Jak funguje motor GDI a proč je lepší než běžný motor?
Historie motorů GDI (Gasoline Direct Injection) sahá až do roku 1925, kdy švédský inženýr E. Hesselaman vytvořil lehkou a hospodárnou zážehovou jednotku, která běží na několik druhů paliv: benzín, naftu, olej a petrolej. Palivo do spalovacích prostor přivádělo čerpadlo, k zapálení slabě stlačitelné směsi byly použity zapalovací svíčky. Se změnou venkovních teplot se měnil i druh paliva. Moderní jednotky GDI byly ve srovnání se svým předchůdcem mnohonásobně vylepšeny a vysloužily si uznání předních společností světového automobilového průmyslu, ačkoliv jako palivo používají pouze benzín. Daimler-Benz jako první zahájil sériovou výrobu vozů vybavených přímým vstřikováním benzínu. Podívejme se blíže na to, co je motor GDI? Jak se to staví? Čím je populární? A má to nějaké nevýhody?
Jak se liší motor GDI?
Motory GDI realizují myšlenku přímého vstřikování paliva do spalovací komory. Takové řešení není typické pro jiné benzínové jednotky. Motory GDI kombinují některé vlastnosti benzínových a naftových motorů, výsledkem je velmi slušný výkon. Diesely GDI dostaly palivové čerpadlo, které dodává palivo pod tlakem cca 4,8 MPa (cca 50 kg/cm2) a vstřikovací systém ve stupni konečné komprese, benzinové motory dostaly typ paliva a zapalovací svíčky. Vstřikovač v GDI posílá palivo přímo do válce, kde se mísí se vzduchem, ale k zapálení směsi používá jiskru.
Vstřikování paliva v konvenčním motoru se vstřikováním paliva a GDI.
Koncept dokonalosti
Směs přiváděná do válce je dobře strukturovaná, vedená po přesné trajektorii, rozložená po celém objemu, ale v různých koncentracích. Chudá část takzvané „studené“ koncentrace dosáhne stěn válce, zatímco bohatší „horká“ koncentrace zůstává ve středu, kde se nachází svíčka. To je tajemství zachování výkonu motoru i přes použití ultra chudých směsí, což se vysvětluje vytvořením potřebné koncentrace u samotné zapalovací svíčky. Jednotka je navíc vybavena dvěma palivovými čerpadly, z nichž jedno je umístěno v nádrži, což je typické, a druhé, vysokotlaké čerpadlo (HP), vytváří atmosféru v rozdělovači paliva.
Díky vstřikovacímu čerpadlu paliva se podařilo minimalizovat dobu otevírání vstřikovačů a snížit spotřebu benzínu při zachování točivého momentu a výkonu zrychlení na slušné úrovni. U motorů se vstřikovačem se při volnoběhu vstřikovač otevře po 3 ms a u motorů GDI – po 0,51 ms. Je to 6x rychlejší!
V praxi, aby dosáhli všech výhod přímého vstřikování, museli inženýři udělat hodně, například:
- změnit tvar hlavy pístu tak, aby zajistil přívod směsi přímo k zapalovací svíčce;
- zvýšit tlak benzínu z 3 na 50 barů;
- vytvořte sací kanály v hlavě bloku, abyste získali vzduchový šroub ve válcích atd.
Pohyb vzduchu ve spalovací komoře a tvar pístu. Motor Mitsubishi 4G93 GDI.
Přečtěte si také: Motor TDI – co to je a jak se liší od GDI.
Progresivita GDI
- Jednotky vyráběné v Japonsku mají režim Ultpa Lean Combustion Mode, který umožňuje použití super chudé směsi v poměru 37-41:1. Tento režim se aktivuje až do dosažení prahu 115-120 km/h, pokud nedochází k náhlým změnám zatížení a je zajištěno pozvolné zvyšování rychlosti. Vstřikování se provádí spirálovou tryskou ve směru hodinových ručiček.
- Stechiometrický režim Superior Output Mode se používá, když ručička ukazuje 125 km/h nebo více, auto jede do dlouhého kopce nebo táhne přívěs.
- V režimu Stich F/B je složení pracovní směsi velmi podobné charakteristikě stechiometrické. Technologie má své vlastní podrežimy, z nichž v jednom (Uzavřená smyčka) je rovnováha vzduch-benzín určována naměřenými hodnotami kyslíkového senzoru, zatímco ve druhém (Otevřená smyčka) senzory neovlivňují složení palivové směsi.
- Evropské motory GDI mají další vylepšení – Dvoustupňové směšování – které poskytuje účinné dvoustupňové vstřikování benzínu v době prudkého rozjezdu nebo rychlého předjíždění. Technologie zahrnuje dvojité vstřikování během čtyřdobého cyklu. Na vstupu se do válce dostává dvojnásobná superchudá směs, která se ale nezapálí a primárně pomáhá ochlazovat komoru. A v okamžiku komprese je dodávána superobohacená směs v poměru vzduchu a paliva 12:1, takže se poměr plnění komory zvyšuje a motor vykazuje maximální výkon.
Problémy s motorem GDI
Hlavním problémem je vysoká citlivost motorů GDI na kvalitu paliva. Totéž platí pro jakékoli poruchy, které by mohly nějakým způsobem ovlivnit kvalitu dodávané směsi.
U instalací s přímým vstřikováním benzínu zapalovací svíčky někdy silně zčernají nebo úplně selžou. To je obvykle důsledkem vysoké citlivosti palivového zařízení na vodu a drobné nečistoty. Hromadění sazí v sacím potrubí se vysvětluje jeho vstupem do spalovací komory. Jeho částice se mohou usazovat na ventilech a ucpat vstřikovače, což narušuje normální rozstřikování benzínu.
V důsledku hromadění karbonových usazenin na vnitřním povrchu sacího potrubí se mění konfigurace vzduchové spirály; již nesplňuje normu pro GDI, v důsledku čehož dochází k narušení spalování. Z množství karbonových usazenin na zapalovacích svíčkách lze poměrně objektivně určit míru zanesení sacího traktu. Do určitého bodu to nenarušuje jejich normální provoz, ale po 20 25 km můžete přemýšlet o jeho výměně a z preventivních důvodů se doporučuje vyčistit sací potrubí po 30-XNUMX XNUMX km.
Problémem je také zvýšená toxicita výfukových plynů. Spalování ultra chudé palivové směsi vede ke vzniku toxických oxidů dusíku NOx. Aby se úrovně emisí přizpůsobily požadavkům Euro 3, japonští inženýři nejprve zmodernizovali měniče a později je snížili citlivosti na sirné nečistoty.
Přečtěte si také: Vlastnosti motoru CRDI.