تمر المركبة بالعديد من المراحل قبل الانطلاق، أهمها توليد الطاقة اللازمة لتحريك المركبة والتي تنتج عن هي عملية الاحتراق التي تتم في غرفة الاحتراق في محرك السيارة، أي احتراق خليط الوقود والهواء داخل المحرك بنسبة مثالية لتوليد الطاقة المثالية لمحرك السيارة، هنا يبرز دور نظام الحقن المباشر للوقود وأهميته. تالياً في مقالنا نقدم أبرز المعلومات عن محركات الحقن المباشر للبنزين ووظيفتها وميزاتها وسلبيات محركات الحقن المباشر للوقود.
ماهي محركات الحقن المباشر للبنزين GDI؟
كانت المحركات القديمة تعتمد على الكاربوريتر لتكوين مزيج الهواء الوقود في غرفة المحرك بنسبة تضمن إتمام عملية الاحتراق بشكل مثالي وبمساعدة شمعات الاحتراق بالطبع، بعدها ومع التطور التقني المستمر في عالم السيارات تم اختراع بخاخات السيارة التي تعمل على ضخ الوقود داخل غرفة المحرك عن طريق بخاخات توجد فوق المحرك بشكل مباشر يتم التحكم به عن طريق كمبيوتر السيارة، بعدها تم التوصل إلى ضرورة تقريب بخاخات الوقود من محرك السيارة، بهدف توفير الوقود وعدم تبخر أي جزء منه أثناء العملية ولحين وصوله إلى محرك السيارة، فتم اختراع نظام البخاخات المتعدد والمعروف باسم EFI، ولم تكتف شركات السيارات بذلك، إذ ودائماً تبحث الشركات عن طريقة يمكن فيها توفير أكبر عزم للسيارة وبطرق اقتصادية.
مع التطور الكبير في عالم السيارات والمحركات، تم اختراع محرك GDI الذي يتيح للوقود الوصول بشكل مباشر إلى داخل غرفة الاحتراق في محرك السيارة بشكل منفصل عن الهواء وعن طريق بخاخات حديثة متطورة، يعتمد عمل محرك الحقن المباشر على البخاخات لضخ البنزين إلى غرفة الاحتراق مباشرةً بشكل مشابه لمحركات الديزل. بدأ الأمر عن طريق شركة مرسيدس التي استخدمت النظام في بعض طائراتها ومن ثم بشكل مباشر في سيارة 300 إس إل وهي سيارة مخصصة للسباق وكانت أسرع سيارة في ذلك الوقت، بعدها تبنت شركة ميتسوبيشي الأمر، حيث وفرت محركات الحقن المباشر للبنزين في معظم سياراتها نظراً للميزات التي تتصف بها محركات GDI.
آلية العمل
يعتمد نظام الحقن المباشر للبنزين على مضخة الوقود في السيارة وعلى البخاخات بشكل أساسي، إذ يعمل نظام الحقن المباشر للوقود عن طريق مضختين واحدة مسؤولة عن الضغط المنخفض والأخرى عن الضغط المرتفع، الأولى تُعنى بالضغط المنخفض للبنزين بضغط يصل إلى 2-3 بار، حيث تقوم بإيصال البنزين إلى المضخة الأخرى التي تقوم برفع ضغط البنزين بشكل كبير يصل إلى 200 بار، بعد إيصال البنزين أو الوقود إلى المضخة الأخرى، هنا يبرز دور محركات الحقن المباشر للبنزين الرئيسي؛ إذ وبعد وصول الوقود وبضغط عالي إلى غرفة المحرك، تعمل البخاخات الموجودة على بوابة غرفة الاحتراق في المحرك على ضخ البنزين على شكل رذاذ وبخار وبجزيئات مفككة نظراً للضغط العالي الذي تعرض له ونتيجةً لحجم البخاخات الصغيرة نسبياً ليتم التفاعل بشكل أكبر، بشكل مباشر بداخل الغرفة وهذا الفرق الرئيسي بين الحقن المباشر الموجودة حالياً والأنظمة الأخرى التي لم يكن حقن الوقود فيها مباشراَ داخل غرفة الاحتراق.
