سیستم تزریق مستقیم GDi

درموتورهای معمول انژکتوری، بنزین به داخل مانیفولد گازتزریق می شود،اما در موتورهای تزریق مستقیم سوخت به داخل سیلندر تزریق می شود.نتیجه تزریق مستقیم نظارت دقیق تر بر نسبت هوا به سوخت در حالتهای مختلف رانندگی است.یکی دیگر از مزایای این سیستم قابلیت ایجاد تاخیر در تزریق مستقیم است که بر اساس آن توانایی به وجود آوردن مخلوط های متفاوتی در سیلندر حاصل می شود.

 انواع سیستم احتراق GDI

تقسیم بندی این سیستم بر مبنای نوع پاشش سوخت به سیلندر می باشد:

1-سیستم پاشش چرخشی(میتسوبیشی و فولکس واگن)

2-سیستم پاشش پیچشی(تویوتا و نیسان)

مزیت به کارگیری این روش در خودروهای داخلی

این روش در کنار کاهش ۳۰ تا ۴۰ درصدی مصرف سوخت، کاهش آلودگی هوا را نیز در پی دارد. سیستم GDI می تواند سبب گازسوز کردن خودروها با حداقل افت توان شود.

اگر به خودروهای گازسوز شده در ایران توجه شود سمند موفق ترین طرح تا کنون بوده اما سیستم گازسوز در این خودرو نیز به دلایل تفاوت درجهٔ خودسوزی بنزین و گاز همیشه افت توان قابل توجهی را نشان می دهد، این در حالی است که با استفاده از موتورهای ضریب تراکم بالا، چنین افت توانی مشاهده می شود. حال اگر اتومبیل پیکان با اتاق احتراق و ضریب تراکم بسیار کم، گازسوز شود، احتمالاً این خودرو بیش از ۲۰ درصد افت توان را نشان خواهد داد. توضیح ساده این مسئله، این است که بنزیبن با کوچکترین فشاری مشتعل می شود، در صورتی که گاز در فشار بالاتری می سوزد. کوچک کردن محفظهٔ احتراق ضمن اینکه قدرت را افزایش می دهد؛ اما خودسوزی بنزین را نیز در پی دارد. ضریب تراکم بهترین موتور در ایران که پژو ۲۰۶ تیپ ۵ است، ۱۰ بوده؛ در حالی که موتوری گازسوز به تراکمی بین ۱۱ تا ۱۲ نیاز دارد، حال آنکه موتورهای GDI رقم تراکم ۱۲ را نشان می دهند و از این نظر، قدرت تطبیق موتور گازسوز و بنزین GDI در موتورهای گازسوز دوسوخته با حداقل افت توان، بسیار بالا است.مزایا و معایب موتورهای GDI در مقایسه با MPI بهبود مصرف ویژهٔ سوخت، افزایش بازده تنفسی، کاهش افت حرارتی، خنک شدن مخلوط سوخت و هوا در سیلندر، طی پاشش دیرهنگام مخلوط لایه ای تشکیل می شود، افزایش نسبت تراکم، کاهش نیاز به عدد اکتان افزایش حد خودسوزی، ۱۰ درصد افزایش توان، کاهش حدود ۳۰ درصدی مصرف سوخت و کاهش گازهای آلاینده به غیر از ذرات معلق، از مزایای موتور GDI است.

سیستم تزریق مستقیم GDi

در شکل بالا، دایره های سیاه رنگ نشان دهنده نقاطی هستند که سوخت به هوا اضافه می شود. همانطور که مشاهده می کنید، در سیستم تزریق مستقیم انژکتورها به داخل محفظه های احتراق انتقال داده شده اند. بنابر این دقت بالاتر رفته و به سوخت کمتری احتیاج خواهد بود.

با انتقال انژکتور به داخل سیلندر، کامپیوتر خودرو می تواند میزان سوخت اضافه شده در مرحله مکش را با دقت بیشتری کنترل کرده و مخلوط سوخت و هوا را بهبود بخشد. این موضوع نتایج زیر را در پی خواهد داشت:

