GDI (Gasoline Direct Injection)

Sampai hari ini (sebagian besar), kita masih berkutik dengan mesin berteknologi Electronic Fuel Injection/Engine Management seperti yang banyak kita jumpai, bahkan tidaklah salah kalau pertumbuhan teknologi tersebut belumlah bisa sepenenuhnya menggantikan mesin konvensional terdahulu yaitu mesin dengan sistim aliran bahan bakar karburator, karena sampai detik ini masih banyak kendaraan yang memakai mesin karburator kita temukan (tentu saja mesin dengan karburator akan hilang dengan sendirinya ditelan zaman).

Lalu, janganlah heran kalau mesin yang mengaplikasikan teknologi Electronic Fuel Injection/Engine Management yang banyak kita jumpai itu, akan menjadi mesin KONVENSIONAL besok atau lusa jika Anda menemukan kendaraan dengan Gasoline Direct Injection (GDI) di jalanan.

Belum banyak atau mungkin belum ada rasanya penulis lain menguraikan secara terbuka tentang teknologi mesin DGI, oleh sebab itu saya mencoba merangkum beberapa informasi dari berbagai sumber yang terkait dengan DGI dan menuliskannya secara ringkas pada wadah ini dengan harapan bahwa pada saat Anda menjumpai kendaraan dengan dapur pacu berteknologi GDI di jalanan, setidaknya Anda sudah paham secara umum barang apakah sebenarnya DGI itu..

Jauh sebelum GDI secara serius diaplikasikan pada kendaraan, para konstruktor mesin selalu berfikir untuk menerapkan suatu manajemen mesin bensin pada kendaraan tetapi mesin tersebut dapat menghemat bahan bakar, berdaya lebih tinggi atau katakanlah segalanya lebih baik dibandingkan dengan mesin injeksi konvensional saat ini dan tentu saja emisinya tetap bisa dikontrol sesuai dengan aturan gas buang yang sudah digariskan.

Lebih dari 10 tahun yang lalu diaplikasikanlah GDI pada mesin dengan tujuan bahwa mesin ini dapat meningkatkan effisiensi penggunaan bahan bakar yang semakin langka dan semakin mahal saja dari waktu ke waktu serta output/daya yang dihasilkan lebih tinggi jika dibandingkan dengan mesin injeksi konvensional saat ini.

Effisiensi pemakaian bensin dapat ditingkatkan karena pada GDI pengontrolan volume penyemprotan bensin dapat dilakukan dengan sangat akurat, demikian juga timing penyemprotannya bisa disesuaikan dengan setiap kondisi opersional mesin. Selain itu, tidak ada kerugian “throttling” yaitu hambatan pada katup throttle yang menyebabkan effisiensi volumetrik mesin jadi berkurang seperti halnya sistem injeksi bensin konvensional maupun sistem aliran bahan bakar dengan karburator.

Manajemen mesin DGI dapat mengatur perbandingan campuran mulai dari sangat kurus sampai dengan lambda 1. Perbandingan campuran udara-bensin lambda = 1 , berarti perbandingan campuran udara-bensin adalah 14.7:1 dan jika perbandingan campuran sangat kurus bisa berada pada angka 65:1

Perbandingan udara-bensin 65:1 tersebut sangatlah kurus kalau dibandingkan dengan pasokan udara-bensin untuk mesin injeksi konvensional maupun mesin karburator. Secara teoritis perbandingan campuran sangat kurus tidak mungkin bisa dibakar bila mesin itu menggunakan teknologi injeksi konvensional.

Perbandingan Campuran Sangat Kurus

Mode perbandingan campuran sangat kurus diaplikasikan saat mesin putaran idle sampai dengan beban ringan, atau akselerasi yang tidak terlalu kuat, atau keadaan operasional mesin yang tidak memerlukan daya besar.

Penyemprotan bensin tidak dilakukan pada saat langkah isap, akan tetapi bensin disemprotkan waktu akhir langkah kompressi, dan sebagian bensin yang disemprotkan tersebut langsung didekatkan pada busi, sehingga menjadi sangat mudah terbakar, dan proses pembakarannya jadi lebih sempurna, meskipun perbandingan campuran udara bensinnya sangat kurus. Walhasil pemakaian bensin menjadi sangat hemat, emisi HC CO lebih bersih kalau dibandingkan dengan mesin yang memakai sistem injeksi konvensional atau karburator.

