موتورهای GDI؛ جایی که سوخت مستقیماً با قدرت ملاقات می‌کند

به گزارش تابناک؛در سال‌های اخیر واژه‌ی «موتور GDI» یا تزریق مستقیم سوخت بنزینی زیاد به گوش می‌رسد، اما کمتر کسی دقیق می‌داند این فناوری چه تفاوتی با موتور‌های معمولی دارد و چرا خودروسازان بزرگ جهان مثل هیوندای، کیا، میتسوبیشی، تویوتا و ب‌ام‌و به سمت استفاده از آن رفته‌اند. موتور GDI در واقع نتیجه‌ی سال‌ها تلاش برای ترکیب توان بالا با مصرف سوخت پایین است؛ یعنی همان رؤیایی که مهندسان خودروسازی همیشه در پی آن بوده‌اند.

در موتور‌های بنزینی قدیمی، سوخت توسط انژکتور در منیفولد هوا پاشیده می‌شود تا با هوا ترکیب شود، سپس این مخلوط وارد سیلندر می‌گردد. این روش «تزریق غیرمستقیم» یا MPI نام دارد. اما در موتور‌های GDI، سوخت به‌طور مستقیم داخل سیلندر و روی پیستون تزریق می‌شود، درست مثل موتور‌های دیزل. این کار باعث می‌شود کنترل سوخت بسیار دقیق‌تر، احتراق کامل‌تر و توان خروجی بیشتر باشد، در حالی‌که مصرف سوخت و آلایندگی کاهش می‌یابد.

سیستم تزریق مستقیم به کمک یک پمپ فشار قوی، سوخت را با فشار بسیار بالا (گاهی تا ۲۰۰ بار) به درون سیلندر می‌فرستد. در لحظه‌ی فشرده‌سازی، انژکتور سوخت را پاشش می‌کند و ECU موتور براساس دما، بار موتور و دور آن، مقدار دقیق سوخت را تعیین می‌کند. در نتیجه، احتراق کامل‌تر انجام می‌شود و اتلاف انرژی بسیار کمتر از موتور‌های معمولی است.

مزیت بزرگ GDI در این است که در دور‌های پایین هم گشتاور بالایی تولید می‌کند، چون سوخت دقیقاً در لحظه‌ی لازم تزریق می‌شود. همین ویژگی باعث می‌شود خودرو‌هایی با موتور GDI در رانندگی شهری چابک‌تر، در سربالایی‌ها قدرتمندتر و در جاده‌ها کم‌مصرف‌تر باشند. برای مثال، موتور معروف ۱.۶ T-GDI هیوندای و کیا که در مدل‌هایی مانند سراتو، النترا، سوناتا و اسپرتیج استفاده شده، یکی از موفق‌ترین نمونه‌های ترکیب توربو و تزریق مستقیم است.

یکی از نکات جالب در مورد GDI، قابلیت تغییر حالت پاشش سوخت است. در حالت بار سبک، موتور سوخت را تنها در نزدیکی شمع تزریق می‌کند تا احتراق متمرکز و اقتصادی باشد، اما در حالت پرفشار یا شتاب‌گیری، سوخت به‌طور کامل در سیلندر پخش می‌شود تا توان بیشتری تولید شود. این هوشمندی باعث می‌شود موتور‌های GDI بتوانند به نسبت حجم کوچک‌تر، قدرتی معادل موتور‌های بزرگ‌تر ارائه دهند.

اما هیچ فناوری بدون چالش نیست. بزرگ‌ترین مشکل موتور‌های GDI، کربن‌گرفتگی سوپاپ‌های ورودی است. چون سوخت دیگر از روی سوپاپ عبور نمی‌کند (مثل موتور‌های MPI)، روغن و بخار باقی‌مانده در مسیر هوا به‌مرور زمان رسوب می‌کنند و باعث کاهش راندمان می‌شوند. به همین دلیل، شرکت‌هایی مانند آئودی و هیوندای بعد‌ها سیستم‌های ترکیبی طراحی کردند که به آنها Dual Injection یا تزریق دوگانه گفته می‌شود؛ یعنی هم تزریق مستقیم دارند و هم غیرمستقیم، تا ضمن حفظ قدرت، سوپاپ‌ها نیز تمیز بمانند.

در بازار ایران هم حضور موتور‌های GDI کم‌کم پررنگ‌تر شده است. برای مثال، چری تیگو ۸ پرو مکس و فونیکس FX از موتور‌های ۱.۶ لیتری TGDI استفاده می‌کنند که نسخه‌ی توربوشده‌ی GDI محسوب می‌شود. همچنین برند‌هایی مانند هایما S۷ توربو پلاس و جک S۵ جدید نیز از پیشرانه‌های تزریق مستقیم بهره می‌برند. حتی در میان خودرو‌های وارداتی، کیا اپتیما، هیوندای توسان، النترا و سانتافه همگی مجهز به موتور‌های GDI هستند.

از نظر فنی، موتور‌های GDI راندمان بالاتری نسبت به موتور‌های معمولی دارند. نسبت تراکم آنها اغلب بالاتر است (حدود ۱۱ تا ۱۲ به ۱) و این موضوع باعث می‌شود انرژی بنزین به شکل کامل‌تری به توان مکانیکی تبدیل شود. با این حال، به دلیل فشار بالای تزریق و حساسیت سیستم، استفاده از بنزین بی‌کیفیت یا تعویض نکردن به‌موقع فیلتر سوخت، می‌تواند به انژکتور و پمپ فشار قوی آسیب بزند. به همین خاطر در کشور‌هایی مثل ایران، که کیفیت سوخت همیشه ثابت نیست، نگهداری درست این موتور اهمیت ویژه‌ای دارد.

نکته‌ی مهم دیگر، صدای خاص موتور‌های GDI است. به‌دلیل تزریق درون سیلندر، هنگام استارت سرد ممکن است صدایی شبیه به موتور دیزل ضعیف شنیده شود، اما این صدا طبیعی است و به‌مرور کاهش می‌یابد. در عوض، پاداش این فناوری، شتاب‌گیری تیزتر، مصرف کمتر و حس مدرن‌تر رانندگی است.

امروزه تقریباً تمام برند‌های بزرگ جهان در حال استفاده از نوعی فناوری تزریق مستقیم هستند. از ب‌ام‌و سری ۳ گرفته تا مرسدس بنز کلاس C، از مزدا اسکای‌اکتیو G تا تویوتا داینامیک فورس — همگی از اصول مشابه GDI استفاده می‌کنند. این روند نشان می‌دهد که آینده‌ی پیشرانه‌های بنزینی در ترکیب فناوری‌های تزریق مستقیم، توربو و هیبرید خواهد بود.

موتور‌های GDI نقطه‌ی عطفی در تکامل پیشرانه‌های درون‌سوز محسوب می‌شوند. آنها ثابت کردند که با دقت مهندسی می‌توان بدون افزایش حجم موتور، قدرت و کارایی بیشتری گرفت. با اینکه نگهداری‌شان حساس‌تر است، اما هر راننده‌ای که تجربه‌ی رانندگی با یک خودروی مجهز به GDI را دارد، از واکنش سریع پدال گاز، چابکی و کشش عالی آن لذت برده است.