مستقیم به قلب پیشرانه

پیشرانه- می‌توان گفت که پیشرانه‌های امروزی چه در انواع بنزینی و چه دیزل، بسته به حجم خود می‌توانند نزدیک به چند برابر پیشرانه‌های قدیمی، قدرت و گشتاور داشته باشند.

به گزارش وب‌سایت خبری «پیشرانه» این پیشرفت به‌واسطه تغییر و تحول در طراحی پیشرانه‌ها و به‌روز شدن مداوم آن‌ها صورت گرفته که در این راه، انواع و اقسام تکنولوژی‌های مختلف روی کار آمده‌اند.

یکی از قدیمی‌ترین این تکنولوژی‌ها، سیستم پرخوران به کمک توربوشارژر و سوپر شارژر است که امروزه در بسیاری از پیشرانه‌ها دیده می‌شود؛ اما یکی از جدیدترین سیستم‌هایی که روی پیشرانه‌ها در حال پیاده شدن است، سیستم تزریق مستقیم سوخت است. ترکیب این دو تکنولوژی می‌تواند راندمان هر پیشرانه‌ای را به‌شدت بالا ببرد.

توربو با طعم تزریق مستقیم سوخت

امروزه در صنعت اتومبیل‌سازی سعی می‌شود تا همیشه منبع تولید انرژی و محل مورداستفاده آن نزدیک به هم باشند تا از اتلاف انرژی در میانه‌های راه جلوگیری شود. روی همین قضیه امروزه نیز سعی می‌شود تا هم سوخت‌وساز هر چه بیشتر به محفظه احتراق نزدیک‌تر شود و هم این عمل در سیلندرهای مختلف، به‌طور جداگانه صورت بگیرد. سیستم تزریق مستقیم سوخت یا همان GDI که مخفف عبارت Gasoline direct injection است، نیز در همین راستاست.

این تکنولوژی از موتورهای دیزلی به پیشرانه‌های بنزین سوز راه پیداکرده است و در آن، نازل انژکتور به‌جای پاشش در منیفولد سوخت و یا در پشت سوپاپ‌ها، مستقیم داخل سیلندر پاشش می‌کند.

البته که درگذشته به‌صورت کم‌رنگی در نمونه‌های بنزینی نیز استفاده‌شده است، به‌طوری‌که مرسدس بنز ۳۰۰SL سال ۱۹۵۵ را اولین خودرو بنزینی تولید انبوه با این تکنولوژی می‌دانند.

این عملکرد باعث می‌شود تا هم سوخت به شکل کامل‌تری پودر شود که اهمیت بسیاری زیادی در چگونگی کارکرد و سوخت‌وساز پیشرانه دارد و هم در مسیر حرکت با برخورد به بدنه فلزی مسیر و سوپاپ، دچار تغییر حالت فیزیکی مثل میعان نشود.

از طرفی پاشش مستقیم سوخت در هوای موجود در سیلندر باعث می‌شود تا ترکیب و اختلاط بهتری صورت گرفته و درنتیجه فرآیند آزاد شدن انرژی به شکل کامل‌تری انجام می‌شود. درنتیجه این موارد هم مصرف سوخت کمتر خواهد شد و هم آلایندگی پایین‌تر خواهد آمد و از طرفی میزان قدرت تولیدی موتور نیز بالاتر خواهد رفت.

در موتورهای با تزریق مستقیم سوخت یا پیشرانه TGDI  فقط جای انژکتورها از قرار گرفتن در پشت سوپاپ به روی سر سیلندر و درون کاسه احتراق تغییر می‌کند؛ اما همین نزدیکی به منطقه پرفشار و بسیار داغ کاسه احتراق منجر می‌شود تا جنس این انژکتورها از مواد بسیار مقاوم‌تری ساخته شوند.

اما همان‌طور که گفته شد، یکی از قدیمی‌ترین تکنولوژی‌های خودرویی که این روزها زیاد مورداستفاده قرارگرفته است، سیستم پرخوران بوده که سهم استفاده از توربوشارژر بسیار بیشتر از سوپر شارژر است.

اگر بخواهیم به‌طور ساده این سیستم را معرفی کنیم، باید گفت که فشرده‌سازی هوای ورودی به پیشرانه به‌منظور افزایش چگالی مولکول‌های اکسیژن در آن. به‌این‌ترتیب سوخت با مقدار اکسیژن بیشتری ترکیب‌شده و سوخت‌وساز موتور نیز بهتر خواهد شد به‌طوری‌که امروزه بدون فشار مضاعف به موتور خودرو، توربوها به‌راحتی بیش از ۴۰ درصد به قدرت موتور اضافه می‌کنند که در برخی پیشرانه‌ها، این افزایش راندمان بالاتر نیز می‌رود.

