Что такое система впрыска двигателя GDI и как работает

Mitsubishi Legnum ПолноПриводный СамуРай › Бортжурнал › Принцип работы Джедая или «GDI»

Наткнулся как то в просторах интернета на интересную статейку про джедай, может кому интересно будет знать, и так: Что такое система впрыска GDI?

Мы хорошо знаем достоинства и недостатки двигателей. Бензиновый — легко пускается, разгоняется быстро, но любит «покушать». Дизель дороже в обслуживании, не столь быстроходен, имеет повышенный уровень шума. Зато потребляет куда меньше топлива. Вот бы совместить их оба и сделать быстрый и тихий, да и мощность повыше и расход топлива меньше. Такими качествами обладают двигатели GDI с непосредственным впрыском топлива.

Теория работы двигателя

Чудес не бывает, даже в двигателестроении. Чтобы объяснить принцип работы двигателя GDI с непосредственным впрыском рассмотрим теорию двигателей.

Чтобы топливо сгорело, нужен воздух. Но надо смешать с топливом столько воздуха, сколько нужно для полного сгорания. Такое количество воздуха называется стехиометрическим, и оно, конечно же, давно известно. Например, для бензина оптимальный состав топливной смеси выражается соотношением 14,7:1, то есть на 1 грамм бензина нужно 14,7 грамма воздуха. Смесь, в которой воздуха больше, чем нужно, называется бедной, а та, в которой воздуха меньше, чем нужно (то есть больше топлива), называется богатой.

Слишком бедную смесь не всегда удается поджечь, при работе на богатой смеси несгоревшее топливо бесполезно «вылетает в трубу» и растет выброс угарного газа.

Но воздух нужен не только для сгорания. Чем выше давление в цилиндре перед воспламенением смеси, тем больше отдача двигателя. И нам очень выгодно, чтобы больше воздуха попало в цилиндр на такте впуска: тем больше потом будет давление. А вот теперь пора разбираться, почему дизель экономичнее.

Вспомним, как работает ДВС. У бензинового двигателя на такте впуска смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр, затем она сжимается и поджигается искрой. У дизеля на такте впуска в цилиндр поступает только воздух, который сжимается поршнем под большим давлением и от этого еще и нагревается. К концу сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое при высоких давлении и температуре самовоспламеняется. Давление в цилиндре дизеля намного выше, чем в цилиндре бензинового двигателя: для современного безнаддувного дизеля вполне нормальна степень сжатия 20, а у серийных бензиновых, даже самых «зажатых», едва достигает 11. А выше давление в цилиндре — выше и эффективность.

Сразу мысль: а поднять степень сжатия в бензиновом двигателе?! Пробовали. Но выше 11 никак не получается. Потому что есть такие явления, как детонация и калильное зажигание.

Детонация — очень быстрое сгорание топлива в точках, удаленных от свечи, сопровождается резким местным перегревом и перегрузкой деталей двигателя. Внешний признак детонации — стук.

Калильное зажигание — преждевременное (до появления искры) воспламенение смеси от перегретых деталей камеры сгорания.

Длительная работа с детонацией и калильным зажиганием недопустима: мотор быстро выйдет из строя. Детонацию и калильное зажигание провоцируют высокая температура и высокое давление. Во избежание детонации моторы с высокой степенью сжатия «кормят» высокооктановым бензином (98), но выше степени сжатия 11 и его «не хватает».

Если мы хотим сделать бензиновый двигатель экономичным, «эластичным» и при этом более мощным, то мы должны избавить его от детонации и научить «питаться» бедной смесью. Вот если бы топливо впрыскивалось непосредственно в цилиндр…

На Mitsubishi раньше других осознали, какую пользу может принести непосредственный впрыск в условиях ужесточения экологических норм. 15 лет усилий увенчались успехом: первые доведенные до готовности к производству моторы с непосредственным впрыском бензина были представлены осенью 1995 г. Их обозначили GDI — Gasoline Direct Injection — непосредственный впрыск бензина.

Как устроен двигатель GDI

Действительно, двигатель GDI напоминает по конструкции и обычный бензиновый, и дизель. В каждом цилиндре присутствует и свеча зажигания, и форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением 5 МПа. Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива.

