Bezpośredni wtrysk GDI: Przełom w technologii benzynowych wtryskiwaczy

Silniki z bezpośrednim wtryskiem paliwa (GDI, Gasoline Direct Injection) stanowią kluczowy krok naprzód w ewolucji silników benzynowych. Oferują one znaczące usprawnienia w zakresie wydajności, zużycia paliwa i emisji spalin. W artykule tym przyjrzymy się, jak technologia GDI zmienia oblicze współczesnej motoryzacji.

Co to jest wtrysk GDI?

GDI to skrót od 'Gasoline Direct Injection', co w tłumaczeniu na język polski oznacza bezpośredni wtrysk benzyny. W tradycyjnych silnikach benzynowych paliwo jest wtryskiwane do kolektora dolotowego lub przed zaworem dolotowym, skąd trafia do komory spalania. W przypadku GDI, paliwo jest wtryskiwane bezpośrednio do komory spalania każdego cylindra. Pozwala to na precyzyjniejszą kontrolę ilości i momentu wtrysku paliwa, co przekłada się na wyższą sprawność i niższe zużycie paliwa.

Wtrysk GDI, to nowoczesna technologia polegająca na bezpośrednim wtryskiwaniu paliwa pod wysokim ciśnieniem prosto do komór spalania silnika, zazwyczaj w sposób sekwencyjny.

Wiele firm motoryzacyjnych stosuje tę technologię pod różnymi nazwami i z własnymi patentami. Pionierem w tej dziedzinie było Mitsubishi, które wprowadziło na rynek europejski w 1997 roku model Mitsubishi Carisma z takim systemem wtrysku. Inni producenci, w tym Peugeot, Citroen, Hyundai i Volvo, również korzystają z tej technologii.

Jak działa bezpośredni wtrysk benzyny GDI

W systemie wtrysku bezpośredniego GDI, benzyna wtryskiwana jest bezpośrednio do komory spalania silnika, przy zastosowaniu znacznie wyższego ciśnienia, wynoszącego od 50 do 200 bar. To odróżnia je od tradycyjnych systemów wtrysku pośredniego, gdzie benzyna jest podawana do kolektora dolotowego pod ciśnieniem około 3 bar. Systemy GDI wymagają zastosowania skomplikowanych i precyzyjnych komponentów, dlatego elementy takie jak wtryskiwacze, listwy paliwowe i pompy często wykonuje się z wysokiej jakości stali nierdzewnej.

W sekwencyjnym systemie wtrysku GDI, czas otwarcia wtryskiwacza ogranicza się do 5 milisekund. W przypadkach, gdy potrzeba większej ilości paliwa, ciśnienie w układzie wzrasta, ale czas otwarcia wtryskiwacza pozostaje niezmienny.

Wtryskiwacze w tych systemach muszą spełniać rygorystyczne wymogi techniczne, co wiąże się z precyzyjnym dopasowaniem elementów, zaawansowaną obróbką materiałów i ich najwyższą jakością. Z tego powodu ceny wtryskiwaczy mogą być bardzo wysokie, osiągając kilka tysięcy złotych za jeden egzemplarz. Wśród czołowych producentów wtrysków GDI znajdują się firmy takie jak Hitachi, Bosch, Denso i Siemens, które zaopatrują w te elementy niemal 99% pojazdów wyposażonych w system GDI.

Jakie samochody posiadają silniki z bezpośrednim wtryskiem?

Aby dowiedzieć się, czy Twój samochód jest wyposażony w system bezpośredniego wtrysku paliwa (GDI), sprawdź, czy posiada on któryś z poniższych oznaczeń. Każde z tych oznaczeń, mimo różnych nazw, wskazuje na obecność systemu wtrysku bezpośredniego paliwa:
 

• GDI (Gasoline Direct Injection) – Bezpośredni wtrysk benzyny, bardzo popularny w wielu obecnych samochodach takich jak m.in Mitsubishi, Peugeot, Citroën, Hyundai, Volvo.

• TSI (Turbo Stratified Injection) – Turbo doładowany wtrysk uwarstwiony, wykorzystywany w pojazdach Volkswagen i Audi, łączący technologię turbodoładowania z efektywnym wtryskiem paliwa.

