1-POSITION DU PROBLEME

 Le principal inconvénient des autres types d'injections est de ne pas pouvoir contrôler efficacement la richesse du mélange lors de la combustion (dans le cylindre). En effet, l'injection se fait à l'extérieur du cylindre dans une volute, si bien que l'essence injectée suinte le long des tuyaux avant de pénétrer dans le cylindre (phénomène du mouillage des parois).

 Les nouveaux moteurs dotés d'injection directe sont capables d'avoir des fonctionnements économiques avec moins de reprises quand la situation le permet. Mais ils peuvent aussi proposer des fonctionnements plus sportifs avec des fortes productions de couple. Ainsi selon l'utilisateur (ou du moins selon les conditions de circulation), ces moteurs peuvent être économiques ou nerveux.

 L'injection directe permet ainsi de garantir avec exactitude la quantité d'essence injectée dans les cylindres.

En mélange pauvre (richesse<1), le moteur autorise des fonctionnements économiques en terme de consommation de carburant. Ceci s'applique à des situations nécessitant de faibles besoins de couple, comme à vitesse constante ou en ville. 
En mélange stúchiométrique voire riche (richesse>1), le moteur est capable de fournir une grande puissance. Ce régime s'applique alors automatiquement à des situations telles que la conduite en montagne ou le dépassement.



Différents modes de combustion

Outre la richesse, d'autres facteurs sont importants pour définir le mode de combustion. Tout d'abord il y a l'instant de l'injection. Cette grandeur précise la phase de l'injection d'essence durant le cycle à quatre temps. Ainsi, du contrôle dynamique de l'injection, on peut dégager deux tendances bien distinctes 

1 - Mode de combustion homogène

 Un mélange air/essence est dit homogène lorsque l'air et l'essence sont mélangés de façon uniforme dans tout le cylindre. L'air est aspiré par le conduit d'admission vertical. L'essence est injectée sous forme d'un large cône au cours de la phase d'admission, lorsque le piston descend dans le cylindre. La vaporisation de l'essence refroidit l'air à l'intérieur du cylindre ainsi que les parois de celui-ci et augmente le remplissage. La remontée du piston repousse le mélange homogène air/essence vers la bougie pour l'allumage.

Le fonctionnement dans ce mode de combustion est proche de celui d'un quatre temps traditionnel. En effet l'admission d'air et l'injection d'essence se font durant la même phase. Par ailleurs, en combustion homogène, une large gamme de richesse est admissible.
2-Mode de combustion stratifié

 Un mélange est dit stratifié lorsque le mélange air/essence est homogène dans une petite partie du mélange, le reste du mélange étant de l'air. C'est là une grande différence avec le moteur quatre temps traditionnel car un peu d'essence est injectée durant la phase d'admission d'air , si bien qu'en fin d'aspiration la mixture est homogène ultra-pauvre. Puis durant la phase de compression, on injecte encore une " grande " partie d'essence. Le piston en remontant crée de petites turbulences qui favorisent une combustion complète. L'essence injectée sous forme de gouttelettes sur la tête du piston se vaporise dans la cavité du piston vers la fin de la phase de compression. Le mélange air/essence est repoussé immédiatement vers la bougie et s'enflamme comme une charge idéalement stratifiée. L'essence est brûlée complètement et proprement, et on obtient une combustion régulière, même avec un apport air/essence globalement ultra pauvre. 


L'intérêt de la combustion en stratifié est de pouvoir développer suffisamment de puissance tout en minimisant la consommation d'essence. C'est en cela que le moteur GDI essence peut être rapproché du moteur diesel : ils possèdent tous les deux un excellent rendement (on ne peut cependant pas les comparer sur d'autres points car ni leur fonctionnement, ni même leur cycle thermodynamique ne sont assimilables ).
Photo prise pendant la combustion :

 
Les innovations associés au moteur à injection directe sont notamment le piston à cavité sphérique:

Le piston à cavité sphérique du moteur à injection directe imprime à la charge d'air une forme compacte de flux renversé vertical, qui est entretenu durant toute la compression. Ce flux, inversé par rapport au moteur classique, est d'une très grande efficacité car il pousse le mélange carburé jusqu'à la bougie sous forme concentrée assurant ainsi une charge riche au niveau de la bougie, même avec un mélange globalement pauvre.

Citons aussi les injecteurs à haute pression de turbulence, la pompe haute pression et de nouveaux conduits d'admission d'air (phénomène de " tumble ").