Allgemein erklärt, ist die Gasoline Direct Injection (GDI) eine Technik für Benzinmotoren, die mit der Direkteinspritzung bei Dieselaggregaten viele Gemeinsamkeiten hat. Dabei wird Benzin direkt in den Zylinder eingespritzt, allerdings mitten im Kompressionsschub oder sobald der Lufteinlass geöffnet ist. Diese besondere Art der Einspritzung ist allgemein als GDI, als Gasoline Direct Injection bekannt. Es handelt sich hierbei aber nicht um einen geschützten Markennamen oder einen feststehenden Fachbegriff. In vielen Fällen haben die Automobilhersteller deshalb das GDI-System auf eine ureigene Weise abgewandelt und diesem dann einen eigenen, unverwechselbaren und zumeist werbewirksamen Namen verliehen. Egal welche Typenbezeichnung die Modelle erhalten, die Technik und Bedeutung von GDI steckt immer dahinter.
Gebräuchliche Bezeichnungen oder Abkürzungen für einen Motor mit GDI-Technologie sind:
In der Tat ist auffällig, dass immer mehr Hersteller ihre Modelle mit Benzinmotoren ausstatten, die über die GDI-Technologie verfügen. Hintergrund ist, dass die Automobilhersteller von der EU gesetzlich dazu verpflichtet wurden, einen bestimmten Flottenverbrauch einzuhalten. Die Verordnung der EG Nr. 443/2009 setzte 2009 einen Grenzwert von 130 Gramm CO2 pro Kilometer fest. Dieser Wert sank 2020 auf 95 Gramm. Um diese Kennzahl einzuhalten, müssen die Hersteller von jedem Modell so viele Fahrzeuge verkaufen, dass diese zusammen im Durchschnitt auf 95 Gramm CO2 pro Kilometer kommen.
Für Hersteller wie Porsche, Ferrari, McLaren oder Maserati wäre diese Verordnung in seiner Reinform vermutlich das Todesurteil gewesen. Allerdings besteht für die Automobilhersteller die Möglichkeit, durch den Verkauf von Elektrofahrzeugen sogenannte Super Credits in die Berechnung einfließen zu lassen. Die Hersteller erhalten für jedes verkaufte Elektrofahrzeug Super Credits, die den Flottenverbrauch überproportional senken.
Dies ist oftmals der Hintergrund, wenn ein ausländischer Automobilhersteller eine Baureihe in Deutschland oder ganz Europa plötzlich nur noch als Elektrofahrzeug oder Hybrid anbietet, obwohl genau diese Baureihe auch Modelle mit Verbrennungsmotor beinhaltet. Genau diese würden aber den Flottenverbrauch in die Höhe treiben, weshalb nur elektrisch betriebene Modelle angeboten werden. Trotzdem ist dies oftmals nicht ausreichend, um den Flottenverbrauch aller verkauften Fahrzeuge eines Herstellers auf unter 95 g CO2 pro Kilometer zu senken.
Auf der Suche nach Alternativen stießen die Ingenieure auf die seit Jahrzehnten bekannte Technik der Direkteinspritzung für Benzinmotoren. Diese Technologie wurde bereits kurz nach ihrer Entwicklung auf Eis gelegt, weil sie sich als störungsanfällig und wartungsintensiv erwiesen hatte. Dank technischem Fortschritt und moderner Materialien konnten diese Kinderkrankheiten inzwischen weitgehend beseitigt werden, weshalb ein moderner GDI-Motor nahezu genauso zuverlässig ist wie ein Aggregat mit herkömmlicher Einspritzung. Diese Technik sorgt für einen geringeren Kraftstoffverbrauch und niedrigere Emissionswerte, der Motor wird also umweltfreundlicher.
Die Gasoline Direct Injection, also die Benzindirekteinspritzung, ist ein hochmodernes System zur Kraftstoffzufuhr in Benzinverbrennungsmotoren. Diese Apparatur verwendet eine Hochdruck-Rail-Speichereinheit, deren Aufgabe es ist, das Gasgemisch direkt in die Verbrennungskammern des Motors zu leiten.
