Giriş

Direkt Püskürtmeli Benzinli (Gasoline Direct Injection) motorlar manifolda püskürtmeli (PFI, Port Fuel Injection) motorların aksine yakıtı direk olarak silindir içine püskürten benzinli motorlardır. 90’lı yılların sonunda kullanılmaya başlanan GDI motorların sayısı giderek artmaktadır. 2008 yılında ABD’deki araçların sadece %2.3’ü GDI motora sahipken 2016 yılında %50’si GDI motora sahip olarak üretilmektedir. [1]

1. Geçmişten Günümüze Benzinli Motorlar

İlk benzinli motorlarda yaygın olarak karbüratör kullanılmaktaydı. Bu yakıt sistemi dolguyu mekanik olarak ayarlayarak silindire göndermekteydi.

Karbüratörlü motorlardan sonra PFI (Port Fuel Injection) motorlar ortaya çıktı. İlk zamanlarda manifolda tek bir enjektör konularak uygulanan bu sistem SPI (Single Point Injection) olarak isimlendiriliyordu. Daha sonra çok noktadan püskürtmeli (MPI, Multi Port Injection) motorlar yaygınlaştı ve kullanılmaya başlandı.

90’lı yılların sonlarından itibaren ise GDI motorlar başarılı şekilde uygulandı ve yaygınlaşmaya başladı.

2. GDI Motorların MPI Motorlara Göre Avantajları

• Düşük yakıt tüketimi: Bunu 2 maddede özetleyebiliriz:
  1. Hacimsel Verim Artışı: MPI motorlarda yakıt havayla karıştırıldıktan sonra silindire alındığından burada hacimsel bir kayıp meydana geliyordu. GDI motorlarda sadece hava alındığından aynı şartlarda daha fazla hava almak mümkün hale geliyor. Bu sebeple yakıt tüketiminde düşüş sağlanabiliyor. Fakat bu mekanizmanın yakıt tüketimine etkisi %2-3 civarındadır.
     

     Resim 2: MPI ve GDI motorların motor devrine bağlı olarak hacimsel (volumetrik) verimlerindeki artışın kıyaslanması. [5]

  2. Fakir Karışımda Çalışma: MPI motorlarda içeriye alınan dolgu homojen olarak karışmış olarak silindire alındığından lambda bujinin ateşleme bandının dışına çıkamayacak şekilde limitleniyordu. GDI motorlarda ise yakıtı direk silindirin içine buji etrafında zengin karışım (lambda<1), diğer bölgelerde fakir karışım (lambda>1) olacak şekilde ayarlayabiliyoruz. Bu sayede yakıt tüketiminde iyileşme sağlanıyor. (Bu konuyu emisyon bahsinden ayrı olarak düşünmek gerekir. Emisyon kontrolü için farklı stratejiler var.) 
• Yüksek güç çıkışı: Yüksek güç çıkışının 2 sebebi vardır:
  1. Hacimsel Verimde Artış: Yukarıdaki maddede bahsedilen etkiden dolayı motor gücü artar.
  2. Vuruntu Temayülünde (Knock Propensity) Azalma: MPI motorlarda silindire alınan dolgu yakıtı da içerdiğinden sıkıştırma strokunda vuruntu meydana gelme ihtimali vardır. GDI motorlarda dolgu sadece havayı içerdiğinden vuruntu temayülü azalmaktadır. Böylece aynı şartlarda yüksek sıkıştırma oranlarına sahip GDI motorlar kullanılabilmektedir ve bu hem gücü hem de verimliliği arttırır.
     

     Resim 2: MPI ve GDI motorların sıkıştırma oranı (compression ratio) bakımından karşılaştırılması. Bu kıyasın sağlıklı olabilmesi için her 2 motorun da atmosferik veya her 2 motorun da aşırı doldurmalı olması gerekir. [5]

     

     Resim 3: MPI ve GDI motorların güç bakımından karşılaştırılması. Burada güç artışının 2 sebebi var. Birincisi hacimsel verimde artış (Resim 1), ikincisi sıkıştırma oranında artış (Resim 2). [5]

• Daha iyi motor kontrolü: Direk püskürtme sayesinde yanmaya ani müdahale edilebiliyor. Böylece hem emisyon kontrolü hem tork kontrolü gibi motorla ilgili kontrol parametreleri daha yüksek doğrulukta kontrol edilebiliyor.

 3.GDI Motorların MPI Motorlara Göre Dezavantajları

• Yaşlanmaya Bağlı Olarak Verim Düşüşü: Bunun 2 sebebi vardır.
  1. Piston yüzeyinde depozit oluşumu: Piston yüzeyinde depozit oluşumundan kaynaklı olarak verim düşüşü yaşanır.
  2. Emme manifoldunda ve emme valflerinde depozit oluşumu: MPI motorlarda yakıt emme manifolduna püskürtülüp orada tutulduğundan dolayı buradaki yakıt hava karışımı emme manifoldunu temizleme görevi de görmekteydi. Fakat GDI motorlarda yakıt direk silindir içine püskürtüldüğünden dolayı emme manifoldunda ve emme valflerinde depozitler meydana gelmektedir. Bu depozitler hava yolunu daralttığından dolayı uzun vadede motor performansını düşürmektedir. Bu sorunu çözmek için emme manifolduna eklenen bazı temizleyici maddeler kullanılabilir. Bir diğer çözüm olarak bazı üreticiler MPI ve GDI püskürtme sistemini birarada kullanmaktadır. [3]
• Yüksek Partikül Madde Emisyonu: GDI motorlar MPI motorlara kıyasla çok daha yüksek miktarda partikül madde emisyonuna sahiptir. Bu yüzden emisyon standartlarında benzinli motorların hem partikül madde miktarına hem de partikül sayısına sınırlama getirilmiştir. Partikül emisyonunu azaltmak için motor üzerinde birtakım önlemler alınmaktadır fakat bunlar yetersiz kaldığından motor sonrasında partükil filtresi/GPF (Gasoline Particulate Filter) kullanılmaktadır. Detaylı bilgi için 4. kaynağa bakınız.

 Sonuç

GDI motorlar son yıllarda çok yaygınlaşmıştır. Yüksek partikül emisyonuna sahip olmasına rağmen düşük yakıt tüketimine ve yüksek performana sahip olmasından dolayı kullanımına ve geliştirilmesine devam edilmektedir.

 

 Yararlanılan kaynaklar:

1. https://en.wikipedia.org, erişildi 10 Ocak 2020, 23:24
2. https://www.bgprod.com, erişildi 10 Ocak 2020, 23:29
3. Toyota 2GR-FSE V6, Volkswagen EA888 I4, erişildi 10 Ocak 2020, 23:59
4. GDI Motorlarda GPF Uygulamaları, erişildi 11 Ocak 2020, 00:18
5. http://personales.upv.es, erişildi 11 Ocak 2020, 00:20

İleri okuma:

1. Konu hakkında daha detaylı bilgi almak için saygıdeğer hocam Prof. Dr. M. İhsan Karamangil’in şu makalesine bakabilirsiniz: Direkt Püskürtmeli Benzin Motorları ve Mitsubishi Metodu, erişildi 11 Ocak 2020, 00:31.

 

Adem Oruz

11 Ocak 2020