Perbandingan campuran Ideal

Berdeda waktu mesin bekerja dengan beban yang lebih moderat, maka perbandingan campurannya diatur ideal (lambda=1). Karena bensin diinjeksikan selama langkah isap langsung ke dalam silinder mesin, tentu saja campuran udara bensin menjadi lebih homogen, lalu timing pengapian diatur dengan saat yang tepat, akan menghasilkan emisi yang dapat direduksi oleh katalitik converter.

Beban Penuh

Pada waktu beban penuh (mobil dalam keadaan menanjak misalnya), perbandingan campuran udara-bensin dibuat sedikit lebih gemuk, proses penyemprotan sama seperti perbandingan campuran ideal yaitu bensin disemprotkan saat langkah isap langsung ke dalam silinder mesin, hal ini dimaksudkan agar terjadi campuran udara bensin yang lebih homogen serta mencegah detonasi•

Mesin injeksi langsung GDI juga bisa dilengkapi dengan teknologi lain seperti variabel valve timing (VVTi) ataupun variable intake manfold maupun dengan EGR untuk mengurangi emisi NOx saat perbandingan campuran udara-bensin sangat kurus dan suhu pembakaran yang tinggi.

Sejarah GDI

Sebenarnya teknologi Gasoline Direct Injection diperkenalkan pada pesawat udara ringan produksi untuk Perang Dunia II, dibuat/didesain oleh Jerman (Daimler Benz) dan Uni Soviet (KB Khimavtomatika). Sedangkan teknologi GDI pertama untuk otomotif dikembangkan oleh Bosch, dan diperkenalkan oleh Goliat dan Gutbrod pada tahun 1952.

Tahun 1955, Mercedes-Benz 300SL adalah mobil sport pertama yang menggunakan system injeksi bensin langsung. Injektor ditempatkan lansung ke arah sisi silinder mesin seperti halnya mesin diesel, tetapi menggunakan busi untuk membakar campuran udara-bensinnya dan busi ditempatkan ditengah-tengah kepala silinder.

Namun kemudian hari aplikasi sistem ini tidak disukai karena injeksi tak langsung (injeksi konvensional) seperti yang kita jumpai sekarang lebih murah dibandingkan sistem injeksi langsung yang pertama kali diterapkan tersebut..

Selama tahun 1970-an, Ford Motor Company mengembangkan mesin yang mereka sebut dengan "ProCo" (“Programmed Combustion” / pembakaran diprogramkan), menggunakan pompa bertekanan tinggi yang unik lalu bensin disemprotkan langsung ke dalam silinder.

Seratus mobil Crown Victoria telah dibuat oleh Ford Atlanta di Hapeville-Georgia, menggunakan mesin V8 ProCo. Lalu proyek ini dibatalkan begitu saja karena beberapa alasan, diantaranya masalah sistem kontrol elektronis sebagai alasan utama.

Mulai saat itu adalah merupakan era awal dari sistem injeksi bensin langsung diaplikasikan pada mobil, meskipun untuk membuat pompa dan injektornya diperlukan biaya yang sangat tinggi.

Masalah selanjutnya terjadi akibat pembakaran dengan perbandingan campuran udara bensin yang sangat kurus yaitu emisi NOx yang tinggi dan melebihi ambang batas yang ditetapkan oleh EPA (Environment Protection Agency). Namun seiring dengan berjalannya waktu dan diterapkannya 3 way catalytic converter untuk mereduksi HC, CO dan NOx, maka emisi NOx yang dihasilkan oleh mesin GDI dapat direduksi sampai batas minimal.

