GDI (Gasoline Direct Injection)
Zkratka GDI označuje zážehové motory s přímým vstřikem benzínu. Automobilka Mitsubishi byla prvním výrobcem, který tyto motory zavedl. Stejné označení nesou také motory automobilek Hyundai a Kia.
První motor GDI, čili motor s přímým vstřikováním benzínu, představila automobilka Mitsubishi v modelu Galant. Psal se rok 1996 a moderní řadový čtyřválcový motor 1.8 GDI s rozvodem DOHC a čtyřmi ventily na válec začal psát novou kapitolu historie zážehových motorů. Motory s přímým vstřikováním paliva spalují palivo mnohem efektivněji, čímž dosahují vyšších výkonů, lepšího průběhu krouticího momentu, nižší spotřeby paliva a nižších emisí výfukových plynů.
motor GDI
Hlavní rozdíl mezi vstřikováním do sání a přímým vstřikem paliva je v místě, kde je tvořena směs. Dříve bylo palivo vstřikováno do proudu vzduchu v sacím potrubí, s příchodem přímého vstřikování je palivo vstřikováno přímo do válce. Motory s přímým vstřikováním benzínu mají tudíž nějaké konstrukční odlišnosti:
▪ sací kanál je svislý kvůli optimálnímu nasměrování proudu vzduchu a účinnějšímu plnění válce
▪ dno pístu je tvarové; tvar pístu spolu s vertikálním sacím kanálem umožňují směřovat proud směsi rovnoběžně s osou válce
▪ motory GDI mají vysokotlaké palivové čerpadlo se systémem common rail a vysokotlaké vstřikovače
Princip
Motor GDI pracuje ve dvou, resp. třech, různých režimech vytváření zápalné směsi:
velmi chudá (vrstvená) směs – režim používaný při volnoběhu a nízkých otáčkách do 2500 ot/min. Výkon je v tomto případě regulován kvalitativně, tj. změnou složení zápalné směsi. Nasávaný vzduch je veden obtokem kolem škrticí klapky, aby se zmenšily energetické ztráty. Aby bylo možné chudou směs vůbec zapálit je důležité dokonalé rozvrstvení směsi. Palivo se vstřikuje do proudu vzduchu až na konci kompresního zdvihu těsně před zažehnutím směsi. Proto je možné zažehnout i celkově velmi chudou směs se směšovacím poměrem až 40:1.
režim zapalování velmi chudé směsi
stechiometrická homogenní směs – používá se při plném zatížení. Výkon je regulován škrticí klapkou, která se však vychyluje v oblasti maximálního otevření a vytváří pouze malý odpor. Benzín je vstřikován do válců již během sacího zdvihu, s důrazem na zachování stechiometrického směšovacího poměru (14,7:1). Vstřikované palivo tvoří stejnorodou (homogenní) směs. K tomu napomáhá i odpařování vstřikovaného paliva, které navíc ochlazuje vzduch ve válci a dovoluje vysoký kompresní poměr. Vysoký kompresní poměr pomáhá k dosažení lepší tepelné účinnosti a k menší citlivosti motoru na detonační spalování (klepání motoru).
režim spalování stechiometrické směsi
zrychlení – při akceleraci přepne řídící jednotka motoru na dvoufázové vstřikování paliva. Nejprve se při sání vstříkne malé pilotní množství benzínu a až těsně před zážehem je vstříknuta hlavní dávka. Tím se předchází detonačnímu spalování (klepání motoru).
Výfukové plyny motoru s přímým vstřikováním benzínu
Díky velkému přebytku vzduchu, čili spalování velmi chudé směsi, vylučuje motor GDI vyšší množství oxidů dusíku (NOx), které by běžný katalyzátor nebyl schopen odbourat. Technicky je možné využít akumulační, nebo selektivně redukční katalyzátor. Ten prvně jmenovaná zachycuje z výfukových plynů oxidy dusíku pouze po určitou dobu, po níž musí dojít k jeho „vyčištění“, tzn. provozu při hodnotě lambda = 1. V úsporném režimu to však znamená zvýšení spotřeby paliva, proto se tento způsob u motorů GDI nevyužívá. Selektivně redukční katalyzátor (SCR) sice nedosahuje takové účinnosti, ale pracuje bez nároku na čištění.
Historie
První pokusy s přímým vstřikováním benzínu začaly již koncem třicátých let minulého století. Švédský konstruktér Hesselman tehdy vytvořil motor kombinující spalování benzínu a nafty. V roce 1937 se přímé vstřikování benzínu využívalo u vysoce výkonných leteckých motorů (Junkers Jumo 210, Daimler-Benz DB 601). První sériové automobily s přímým vstřikem benzínu přišly na trh až v roce 1952 (Gutbrod Superior 600 a Goliath 700 GP) a dlouho se ve výrobě neudržely. Kvůli vysokým nákladům na výrobu i provoz se postupně toto řešení opustilo a přešlo k finančně výhodnějším způsobům. V roce 1954 dostal přímé vstřikování benzínu i slavný Mercedes-Benz 300 SL. Přesto se dá za přelomový rok považovat až rok 1996 a představení motoru GDI.
Video:
httpv://www.youtube.com/watch?v=Pxvp9F-PS34
Text: Jan Sajdl
Foto: www.mitsubishi.com
Klíčová slova: motor, přímý vstřik, přímí vstřik benzínu, zážehový motor, Mitsubishi, GDI