• ایجاد انفجاری تمیزتر
• کاهش اتلاف سوخت
• افزایش قدرت

یکی دیگر از مزایای سیستم GDI، انعطاف پذیری بیشتر در زمینه زمانِ تزریق سوخت در چرخه احتراق است. در سیستم های MPFI، فقط در مرحله مکش که سوپاپ ورودی باز است امکان اضافه کردن سوخت به هوا وجود دارد، اما در سیستم تزریق مستقیم چون انژکتور داخل سیلندر است، هر زمان در چرخه احتراق که لازم باشد می توان سوخت اضافه کرد. به طور مثال، در برخی از سیستم های تزریق مستقیم این امکان وجود دارد که زمان بندی به نحوی تنظیم شود تا در مرحله تراکم میزان کمی سوخت اضافه شود. بنابر این، انفجار حاصله در سیلندر بسیار کوچکتر بوده و کاملاً کنترل شده خواهد بود. درست است که در این حالت کمی قدرت تولیدی موتور کاهش پیدا خواهد کرد، اما در عوض مصرف سوخت به طور قابل توجهی کمتر می شود. این حالت برای شرایطی که به قدرت زیادی احتیاج نیست بسیار کارآمد خواهد بود که به عنوان نمونه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• حالت آیدِل (زمانی که خودرو درجا کار می کند)
• زمانی که بدون نیاز به گاز دادن، خودرو به حرکت ادامه می دهد (مثلاً در سرپایینی)
• زمانی که سرعت خودرو در حال کاهش است

همچنین موتورهای مجهز به سیستم تزریق مستقیم، نسبت به تغییر در زمان بندی و میزان سوخت تزریق شده واکنش سریع تری نشان می دهند که نتیجه آن شتاب گیری روانتر و پایدارتر است. به علاوه، در موتورهای مجهز به سیستم GDI، موتور خودرو می تواند عملکردش را سریع تر با اطلاعات دریافتی از سنسورهایی که بعد از محفظه احتراق قرار دارند تنظیم کند. در نتیجه موتور کنترل بیشتری بر روی میزان آلایندگی خواهد داشت.

حتی برخی موتورها با استفاده از سیستم تزریق مستقیم، کمی سوختِ اضافه به سیلندر تزریق کرده و انفجار دومی را نیز در چرخه احتراق ایجاد می کنند که باعث افزایش قدرت و راندمان موتور می شود.

ممکن است سیستم GDI به نظر شما بسیار پیشرفته و جدید به نظر برسد، اما نکته جالب اینجاست که این سیستم چندان هم در صنعت خودرو موضوع تازه ای به حساب نمی آید. این سیستم از دهه 20 میلادی برای موتورهای بنزینی مورد استفاده بوده است و امروزه اکثر موتورهای دیزلی از سیستم تزریق مستقیم بهره مند هستند.

آیا سیستم تزریق مستقیم معایب هم دارد؟

ممکن است با توجه به نکات مثبتی که درباره سیستم GDI گفته شد، این سوال برای شما پیش آمده باشد که چرا همه خودروهای جدید به این سیستم مجهز نیستند.

یکی از دلایل این موضوع هزینه بیشتر تولید موتورهای تزریق مستقیم به دلیل پیچیدگی بیشتر است که در نهایت سبب می شود قیمت تمام شده خودرو افزایش پیدا کند. به طور مثال، انژکتور هایی که در سیستم تزریق مستقیم به کار برده می شوند باید بسیار بادوام تر از انژکتورهای بکار رفته در موتورهای MPFI باشند، چرا که باید بتوانند حرارت و فشارِ ناشی از صدها (و حتی هزاران) انفجار کوچک در هر دقیقه را تحمل کنند. به اضافه، به دلیل اینکه سیستم GDI باید بتواند سوخت را در محفظه احتراق که فشار بالایی دارد تزریق کند، داخل لوله های انتقال سوخت نیز فشار بیشتری وجود دارد. فشار موجود در سیستم تزریق مستقیم ممکن است چندین هزار پوند بر اینچ مربع (psi) باشد، در صورتی که برای سیستم تزریقِ چند نقطه ای این رقم بین 40 تا 60 پوند بر اینچ مربع است.

درست است که به مرور زمان قیمت اجزای سیستم GDI در حال کاهش است، اما در شرایط فعلی هزینه سیستم MPFI پایین تر بوده و برای اکثر خودروهای اقتصادی کفایت می کند.

