Bezpośredni wtrysk benzyny – dlaczego turbo?

Wtrysk bezpośredni okazał się sukcesem pośrednim, bo wczesne jednostki napędowe typu GDI (końcówka lat 90. i pierwsza dekada XXI wieku) cechowały się wyższą mocą i momentem obrotowym niż odpowiedniki z wtryskiem pośrednim, a dzięki spalaniu mieszanki uwarstwionej były także oszczędniejsze. Ale niższe zużycie benzyny pojawiało się głównie podczas testów wewnętrznych, natomiast w ruchu drogowym już niekoniecznie.

Oszczędności tak, ale tylko na papierze

Wyższa moc i moment obrotowy to oczywiście wyższe osiągi samochodu, a na przełomie wieków kierowcy aut klasy średniej i kompaktów, w których debiutowały pierwsze rozwiązania typu GDI różnych producentów, byli spragnieni lepszych osiągów ze standardowych wówczas jednostek o pojemności 1,6-2,0 l. Zwłaszcza kiedy takie obietnice składali producenci, oferując droższe wersje z wtryskiem bezpośrednim.

Za auta z silnikami o wyraźnie lepszych parametrach trzeba było płacić znacznie więcej nie tylko w salonie, ale także na stacji benzynowej, bo zakup odmian 2,5-3,0 l czy wysokoobrotowych, mocnych 2-litrówek wiązał się z wyższym spalaniem. Również silniki benzynowe turbo kosztowały więcej i zużywały więcej benzyny.

Przy wczesnym wtrysku bezpośrednim producenci tacy jak Mitsubishi, Renault, Citroën, Peugeot, Volkswagen czy Alfa Romeo nie tylko składali obietnice w salonie, ale potwierdzali to na papierze, podając w katalogach wyższą moc i moment obrotowy, również prędkość, a także krótszy czas rozpędzania do 100 km/h oraz niższe zużycie paliwa. Różnice nieduże, ale jednak dawały wyraźny sygnał kierowcy – możesz jeździć szybciej, a silnik spali mniej paliwa. I nie musisz kupować wersji sportowej.

W praktyce różnice były na tyle nieduże, że kierowca niekoniecznie czuł tę lepszą dynamikę, a chciał ją czuć, więc chętniej wciskał pedał gazu i korzystał z wyższych obrotów. A to skutkowało spalaniem mieszanki homogenicznej w niemalże normalnym trybie, jak z wtryskiem pośrednim. W efekcie czego wczesne silniki GDI nie okazały się ekonomiczne na miarę oczekiwań, a dla wielu kierowców były po prostu rozczarowaniem. Tym bardziej że były też znacznie bardziej awaryjne.

Doładowanie rozwiązuje problem

Niektórzy producenci, jak Alfa Romeo czy Mazda, a także Mercedes-Benz czy BMW, osiągnęli zadowalające rezultaty w wolnossących silnikach benzynowych z wtryskiem bezpośrednim, co przełożyło się na rosnące zadowolenie klientów. Jednak by osiągnąć to, co zostało osiągnięte dziś, trzeba było zrobić krok dalej. Okazało się, że rozwiązanie czekało od lat i było to doładowanie. Na pomysł wpadli inżynierowie Audi (a przynajmniej jako pierwsi zastosowali doładowanie i wtrysk bezpośredni).

Dzięki bezpośredniemu wtryskowi benzyny można było stosować turbodoładowanie lub doładowanie mechaniczne bez konieczności zmniejszania stopnia sprężania, co pozwoliło zachować wysoką sprawność silnika, wyższe osiągi i realnie niższe zużycie paliwa za sprawą bardzo korzystnego przebiegu momentu obrotowego. Dla przykładu - popularny silnik Audi 1.8T z wtryskiem pośrednim pracuje na stopniu sprężania 9,3. Dla porównania - wczesne warianty 2.0 TFSI z wtryskiem bezpośrednim mają stopień sprężania 10,3-10,5. Nie do pomyślenia wcześniej w normalnym silniku produkcyjnym turbo.

Korzystny przebieg dużego momentu obrotowego, który swoją maksymalną wartość osiąga poniżej 2000 obr./min, przekłada się na realnie niższe zużycie paliwa i wyraźną subiektywną poprawę osiągów. Taka charakterystyka silników sprawia, że kierowca nie musi głęboko wciskać pedału gazu, by uzyskać dobre przyspieszenie, a ponadto nie musi korzystać z wysokiego zakresu obrotów, więc włącza wyższe biegi wcześniej. W ten sposób osiągnięto to, czego szukano – przewagę GDI nad MPI.

Dziś praktycznie tylko Mazda (w mniejszym stopniu Hyundai i Kia) stosuje silniki GDI bez doładowania. Z silnikiem Skyactiv-G uzyskuje zadowalające rezultaty, ale znacznie gorsze od konkurencji z turbo. Zwłaszcza w zakresie osiągów.