Обратим внимание на следующие особенности. Впускной трубопровод подходит к цилиндру сверху. Это позволяет получить падающий поток воздуха, который после контакта с поршнем разворачивается и устремляется вверх, закручиваясь по часовой стрелке (такая организация воздушного потока позволяет достичь оптимальной концентрации топлива непосредственно около свечи). По почти прямому трубопроводу поток движется с очень высокой скоростью, и даже когда поршень достиг нижней мертвой точки, еще некоторое количества воздуха входит в цилиндр по инерции.

Поршень необычный — сверху есть выемка сферической формы. Форма поршня обеспечивает три важные функции. Во-первых, позволяет задать воздушному потоку нужное направление движения. Во-вторых, направляет впрыскиваемое топливо непосредственно к свече зажигания, что важно при работе на предельно бедных смесях. В-третьих, определяет распространение фронта пламени.

Как работает двигатель GDI?

В работе GDI различаются три возможных режима в зависимости от режима движения. Работа на сверх бедных смесях. Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и загородном движении на скоростях до 120 км/ч. В этом случае топливо подается в цилиндр практически как в дизеле — в конце такта сжатия. Топливо впрыскивается компактным факелом и, смешиваясь с воздухом, направляется сферической выемкой поршня.

В результате наиболее обогащенное топливом облако оказывается непосредственно около свечи зажигания и благополучно воспламеняется, поджигая затем бедную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Работа на стехиометрической смеси. Этот режим используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Но поскольку было бы желательно повысить степень сжатия, то важным становится не допустить детонации и калильного зажигания. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность детонации и калильного зажигания.

И еще один режим реализует система управления GDI. Он позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда водитель, двигаясь на малых оборотах, резко нажимает педаль акселератора. Когда двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации еще возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа.

Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверх бедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до «богатого» 12:1. А на «подготовку» детонации времени уже не остается.

Что в итоге? Степень сжатия удалось поднять до 12—12,5, улучшилось наполнение воздухом. Двигатель устойчиво работает и на очень бедной смеси. По сравнению с «обычным» бензиновым двигателем, GDI расходует на 10% меньше топлива, выдает на 10% больше мощности и выбрасывает на 20% меньше углекислого газа. Но из-за содержания в бензине серы пришлось отказаться от одного из преимуществ — повышенной мощности.

Как работает система непосредственного впрыска топлива GDI

Система непосредственного впрыска топлива применяется на бензиновых двигателях последних поколений с целью повышения их экономичности и увеличения мощности. Она предполагает впрыск бензина напрямую в камеры сгорания цилиндров, где и происходит его смешение с воздухом и образование топливовоздушной смеси. Первыми двигателями, которые были оснащены такой системой впрыска, стали моторы GDI (Mitsubishi). Аббревиатура GDI – расшифровывается как “Gasoline Direct Injection”, что дословно переводится как “непосредственный впрыск бензина”.

Устройство и принцип действия системы GDI
Конструктивные особенности двигателей GDI
Режимы работы системы прямого впрыска
Особенности эксплуатации системы
Плюсы и минусы использования

Устройство и принцип действия системы GDI

В наши дни системы, аналогичные Gasoline Direct Injection, используют и другие производители автомобилей, обозначая данную технологию TFSI (Audi), FSI или TSI (Volkswagen), JIS (Toyota), CGI (Mercedes), HPI (BMW). Принципиальными отличиями этих систем являются рабочее давление, конструкция и расположение топливных форсунок.

Конструктивные особенности двигателей GDI

Классическая система непосредственного впрыска топлива конструктивно состоит из следующих элементов:

Топливный насос высокого давления (ТНВД). Для корректной работы системы (создания тонкого распыливания) бензин в камеру сгорания должен подаваться под высоким давлением (аналогично дизельным моторам) в пределах 5…12 МПа.
Электрический топливный насос низкого давления. Подает топливо из бензобака к ТНВД под давлением 0,3…0,5 МПа.
Датчик низкого давления. Фиксирует уровень давления, созданного электрическим насосом.
Форсунки высокого давления. Осуществляют впрыск топлива в цилиндр. Оснащены вихревыми распылителями, позволяющими создавать требуемую форму топливного факела.
Поршень. Имеет особую форму с выемкой, которая предназначена для перенаправления горючей смеси к свече зажигания двигателя.
Впускные каналы. Имеют вертикальную конструкцию, благодаря чему возникает обратный вихрь (закручен в противоположную сторону по сравнению с другими типами двигателей), выполняющий функцию направления смеси к свече зажигания и обеспечивающий лучшее наполнение камеры сгорания воздухом.
Датчик высокого давления. Располагается в топливной рампе и предназначен для передачи информации в электронный блок управления, который изменяет уровень давления в зависимости от актуальных режимов работы двигателя.

