پیشرانه GDI چیست و چه تفاوتی با پیشرانه MPI دارد؟

پیشرانه GDI یکی از انواع پیشرانه های استفاده شده در خودروهای روز است که فناوری پاشش مستقیم سوخت را با بازده بهتر دارد.

این روزها در بازار خودروی کشورمان کلمه GDI برای معرفی برخی خودروها از جمله چینی ها زیاد به گوش می خورد اما این ویژگی مربوط به چه قسمت از خودرو است چه تاثیری بر عملکرد آن دارد؟ در ادامه به معرفی آن خواهیم پرداخت.

کلمه GDI که مخفف کلمه Gasoline Direct Injection می باشد در واقع بیانگر نحوه پاشش سوخت به درون محفظه سوخت یا همان سیلندر می باشد که باعث می شود خودروهای مجهز به این سیستم از نظر قوای محرکه از نمونه های مجهز به فناوری های قدیمی تر که به MPI شهرت دارند عملکرد بهتری داشته باشند و از نظر قیمتی هم قدری گرانتر باشند .

سیستم کاربراتوری

به دو دهه قبل که برگردیم اکثریت خودروهای بازار از سیستم کاربراتور بهره می بردند که دردسرها و محدودیت های زیادی از جمله عملکرد نه چندان مطلوب پیشرانه، مشکلات روشن شدن در سرمای زمستان،مصرف سوخت بالا و… را داشت. کاربراتور بخش اصلی سیستم سوخت رسانی بود که پیش از مجهز شدن خودروها به کامپیوتر با کمک مکانیزم خلا و مکش دریچه گاز وظیفه مخلوط کردن سوخت و هوا و رساندن آن به محفظه احتراق را بر عهده داشت.

بدین گونه که هنگامی که پیستون در سیلندر به سمت پایین حرکت می‌کند، دریچه‌ گاز کاربراتور باز می‌شود و هوا از طریق پمپ مخصوص از این دریچه وارد کاربراتور شده، درون بدنه‌ آن با سوخت مخلوط و سپس مخلوط سوخت و هوا به درون سیلندر تزریق می‌شود. اما به دلیل مشکلاتی از قبیل بالا بودن سطح آلایندگی، مصرف بالای سوخت، ایرادات سیستم جرقه زنی، عدم توانایی ترکیب سوخت و هوا، توزیع غیر یکنواخت سوخت به سیلندرها و در نتیجه عملکرد نه چندان مطلوب پیشرانه سیستم انژکتور در اواخر ۱۹۸۰ با کارایی بالاتر و بهتر جایگزین کاربراتور گردید.

سیستم انژکتوری

با پیشرفت تکنولوژی و مجهز شدن خودروها به قطعه ای تحت عنوان ECU که در واقع مغز خودرو به حساب می آمد، سیستم سوخت رسانی هم با توجه به مشکلاتی که برای کاربراتور ذکر شد، مجهز به قطعه ای جدید به نام انژکتور گردید که کمبود های سیستم کاربراتور را تا حد زیادی برطرف نمود. البته در برخی از خودروها انژکتورهای مکانیکی را داشتیم اما عموم خودروها در آن زمان کاربراتوری بودند. انژکتور هم مانند کاربراتور وظیفه مخلوط کردن سوخت و هوا را به عهده داشت تا آن را از طریق منیفولد هوا به سیلندرها برساند. اما این بار این ECU بود که با اطلاعات دریافتی از سایر سنسورها تعیین می کرد چه مقدار از سوخت با هوا ترکیب شود و به سمت محفظه احتراق هدایت شود. سیستم های انژکتوری بر حسب محل قرار گیری نازل ها و اینکه از چه تعداد نازل سوخت برای سوخت رسانی به سیلندر استفاده کنند به چندین دسته تقسیم می شوند که به معرفی آن ها می پردازیم.

سیستم پاشش سوخت تک نقطه ای (SPI)

در این سیستم از یک انژکتور برای عمل پاشش استفاده می‌شود و زمان پاشش برای رسیدن سوخت به هر ۴ سیلندر طولانی‌تر خواهد شد. این میزان و زمان که توسط ECU مشخص می‌شود توسط منیفولد ورودی در سیلندرها تقسیم می‌شود. این سیستم انژکتوری که در واقع نسل اول انژکتورها به حساب می آمد از یک نازل (سوزن) انژکتور پاشش سوخت بهره می برد و نازل که در قسمت پشت دریچه گاز و یا قسمت منیفولد ورودی هوا قرار می گرفت، سوخت را با صورت اسپری کردن با هوا ترکیب می کرد و مخلوط سوخت و هوا را به سیلندرها می رساند. به این سیستم های تک سوزن یا پاشش سوخت تک نقطه ای یا همان Single Point Injection به اختصار SPI می گویند. افزایش توان و بازده موتور ، عدم وابستگی به شرایط هوایی و محیطی و درنتیجه استارت بهتر در هوای سرد،کاهش مصرف سوخت و کاهش سطح آلایندگی خودرو از جمله برتری های این سیستم ها نسبت به مدل های کاربراتوری بود.

