موتورهای دو زمانه (2-Stroke) کوچک، مانند آنچه در اره‌های زنجیری، دمنده‌ها، و قایق‌های موتوری سبک استفاده می‌شود، به دلیل سادگی، وزن کم و نسبت قدرت بالا به وزن محبوب هستند. با این حال، مشکل سنتی این موتورها، راندمان پایین سوخت و آلایندگی زیاد (به ویژه هیدروکربن‌های نسوخته - HC) به دلیل پدیده اتلاف سوخت (Scavenging Loss) بوده است. سیستم‌های تزریق سوخت مستقیم کم‌فشار (DFI)، پاسخی تکنولوژیک به این مشکلات هستند و انقلابی در عملکرد این موتورها ایجاد کرده‌اند.
۱. مکانیسم عملکرد و حل چالش سنتی
در موتورهای دو زمانه سنتی، مخلوط سوخت و هوا قبل از ورود به سیلندر تشکیل می‌شود. در مرحله تخلیه (Scavenging)، بخشی از این مخلوط تازه قبل از بسته‌شدن پورت اگزوز، از محفظه احتراق فرار کرده و به اگزوز می‌رود. این اتلاف دلیل اصلی آلایندگی بالای HC است.
الف) نحوه کارکرد DFI کم‌فشار
سیستم DFI کم‌فشار این مشکل را با تغییر زمان تزریق حل می‌کند:
- ورود هوای خالص: در مرحله تخلیه، فقط هوای فشرده (یا مخلوط هوا و مقدار کمی روغن روانکاری) وارد سیلندر می‌شود و گازهای سوخته را خارج می‌کند. این تضمین می‌کند که هیچ سوختی از پورت اگزوز خارج نشود.
- تزریق مستقیم سوخت: انژکتور سوخت (اغلب از نوع پیزو یا سلونوئیدی) در اواخر مرحله فشرده‌سازی، سوخت را با فشار نسبتاً کم (حدود 4 تا 7 بار) مستقیماً به محفظه احتراق و بالای پیستون تزریق می‌کند.
- احتراق کامل: به دلیل زمان‌بندی دقیق و تزریق بهینه، سوخت تنها زمانی در محفظه حضور دارد که پورت‌ها بسته شده‌اند.
ب) تفاوت با تزریق مستقیم فشار بالا (GDI)
سیستم DFI کم‌فشار نباید با تزریق مستقیم بنزین (GDI) که در خودروهای مدرن استفاده می‌شود، اشتباه گرفته شود. GDI از فشارهای بسیار بالا (تا 200 بار) برای اتمیزه کردن سوخت در کسری از ثانیه استفاده می‌کند. در موتورهای دو زمانه کوچک، فشار کمتر کافی است و به دلیل سادگی، هزینه تولید را پایین نگه می‌دارد.
۲. مزایای اصلی استفاده از DFI در موتورهای کوچک
استفاده از سیستم تزریق مستقیم، راندمان کلی موتورهای دو زمانه را متحول کرده است.
- کاهش چشمگیر آلایندگی (HC): مهم‌ترین دستاورد، حذف اتلاف سوخت از پورت اگزوز است. این امر آلایندگی هیدروکربن‌ها را تا 80% کاهش داده و امکان انطباق با سخت‌گیرانه‌ترین استانداردها (EPA آمریکا و Euro) را فراهم می‌کند.
- بهبود مصرف سوخت: به دلیل عدم اتلاف سوخت نسوخته، مصرف سوخت تا 20% تا 40% نسبت به مدل‌های کاربراتوری سنتی کاهش می‌یابد.
- ثبات عملکرد: سیستم الکترونیکی مدیریت موتور (ECU) مخلوط سوخت و هوا را بر اساس دما، ارتفاع و بار موتور تنظیم می‌کند، که منجر به استارت آسان‌تر و عملکرد ثابت‌تر در شرایط مختلف آب و هوایی می‌شود.
- روانکاری دقیق (در تزریق روغن): در برخی سیستم‌های DFI، تزریق روغن روانکاری نیز به صورت کنترل شده و جداگانه انجام می‌شود. این امر نیاز به مخلوط کردن دستی روغن و بنزین را حذف کرده و دوز دقیق روغن مورد نیاز را تأمین می‌کند که آلایندگی و دود خروجی را کاهش می‌دهد.
۳. چالش‌ها و ملاحظات فنی
انتقال از کاربراتور ساده به سیستم‌های الکترونیکی پیچیده، چالش‌هایی را به همراه دارد:
- پیچیدگی و هزینه: هزینه اولیه تولید سیستم DFI (شامل ECU، سنسورها و انژکتور) به مراتب بالاتر از یک کاربراتور ساده است.
- نیاز به تأمین برق: سیستم‌های DFI برای کنترل انژکتورها و ECU نیاز به یک منبع برق پایدار (اغلب از طریق دینام یا مگنتو) دارند، که به سادگی یک موتور بدون نیاز به باتری سنتی نیست.
- حساسیت به سوخت: سیستم‌های تزریق مستقیم نسبت به کیفیت سوخت و وجود ذرات خارجی در سوخت حساس‌تر هستند و نیاز به فیلتر سوخت بهتری دارند.
با این حال، مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی DFI کم‌فشار، آن را به فناوری غالب در موتورهای دو زمانه مدرن تبدیل کرده است و در ابزارآلاتی که نیاز به عملکرد بالا و کار در محیط‌های حساس (مانند جنگل‌ها) دارند، به یک استاندارد تبدیل شده است.