Режимы работы системы прямого впрыска

Как правило, двигатели с непосредственным впрыском имеют три основных режима работы:

Впрыск в цилиндр на такте сжатия (послойное смесеобразование). Принцип работы в этом режиме заключается в образовании сверхбедной смеси, что позволяет максимально экономить топливо. В начале в камеру цилиндра подается воздух, который закручивается и сжимается. Далее под высоким давлением осуществляется впрыскивание топлива и перенаправление полученной смеси к свече зажигания. Факел получается компактным, поскольку формируется на этапе максимального сжатия. При этом топливо как бы окутано прослойкой воздуха, что уменьшает тепловые потери и предотвращает предварительный износ цилиндров. Режим используется при работе мотора на малых оборотах.
Впрыск на такте впуска (гомогенное смесеобразование). Состав топлива в этом режиме близок к стехиометрическому. Подача воздуха и бензина в цилиндр происходит одновременно. Факел смеси при таком впрыске имеет коническую форму. Применяется при мощных нагрузках (скоростной езде).
Двухстадийный впрыск на такте сжатия и впуска. Применяется при резком ускорении машины, движущейся на малой скорости. Двойной впрыск в цилиндр позволяет снизить вероятность детонации, которая может возникнуть в моторе при резкой подаче обогащенной смеси. Вначале (на такте впуска воздуха) подается небольшое количество бензина, что приводит к образованию обедненной смеси и снижению температуры в камере сгорания цилиндра. На такте максимального сжатия подается оставшаяся часть топлива, что делает смесь богатой.

Особенности эксплуатации системы

Главным требованием для корректной работы двигателя с прямым впрыском топлива является использование качественного бензина. Оптимальная марка топлива, как правило, указывается в инструкции к автомобилю.

Обычно рекомендуется заливать бензин с октановым числом не менее 95. Однако важно учитывать, что этот уровень не должен быть обеспечен за счет различных присадок. Исключение составляют присадки, рекомендованные производителем двигателя и автомобиля.

Низкое качество топлива, особенно при высоком проценте содержания серы, бензола и углеводородов в отечественном бензине способствует преждевременному износу форсунок, что может вывести двигатель GDI из строя.

Не менее требователен бензиновый мотор с непосредственным впрыском к тому, какое масло применяется в системе. Здесь лучше всего следовать инструкциям производителя.

Плюсы и минусы использования

Главной особенностью двигателя gdi является подача топлива напрямую в цилиндр, что сокращает время цикла и существенно повышает мощность автомобиля (до 15%). Помимо этого уменьшается расход топлива (до 25%) и повышается экологичность выхлопа. Это обеспечивает более эффективную эксплуатацию автомобиля в городских условиях.

Для автомобилей, на которых установлен GDI двигатель, проблемы эксплуатации связаны прежде всего со следующим перечнем недостатков:

Необходимость нейтрализации отработавших газов при работе мотора на малых оборотах. При образовании обедненной топливно-воздушной смеси в выхлопных газах образуется много вредных компонентов, для устранения которых требуется установка системы рециркуляции отработавших газов.
Повышенные требования к топливу и маслу. Наилучшим бензином для GDI считается топливо с октановым числом 101, который практически недоступен на отечественном рынке.
Высокая стоимость производства двигателей и ремонта. Весомую долю проблем доставляют форсунки, подающие бензин в цилиндры. Они должны выдерживать высокое давление. Если они забиваются по причине некачественного топлива, их невозможно разобрать и почистить – форсунки подлежат только замене. Их стоимость в несколько раз выше, чем у обычных.
Повышенное внимание к системе фильтрации. Чистка и замена воздушного фильтра в такой системе должна производиться чаще, поскольку качество поступающего воздуха напрямую связано с состоянием форсунок.

Отечественные автомобилисты весьма скептически относятся к системе непосредственного впрыска, что обусловлено высокой стоимостью обслуживания автомобиля. С другой стороны, такие двигатели считаются передовой технологией, которая развивается и активно внедряется в автомобилестроение по всему миру.

