Wtrysk GDI - co to jest?
GDI to skrót od Gasoline Direct Injection, co w dosłownym tłumaczeniu oznacza bezpośredni wtrysk paliwa. Bezpośredni oznacza, że paliwo pod wysokim ciśnieniem wtryskiwane jest bezpośrednio do komory spalania cylindrów najczęściej w sposób sekwencyjny. Obecnie większość producentów produkujących samochody, stosuje ten właśnie rodzaj wtrysku, jednak każdy producent nazywa go w inny sposób i ma na niego zastrzeżoną przez siebie nazwę. Nazwą GDI jako pierwszy posłużyło się Mitsubishi wprowadzając jako pierwsi na rynek europejski w 1997 roku pierwszy samochód z bezpośrednim wtryskiem paliwa Mitsubishi Carismę. Skrót też znajdziemy również w samochodach marki Peugeot, Citroen, Hyundai czy Volvo.
Gdzie występuje bezpośredni wtrysk - GDI?
Jeżeli zastanawiasz się czy w Twoim samochodzie jest wtrysk bezpośredni. Wystarczy, że sprawdzisz czy Twój samochód nie posiada jednego z niżej opisanych oznaczeń. Chociaż ich rozwinięcia w dosłownym tłumaczeniu mają różne znaczenia, zawsze oznaczają to samo - silnik zasilany jest bezpośrednim wtryskiem paliwa.
- FSI - Fuel Stratified Injection czyli (wtrysk paliwa uwarstwionego) = VW i Audi
- HPI - High Precision Injection (wtrysk wysokiej precyzji) = BMW
- SCi - Smart Charge injection (inteligentny ładunek wtryskowy) = Ford
- IDE - Injection Direct Essence = Renault
- JTS - Jet Thrust Stoichiometric = Alfa Romeo
- SIDI - Spark Ignition Direct Injection = Holden
- HPDI - High Pressure Direct Injection = Porsche
- Ecotec - GM, Vauxhall, Opel
- CGI - Charged Gasoline Injection = Mercedes Benz
- DISI - Direct Injection Spark Ignition = Ford/Mazda
- GDI - Gasoline Direct Injection = Mitsubishi, Peugeot, Citroën, Hyundai, Volvo
Jak działa bezpośredni wtrysk - GDI?
W przypadku układu wtryskowego z bezpośrednim wtryskiem, paliwo podawane jest bezpośrednio do komory spalania pod znacznie wyższym ciśnieniem (50 - 200 bar) niż ma to miejsce w przypadku wtrysku pośredniego, gdzie paliwo dawkowane jest do kolektora dolotowego przy ciśnieniu rzędu 3 bar. Systemy te wymagają precyzyjnych podzespołów, stąd wtryskiwacze, listwa i pompy często wykonane są z wysokogatunkowej stali nierdzewnej. W sekwencyjnym układzie wtrysku GDI wtryskiwacz otwiera się maksymalnie na 5 ms. Kiedy zapotrzebowanie na paliwo rośnie, wtryskiwacz w dalszym ciągu pozostaje otwarty na 5 ms, natomiast wzrasta ciśnienie paliwa. Wtryskiwacze stosowane w układach z wtryskiem bezpośrednim muszą sprostać najbardziej rygorystycznym parametrom, stąd tolerancja pasowania podzespołów, obróbka materiałów i ich jakość musi stać na najwyższym poziomie. Wysoka jakość przekłada się bezpośrednio na cenę, która nierzadko osiągą nawet po kilka tyś zł za jeden wtryskiwacz! Głównymi producentami wtrysków GDI są: Hitachi, Bosch, Denso i Siemens. Dostaczają oni wtryski do 99% obecnie produkowanych pojazdów wyposażonych w ten układ.
Sterowanie układem
Układ wymaga dawkowania precyzyjnej ilości paliwa przy wysokim ciśnieniu i w bardzo krótkim czasie, gdzie czas otwarcia wtryskiwacza może nie przekraczać nawet ułamka milisekundy. W celu zapewnienia odpowiedniego sterowania układem, komputer sterujący w samochodzie wymaga lepszych parametrów. Program komputera sterującego działa na podobnej zasadzie co wtryskiwacze typu Peak & Hold, z pewną jednak różnicą. Wszystkie sterowniki GDI początkowo podają na wtryskiwacz krótki impuls z napięciem dochodzącym nawet do 90V, trwającym mniej niż 0,1 ms w celu jak najszybszego uniesienia iglicy. Następnie napięcie i prąd jest ograniczane do takich wartości aby tylko podtrzymać iglicę w pozycji otwartej, czyli ok 13,5V. Odbywa się to dwustopniowo, co najlepiej widać na zamieszonym rysunku. Na rynku istnieje kilku dużych producentów produkujących komputery do GDI, jednak niewątpliwym liderem w rozwoju tej technologi jest wciąż firma BOSCH.
System GDI posiada dwa tryby pracy. Tryb pracy na wtrysku uwarstwionym i Homogenicznym.
Tryb pracy z wtryskiem uwarstwionym
Praca w tym trybie ma na celu maksymalne ograniczenie spalania paliwa. Stosunek mieszanki paliwowo powietrznej w tym przypadku może wynieść nawet 1:65! (1 jednostka paliwa 65 jednostek powietrza). Dla porównania przy konwencjonalnym - pośrednim wtrysku paliwa, spalaniu mieszanka uboższej od stechiometrycznej tj. 1:14.7, towarzyszy spalanie stukowe i w konsekwencji poważne uszkodzenie silnika. Praca silnika na mieszance tak ubogiej w paliwo jest możliwa dzięki uwarstwieniu dawki paliwa w korze spalania, która jest bogatsza w okolicach świecy zapłonowej i umożliwia jej łatwy zapłon. W trybie tym wtryskiwacz dostarcza minimalną ilość paliwa do komory spalania pod ciśnieniem ok 50 bar, bezpośrednio przed górnym położenia tłoka w suwie sprężania, na chwilę przed pojawieniem się iskry na świecy zapłonowej. Aby osiągnąć tak wysokie ciśnienie benzyna tłoczona jest przez mechaniczną pompę, która jest elektronicznie sterowana przez komputer. Pompa generuje ciśnienie wymagane w danej chwili na listwie paliwowej. Praca na mieszance uwarstwionej (oszczędnej) występuje kiedy silnik pracuje na wolnych obrotach i pod małym obciążeniem np. podczas jazdy ze stałą prędkością na równym terenie.
Tryb pracy z wtryskiem homogenicznym
Jest to tryb pracy normalnej, gdzie maksymalny stosunek mieszanki wynosi 1:25. Charakteryzuje się on tym, że wtryskiwacz dostarcza normalną dawkę paliwa do komory spalania, dzięki czemu silnik produkuje moc niezbędną np. podczas przyśpieszania. Komputer sterujący ECU w oparciu o informacje zwrotne z czujników zamontowanych w silniku (min. czujnik położenia przepustnicy, położenia wału korbowego czy położenia wałka rozrządu) decyduje kiedy silnik potrzebuje się przełączyć pomiędzy pracą w trybie uwarstwionym a homogenicznym. Dzięki temu silnik jest oszczędny a zarazem posiada zadowalające osiągi.
