Was ist die Benzin-Direkteinspritztechnik (GDI)? Und welche Vorteile hat sie?

Bei der Benzin-Direkteinspritzung (GDI)/(FSI) handelt es sich um ein geschichtetes Einspritzverfahren, bei dem der Kraftstoff über eine Düse direkt in den Zylinder eingespritzt wird. Diese Technologie verbessert den thermischen Wirkungsgrad von Ottomotoren erheblich und reduziert die Emissionen.

1. das Arbeitsprinzip
Bei der GDI-Technologie kommen zwei verschiedene Verbrennungsarten zum Einsatz: die homogene Verbrennung und die geschichtete Verbrennung. Bei der homogenen Verbrennung wird der Kraftstoff am Ende des Ansaugtakts eingespritzt und vermischt sich während des Ansaug- und Verdichtungstakts gründlich mit der Luft, um im Zylinder ein gleichmäßiges Gemisch für eine stabile Zündung zu bilden. Bei der Schichtverbrennung wird der Kraftstoff während des Verdichtungstakts eingespritzt, wodurch ein Konzentrationsgefälle von der Zündkerze zur Zylinderwand entsteht, das eine wirksame Zündung und eine normale Flammenausbreitung gewährleistet und so den Kraftstoffverbrauch verbessert.

2. Vorteile von Motoren mit Direkteinspritzung gegenüber Motoren mit Saugrohreinspritzung

A. Bei Motoren mit Direkteinspritzung wird der Kraftstoff bei hoher Last während des Ansaugtakts in den Brennraum eingespritzt. Der Kraftstoffstrahl bewegt sich langsamer als die Geschwindigkeit des Kolbens stromabwärts, was zu einem geringeren Druck um den Strahl herum führt, was eine schnelle Diffusion und Verdampfung des Kraftstoffs erleichtert und ein homogenes Verbrennungsgemisch bildet.

B. Bei mittlerer und niedriger Last verwenden GDI-Motoren einen geschichteten Verbrennungsmodus, bei dem die meiste Luft in der Nähe der Zylinderwände verteilt wird, wodurch die Wärmeübertragung auf den Wassermantel verhindert und der thermische Wirkungsgrad der Verbrennung verbessert wird.

C. Beim Kaltstart leiden Motoren mit Saugrohreinspritzung aufgrund der niedrigen Zylindertemperaturen unter einer unvollständigen Kraftstoffverdampfung, was zu einer übermäßigen Kraftstoffeinspritzung und möglichen Zündaussetzern oder einer unvollständigen Verbrennung führt, was die HC-Emissionen erhöht. Im Gegensatz dazu können Motoren mit Direkteinspritzung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in jedem Zyklus genau steuern und so die HC-Emissionen beim Kaltstart durch die Technologie der geschichteten Verbrennung reduzieren.

D. Motoren mit Direkteinspritzung arbeiten mit einer massenbasierten Steuerung, bei der der Kraftstoff entsprechend dem tatsächlichen Bedarf jedes Zylinders eingespritzt wird. Dadurch werden die Schwankungen zwischen den Zylindern minimiert und die Gleichmäßigkeit verbessert, typischerweise innerhalb von 3% im Vergleich zu Motoren mit Saugrohreinspritzung.

3. Kernkomponenten

A. Zylinderkopf
Der Zylinderkopf, insbesondere die Struktur des Brennraums und der Luftkanäle, spielt eine entscheidende Rolle bei der Bewegung des Luftstroms, der Gemischbildung und der Flammenausbreitung.

B. Ansaugkrümmer
Bei GDI-Motoren mit geschichteter Verbrennung muss der Ansaugkrümmer bestimmte Anforderungen in Bezug auf Durchmesser, Länge und Resonanzraumvolumen erfüllen und umfasst häufig Strukturen mit variabler Strömung und Rohrlänge. Diese Komplexität erhöht die Herstellungskosten und erschwert die Kalibrierung. Bei Motoren mit Turbolader-Direkteinspritzung müssen die Ansaugrohre außerdem einem Überdruck von bis zu 0,2 MPa standhalten, was zusätzliche Vakuumpumpen für die Systemanforderungen erforderlich macht.

C. Kraftstoff-Hochdruckpumpe
GDI-Motoren arbeiten in der Regel mit Einspritzdrücken von 10-15 MPa, um eine gute Zerstäubung und Durchdringung des Kraftstoffs zu gewährleisten. Die Hochdruckpumpe wird von einem Nocken auf der Einlassnockenwelle mit einem Hub von 2,5-4 mm angetrieben. Ein Hub von ca. 3,5 mm entspricht in der Regel den Nutzungsanforderungen, wobei die Motorleistung, die Lebensdauer der Rollenstößel, die Nockenprofile und die Herstellungsverfahren berücksichtigt werden.

D. Injektor
Kraftstoffeinspritzung ist das Herzstück der Direkteinspritzung, die Anordnung der Einspritzdüse in den Brennraum, Düsenstruktur, die Sprühform des Ölstrahls wirkt sich direkt auf die Zerstäubung von Kraftstoff, Öl- und Gasmischung und Verbrennungsprozess, und schließlich wirkt sich auf die Leistung des Motors. Darüber hinaus ist die Einspritzdüse in der Verbrennungskammer platziert, durch die Kraftstoffqualität hat einen größeren Einfluss. Wenn die Heizölqualität nicht gut ist, ist die Verbrennung nicht ausreichend, es ist sehr einfach, Kohlenstoffablagerungen zu erzeugen und die Düse zu verstopfen, was die Qualität des Sprays und die Lebensdauer der Einspritzdüse selbst beeinträchtigt.

E. Kolben
Die Form der oberen Oberfläche des Kolbens der Zylinder-Direkteinspritzung Motor hat einen großen Einfluss auf die Bewegung des Luftstroms in der Verbrennungskammer und die Bildung des Gemischs, daher wird der Zylinder-Direkteinspritzung Motor der Kolben als eine Schlüsselkomponente für die wichtigsten Komponenten der Konstruktion und Entwicklung. Ob es sich um Wandführung, Luftstromführung oder Strahlführung handelt, sie alle benötigen eine spezielle obere Oberflächengrube des Kolbens, um sich anzupassen, um einen idealen Öl- und Gasmischungseffekt zu erzielen und eine homogene Verteilung oder Gradientenverteilung der Öl- und Gaskonzentration zu bilden, um eine reibungslose Verbrennung zu gewährleisten.

Wie wir bereits erläutert haben, ist die GDI-Technologie (Gasoline Direct Injection) nicht nur ein Schlagwort, sondern eine sorgfältig ausgearbeitete Lösung für die doppelte Herausforderung von Kraftstoffeffizienz und Emissionskontrolle. Durch die Beherrschung des Wechsels zwischen homogener Verbrennung und geschichteter Verbrennung holt diese Innovation jeden Tropfen Leistung aus dem Kraftstoff heraus und senkt gleichzeitig die Kohlenwasserstoffemissionen - ein entscheidender Gewinn für Ihren Geldbeutel und unseren Planeten.