Что такое система GDI авто

Вспомним теорию

Чтобы топливо сгорело, нужен воздух для полного сгорания. Такое количество воздуха называется стехиометрическим . Например, для бензина оптимальный состав топливной смеси 14,7:1 — на 1 грамм бензина нужно 14,7 грамма воздуха. Смесь, в которой воздуха больше, чем нужно — называется бедной , а в которой воздуха меньше, чем нужно (больше топлива) — называется богатой .

Слишком бедную смесь не всегда удается поджечь, при работе на богатой — несгоревшее топливо бесполезно «вылетает в трубу».

Вспомним, как работает мотор машины. У бензинового двигателя на такте впуска смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр, затем сжимается и поджигается искрой. У дизеля на такте впуска в цилиндр поступает только воздух, который сжимается поршнем под большим давлением и нагревается. К концу сжатия впрыскивается топливо, которое при высоких давлении и температуре самовоспламеняется. Для дизеля нормальная степень сжатия — 18, а у бензиновых — максимум 12.

Чем выше давление в цилиндре — лучше эффективность. А если поднять степень сжатия в бензиновом двигателе? Больше 12 не получается. Потому что есть детонация и калильное зажигание.

Детонация — очень быстрое сгорание топлива в точках, удаленных от свечи, сопровождается резким местным перегревом и перегрузкой деталей мотора. Внешний признак детонации — стук. Калильное зажигание — преждевременное (до появления искры) воспламенение смеси от перегретых деталей камеры сгорания.

Длительная работа с данными факторами недопустима: мотор быстро выйдет из строя. Поэтому заливают высокооктановый бензин (АИ-98), но выше степени сжатия 12 его «не хватает».

Как работает двигатель GDI

Напоминает по конструкции обычный бензиновый и дизель. В каждом цилиндре присутствует свеча зажигания, форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением 5 МПа. Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива.

В работе GDI различаются три возможных режима в зависимости от режима движения автомобиля.

Работа на сверхбедных смесях

Реализуется при малых нагрузках авто: при спокойной езде и движении по трассе на скоростях до 120 км/ч. Топливо подается в цилиндр практически как в дизеле — в конце такта сжатия.

Работа на стехиометрической смеси

Используется при интенсивной городской езде, движении по высокой скорости и обгонах автомобилей. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность детонации и калильного зажигания.

Третий режим двигателя GDI

Позволяет повысить момент двигателя авто, когда двигаясь на малых оборотах, резко нажимается педаль акселератора. Если двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа.

Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается струя топлива, которая доводит соотношение до «богатого» 12:1. А на детонацию времени не остается.

GDI двигатели: плюсы и минусы двигателей GDI, что это такое

Gasoline Direct Injection, или же более распространенная аббревиатура GDI, скрывает под собой инжекторную систему подачи топлива для бензиновых двигателей с непосредственным (прямым) впрыском топлива. Конструкция устройств у разных производителей идет под разными аббревиатурами. Mitsubishi (а также KIA и Hyndai) дали название GDI, Volkswagen – FSI, Ford – Ecoboost, Toyota – 4D, Mercedes, BMW и некоторые другие скрывают понятие «непосредственный впрыск» в индексе двигателя. При таких системах подачи топливные форсунки вставлены в головку блока цилиндров, и распыление происходит сразу в каждую камеру сгорания, минуя впускной коллектор и впускные клапана. Топливо подается под большим давлением в цилиндр, чему способствует топливный насос высокого давления (ТНВД).

Отличия и особенности работы двигателей GDI прямого впрыска топлива

По факту мы имеем некий симбиоз дизельного и бензинового двигателей в одном. От дизеля GDI унаследовал систему впрыска и ТНВД, от бензина – сам тип топлива и свечи зажигания. Родоначальником моторов GDI стала компания Mitsubishi, когда в 1995 году был представлен Mitsubishi Galant 1.8 GDI. Сегодняшний двигатель с непосредственным впрыском. Это сложная система механизмов и электронных блоков по характеру и звукам в работе, напоминающим дизель.

Двигатель с непосредственным впрыском топлива явился миру гораздо раньше. В 1950-х годах такие моторы использовал Daimler-Benz на своих гоночных машинах, позже в гражданских, а в авиации они присутствовали еще в начале 1940-х годов.