برخی از مالکین و تعمیرکاران موتورهای مجهز به سیستم تزریق مستقیم از مشکل جمع شدنِ کربن پشت سوپاپ ورودی شکایت دارند که بیشتر در خودروهای مجهز به توربوشارژر با عملکرد بالا اتفاق می افتد. این مسئله سبب می شود به مرور زمان از جریان هوای ورودی به موتور کاسته شده و عملکرد خودرو با افت مواجه شود. اگر در گوگل عبارت “carbon buildup direct injection” را جستجو کنید، با نتایج زیادی مواجه می شوید که در همه آنها مالکین خودروهای مجهز به سیستم GDI با این مشکل دست و پنجه نرم می کنند. اما چرا این مشکل به وجود می آید؟

اگر راستش را بخواهید، هوای ورودی به اکثر خودروها آلوده است. حتی با وجود فیلتر هوا، باز هم سیستم های جدید که در آنها گاز خروجی اگزوز به گردش در می آید و سیستم های خنک کننده کارتر، سبب می شوند هوای ورودی به موتور تا حد زیادی آلوده شود. در خودروهای مجهز به سیستم تزریقِ چند نقطه ای، با اسپری کردنِ بنزین به سوپاپ ورودی، مواد پاک کننده موجود در بنزین این آلودگی ها را تمیز می کنند. اما در موتورهای GDI، با افزایش کارکرد خودرو ممکن است آلودگی زیادی در سوپاپ ورودی به وجود بیاید.

سیستم تزریق مستقیم با تکنولوژی های دیگر هماهنگی خوبی دارد

خودروسازان به طور مداوم در تلاش هستند تا با استفاده از سیستم تزریق مستقیم، عملکرد موتورهای احتراق داخلی را بهبود بخشند. به طور مثال، خودروسازانی همچون فورد، آئودی و بی ام و از ترکیب سیستم تزریق مستقیم و توربوشارژر استفاده می کنند تا بتوانند موتورهای کم حجم با مصرف سوخت پایین و قدرت بالا تولید کنند.

تویوتا برای چندین سال متوالی برای مدل های خاصی از موتور 3.5 لیتری که از نوع 6 سیلندرِ V شکل بود، از سیستم انژکتور خاصی موسوم به D-4S استفاده می کرد. این سیستم هم قابلیت تزریقِ چند نقطه ای و هم قابلیت تزریق مستقیم را دارد تا از مزایای هر دو نوع سیستم انژکتور استفاده کند. سیستم D-4S از قابلیت تزریقِ چند نقطه ای استفاده می کند تا موتور استارتی روان و بی نقص داشته باشد، سیستم تزریق مستقیم هنگامی که موتور تحت فشار بوده و هنگام شتاب گیری مورد استفاده قرار می گیرد و در شرایط دیگر سیستم های MPFI و GDI در کنار هم کار می کنند تا بهترین عملکردِ ممکن برای موتور حاصل شود.

مزایای تزریق سوخت مستقیم در موتورهای بنزینی عبارتند از:
1. پاسخ و عملکرد بهتر موتور در شرایط مختلف کاری
2. استارت بهتر موتور در هوای سرد
3. عملکرد بهتر موتور در دمای های مختلف
4. عملکرد نرم موتور در حال حرکت و یا دور ارام
5. افزایش بهره وری سوخت(کاهش مصرف سوخت)
6. کاهش انتشار آلاینده ها(Co2)

GDIوMPIاختلاف بين

✅ نظرت چبه این مطلب رو ببینی

تعمیرات ECU خودروهای انژکتوری

•         براي تامين سوخت در موتورهاي متداول انژكتوري از يك سيستم سوخت بنام پاشش سوخت از چند نقطه كه جايگزين كاربراتور شده است استفاده مي كنند.در اين سيستم سوخت توسط انژكتور به پشت سوپاپ پاشيده مي شود از انجا كه سوخت قبل از ورود به سيلندر با هوا مخلوط ميشود محدوديت هايي براي تامين به موقع سوخت و كنترل فرايتد احتراق در اين سيستم وجود دارد.در سيستم تزريق مستقيم سوخت مشابه موتورهاي ديزلي مستقيما به داخل سيلندر پاشيده مي شود اين محدوديت ها برطرف شده است همچنين زمان بندي پاشش سوخت مطابق بار موتور به دقت كنترل مي شود.

حالتهاي موتور:

1 -دور آرام:در اين حالت شير كنترل كننده چرخش هوا بسته شده و هوا مجبور به عبور از گذر گاهي مارپيچي مي شود اين عمل باعث مي شود كه هوا در هنگام ورود به سيلندر جرياني گردابي داشته باشد.

   سوخت در انتهاي مرحله تراكم صورت مي گيرد به صورت طبقه اي تزريق مي شود.

   (تزرق طبقه اي به اين صورت است كه محوطه اطراف شمع مخلوط غني دريافت مي كند در حالي كه در لايه بعدي با مخلوط رقيق  و قسمت بعدي سيلندر با هواي خالص پر مي شود )

در اين حالت سوخت بين 40-70درجه قبل از نقطه مرگ بالا پاشش مي كند.

