سیستم سوخت رسانی GDI

 سیستم سوخت رسانی GDI در کشور ما تکنولوژی نوظهوری به شمار می‌رود. اگرچه این تکنولوژی مدت‌ها است که در صنعت خودرو معرفی و استفاده شده است. در این مقاله به‌صورت مختصر به معرفی این تکنولوژی پرداخته می‌شود. مقاله قابل‌استفاده برای عمومی علاقه‌مندان در هر سطحی است.

دوره آموزشی برق خودروهای داخلی در دانشگاه صنعتی شریف

تاریخچه تحول در سیستم سوخت‌رسانی

سیستم سوخت‌رسانی یکی از اجزا مهم بین سیستم‌های مختلف خودرو به شمار می‌رود. وظیفه سیستم سوخت‌رسانی انتقال سوخت از باک به موتور و آماده‌کردن شرایط مناسب برای اختلاط با هوا است. سیستم سوخت‌رسانی دارای اجزا مختلفی مانند باک، پمپ‌بنزین و لوله‌های سوخت‌رسانی و سیستم ایجاد نسبت مناسب برای سوخت و هوا است. شکل 1 زیر سیستم‌های اصلی سیستم سوخت را معرفی می‌کند

شکل 1- زیر سیستم‌های اصلی سیستم سوخت رسانی بنزینی

سیستم سوخت‌رسانی بنزینی تغییرات بزرگ زیادی را به چشم ندیده است. اگرچه تغییرات جزئی و تکمیلی در این سیستم مانند هر سیستم دیگر بسیار زیاد بوده است. به‌عنوان نمونه در بخش پمپ‌بنزین در طول تحول صنعت خودرو، پمپ‌بنزین‌ها از نوع مکانیکی به نوع الکتریکی تبدیل شدند و سال‌هاست که تحول جدید در ساختار پمپ‌بنزین ایجاد نشده است. یا در مورد لوله‌های ارسال سوخت تنوع بسیاری از ابتدا استفاده مشاهده نمی‌شود. مهم‌ترین بخش سیستم سوخت‌رسانی که تحولش بسیار تأثیرگذار بود. تغییر در سیستم تنظیم سوخت و هوا بود. شکل 2 روند تحول این سیستم را در موتورهای بنزینی نشان می‌دهد.

شکل 2- نوعی دسته بندی سیستم تنظیم سوخت و هوا از نظر محل اختلاط

همانطور که در شکل 2 نیز قابل مشاهده است سه تحول بزرگ از دید محل پاشش در این سیستم رخ داده است. در سیستم‌های قدیمی قطعه ای به نام کاربراتور وجود داشت که در آنجا هوا از سمت فیلتر هوا وارد می‌شود و از یک ونتوری عبور می‌کرد، عبور هوا از ونتوری سبب کاهش فشار شده این افت فشار سبب کشیده شدن بنزین از مجرای کنترل شده ای (که عموماً آن را ژیگلور می‌نامند) به داخل کاربراتور شده و فرایند اختلاط در داخل ونتوری کاربراتور شروع می‌شد. این سیستم کنترلرهای مکانیکی نداشت بنابراین کیفیت بالایی برای اختلاط در آن وجود نداشت. علاوه بر ان کاربراتور تاثیری از گازهای خروجی نمی‌گرفت بنابراین از دید سیستمی، یک سیستم مدار باز (Close loop) به شمار می‌رود که کارایی پایینی دارد. در نسل بعدی سیستم انژکتوری به بازار عرضه شد. محل اختلاط سوخت و هوا در این سیستم قبل از سوپاپ هوا است. این سیستم توسط سنسورها و عملگرهای مختلفی کنترل می‌شود. با توجه به وجود بازخورد (feedback) در سیستم بازده سیستم بسیار بالاتر از نوع کاربراتوری خواهد بود. نسل سوم که همان تکنولوژی GDI است محل پاشش تغییر کرده است اما سیستم مدیریت آن تغییرات محسوسی ندارد.

تکنولوژی سیستم سوخت رسانی GDI

شکل 3 مقایسه سیستم انژکتوری معمولی و GDI را نشان می‌دهد.

