Qu'est-ce que la technologie de l'injection directe d'essence (GDI) ? Et quels sont ses avantages ?

La technologie d'injection directe d'essence (GDI)/(FSI) Fuel Stratified Injection est une méthode d'injection stratifiée qui injecte le carburant directement dans le cylindre par l'intermédiaire d'une buse. Cette technologie améliore considérablement l'efficacité thermique des moteurs à essence et réduit les émissions.

1. principe de fonctionnement
La technologie GDI utilise deux modes de combustion distincts : la combustion homogène et la combustion stratifiée. Dans la combustion homogène, le carburant est injecté à la fin de la course d'admission, se mélangeant parfaitement à l'air pendant les courses d'admission et de compression afin de former un mélange uniforme dans le cylindre pour un allumage stable. La combustion stratifiée consiste à injecter le carburant pendant la course de compression, ce qui crée un gradient de concentration entre la bougie d'allumage et la paroi du cylindre, assurant un allumage efficace et une propagation normale de la flamme, améliorant ainsi l'économie de carburant.

2. Avantages des moteurs à injection directe par rapport aux moteurs à injection portuaire

A. Dans des conditions de forte charge, les moteurs à injection directe injectent le carburant dans la chambre de combustion pendant la course d'admission. Le jet de carburant se déplace plus lentement que la vitesse du piston en aval, ce qui entraîne une baisse de la pression autour du jet, qui facilite la diffusion et l'évaporation rapides du carburant, formant ainsi un mélange de combustion homogène.

B. Dans des conditions de charge moyenne et faible, les moteurs GDI utilisent un mode de combustion stratifié, distribuant la plus grande partie de l'air près des parois du cylindre, empêchant le transfert de chaleur vers la chemise d'eau et améliorant l'efficacité thermique de la combustion.

C. Dans les scénarios de démarrage à froid, les moteurs à injection par orifice souffrent d'une vaporisation incomplète du carburant en raison de la faible température du cylindre, ce qui entraîne une injection excessive de carburant et des ratés d'allumage potentiels ou une combustion incomplète, augmentant ainsi les émissions d'HC. À l'inverse, les moteurs à injection directe peuvent contrôler avec précision le rapport air-carburant dans chaque cycle, réduisant ainsi les émissions de HC lors des démarrages à froid grâce à la technologie de la combustion stratifiée.

D. Les moteurs à injection directe adoptent un contrôle basé sur la masse, injectant le carburant en fonction de la demande réelle de chaque cylindre, minimisant les variations d'un cylindre à l'autre et améliorant l'uniformité, généralement dans les 3% par rapport aux moteurs à injection par orifice.

3. Composants essentiels

A. Culasse
La culasse, en particulier la chambre de combustion et la structure des canaux d'air, joue un rôle crucial dans la circulation de l'air, la formation du mélange et la propagation de la flamme.

B. Collecteur d'admission
Pour les moteurs GDI utilisant la combustion stratifiée, le collecteur d'admission doit répondre à des exigences spécifiques concernant le diamètre, la longueur, le volume de la chambre de résonance, et comprend souvent des structures à débit variable et à longueur de tuyau. Cette complexité augmente les coûts de fabrication et les difficultés d'étalonnage. Les moteurs à injection directe turbocompressés exigent également que les tuyaux d'admission résistent à des pressions positives pouvant atteindre 0,2 MPa, ce qui nécessite des pompes à vide supplémentaires pour répondre aux exigences du système.

C. Pompe à carburant haute pression
Les moteurs GDI fonctionnent généralement à des pressions d'injection de 10 à 15 MPa pour assurer une atomisation et une pénétration correctes du carburant. La pompe haute pression est entraînée par une came sur l'arbre à cames d'admission, avec une levée de 2,5 à 4 mm. Une levée d'environ 3,5 mm répond généralement aux exigences d'utilisation, en équilibrant les performances du moteur, la durée de vie des poussoirs à galet, les profils des cames et les processus de fabrication.

D. Injecteur
L'injecteur de carburant est l'élément central du système d'injection directe. La disposition de l'injecteur de carburant dans la chambre de combustion, la structure de la buse, la forme de la pulvérisation du faisceau d'huile affectent directement l'atomisation du carburant, le mélange de l'huile et du gaz et le processus de combustion, et finalement les performances du moteur. En outre, la buse de l'injecteur étant placée dans la chambre de combustion, la qualité du carburant a un impact plus important. Si la qualité du carburant n'est pas bonne, la combustion n'est pas suffisante, il est très facile de générer des dépôts de carbone et de boucher la buse, ce qui affecte la qualité de la pulvérisation et la durée de vie de l'injecteur lui-même.

E. Piston
La forme de la surface supérieure du piston du moteur à injection directe a une grande influence sur le mouvement du flux d'air dans la chambre de combustion et sur la formation du mélange, c'est pourquoi le moteur à injection directe sera le piston en tant qu'élément clé de la conception et du développement. Qu'il s'agisse du guidage des parois, du guidage du flux d'air ou du guidage du jet, tous ces éléments nécessitent une adaptation spéciale de la surface supérieure du piston, afin d'obtenir un effet de mélange d'huile et de gaz plus idéal et de former une distribution homogène ou une distribution en gradient de la concentration d'huile et de gaz pour assurer une combustion sans heurts.

Comme nous l'avons exploré, la technologie GDI (Gasoline Direct Injection) n'est pas un simple mot à la mode, c'est une solution méticuleusement conçue pour relever le double défi de l'efficacité énergétique et du contrôle des émissions. En maîtrisant la danse entre les modes de combustion homogène et stratifiée, cette innovation permet de tirer le maximum de performances du carburant tout en réduisant les émissions d'hydrocarbures (HC) - une victoire essentielle pour votre portefeuille et pour la planète.