اگر سوخت زودتر از 70 در جه تزريق شود فواره سوخت به قسمت مناسبي از تاج پيستون برخورد نخواهد كردو در نتيجه حركت مناسبي به سمت شمع ايجاد نخواهد شد.

اگر سوخت ديرتر از 40درجه قبل از مرگ بالا تزريق شود امكان تبخير آن بسيار كم خواهد بود؛كه افزايش سرعت دوراني موتور اين مورد را افزايش خواهد داد.

براي رفع اين مشكل از انژكتورها خاص كه از مواد پيزو الكتريك  ساخته شده كه حركت گردابي شديدي به فواره سوخت در هنگام تزريق داده مي شود اين امر سبب تبخير سريعتر و اختلاط بهتر مخلوط سوخت و هواست

2-دور زياد:

در اين حالت شير كنترل كننده باز و هوا با حداقل مقاومت وارد سيلندر مي شودسوخت در هنگام مكش تزريق مي -شود و نتيجه آن مخلوطي همگن سوخت و هوا است.

تكنولوژي هاي جديد بكار رفته در موتور

•        1-پيستون مخصوص(PISTTON CAVITY):

•         كه داراي سطح كروي بوده كه نقش محفظه احتراق را نيز دارد.

•         منحني تاج پيستون طوري طراحي شده است كه وقتي سوخت پاشيده شد به سمت شمع حركت كند. به علاوه اين طرح براي حفظ جريان چرخشي هوا وسوخت  تا انتها مرحله تراكم مفيد است.

2-پمپ فشار قوي جهت ارسال سوخت
(HIGH-PRESSURE FUEL PUMP)

در اين سيستم به منظور ساده كردن پمپ فشار قوي در سيستم ريل مشترك از يك پمپ پيستوني استفاده شده است.

نكته كه در اين پمپ بايد مورد توجه قرار گيرد دقت بيشتر در سيستم روغن كاري و سيستم خنك كاري مي باشد زيرا بنزين ويسكوزيته كمتري دارد.

اين پمپ روي سر سيلندر نصب شده و مستقيما توسط ميل سوپاپ مي چرخد.

فشار ارسال سوخت توسط يك سوپاپ يك طرفه تنظيم مي شود

مهمترين نقص اين پمپها كه توسط موتور به حركت در مي آيند ضعف پمپ و كمبود فشار سوخت در حالتهاي كه موتور هنوز دور نگرفته است .

براي جبران نمودن پمپ از يك پمپ ثانويه كه در داخل باك نصب است استفاده مي شود.

3-انژكتور مارپيچ(HIGH-PRESSURE SWRIL INJECTION)

•         در اين سيستم به منظور دست يافتن به تايمينگ دقيق و كنترل كيفيت از انژكتور الكترومگنتي استفاده شده است.

•         اين انژكتور از نوع مارپيچ بوده كه به منظور پخش نمودن سوخت و اتمميزه كردن آن بكار مي رود.

•         حركت چرخشي سوخت  به علت قرار گرفتن نوك انژكتور در مسير عبور سوخت مي باشد.

در مرحله دور زياد فشار محيط تزريق معادل فشار اتمسفر ولي در مرحله دور آرام كه سوخت در انتها مرحله تراكم پاشيده مي شود فشار محيط حدود 3.الي 5mpaمي باشد

4-راهگاه ورودي هواي قائم:

اين راهگاه باعث ايجاد يك جريان هواي قوي مي گردد.جهت چرخش هوا در اينجا بر عكس موتورهاي معمولي مي باشد يعني هواي داخل سيلندر در موترهاي GDIدر جهت عقربه هاي ساعت مي چرخد در حالي كه در موتورهاي معمولي جهت چرخش خلاف عقربه هاي ساعت است.

سيستم هاي ديگري كه بر عملكرد بهتر موتور تاثير دارند عبارتند از:

1-سيستم تغير زمان بندي سوپاپ(VVT)

   اين سيستم سوپاپهاي را باتوجه به حالتهاي مختلف رانندگي كنترل مي كند.در حالتي كه موتور تحت بار سنگين است اين سيستم زمانبندي سوپاپ ورودي را به صورت مستمر تغير مي دهد تا با دور هماهنگ شود و بيشترين استفاده از اثر اينرسي پر كننده براي بالاترين بازده ورودي را داشته باشد.اين عمل باعث افزايش همزمان قدرت و گشتاور مي شود.در دورهاي پائين سوپاپ ورودي زودتر و دورها بالا ديرتر بسته مي شود.

فیلم اموزشی

سیستم پاشش GDI

عملکرد موتور با سیستم پاشش مستقیم

سیستم پاشش مستقیم بوش (GDI)