O que é a tecnologia de injeção direta de gasolina (GDI)? E quais são as suas vantagens?

A tecnologia de injeção direta de gasolina (GDI)/(FSI) Fuel Stratified Injection é um método de injeção de combustível estratificado que injecta combustível diretamente no cilindro através de um bico. Esta tecnologia melhora significativamente a eficiência térmica dos motores a gasolina e reduz as emissões.

1. princípio de funcionamento
A tecnologia GDI utiliza dois modos de combustão distintos: a combustão homogénea e a combustão estratificada. Na combustão homogénea, o combustível é injetado no final do curso de admissão, misturando-se completamente com o ar durante os cursos de admissão e compressão para formar uma mistura uniforme no cilindro para uma ignição estável. A combustão estratificada envolve a injeção de combustível durante o curso de compressão, criando um gradiente de concentração desde a vela de ignição até à parede do cilindro, garantindo uma ignição eficaz e uma propagação normal da chama, melhorando assim a economia de combustível.

2. Vantagens dos motores de injeção direta em relação aos motores de injeção de bombordo

A. Em condições de carga elevada, os motores de injeção direta injectam combustível na câmara de combustão durante o curso de admissão. O jato de combustível move-se mais lentamente do que a velocidade do pistão a jusante, resultando numa pressão mais baixa à volta do jato, o que facilita a rápida difusão e evaporação do combustível, formando uma mistura de combustão homogénea.

B. Em condições de carga média e baixa, os motores GDI utilizam o modo de combustão estratificada, distribuindo a maior parte do ar perto das paredes do cilindro, evitando a transferência de calor para a camisa de água e aumentando a eficiência térmica da combustão.

C. Nos cenários de arranque a frio, os motores de injeção com porta sofrem de vaporização incompleta do combustível devido às baixas temperaturas do cilindro, o que leva a uma injeção excessiva de combustível e a potenciais falhas de ignição ou combustão incompleta, aumentando as emissões de HC. Pelo contrário, os motores de injeção direta podem controlar com precisão a relação ar/combustível em cada ciclo, reduzindo as emissões de HC durante os arranques a frio através da tecnologia de combustão estratificada.

D. Os motores de injeção direta adoptam um controlo baseado na massa, injectando combustível de acordo com as necessidades reais de cada cilindro, minimizando as variações de cilindro para cilindro e melhorando a uniformidade, normalmente dentro de 3% em comparação com os motores de injeção por porta.

3. Componentes principais

A. Cabeça do cilindro
A cabeça do cilindro, particularmente a sua câmara de combustão e a estrutura do canal de ar, desempenha um papel crucial no movimento do fluxo de ar, na formação da mistura e na propagação da chama.

B. Coletor de admissão
Para os motores GDI que utilizam combustão estratificada, o coletor de admissão tem de cumprir requisitos específicos em termos de diâmetro, comprimento, volume da câmara de ressonância e inclui frequentemente estruturas de caudal e comprimento de tubos variáveis. Esta complexidade aumenta os custos de fabrico e os desafios de calibração. Os motores de injeção direta turboalimentados também exigem que os tubos de admissão suportem pressões positivas até 0,2 MPa, necessitando de bombas de vácuo adicionais para as exigências do sistema.

C. Bomba de combustível de alta pressão
Os motores GDI funcionam normalmente com pressões de injeção de 10-15MPa para garantir uma atomização e penetração adequadas do combustível. A bomba de alta pressão é acionada por uma came na árvore de cames de admissão, com uma elevação de 2,5-4 mm. Uma elevação de aproximadamente 3,5 mm satisfaz geralmente os requisitos de utilização, equilibrando o desempenho do motor, a vida útil dos tuchos de rolos, os perfis das cames e os processos de fabrico.

D. Injetor
O injetor de combustível é o componente central do sistema de injeção direta, a disposição do injetor de combustível na câmara de combustão, a estrutura do bico, a forma de pulverização do feixe de óleo afecta diretamente a atomização do combustível, a mistura de óleo e gás e o processo de combustão e, finalmente, afecta o desempenho do motor. Além disso, o bico injetor é colocado na câmara de combustão, pela qualidade do combustível tem um impacto maior. Se a qualidade do óleo combustível não for boa, a combustão não é suficiente, é muito fácil gerar depósitos de carbono e entupir o bico, afectando a qualidade da pulverização e a vida útil do próprio injetor.

E. Pistão
A forma da superfície superior do pistão do motor de injeção direta de cilindro tem uma grande influência no movimento do fluxo de ar na câmara de combustão e na formação da mistura, pelo que o motor de injeção direta de cilindro será o pistão como um componente-chave para os componentes-chave da conceção e desenvolvimento. Quer se trate da orientação da parede, da orientação do fluxo de ar ou da orientação do jato, todos eles necessitam de uma superfície superior especial do pistão para se adaptarem, de modo a obter um efeito de mistura de óleo e gás mais ideal e formar uma distribuição homogénea ou uma distribuição gradiente da concentração de óleo e gás para garantir uma combustão suave.

Como já explorámos, a tecnologia GDI (Gasoline Diret Injection - Injeção Direta de Gasolina) não é apenas um chavão - é uma solução meticulosamente concebida para os desafios gémeos da eficiência do combustível e do controlo das emissões. Ao dominar a dança entre os modos de combustão homogénea e de combustão estratificada, esta inovação extrai cada gota de desempenho do combustível, ao mesmo tempo que reduz as emissões de hidrocarbonetos (HC) - uma vitória fundamental para a sua carteira e para o planeta.