Различия (разновидности) двигателей GDI. Марки автомобилей, где используется GDI

В двигателях GDI реализованы несколько типов смесеобразования топливовоздушной смеси. Это позволило выполнить задачи по экономии топлива, более полному сгоранию смеси и дополнительно увеличить мощность. В совокупности такой двигатель получился благодаря доработанной системе прямого впрыска, где немалую роль играет электронная начинка. Блок управления через датчики, раскиданные по системе, оперативно реагирует на малейшие изменения поведения автомобиля и подстраивает работу топливной системы под необходимые требования водителя.

Преимущества (плюсы) двигателей GDI

Особенностью двигателей с непосредственным впрыском является возможность работы в нескольких видах смесеобразования. Это является неоспоримым плюсом, так как многообразие в данном виде процедуры дает максимальную эффективность использования топлива. При исправно работающей системе непосредственного впрыска мы получим экономию топлива за счет режима работы на сверхобедненной смеси, причем без потери мощности.
В двигателях GDI присутствует увеличенная степень сжатия топливовоздушной смеси. Это помогает избежать калильного зажигания и детонации, и таким образом, увеличивается ресурс.
Также к положительным моментам двигателя с непосредственным впрыском GDI нужно отнести существенное снижение выброса в атмосферу углекислого газа и других вредных веществ. Это достигается за счет многослойного смесеобразования, которое обеспечивает более полное сгорание смеси, что дополнительно влияет на мощность двигателя.

Система GDI в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

послойное;
стехиометрическое гомогенное;
гомогенное.

Такое многообразие делает работу двигателя экономичной, обеспечивает лучшее качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов.

Читать еще: Замена втулок стабилизатора

Недостатки (минусы) двигателей GDI

Описание двигателей GDI было бы не полным без упоминания отрицательных моментов ах эксплуатации.

Главный минус связан со сложностями системы впуска и подачи топлива. В таком варианте впрыска, двигатель GDI становится крайне чувствительным к качеству используемого топлива. В итоге проблема закоксовывания форсунок становится актуальной для водителя. Она вызовет потерю мощности и увеличение расхода топлива.
Также в минусы можно отнести сложность обслуживания и стоимость ремонта, замены деталей и агрегатов топливной системы, поэтому важным моментом является контроль за состоянием топливной системы автомобиля.
Дополнительно, двигатели GDI и другие с непосредственным впрыском топлива, выбрасывают большее количество сажевых частиц, чем устройства с впрыском MPI (распределенным, в коллектор), что вынуждает ставить сажевые фильтры в последних поколениях моторов.
Также, двигатели GDI склонны к нагарообразованию во впускном коллекторе и на клапанах при пробеге более 100 тысяч километров, что вынуждает владельцев обращаться в сервис для очистки.

В обслуживании двигатель GDI дороже, но рабочие характеристики перекрывают этот минус. Тем более, есть средства, помогающие повысить ресурс капризных деталей и узлов.

Профилактика неисправностей моторов GDI

Профилактика – простое решение для владельца автомобиля с системой непосредственного впрыска двигателя GDI или аналогичными системами. Как мы уже писали выше, качество топлива будет играть основную роль. Понятно, что без лабораторных исследований судить о качестве этой составляющей невозможно, поэтому в качестве профилактических мер и защиты топливной системы от возникающих проблем могут помочь топливные присадки.

Компания Liqui Moly – один из мировых лидеров в производстве автохимии рекомендует для поддержания необходимого уровня смазывающих и очищающих присадок в используемом топливе применять Langzeit Injection Reiniger, артикул 7568. Постоянное применение присадки значительно снизит риск возникновения поломок связанных с топливом. Пакеты присадок, поднимающие смазывающие свойства топлива, надежно защитят топливную аппаратуру от скорого износа.

Для лечения и профилактики загрязнений форсунок также есть надежное средство, артикул 7554 очиститель систем непосредственного впрыска топлива Direkt Injection Reiniger. Заменяет стендовую очистку форсунок, работает по нагару, смолам. Немаловажный момент, что топливные присадки Liqui Moly начинают работать в системе при повышении температуры, то есть именно там, где чаще всего нужна очистка, а в баке происходит только смешивание с топливом.

Стоит ли покупать автомобили с двигателями GDI

При должном подходе и своевременном обслуживании владелец автомобиля с системой GDI получает комфортный в управлении автомобиль с высокой тягой, мощностью и хорошей экономией топлива. И как показывают продажи таких автомобилей, на дорогах встречаться они будут чаще.

