Direkt Enjeksiyonlu Motor Nedir? GDI TSI FSI Motorlar Nasıl Çalışır?

Direkt benzin enjeksiyonlu motor nedir ve nasıl çalışır? GDI TSI ve FSI motorların avantajları ve en sık yaşanan problemler nelerdir?

Direkt Benzin Enjeksiyon (Gasoline Direct Injection / GDI), benzini doğrudan yanma odasına püskürten bir tür yakıt enjeksiyon sistemidir. Çok Noktalı Yakıt Enjeksiyon (MFI) sistemleri ile donatılmış motorlarda olduğu gibi, her motor silindiri için ayrı bir yakıt enjektörü vardır. Ancak enjektörler emme manifoldu yerine silindir kafasına monte edilir. Bu sayede yakıt emme manifoldu yerine doğrudan yanma odasına püskürtülür.

Yakıt, emme supaplarını tamamen atlar ve buhar olarak silindirlere gelir. Emme zamanlamasında herhangi bir noktada enjekte edilebilir. Motor düşük yükte çalışıyorsa sıkıştırma zamanlamasında bazı noktalara yakıt enjekte edilmeyebilir. Piston üst ölü merkeze yaklaştıkça hava / yakıt karışımı sıkıştırılır ve bir kıvılcımla ateşlenir. Patlayan hava / yakıt karışımı pistonu aşağı iten ısı ve basınç oluşturur. Egzoz zamanlaması sırasında, yanmadan dolayı oluşan egzoz gazları silindirin dışına atılır.

Yüksek Basınçlı Benzin Enjektörleri

Direkt enjeksiyon sistemleri son derece yüksek çalışma basıncı gerektirir. Çok nokta enjeksiyonlu sistemler tipik olarak 40 ila 60 PSI (2.75 - 4.13 bar) basınçla çalışırken, direkt enjeksiyon sistemlerinde çalışma basıncı 2200 PSI'a (150 bar) kadar çıkabilir. Silindirin içinde sıkıştırılan basıncın üstesinden gelmek ve kısa sürede daha yüksek yoğunlukta yakıt vermek için daha fazla basınca ihtiyaç vardır.

Geleneksel sıralı enjeksiyon sistemlerinde (MFI) enjektörler, emme manifoldunun silindir kapağına bağlandığı kısımda bulunur ve yakıt emme supaplarının hemen arkasına püskürtülür. Yakıt buharı, gelen hava ile birlikte yanma odasına çekilir. Sıkıştırma esnasında birbirine karıştırılır ve buji ile ateşlenir. GDI sistemlerde ise emme supaplarından sadece hava çekilir. Çünkü sıkıştırma esnasında yakıt doğrudan yanma odasına püskürtülür.

Direkt Benzin Enjeksiyonlu motorların bazılarında bir gaz kelebeği yoktur. Çünkü bu motorlarda motor devri ve gücünü kontrol etmek için gaz kelebeğine ihtiyaç yoktur. ECU, enjektörlere kumanda ederek her silindire püskürtülen yakıt miktarını ve zamanlamasını kontrol eder. Gaz kelebeğinin ortadan kaldırılması, motora giren hava için bir kısıtlama olmadığı ve emme manifoldunda çok az veya hiç vakum bulunmadığı anlamına gelir. Bu durum, gaz kelebeği plakalarının ve emme vakumunun neden olduğu pompalama kayıplarını azaltır ve motorun daha verimli çalışmasını sağlar.

Sıkıştırma sırasında piston yukarı çıkar ve yakıt herhangi bir silindire püskürtülür. Enjeksiyon zamanlaması, motorun hızına, devrine ve çalışma koşullarına bağlı olarak değişir. Bazı durumlarda (çok yavaş gitmek gibi) piston yukarı ulaşana kadar yakıt enjekte edilmeyebilir. Veya ilk karışım ateşlendikten sonra, aracın gücünü arttırmak için 2-3 kez yakıt püskürtmesi de yapılabilir. Buna çoklu enjeksiyon (multiple injection) denir. Örneğin bir ön enjeksiyon ve ardından bir ana enjeksiyon. Bu durumda püskürtülen yakıt miktarı artmaz; aksine aynı veya daha az miktar yakıt çok hassas bir şekilde püskürtülerek verim arttırılır.