شکل 3- تفاوت محل پاشش در دو سیستم معمولی و جی دی ای

همان‌طور که در شکل 3 مشاهده می‌شود در سیستم سوخت رسانی GDI محل تزریق سوخت (همان قرار گرفتن انزکتور) به داخل اتاق احتراق تغییر کرده است

تاریخچه سیستم سوخت رسانی GDI

همان‌طور که اشاره شد سیستم دیزل از همان ابتدا ساختار پاشش مستقیم در اتاق احتراق را دنبال کرد. (حدود سال 1890 میلادی) اما در موتورهای بنزینی نیز این طرح در حال بررسی بود. اولین طرح سیستم GDI در سال 1925 توسط یک مهندس اسکاتلندی معرفی شد. بعدها در سال 1937 شرکت دایملر بنز آن را روی یک موتور هواپیما (DB 601)

شکل 4- اولین موتور بنزینی GDI – 1937 – دایملر بنز

اولین خودرو با موتور GDI در سال 1955 روی مرسدس بنز 300SL استفاده شد. (شکل 5)

شکل 5- اولین خودرو با موتور GDI بنزینی – مرسدس بنز 300SL

به‌مرور طرح کامل و کامل‌تر شد. تقریباً در سال 1997 موتور با تکنولوژی GDI به بلوغ رسید. شرکت میتسوبیتشی روی مدل carisma به بازار عرضه کرد. (شکل 6)

شکل 6- خودرو میتسوبیشی carisma و موتور GDI با مدیریت تمام الکترونیکی

بعد از سال 1997 بسیاری از خودرو سازها به تولید این نوع موتورروی آوردند.

مزایا و معایب سیستم سوخت رسانی GDI

هیچگاه نمی‌توان گفت هر تکنولوژی جدید نسبت به رویه قبلی فقط دارای نقاط قوت است. همیشه نقاط قوت و ضعف در هر سیستمی وجود دارد. سیستم سوخت رسانی GDI نیز از این امر مستثنی نیست. شکل 7 به‌صورت خلاصه مزایا و معایب سیستم سوخت رسانی GDI را معرفی می‌کند.

شکل 7- مزایا و معایب سیستم سوخت رسانی GDI

یکی از مهم‌ترین مزایای این سیستم کاهش مصرف سوخت است. به عبارت ساده‌تر با مصرف سوخت پایین‌تر می‌تواند گشتاور بیشتری تولید کند. کاهش مصرف سوخت به معنی کاهش میزان آلایندگی نیز خواهد بود. در دورهای پایین این سیستم می‌تواند تا حدود 15 درصد (حتی گاهی تا 20 درصد) میزان مصرف و آلایندگی را کاهش دهد. یکی دیگر از مزایای سیستم کاهش نیاز به نسبت اختلاط است. همانطور که می‌دانید نسبت ایده ال هوا و بنزین بر اساس نسبت استوکیومتری نسبت 1 به 14.7 است. در سیستم سوخت رسانی GDI متناسب با شرایط در دورهای پایین این عدد را می‌توان حتی به عدد 1 به 20 (در شرایط خاص بر اساس نیاز مصرف) ایجاد کرد. یکی دیگر از مزایای این سیستم تحمل نسبت تراکم بالاتر از نوع PFI دارد. راندمان و قدرت تولیدی در GDI می‌تواند بیشتر از سیستم انژکتوری معمولی باشد. با توجه به کاهش مصرف و آلایندگی، از مبدل کاتالیست کوچک‌تری می‌توان استفاده کرد و یا در صورت استفاده یکسان طول عمر مبدل افزایش پیدا خواهد کرد

در مقابل مزایا، این سیستم نقاط ضعفی هم دارد. یکی از نقاط ضعف این سیستم احتمال رسوب گرفتگی بیشتر در سوپاپ هوا است. این کار می‌تواند باعث برهم‌خوردن آب‌بندی شود. علاوه‌برآن به دلیل رسوب گرفتگی روی سوپاپ هوا، ورود جریان هوا به داخل اتاق احتراق نیز می‌تواند با مشکل مواجه شود. علاوه‌برآن در صورت کنده‌شدن رسوب می‌تواند مسیر خروجی که شامل توربو و مبدل کاتالیستی است را نیز دچار مشکل کند در این صورت میزان پر شدن هوا (اگر از سیستم توربوشارژر استفاده نشود) می‌تواند کاهش پیدا کند.

در این مقاله به‌صورت عمومی به معرفی سیستم سوخت رسانی GDI پرداخته است. در مقاله‌های بعدی اجزا و ساختار عملکرد سیستم gdi مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

نویسنده: مهندس بهروز خطیبی