Двигатели GDI были одними из первопроходцев систем непосредственного впрыска топлива. Обладая очевидными преимуществами, такие моторы требуют специального профилактического ухода. В первую очередь, это уход за форсунками. Наиболее простым способом является использование присадок в топливную систему. Производя профилактический уход за топливной системой автомобилей с двигателями GDI, автовладелец может продлить его ресурс и наслаждаться повышенной мощностью и динамикой.

Автопроизводители не стоят на месте, развитие и усовершенствование двигателей с системами непосредственного впрыска продолжается. Уже представлены автомобили с моторами T-GDI, но это уже другой рассказ.

Двигатель GDI – особенности работы

Статья о двигателях GDI — принцип работы, особенности, отличия от других типов моторов. В конце статьи — интересное видео о силовых агрегатах с прямым впрыском топлива.

Содержание статьи:

Общие сведения
Салон
Основные отличия GDI от обычной системы впрыска
Особенности ТНВД
Насколько важно качество топлива
Видео о современных двигателях с впрыском

Gasoline Direct Injection (GDI) — система прямой подачи топливной смеси в ДВС. В GDI-моторах впрыск осуществляется не во впускной коллектор, как в обычных инжекторных двигателях, а непосредственно в цилиндр. По способу действия двигатели этого типа сочетают в себе принципы бензиновой и дизельной систем.

Общие сведения

Считается, что впервые эту разновидность двигателя использовала компания Mitsubishi, однако это не совсем верно. Первый двигатель такого типа был установлен на гоночный автомобиль Mercedes-Benz W196. Позже Mitsubishi использовали систему электронно-управляемого впрыска, что позволяло двигателю работать (при малых нагрузках) на топливовоздушной смеси с минимальным количеством горючего, то есть обедненной.

Что касается аббревиатуры GDI, то она относится к машинам марки Mitsubishi, хотя многие автоконцерны используют ту же систему, но под другим названием. У Toyota это D4, у Mercedes — CGI, у Renault — IDE и т.д.

Особенность двигателя в том, что при малых нагрузках (равномерная езда со скоростью до 120 км/ч) он работает на обедненной топливовоздушной смеси. При повышении нагрузки происходит автоматический переход на классическую систему впрыска. Это делает автомобиль экономичным (до 20% экономии) и экологичным.

Принцип действия

Общий принцип работы ДВС заключается в подаче и смешивании топлива с воздушной массой, так как без последней возгорание невозможно. В бензиновых двигателях для оптимальной работы требуется 14,7 г воздушной смеси на 1 г бензина. Если воздуха оказывается больше нормы, такая топливовоздушная смесь носит название обедненной (бедной), если меньше — богатой.

Обедненная воздушная смесь снижает расход топлива, однако с ее возгоранием часто возникают проблемы. Чрезмерно насыщенная бензином смесь возгорается легко, однако излишки топлива не сгорают и выводятся вместе с переработанными газами, что приводит к бесполезной растрате. Не говоря уже о том, что на свечах и клапанах интенсивно образуется слой нагара.

Система GDI отличается от обычной тем, что впрыск горючего производится не во впускной коллектор, а напрямую в камеру сгорания, как у моторов, работающих на дизтопливе.

Принцип действия двигателя GDI:

Поток на высокой скорости сталкивается с поршнем, после чего часть его как бы закрепляется на теле поршня, а другая часть продолжает движение, создавая трение и приобретая соответствующую форму.

После этого поток загибается и уходит от поршня, увеличивая скорость. Некоторые частицы движутся медленно и расходятся в разные стороны, создавая разделение потока.

В результате этого в камере сгорания образуется два участка с бензовоздушной смесью. В центре находится участок стехиометрической (обыкновенной) легковоспламеняемой топливной смеси. Вокруг него образовывается участок обедненной смеси.

После этого происходит воспламенение (с помощью искры свеч зажигания) участка с высоким содержанием бензина. Затем процесс горения перекидывается на обедненные участки.

Основные отличия GDI от обычной системы впрыска

Дроссельная заслонка расположена несколько дальше, чем у обычных моторов.

Горючее подается напрямую в цилиндр и там происходит образование топливовоздушной смеси. В обычных двигателях горючее подается во впускной коллектор, там же смешивается с воздушной массой.

На поршнях имеется сферическое углубление. При помощи этого углубления осуществляется управление образованием вихря и возникшим пламенем. Также выемка дает возможность управлять образованием горючей смеси, регулируя количество воздушной массы и бензина в процессе соединения.