سیستم پاشش سوخت چند نقطه ای (MPI)

نسل بعدی انژکتورها Multi Point Injection نام دارد و همانطور که از نام آن مشخص است برخلاف نسل اول انژکتور از چندین نازل برای رساندن مخلوط سوخت و هوا به سیلندرها استفاده می کند بطوری که انژکتورها که بر روی یک ریل سوخت‌رسانی به ترتیب قرار گرفته اند سوخت را به پشت سوپاپ های ورودی هوا در هر سیلندر اسپری می کنند. در واقع در این نسل از سیستم انژکتوری برای هر سیلندر از یک نازل پاشش سوخت استفاده شده که باعث می شود نسبت به نمونه قبلی علاوه بر اینکه برای هر سیلندر مقدار مورد نیاز و مشخصی از ماده سوختی تزریق شود دقت میزان پاشش و همچنین زمان دقیق پاشش سوخت بالاتر برود و در نتیجه علاوه بر افزایش راندمان و عملکرد بهتری موتور، مصرف سوخت بهینه تری داشته باشیم.

سیستم پاشش سوخت مستقیم در پیشرانه GDI

با وجود پیشرفت خودروهای برقی و هیبریدی اما همچنان خودروسازان به دنبال افزایش بهره وری پیشرانه های بنزینی هستند. یکی از بخش های اصلی و موثر در افزایش بهره وری سیستم سوخت رسانی است که طی دهه های متمادی فناوری های جدید به آن اضافه شده و این بار فناوری تحت عنوان سیستم پاشش سوخت مستقیم جایگزین سیستم های پاشش سوخت چندنقطه ای پیشرانه های انژکتوری گردیده است.

در این سیستم که اولین بار در سال ۱۹۹۶ توسط شرکت میتسوبیشی بطور رسمی معرفی شد نازل پاشش سوخت انژکتور به جای قرار گرفتن در پشت سوپاپ ورودی هوا، داخل محفظه سیلندر قرارگرفته که با توجه به نوع پیستون در بالای سیلندر و یا در کنار سوپاپ ها قرار می گیرد و دیگر مانند نمونه های MPI درون منیفولد ورودی قرار نمی‌گیرد که نتیجه آن کاهش قابل توجه مصرف سوخت و افزایش عملکرد خودروهای مجهز به این نوع سیستم پاشش سوخت می باشد. در واقع با این فناوری نیرو و توان بیشتری را می توان از پیشرانه های با حجم کمتر به دست آورد. البته استفاده از این فناوری مانند شمشیر دو لبه می باشد یعنی در کنار برتری هایی که نسبت به مدل های قبلی پاشش سوخت دارد می تواند باعث کاهش عملکرد موتور به علت تجمع دوده و رسوبات کربنی در قسمت پشت سوپاپ ورودی هوا به سیلندر شود.

نکاتی در مورد پیشرانه GDI

از آنجایی که در پیشرانه GDI مستقیما بنزین به سیلندر تزریق می شود، مقدار کمی خاک از هوای ورودی و کربن برگشتی روی دیواره های سوپاپ ورودی جمع می شود. با گذشت زمان و تکرار این سیکل باعث ایجاد رسوبات کربن و دوده می‌شود که جریان هوا را به سیلندرها محدود می‌کند و در نتیجه موتور با افت توان وگشتاور مواجه می شود. لذا تمیز نگه داشتن انژکتورها در این نوع پیشرانه ها از اصول حیاتی نگه داری است. البته برخی خودروسازان با ترکیب کردن دو نوع سیستم GDI و MPI بطوری که یک نازل در قسمت منیفولد ورودی هوا و یکی در داخل محفظه احتراق قرار بگیرد این مشکل را برطرف نموده اند.

انژکتورها در سیستم پیشرانه GDI به دلیل اینکه درون محفظه سیلندر تعبیه می شوند می بایست از مقاومت بالاتری نسبت دما و حرارت و ظرفیت پاشش بالاتر در مقایسه با نمونه های MPI و تک نقطه ای برخوردار باشند. همین موضوع باعث افزایش قیمت این مدل ها نسبت به نمونه های قبلی می باشد. موتورهای GDI مزایای زیادی دارند، اما تنها در صورتی که به درستی نگهداری شوند. علاوه بر این در موتورهای GDI سوخت در فشارهای بسیار بالاتری نسبت به سیستم MPI تزریق می شود بنابراین اندازه قطرات سوخت تا ۲۰۰ میکرون کوچکتر می شود و فشار تزریق بیش از ۲۰۰ برابر نسبت به سیستم MPI می باشد.

از دیگر نکات منفی پیشرانه GDI می توان به قیمت بالای آن در مقایسه با سیستم MPI اشاره کرد. مثال بارز آن را می توان در سانتافه های موجود در بازار خصوصا مدل ۲۰۱۶ دانست که بین مدل های MPI و GDI اختلاف قیمت حدود ۱۵-۲۰ درصدی وجود دارد. این سیستم بطور کلی در صنعت خودروسازی با نام GDI شناخته می شود البته ممکن است برخی خودروسازان از نام های دیگری برای معرفی این سیستم روی محصولاتشان استفاده کنند. به عنوان مثال شرکت مرسدس بنز از واژه CGI برای معرفی محصولات مجهز به این سیستم استفاده می کند که مخفف عبارت Stratified Charged Gasoline Injection می باشد. در پایان باید به این نکته اشاره کرد که اگرچه هر فناوری با وجود نکات مثبت می تواند نکات منفی نهفته ای نیز به همراه داشته باشد اما این دلیلی بر استفاده نکردن از این سیستم ها نیست و با نگه داری و سرویس های به موقع می توان از آسیب های احتمالی جلوگیری کرد.