Das Benzin-Direkteinspritzsystem liefert zu jeder Zeit das richtige Luft-Kraftstoff-Gemisch, was bei anderen Einspritzmotoren nicht ohne weiteres möglich ist. So entstehen eine höhere Kraftstoffeffizienz, verbesserte Leistungswerte und flexible Motorsteuerungsmöglichkeiten. Dies bedeutet, dass GDI-Autos nicht nur sparsam und effizient sind, sondern auch ein breites Spektrum von Fahrbedingungen abdecken können.
GDI-Systeme pumpen den Kraftstoff in den Verteiler, der als Common Rail bezeichnet wird. Alle Einspritzdüsen sind an diesem Rail befestigt. Der Kraftstoff wird mit hohem Druck in das Common Rail geleitet, das als Druckspeicher fungiert, um einen gleichmäßigen Druck auf den für die Einspritzung eingestellten Kraftstoff aufrechtzuerhalten. Wenn das System das Signal erhält, öffnet sich das Einspritzventil und lässt den Kraftstoff in den Brennraum fließen.
Die Einspritzventile können entweder piezoelektrisch oder konventionell sein und werden von der Motorsteuereinheit (ECU) des Fahrzeugs gesteuert. Diese Parameter ermöglichen dem GDI, ein genaues Kraftstoff-Luft-Gemisch für unterschiedliche Fahrbedingungen zu erzeugen.
Das GDI-System erzeugt Luft-Kraftstoff-Gemische in drei Formen: Vollgas, ultramager und stöchiometrisch. Diese Formen sind für verschiedene Fahrbedingungen geeignet. Das System kann auch mit anderen verwandten Motortechnologien, variablen Ventilsteuerungen und Ansaugkrümmersystemen kombiniert werden.
Der koreanische Autobauer Kia stellte beim Genfer Autosalon 2015 einen Motor vor, bei dem Luft und Benzin unter hohem Druck in die Zylinder gepresst wird – der T-GDI. Die Abkürzung steht für “Turbo-Charged Benzin Direct Injection”.Ein solcher T-GDI ist also ein Benzinmotor mit Turboaufladung und Direkteinspritzung.
Bei Kia ist das Aggregat Mitglied der neuen Kappa-Motorenfamilie, die 2015 zusammen mit einer 1,0-Liter-Dreizylinder-Version - dem Kappa 1.0 T-GDi - eingeführt wurde. Diese 1.4-Turbo-Version debütierte im Hyundai i30 auf der Auto Expo 2016 und ist bereits in einer breiten Palette von Fahrzeugen erhältlich: Hyundai Elantra, Hyundai Veloster, Kia Ceed, Kia Cerato, etc. Hyundai und Kia verwenden diese Bezeichnung ihre Autos, die mit solch einem Motor ausgestattet sind.
Der Hyundai 1.4T-Motor zeichnet sich durch einen sanften Betrieb und ein niedriges Geräuschniveau aus, welches eher dem eines V6-Motors entspricht. Im Gegensatz zur hohen Leistung und dem hohen Drehmoment ist der Kraftstoffverbrauch extrem niedrig. Der Motor besteht vollständig aus Aluminium und ist leicht. Er ist kleiner und 14 kg leichter als der 1.4L G4FA aus der vorherigen Gamma-Familie. Der Motor verfügt über einen offenen Aluminium-Zylinderblock, einen 16-Ventil-Zylinderkopf aus Aluminium mit doppelten, obenliegenden, kettengetriebenen Nockenwellen, einen in den Kopf integrierten Auspuffkrümmer, ein DUAL CVVT-System für die variable Einlass- und Auslassventilsteuerung und hydraulische Nockenwellenversteller. Der Ansaugkrümmer besteht aus Kunststoff und verfügt über VIS, das Variable Induction System von Hyundai.
Moderne Motoren würden ohne ein gutes Temperaturmanagement keine hohe Effizienz erreichen. In diesem Fall verfügt das Kühlsystem des Kappa 1.4L-Motors über zwei separate Kühlkanäle mit individuellen Thermostaten für den Kopf und den Motorblock. Der Thermostat für den Zylinderkopf öffnet sich bei einer Temperatur von 88 °C und sorgt für eine Unterdrückung der Detonation durch eine bessere Kühlung des Zylinderkopfs. Das zweite Thermostat hält den Motorblock auf einer Temperatur von 105 °C, um die Reibung zu verringern.