Существует возможность образования максимально обедненной горючей смеси в цилиндрах. Оптимальное соотношение воздуха и бензина — 40:1 (в отличие от обычного впрыска с соотношением 14,7:1), однако количество воздуха может колебаться от 37 до 43 к 1.

Форсунки, расположенные в ГБЦ, имеют конфигурацию, которая позволяет придать топливному потоку нужную, как бы закрученную, форму. Благодаря этому поток движется по четко заданной траектории.

GDI-моторы работают в двух режимах: STICH (обыкновенный, как у других инжекторных системах) и Compression on Lean (работа на максимально обедненной смеси). Переключение между режимами происходит автоматически; при повышении нагрузки автомобиль переходит на работу при обогащенной топливной смеси. При снижении нагрузки переходит обратно в обедненный.

Конструкция оснащена насосом высокого давления.

Особенности ТНВД

Топливный насос высокого давления (ТНВД) является ключевым элементом системы непосредственного впрыска. Именно от него зависит качество и работоспособность мотора в целом.

Существует четыре типа ТНВД:

1 поколение. Семиплунжерные топливные насосы

Первые и самые недолговечные. Устанавливались в автомобили марки Mitsubishi с 1996 до 1998 года. Не имеют системы отслеживания давления и чрезвычайно чувствительны к качеству бензина. Ремонту не подлежат и при износе (а это происходит очень быстро) необходима полная замена.

2 поколение. Трехсекционные топливные насосы

Являются модификацией семиплунжерных. Устанавливались с 1998 по 2000 год. Здесь производитель учел прошлые недоработки и уделил внимание их устранению. Имеют регулятор и датчик давления, в случае его резкого падения переводят работу автомобиля в аварийный режим. Это позволяет автомобилю продолжать движение достаточно времени, чтобы добраться до СТО.

Модель стала несколько «лояльнее» к качеству бензина и более долговечной.

3 поколение. Двухсекционный ТНВД

Имеется датчик давления, а регулятор не встроен в систему. Привод работает от распределительного вала.

4 поколение. «Таблетка»

Последняя и самая совершенная модель. Относительно долговечна, менее чувствительна к качеству топлива, отличается компактностью и надежностью. Основной недостаток — самооткручивающиеся крепежные гайки. Их состояние необходимо регулярно проверять, так как их ослабление приводит к нарушению работы системы и деформации пластин, выровнять которые довольно сложно.

Конструкция топливных насосов высокого давления зависит от конкретной модели.

Насколько важно качество топлива

Основная проблема двигателей GDI — чувствительность к малейшим отклонениям в качестве горючего. Первые ТНВД страдали этим недугом особо остро, что приводило к очень быстрому износу и необходимости производить замену. Последующие усовершенствования частично или полностью решили эту проблему и модели 2-4 поколения стали более надежными.

Кроме особенностей самой впрысковой системы, на долговечность двигателя влияет и тщательная система фильтрации. Она имеет 4 стадии:

Очистка происходит с помощью фильтра-сеточки в насосе бензобака.
Производится очистка обыкновенным фильтром. В зависимости от марки автомобиля, его месторасположения может меняться. Фильтр может устанавливаться в баке либо под днищем.
Фильтрация происходит с помощью фильтра-стакана, расположенного в топливопроводе ТНВД.
Последний этап очистки происходит в тот момент, когда горючее подается из «топливной рейки» в бак.

Такой основательный процесс фильтрации способен привести в порядок даже не слишком чистый бензин. Но одно дело — некачественное топливо по японским или европейским меркам, и совсем другое — для отечественного бензина. Даже четыре этапа очистки не смогут справиться с присадками и прочими атрибутами кустарного производства от которого так и не удалось избавиться полностью. Некоторый процент от общего количества топлива на территории России непригоден к использованию и по сей день. Проверки заправочных станций регулярно выявляют грубые нарушения. А для GDI это почти наверняка смерть.

Например, мембранный клапан и плунжеры изготовлены с высокой степенью точности, за счет чего и происходит нагнетание топливной смеси под требуемым давлением. Если же бензин окажется с частицами песка или другими примесями, особенно обладающими абразивными свойствами, система подачи подвергнется их воздействию и ее работа утратит точность. Что и приведет сначала к снижению эффективности работы двигателя, а затем и к поломке ТНВД.

