Kaj je tehnologija neposrednega vbrizgavanja bencina (GDI)? In kakšne so njene prednosti?

Tehnologija neposrednega vbrizgavanja bencina (GDI)/(FSI) je metoda stratificiranega vbrizgavanja goriva, pri kateri se gorivo prek šobe vbrizga neposredno v valj. Ta tehnologija bistveno izboljša toplotno učinkovitost bencinskih motorjev in zmanjša emisije.

1.Working princip
Tehnologija GDI uporablja dva različna načina izgorevanja: homogeno izgorevanje in razslojeno izgorevanje. Pri homogenem zgorevanju se gorivo vbrizga na koncu sesalnega takta, pri čemer se med sesalnim in kompresijskim taktom temeljito zmeša z zrakom, da v valju nastane enakomerna zmes za stabilen vžig. Pri stratificiranem zgorevanju se gorivo vbrizga med kompresijskim gibom, pri čemer se ustvari gradient koncentracije od vžigalne svečke do stene valja, kar zagotavlja učinkovit vžig in normalno širjenje plamena ter s tem izboljša varčnost goriva.

2. Prednosti motorjev z neposrednim vbrizgavanjem pred motorji z vbrizgavanjem skozi odprtino

A. Motorji z neposrednim vbrizgavanjem pri visoki obremenitvi vbrizgavajo gorivo v zgorevalno komoro med sesalnim hodom. Curek goriva se giblje počasneje od hitrosti bata navzdol, zaradi česar je tlak okoli curka nižji, kar omogoča hitro difuzijo in izhlapevanje goriva, ki tvori homogeno zgorevalno zmes.

B. Med srednjo in nizko obremenitvijo motorji GDI uporabljajo način stratificiranega zgorevanja, pri katerem se večina zraka razporedi ob stenah valja, kar preprečuje prenos toplote na vodni plašč in povečuje toplotno učinkovitost zgorevanja.

C. Pri hladnem zagonu imajo motorji z vbrizgavanjem goriva z odprtinami zaradi nizkih temperatur v valju težave z nepopolnim izhlapevanjem goriva, kar povzroči pretirano vbrizgavanje goriva in morebitne napake pri vžigu ali nepopolno zgorevanje, kar poveča emisije HC. Nasprotno pa lahko motorji z neposrednim vbrizgavanjem natančno nadzorujejo razmerje med zrakom in gorivom v vsakem ciklu ter s tehnologijo stratificiranega zgorevanja zmanjšajo emisije HC med hladnim zagonom.

D. Motorji z neposrednim vbrizgavanjem uporabljajo krmiljenje na podlagi mase in vbrizgavajo gorivo glede na dejanske potrebe vsakega valja, kar zmanjšuje odstopanja med valji in izboljšuje enakomernost, ki je v primerjavi z motorji z vbrizgavanjem skozi odprtino običajno 3%.

3. Osnovne komponente

A. Glava valja
Glava valja, zlasti njena zgorevalna komora in struktura zračnih kanalov, ima ključno vlogo pri gibanju zračnega toka, nastajanju zmesi in širjenju plamena.

B. Sesalni kolektor
Pri motorjih GDI s stratificiranim zgorevanjem mora sesalni kolektor izpolnjevati posebne zahteve glede premera, dolžine in prostornine resonančne komore ter pogosto vključuje strukture s spremenljivim pretokom in dolžino cevi. Ta zapletenost povečuje proizvodne stroške in izzive kalibracije. Pri motorjih z neposrednim vbrizgavanjem s turbinskim polnilnikom morajo sesalne cevi vzdržati tudi pozitivne tlake do 0,2 MPa, zaradi česar so za potrebe sistema potrebne dodatne vakuumske črpalke.

C. Visokotlačna črpalka za gorivo
Motorji GDI običajno delujejo z vbrizgalnim tlakom 10-15 MPa, ki zagotavlja ustrezno razpršitev in prodiranje goriva. Visokotlačno črpalko poganja odmična gred na sesalni odmični gredi z vzgonom 2,5-4 mm. Dvig približno 3,5 mm običajno ustreza zahtevam uporabe, pri čemer se uravnotežijo zmogljivost motorja, življenjska doba valjčnih kolutikov, profili odmičnih gredi in proizvodni procesi.

D. Vbrizgalnik
Vbrizgalnik goriva je osrednji sestavni del sistema neposrednega vbrizgavanja, razporeditev vbrizgalnika goriva v zgorevalni komori, struktura šobe, oblika curka oljnega snopa neposredno vpliva na razprševanje goriva, mešanje olja in plina ter proces zgorevanja in končno vpliva na delovanje motorja. Poleg tega je šoba vbrizgalnika nameščena v zgorevalni komori, s kakovostjo goriva ima večji vpliv. Če kakovost kurilnega olja ni dobra, zgorevanje ni zadostno, zelo lahko nastanejo ogljikove obloge in zamašijo šobo, kar vpliva na kakovost pršenja in življenjsko dobo samega injektorja.

E. Batni mehanizem
Oblika zgornje površine bata motorja z neposrednim vbrizgavanjem v valj ima velik vpliv na gibanje zračnega toka v zgorevalni komori in nastanek zmesi, zato bo bat motorja z neposrednim vbrizgavanjem v valj kot ključni sestavni del ključnih sestavnih delov zasnove in razvoja. Ne glede na to, ali gre za vodenje po steni, vodenje zračnega toka ali vodenje curka, je treba vsem tem prilagoditi posebno jamo na zgornji površini bata, da se doseže idealnejši učinek mešanja olja in plina ter oblikuje homogena porazdelitev ali gradientna porazdelitev koncentracije olja in plina, kar zagotavlja nemoteno izgorevanje.

Kot smo že raziskali, tehnologija GDI (neposredni vbrizg bencina) ni le besedna zveza - gre za skrbno izdelano rešitev dvojnega izziva, tj. učinkovitosti porabe goriva in nadzora emisij. Z obvladovanjem plesa med homogenim zgorevanjem in razslojenim načinom zgorevanja ta inovacija iztisne iz goriva vsako kapljico zmogljivosti in hkrati zmanjša emisije ogljikovodikov (HC), kar je ključna zmaga za vašo denarnico in planet.