• FSI (Fuel Stratified Injection) – Wtrysk paliwa uwarstwionego, stosowany w samochodach VW i Audi.

• TFSI (Turbo Fuel Stratified Injection) – Turbo wtrysk paliwa uwarstwionego, stosowany w samochodach Audi, łączący turbodoładowanie z technologią FSI dla zwiększenia wydajności i zmniejszenia zużycia paliwa.

• HPI (High Precision Injection) – Wtrysk wysokiej precyzji, używany w pojazdach BMW.

• SCi (Smart Charge Injection) – Inteligentny ładunek wtryskowy, obecny w samochodach Ford.

• IDE (Injection Direct Essence) – Zastosowanie znajduje w pojazdach Renault.

• JTS (Jet Thrust Stoichiometric) – Używany w samochodach Alfa Romeo.

• SIDI (Spark Ignition Direct Injection) – Stosowany w pojazdach marki Holden.

• HPDI (High Pressure Direct Injection) – Wysokociśnieniowy bezpośredni wtrysk, obecny w Porsche.

• Ecotec – Technologia stosowana w samochodach GM, Vauxhall, Opel.

• CGI (Charged Gasoline Injection) – Zastosowany w samochodach Mercedes Benz.

• DISI (Direct Injection Spark Ignition) – Bezpośredni zapłon iskrowy z wtryskiem, używany w Ford/Mazda.
  
   

   

System wtryskiwaczy benzynowych GDI

Dla efektywnego działania, system wtrysku GDI wymaga precyzyjnego dawkowania paliwa pod wysokim ciśnieniem i w bardzo krótkich odstępach czasu, przy czym czas otwarcia wtryskiwacza może być krótszy niż ułamek milisekundy. Aby to osiągnąć, konieczne jest użycie zaawansowanego komputera sterującego w samochodzie, który posiada ulepszone parametry działania. Oprogramowanie tego komputera działa na zasadzie podobnej do wtryskiwaczy typu Peak & Hold, lecz z niektórymi różnicami.

Sterowniki GDI w pierwszej fazie działania wysyłają do wtryskiwacza krótki impuls elektryczny o napięciu dochodzącym do 90V, trwający mniej niż 0,1 milisekundy, aby jak najszybciej podnieść iglicę wtryskiwacza. Następnie, aby utrzymać iglicę w pozycji otwartej, napięcie i prąd są redukowane do około 13,5V. Proces ten odbywa się w dwóch etapach, co jest zilustrowane na dołączonym schemacie. Na rynku funkcjonuje kilku głównych producentów komputerów do systemów GDI, z firmą BOSCH będącą liderem w rozwoju tej technologii.

Tryb pracy z wtryskiem uwarstwionym w systemie GDI

Celem trybu pracy z wtryskiem uwarstwionym w systemie GDI jest zminimalizowanie zużycia paliwa. W tym trybie stosunek mieszanki paliwowo-powietrznej może osiągnąć poziom 1:65, co oznacza, że na jedną jednostkę paliwa przypada aż 65 jednostek powietrza. Dla kontrastu, w tradycyjnych systemach wtrysku pośredniego, spalanie mieszanki uboższej niż stechiometryczna (1:14.7) może prowadzić do detonacji i uszkodzenia silnika.

Efektywność pracy silnika na tak ubogiej mieszance paliwowej osiąga się dzięki uwarstwieniu paliwa w komorze spalania, szczególnie wokół świecy zapłonowej, co umożliwia łatwiejszy zapłon. W tym trybie, wtryskiwacz podaje minimalną ilość paliwa pod ciśnieniem około 50 barów, bezpośrednio przed osiągnięciem przez tłok górnego położenia w suwie sprężania, tuż przed wytworzeniem iskry zapłonowej.

Osiągnięcie tak wysokiego ciśnienia paliwa jest możliwe dzięki mechanicznej pompie sterowanej elektronicznie przez komputer pokładowy. Pompa ta wytwarza ciśnienie paliwa odpowiednie dla bieżących potrzeb na listwie paliwowej. Tryb pracy z wtryskiem uwarstwionym jest najbardziej efektywny, gdy silnik pracuje na niskich obrotach i przy niewielkim obciążeniu, na przykład podczas jazdy z równą prędkością na płaskim terenie.