حديثاً تم التوصل لمحركات تعمل باستخدام النظامين، EFI وGDI، حيث يتم تزويد المحرك بالعديد من البخاخات ويتحكم كمبيوتر السيارة في أياً كان النظام المناسب للاستخدام على حسب عدد دورات المحرك، فعلى سبيل المثال محركات V8 مزودة بـ 16 بخاخ لضخ الوقود إلى داخل غرفة المحرك وكذلك الأمر في محركات V6، إذ يتم تركيب 12 بخاخ مسؤول عن ضخ البنزين بداخل المحرك، أما عن تقسيم الأدوار للأنظمة فتكون على النحو التالي:
- عدد دورات قليلة وعزم أقل يكون ضمن اختصاص نظام EFI
- في منتصف دورات المحرك يتم تقسيم الدور بين النظامين EFI وGDI
- عدد دورات المحرك كبير والضغط على دواسة الوقود بشكل كامل يشتغل نظام الحقن المباشر للبنزين GDI
مميزات سلبيات محركات الحقن المباشر للبنزين
بالتأكيد لكل نظام مميزات وسلبيات تجعل منه خياراً مطرحاً للبعض ومرفوضاً للجزء الأخر، أما عن محركات الحقن المباشر للبنزين وبعد الاطلاع على آلية العمل وعلى هيئتها تكون ميزاتها على النحو التالي:
الميزات
كان الهدف الأساسي لوجود هذا النظام وتقديمه لمحركات السيارات بتقليل استهلاك الوقود ورفع أداء المحرك، ولذلك تكون مميزات محرك GDI على النحو التالي:
- قوة المحرك وزيادة عزم السيارة بشكل كبير
- توفير استهلاك الوقود وضمان استغلاله بالشكل المناسب ودقيق
- تقليل الانبعاثات الكربونية الضارة بالبيئة
- عدم الحاجة إلى محركات كبيرة الحجم لتقديم الأداء الكبير
السلبيات
وبطبيعة الحال يوجد بعض السلبيات التي يمكن أن تؤثر على هدف النظام وطريقة عمله، ويمكن ذكر عيوب محرك GDI وسلبيات هذا النظام عن طريق النقاط التالية:
- ترسبات كربونية على بلف الهواء وعلى البستون
- صعوبة في تشغيل السيارة وتقطع في عمل المحرك
- انسداد فتحات البخاخات نتيجة الضغط العالي
- صعوبة الصيانة وارتفاع التكلفة مقارنةً بالأنظمة الأخرى
الخلاصة
قبل الختام وبشكل عام؛ تُعتبر محركات الحقن المباشر للبنزين هي مستقبل السيارات، إذ يُعتقد أنه ومستقبلاً سيتم الاستغناء عن كل الطرق التقليدية المعنية في ضخ البنزين لغرفة المحرك، أما وتلخيصاً لما ورد عن محركات الحقن المباشر للبنزين والمعروف أيضاً باسم GDI اختصاراً لجملة direct fuel injection في السيارات، يعتمد النظام على توصيل البنزين إلى المحرك بشكل مباشر ودون وساطة تماماً مثل محركات الديزل، إذ يتم تركيب مضخات مسؤولة عن ضخ البنزين ورفع ضغطه وإيصاله إلى البخاخات الموجودة على بوابة غرفة الاحتراق، حيث يتم رش البنزين على شكل بخار بداخل الغرفة، مما يُعطي قوة وعزم واستهلاك مثالي للوقود نتيجة تحوله للحالة الغازية، نتيجة هذا الضغط من الممكن أن يتسبب في بعض المتاعب أو المشاكل، مثل انسداد حاقنات الوقود نتيجة للترسبات الكربونية التي ينتج عنها عدم دوران المحرك عند التشغيل أو تقطع في أداء المحرك وبعض الضجيج، بعد هذا كله، أخبرنا ما رأيك أنت بفعالية النظام؟
يتطور عالم السيارات بشكل مستمر، إذ تستمر الصناعات الحديثة في تطوير آلية عمل المحركات وكافة أجزاء السيارة، منها نظام الحقن المباشر للوقود ودعونا ننتظر للغد ونرى ما التطورات الأخرى، بهذا نكون قد وصلنا لنهاية مقالنا الذي قدمنا فيه معلومات شاملة عن محركات الحقن المباشر للبنزين GDI وآلية العمل وأبرز ميزات وسلبيات هذا النظام، للمزيد من المقالات المتنوعة التي تُنشر بشكل يومي يُرجى زيارة مدونة دوبيزل للسيارات.