 

Direkt Benzin Enjeksiyon Sistemlerinin Avantajları

Yakıtı doğrudan yanma odasına püskürtmek motorun daha az yakıt tüketmesini ve daha fazla güç üretmesini sağlar. GDI motorlar, hafif yük ve seyir koşulları altında son derece fakir yakıt karışımlarını (40: 1'e kadar) tolere edebilir. Çok noktalı yakıt enjeksiyon sistemlerine kıyasla, ortalama yüzde 15 ila 20 arası yakıt tasarrufu sağlarlar.

Yakıt karışımını yakından kontrol etme ve motora sadece doğru zamanda ihtiyacı olanı verme yeteneği, GDI motorların daha ideal statik sıkıştırma oranlarını elde etmesini sağlar. Buick 3.6L V6 motor 11.3 sıkıştırma oranına sahiptir. Bu yanma verimini ve gücünü arttırmaya yardımcı olur. Mazda Skyactiv-G 2.0L ve 2.5L motorlar daha yüksek verimlilik için 14:1 sıkıştırma oranına sahiptir. GDI motorlar, çok nokta enjeksiyonlu sistemlere göre daha fazla beygir gücü üretir.

 

Direkt Benzin Enjeksiyon Sistemlerinde Yaşanan Problemler

Daha ileri bir teknoloji olması GDI motorların sorunsuz olduğu anlamına gelmez. Yakıt doğrudan yanma odasına püskürtüldüğü için supaplarda karbon ve kurumlanmaya neden olur. Zamanla emme supaplarında bir karbon tabakası oluşur. Bu tabaka, supapların kapanmasını engeller ve kaçaklara yol açarak motorun teklemesine ve güç kaybetmesine, neden olur. Emme supaplarındaki karbon birikimi hava akışını da kısıtlayabilir. Daha yüksek motor devirlerinde performansı düşürür ve motorun daha fazla yakıt tüketmesine neden olur. Emme supaplarındaki karbon birikintileri pul pul dökülerek, egzoz zamanlaması sırasında yanma odasından dışarı atılabilir. Motorda turboşarj var ise, karbon turboşarjın türbin kanatçıklarına da zarar verebilir.

Genellikle, kısa yolculuklarda kullanılan GDI motorlarda kurum birikimleri daha fazla görülür. Emme supapları biriken tortuları yakmaya yetecek kadar ısınmaz. Çünkü yüksek ısı supaplarda erime, yamulma gibi deformasyonlara yol açar. Eğer supap contaları yağ kaçırıyorsa karbon birikimi daha da hızlanır.

Bu karbon birikimlerini temizlemek için kimyasal temizleyici spreyler kullanılabilir. Aşırı karbon birikimlerini temizlemek için silindir kapağını sökmek gerekebilir.

Direkt Benzin Enjeksiyonlu sistemlerde, motorun çalışma koşullarına bağlı olarak yakıt hem emme zamanında hem de sıkıştırma zamanında püskürtülebilir. Sıkıştırma zamanında püskürtülen yakıt, buji ve enjektörün yakınında zengin karışıma, daha uzak noktalarda ise fakir karışıma neden olur. Çünkü ateşleme öncesi yakıtın hava ile karışması için çok az zamanı vardır. Bu durum daha büyük kurum partikülleri oluşturabilmektedir.

Mitsubishi, Audi, BMW, Ford, Hyundai, Kia, Lexus, Mazda, MINI, Nissan, Porsche, VW, GM ve birçok markanın direkt enjeksiyon motor teknolojisine sahip modelleri bulunur.