ترکیب دو سیستم تزریق مستقیم سوخت و توربوشارژر که در پیشرانه‌های امروزی به نام TGDI شناخته می‌شود، باعث افزایش چشمگیر قدرت تولیدی خواهد شد که از نتایج آن به حجم کمتر موتور، نیاز به مصرف سوخت پایین‌تر و در مقابل کاهش آلایندگی در کنار افزایش چشمگیر قدرت تولیدی است.

مزایا و معایب پیشرانه TGDI

در موتور TGDI می‌توان گفت که چون نازل انژکتور معمولاً در روبروی سوپاپ هوا قرار دارد و از طرفی چون سوخت به‌عنوان یک سیال جدا از هوا وارد سیلندر می‌شود، منجر به اختلاط بهتر سوخت و هوا شده و درنتیجه مخلوط یکنواخت‌تری از سوخت به دست می‌آید.

این وضعیت منجر به بهسوزی بیشتر مخلوط سوخت شده و انرژی بالاتری آزاد می‌شود که در مقایسه با موتورهای MPFI که در آن‌ها نازل سوخت روی منیفولد هوا قرار دارد، در حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد قدرت بیشتر را شاهد هستیم. ضمن اینکه در مقایسه با یک پیشرانه با حجم برابر نیز، کاهش مصرف سوخت در حدود ۱۵ درصد است. همچنین موتورهای GDI سازگاری بهتری با سوخت‌های جایگزین مثل سوخت E85 دارند. این پیشرانه‌ها کارکرد نرم‌تری داشته و پیدا کردن عیب در آن‌ها توسط دستگاه‌های دیاگ راحت‌تر است.

اما اگر بخواهیم از معایب این پیشرانه‌ها نیز بگوییم باید گفت که چون دقت کارکرد این موتورها به‌مراتب بالاتر از نمونه‌های انژکتوری معمولی است که همین قضیه، حساسیت آن‌ها را بالاتر می‌برد.

کمترین ایراد در نازل انژکتور به معنی بروز عیبی بزرگ بوده و درنتیجه کارکرد موتور تحت تأثیر قرار خواهد گرفت. ضمن اینکه این پیشرانه‌ها قیمت بالاتری در حدود ۵ درصد دارند که منجر به افزایش قیمت تمام‌شده خودرو خواهد شد؛ اما ایراد بزرگی که در کمین این پیشرانه‌هاست، اثر کربن است. همیشه مقداری از دود ناشی از احتراق درون سیلندرها باقی می‌ماند که این دود می‌تواند بر روی لبه پیستون و البته روی نعلبکی سوپاپ هوا نیز بنشیند.

در موتورهای انژکتوری معمولی، بنزینی که از پشت سوپاپ به همراه هوا وارد سیلندر می‌شود، می‌تواند تا حد زیادی اثر کربن موجود بر روی سوپاپ را کم کرده و آن را تمیز کند و این در حالی است که در موتورهای GDI این اتفاق نمی‌افتد که لازمه استفاده از روش‌های کربن‌زدایی را بیشتر می‌کند.

کربن قرارگرفته بر روی لبه سوپاپ هم آن را از آب‌بندی خارج می‌کند و هم میزان انتقال حرارت آن را کم کرده و در درازمدت منجر به سوختن آن می‌شود. برای جلوگیری از تولید کمترین دوده، نیاز است تا هم پیشرانه کاملاً صحیح و سلامت کار کند و هم سوخت‌وساز به بهترین نحو ممکن انجام شود که ازاین‌رو، اهمیت استفاده از بنزین باکیفیت در این پیشرانه‌ها بسیار بیشتر می‌شود.

نازل انژکتور در پیشرانه TGDI  از جنس بسیار مقاومی نسبت به گرما ساخته می‌شود اما بااین‌حال نیاز است تا سیستم خنک کاری پیشرانه کاملاً بدون عیب و نقص کار کند تا گرمای پیشرانه به حدی نرسد که به قسمت‌هایی مثل نازل انژکتور آسیب وارد نماید.

اولین TGDI داخلی

اگر خودرو جک S5 را تولید داخل بدانیم، می‌توان گفت نسل جدید این خودرو که درواقع یک فیس لیفت از آن به‌حساب می‌آید، اولین خودرویی است که با تکنولوژی TGDI در کشورمان مونتاژ خواهد شد.جک S5 فیس‌لیفت در نسل قبلی از پیشرانه ۲ لیتری توربو با گیربکس ۶ سرعته دوکلاچه استفاده می‌کند که در نسل جدید، موتور ۱.۵ لیتری TGDI جای موتور قبلی را گرفته است. درحالی‌که نسل قبلی با موتور ۲ لیتری توربو دارای ۱۷۴ اسب بخار قدرت و ۲۳۵ نیوتن‌متر گشتاور بود، پیشرانه جدید باوجود کاهش حجم چشمگیر به ۱.۵ لیتر اما به لطف وجود سیستم تزریق سوخت مستقیم به همراه توربوشارژر، قادر است تا ۱۷۴ اسب بخار قدرت با ۲۵۰ نیوتن‌متر گشتاور تولید کند.

نوشته: علیرضا داودی