Pada tahun 1996 sistem injeksi bensin langsung (GDI) muncul kembali di pasar otomotif. Mitsubishi Motors adalah yang pertama merebut pasar Jepang dengan mesin GDI pada Galant / Legnum, mesin seri 4G93 1.8 4L, yang kemudian dibawa ke pasar Eropa pada tahun 1997 dengan nama Mitsubishi Carisma,

Di tahun yang sama Mitsubishi Galant dengan dapur pacu 2.4L GDI juga dipasarkan di Eropa, namun kedua mobil tersebut mengalami masalah pada emisi dan effisiensi konsumsi bahan bakarnya tidak seperti yang diharapkan, karena waktu itu bensin di Eropa masih mengandung sulfur yang cukup tinggi,

Meskipun demikian akhirnya Mitsubishi berhasil mengembang mesin GDI yang lebih baik pada tahun itu juga yaitu mesin 6G74 3.5 L V6, Mitsubishi menerapkan teknologi ini secara luas serta memproduksi lebih dari satu juta mesin GDI dalam berbagai tipe/variant.

Pada tahun 2001, PSA Peugeot Citroën dan Hyundai Motors menggunakan lisensi Mitsubishi untuk menadopsi teknologi GDI

Lalu Daimler-Chrysler juga memproduksi mesin khusus GDI pada tahun 2000, pada umumnya mesin GDI tersebut harus menggunakan bensin dengan sulfur yang rendah. Alhasil sampai saat ini sudah banyak produsen mobil yang membuat mesin GDI, namun demikian produksi mesin tersebut masih menjadi merek terdaftar pada Mitsubishi Motor. Renault memperkenalkan mesin 2.0 IDE (Direct Injection Essense) tahun 1999,  dipakai untuk Renault Megane dan diteruskan pada Renault Laguna. Toyota juga ikut-ikutan memperkenalkan GDI pada mesin bensin, tahun 2000, diaplikasikan pada Toyota Avensis mesin 2GR-FSE V6. Toyota menggunakan kombinasi injeksi langsung dan tidak langsung, berarti sistem ini menggunakan dua injeksi per silinder, injektor EFI biasa dikombinasikan dengan injektor GDI yang baru.

Kemudian mesin GDI terus dikembangkan dan saat ini telah dipasarkan mesin GDI dengan kinerja tinggi.

Volkswagen / Audi memperkenalkan mesin GDI pada tahun 2000, dengan nama Fuel Stratified Injection (FSI), teknologi ini diadaptasi dari mobil balap prototype Le Mans Audi.

Lalu Alfa Romeo memperkenalkan JTS pertama mereka pada tahun 2002 dan BMW memperkenalkan GDI pada mesin V12 BMW N73 tahun 2003. BMW pada awalnya menggunakan injektor tekanan rendah, namumn akhirnya mereka memperkenalkan generasi kedua yang disebut dengan sistem High Precision Injection N52 di perbaiki dan diperbaharui terus sampai tahun 2006.

General Motors telah merencanakan untuk menghasilkan berbagai mesin GDI pada tahun 2002, namun sejauh ini hanya tiga mesin GDI telah diperkenalkan pada tahun 2004, Sebuah versi mesin 2.2 L Ecotec digunakan pada Opel Vectra tahun 2005, lalu mesin 2.0 L Ecotec dengan teknologi VVT untuk Opel GT yang baru, setelah itu Pontiac Solstice GXP, Vauxhall GT, juga Opel Speedster dan Saturn Sky Red Line tahun 2007 . Selanjutnya mesin 3,6 L LLT disediakan untuk dapur pacu generasi kedua Cadillac CTS serta Cadillac STS.

Pada tahun 2004 Isuzu Motors juga tidak mau ketinggalan mereka membuat mesin GDI untuk mobil Isuzu Rodeo yang dipasarkan di Amerika, Mazda ikutan pula memakai mesin GDI pada tipe Mazda 6 versi Mazdaspeed / 6 MPS, Mazda CX-7 SUV, mereka menyebutnya dengan istilah Direct Injection Spark Ignition (DISi).

Bertujuan meningkatkan effisiensi penggunaan BBM dan menghasil daya mesin yang lebih besar meskipun ber-CC kecil, misalnya saat ini mesin GDI 1200 CC dapat membangkitkan daya lebih dari 150Hp, maka tidaklah mengherankan bilamana GDI pada masa-masa mendatang akan cepat menggantikan mesin injeksi konvensional yang kita geluti saat ini.

sumber