Tryb pracy z wtryskiem homogenicznym w systemie GDI

Tryb pracy z wtryskiem homogenicznym stanowi standardowy sposób działania systemu GDI, gdzie stosunek mieszanki paliwowo-powietrznej osiąga poziom do 1:25. W tym trybie, wtryskiwacz podaje standardową ilość paliwa do komory spalania, co pozwala silnikowi generować potrzebną moc, na przykład w czasie przyspieszania.

Centralna jednostka sterująca ECU, korzystając z danych z różnych czujników w silniku (takich jak czujnik położenia przepustnicy, czujnik położenia wału korbowego, czy czujnik położenia wałka rozrządu), dokonuje oceny, kiedy należy zmienić tryb pracy silnika z uwarstwionego na homogeniczny i odwrotnie. Ten proces umożliwia silnikowi pracę w sposób oszczędny, jednocześnie zapewniając satysfakcjonujące osiągi.

Zalety silników GDI

Silnik benzynowy z bezpośrednim wtryskiem gdi ma wiele zalet. Silniki GDI charakteryzują się wyższym ciśnieniem wtrysku, co przekłada się na lepsze rozpylenie paliwa i jego efektywniejsze spalanie. Oznacza to, że silnik pracuje bardziej wydajnie, co prowadzi do niższego zużycia paliwa i redukcji emisji szkodliwych substancji, takich jak dwutlenek węgla czy tlenki azotu. Dodatkowo, możliwość precyzyjnego dozowania paliwa pozwala na lepsze dostosowanie pracy silnika do aktualnych warunków jazdy. Więcej o zaletach i wadach bezpośredniego wtrysku paliwa przeczytasz na naszym blogu.

Wprowadzenie do rynku wtrysku bezpośredniego przez Mitsubishi

Technologia GDI została wprowadzona na rynek przez Mitsubishi w latach 90-tych, a następnie szybko przyjęta przez innych producentów, takich jak Hyundai, Kia, czy Ford z ich serią EcoBoost. Silniki GDI znajdują zastosowanie zarówno w małych jednostkach o pojemności 1.6 litra, jak i większych, 2.0-litrowych silnikach. Modele wykorzystujące tę technologię obejmują popularne samochody jak Mitsubishi Carisma czy Kia Cee’d.

Wyzwania i rozwiązania w technologii GDI

Pomimo wielu zalet, silniki GDI wiążą się również z pewnymi wyzwaniami. Jednym z nich jest skłonność do tworzenia nagaru w komorach spalania, co może wymagać regularnego czyszczenia i konserwacji. Producenci jak Denso czy Siemens opracowali zaawansowane systemy wtryskiwaczy, które pomagają zminimalizować ten problem. Ponadto, konieczność stosowania pompy paliwa wysokiego ciśnienia oraz zaawansowanych systemów zarządzania silnikiem może zwiększyć koszt naprawy i konserwacji tych silników.

 Przyszłość i ewolucja technologii GDI

W miarę rozwoju technologii, silniki GDI są ciągle udoskonalane. Producenci pracują nad systemami, które umożliwią jeszcze wyższą wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji szkodliwych substancji. Rozwój technologii takich jak wtrysk pośredni (MPI) oraz systemy hybrydowe wskazują na dalsze innowacje w tej dziedzinie. Dodatkowo, adaptacja GDI do pracy z alternatywnymi paliwami, takimi jak LPG, otwiera nowe możliwości dla przyszłych generacji silników.


Silniki GDI reprezentują znaczący postęp w dziedzinie motoryzacji. Oferują one zwiększoną wydajność, zmniejszone zużycie paliwa i obniżone emisje szkodliwych substancji, co czyni je atrakcyjnym wyborem dla nowoczesnych samochodów. Pomimo wyzwań związanych z kosztami i konserwacją, technologia ta zapewnia kierunki rozwoju, które mogą przyczynić się do bardziej zrównoważonej przyszłości motoryzacyjnej.