¿Qué es la tecnología de inyección directa de gasolina (GDI)? ¿Qué ventajas tiene?

La tecnología de inyección directa de gasolina (GDI)/inyección estratificada de combustible (FSI) es un método de inyección estratificada de combustible que inyecta el combustible directamente en el cilindro a través de una boquilla. Esta tecnología mejora significativamente la eficiencia térmica de los motores de gasolina y reduce las emisiones.

1. Principio de funcionamiento
La tecnología GDI emplea dos modos de combustión distintos: combustión homogénea y combustión estratificada. En la combustión homogénea, el combustible se inyecta al final de la carrera de admisión, mezclándose a fondo con el aire durante las carreras de admisión y compresión para formar una mezcla uniforme en el cilindro que permita un encendido estable. La combustión estratificada consiste en inyectar el combustible durante la carrera de compresión, creando un gradiente de concentración desde la bujía hasta la pared del cilindro, asegurando un encendido eficaz y una propagación normal de la llama, mejorando así el ahorro de combustible.

2. Ventajas de los motores de inyección directa sobre los de inyección en puerto

A. En condiciones de carga elevada, los motores de inyección directa inyectan combustible en la cámara de combustión durante la carrera de admisión. El chorro de combustible se mueve más despacio que la velocidad descendente del pistón, lo que da lugar a una menor presión alrededor del chorro, que facilita la rápida difusión y evaporación del combustible, formando una mezcla de combustión homogénea.

B. En condiciones de carga media y baja, los motores GDI utilizan el modo de combustión estratificada, distribuyendo la mayor parte del aire cerca de las paredes del cilindro, lo que evita la transferencia de calor a la camisa de agua y mejora la eficiencia térmica de la combustión.

C. En situaciones de arranque en frío, los motores de inyección por admisión sufren una vaporización incompleta del combustible debido a las bajas temperaturas de los cilindros, lo que provoca una inyección excesiva de combustible y posibles fallos de encendido o una combustión incompleta, aumentando las emisiones de HC. Por el contrario, los motores de inyección directa pueden controlar con precisión la relación aire-combustible en cada ciclo, reduciendo las emisiones de HC durante los arranques en frío gracias a la tecnología de combustión estratificada.

D. Los motores de inyección directa adoptan un control basado en la masa, inyectando el combustible según la demanda real de cada cilindro, minimizando las variaciones entre cilindros y mejorando la uniformidad, normalmente dentro de 3% en comparación con los motores de inyección por puerto.

3. Componentes básicos

A. Culata
La culata, en particular su cámara de combustión y la estructura de los canales de aire, desempeña un papel crucial en el movimiento del flujo de aire, la formación de la mezcla y la propagación de la llama.

B. Colector de admisión
Para los motores GDI que utilizan combustión estratificada, el colector de admisión debe cumplir requisitos específicos en cuanto a diámetro, longitud y volumen de la cámara de resonancia, y a menudo incluye estructuras de flujo y longitud de tubo variables. Esta complejidad aumenta los costes de fabricación y los retos de calibración. Los motores de inyección directa turboalimentados también exigen que los tubos de admisión soporten presiones positivas de hasta 0,2 MPa, lo que requiere bombas de vacío adicionales para las exigencias del sistema.

C. Bomba de combustible de alta presión
Los motores GDI suelen funcionar a presiones de inyección de 10-15MPa para garantizar una atomización y penetración adecuadas del combustible. La bomba de alta presión es accionada por una leva en el árbol de levas de admisión, con una elevación de 2,5-4 mm. Una elevación de aproximadamente 3,5 mm suele cumplir los requisitos de uso, equilibrando el rendimiento del motor, la vida útil de los taqués de rodillos, los perfiles de las levas y los procesos de fabricación.

D. Inyector
Inyector de combustible es el componente central del sistema de inyección directa, la disposición del inyector de combustible en la cámara de combustión, la estructura de la boquilla, la forma de pulverización del haz de aceite afecta directamente a la atomización de combustible, aceite y gas de mezcla y proceso de combustión, y, finalmente, afecta el rendimiento del motor. Además, la boquilla del inyector se coloca en la cámara de combustión, por la calidad del combustible tiene un mayor impacto. Si la calidad del aceite combustible no es buena, la combustión no es suficiente, es muy fácil generar depósitos de carbón y tapar la boquilla, afectando a la calidad de la pulverización y la vida del propio inyector.

E. Pistón
La forma de la superficie superior del pistón del motor de inyección directa de cilindro tiene una gran influencia en el movimiento del flujo de aire en la cámara de combustión y la formación de la mezcla, por lo tanto, el motor de inyección directa de cilindro será el pistón como un componente clave para los componentes clave del diseño y desarrollo. Ya se trate de la guía de la pared, la guía del flujo de aire o la guía del chorro, todos ellos necesitan una fosa especial de la superficie superior del pistón para adaptarse, a fin de lograr un efecto de mezcla de aceite y gas más ideal, y formar una distribución homogénea o una distribución gradiente de la concentración de aceite y gas para asegurar la combustión suave.

Como ya hemos explicado, la tecnología GDI (inyección directa de gasolina) no es sólo una palabra de moda: es una solución meticulosamente diseñada para el doble reto de la eficiencia de combustible y el control de emisiones. Al dominar el baile entre la combustión homogénea y los modos de combustión estratificada, esta innovación exprime hasta la última gota de rendimiento del combustible al tiempo que reduce drásticamente las emisiones de hidrocarburos (HC), una victoria fundamental tanto para su bolsillo como para el planeta.