعات داخلی موتور کمتر تحت فشار قرار می‌گیرند و درنتیجه استهلاک در آن‌ها دیرتر اتفاق می‌افتد.
تأثیرات منفی و چالش‌های GDI برای عمر موتور
- ایجاد رسوبات کربنی روی سوپاپ‌ها: به‌دلیل تزریق مستقیم سوخت، جریان بنزین نمی‌تواند سوپاپ‌ها را تمیز کند. رسوبات کربنی روی سوپاپ‌ها تجمع می‌کنند و ممکن است باعث کاهش عملکرد موتور، احتراق ناقص و آسیب طولانی‌مدت شوند.
- حساسیت به کیفیت سوخت: موتورهای GDI به سوخت باکیفیت نیاز دارند. استفاده از سوخت نامرغوب می‌تواند انژکتورها را مسدود کند و به موتور آسیب بزند.
- تعمیرات پیچیده‌تر و هزینه‌بر: قطعات این سیستم، مانند پمپ فشار بالا و انژکتورهای پیشرفته، پیچیده و گران‌تر از سیستم‌های سنتی هستند.
سخن آخر
سیستم GDI می‌تواند به افزایش عمر موتور کمک کند اگر:
- از سوخت باکیفیت و روغن موتور مناسب استفاده شود.
- نگهداری دوره‌ای مثل تمیز کردن رسوبات و شست‌وشوی سیستم سوپاپ‌ها انجام شود.
- شرایط کاری موتور (مثل دور موتور بالا و احتراق بهینه) کنترل شود.
در صورت بی‌توجهی به نگهداری یا استفاده از سوخت بی‌کیفیت، این سیستم ممکن است باعث مشکلاتی شود و عمر موتور را کاهش دهد.