Die wichtigsten Merkmale dieses 1.4-Turbomotors sind die Direkteinspritzung und der Turbolader. Das neue Kraftstoffsystem arbeitet mit einem Druck von bis zu 200 bar und liefert den Kraftstoff über Sechsloch-Direkteinspritzdüsen direkt in die Zylinder. Der Single-Scroll-Turbolader ist mit einem elektrischen Wastegate-Aktor ausgestattet, der das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich und den Kraftstoffverbrauch im Teillastbereich verbessert.
Motoren mit Direkteinspritzung bieten im wahrsten Sinne des Wortes mehr Leistung für dein Geld, und zwar aus zwei Hauptgründen. Erstens verwenden sie ein magereres Kraftstoff-Luft-Gemisch, um die gleiche Leistung zu liefern. Zweitens wird der Kraftstoff durch die Art und Weise, wie er sich in der Kammer verteilt, effizienter verbrannt. Eine optimale Verbrennung führt zu einer höheren Leistungsausbeute.
Das Verhältnis von Luft und Kraftstoff bei der Verbrennung in einem Motor hat bestimmte, vorhersehbare Auswirkungen auf die Motorleistung, die Schadstoffemissionen und den Kraftstoffverbrauch. Wenn die Luftmenge im Gemisch im Vergleich zur Kraftstoffmenge hoch ist, spricht man von einem mageren Gemisch. Ist das Gegenteil der Fall, spricht man von einem fetten Gemisch.
Motoren mit Direkteinspritzung verwenden ein Gemisch von 40 oder mehr Teilen Luft zu einem Teil Kraftstoff, was als 40:1 bezeichnet wird. Im Vergleich dazu liegt das Verhältnis bei einem normalen Benzinmotor bei 14,7:1. Mit einem magereren Gemisch kann der Kraftstoff viel sparsamer verbrannt werden.
Ein zweites Effizienzplus für Motoren mit Direkteinspritzung besteht darin, dass sie den Kraftstoff vollständiger verbrennen können. Der Kraftstoff kann direkt dorthin gespritzt werden, wo der Verbrennungsraum am heißesten ist – bei einem Ottomotor bedeutet das, dass er in der Nähe des Funkens landet. Bei einem herkömmlichen Ottomotor verteilt sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch weit im Brennraum, sodass ein erheblicher Teil unverbrannt und damit unwirksam bleibt.
Es hat seine Gründe, warum die hochgelobte GDI-Technik für so viele Jahre nach ihrer Entwicklung in der Verbannung verweilen musste. GDI: Das bedeutet Hochleistungs-Technik, aber auch höchste Belastungen. Und was massiv in Anspruch genommen wird, kann versagen oder muss gewartet werden. Die neuralgischen Punkte bei GDI-Motoren sind:
Vom Konzept bis zur Baureife geht der Hyundai GDI-Motor seine eigenen Wege, wobei der koreanische Konzern hier von seinem Tochterunternehmen Kia profitiert. Der Kia GDI-Motor war einer der ersten, der absolut reif für die Serienfertigung, in mehrere Baureihen integriert werden konnte. Nächster logischer Schritt war die Entwicklung eines T-GDI-Motors, um die Leistung weiter zu steigern und zeitgleich den Verbrauch zu senken. Sind Autobauer in der Lage, einen störungsfrei laufenden Motor mit Direkteinspritzung herzustellen, könnte die situationsbedingt permanent stöchiometrische Mischung (optimales Kraftstoff-Luft-Verhältnis) tatsächlich erreichbar sein. Noch ist das nämlich nur im Labor möglich.
In Kombination mit einem Turbolader, einer Abgasrückführung oder einer anderen innovativen Motorentechnik besteht die Möglichkeit, leistungsstarke Autos zu bauen, die im Durchschnittsverbrauch rund 50 % unter den heute verwendeten Aggregaten liegen. Anlass zur Hoffnung geben die Entwicklungen bei Kia und Hyundai, aber auch der Mitsubishi GDI-Motor gilt als ein Hoffnungsträger für zukünftige Motorenentwicklungen.
Die inzwischen zuverlässige GDI-Technik ist ein bedeutender Schritt nach vorn. GDI hilft, Kraftstoff und Emissionen einzusparen. Zudem beschert dir diese Technologie mehr Leistung, was mit dem richtigen Auto den Fahrspaß erhöhen kann.