В первую очередь, при возникновении проблемы снижается мощность двигателя. Через некоторое время он начинает и вовсе отказывать. Если обратиться в ремонтную мастерскую при первых признаках неисправности, топливный насос еще можно будет спасти. В противном случае его придется полностью заменить, так как сильно поврежденные детали восстанавливать бессмысленно.

При падении давления система автоматически переводит работу в «классический» режим. После этого давление выравнивается и двигатель обратно переводится в режим работы на обедненной смеси, после чего давление снова падает, система опять переводит работу в «классический». И так до бесконечности.

В процессе этих переходов машина и начинает «плавать». При обнаружении подобного отклонения автомобиль следует отправить на диагностику, чтобы найти точную причину неполадки.

Заключение

Двигатели GDI отличаются мощностью и экономичностью, но достоинства почти всегда являются и причиной недостатков. В данном случае это чрезмерная чувствительность к малейшим отклонениям в системе впрыска и качеству топлива. Чтобы продлить срок службы автомобиля, следует регулярно производить замену свечей зажигания (на них быстро образуется нагар), чистить впускной коллектор и форсунки.

Не лишним будет регулярно осматривать инжектор и проверять качество распыления, устраняя малейшие неполадки на стадии их возникновения. И, конечно же, необходимо постоянно контролировать состояние фильтров и менять по мере необходимости.

Видео о современных двигателях с впрыском:

Плюсы и минусы двигателя с аббревиатурой GDI

Положение осложнялось тем, что работники сервиса оказались не готовы, не то чтобы сделать ремонт такого двигателя, но даже найти причину неисправности. Справедливости ради следует заметить, что в последние годы ситуация несколько улучшилась.

Почти дизель

Что означает аббревиатура GDI, которую можно увидеть на моторе и кузове автомобиля японского производства? Расшифровывается это как: Gasoline Direct Injection, в переводе — бензиновый прямой впрыск. Англоязычная фонетика этого сокращения — ДжиДиАй, в России произносят как ГДИ, иногда ЖДИ.

Автомобилисты прозвали эти движки «джедаями». Впервые буквы GDI появились на автомобилях Mitsubishi Galant/Legnum в 1996 году. У других японских автопроизводителей свои обозначения прямого впрыска: у Toyota — D4, у Nissan — DI и Neo DI. Такая же картина и в Европе:

группа Volkswagen обозначает такие двигатели — FSI;
Daimler Chrysler — CGI;
Renault — IDE;
Ford — SCi.

Итак, GDI — это новый тип бензинового инжекторного двигателя с прямым или непосредственным впрыском (НВ), что одно и то же. Форсунки у них выходят непосредственно в камеру сгорания, а не во впускной коллектор, как при распределенном впрыске. Этим бензиновый агрегат напоминает дизель.

Основная идея заключается в том, чтобы заставить двигатель хотя бы часть времени работать на сверхобедненной топливовоздушной смеси с целью экономии топлива и сокращения количества вредных выбросов.

Что такое двигатель GDI, его особенности и принцип работы.

Устройство двигателя GDI

Рассмотрим ближе, что же такое GDI или Gasoline Direct Injection, а по-русски – прямой впрыск топлива, и разберёмся, что это такое. Он пришёл на смену двигателям MPI, или Multi-Point Injection (распределённый впрыск), в которых топливо впрыскивается в каждый впускной канал и смесь образуется до попадания в цилиндр. А тем временем GDI ‒ это инжекторная система, при которой форсунки находятся в голове блока цилиндров, а впрыск топлива осуществляется не в коллектор, а напрямую в камеру сгорания двигателя.

На нынешнем этапе автомобилестроения непосредственный впрыск представляет собой самый прогрессивный тип питания бензинового двигателя.

Сейчас многие автоконцерны выпускают авто с данной системой, но у разных автопроизводителей она именуется по-разному. Непосредственный впрыск у Ford – EcoBoost, Mercedes – CGI, концерна VAG – FSI и TSI и т.д.

Принципиальными отличиями работы двигателя GDI от работы двигателей с распределённым впрыском являются:

подача топлива напрямую в цилиндры, возможность применения сверх бедных смесей.

Смесь подаётся под давлением, что обеспечивается за счёт использования ТНВД, который развивает высокое давление в топливной рампе. За счёт этого сократилось в 6 раз (в сравнении с обычными инжекторными двигателями) время открытия форсунки до 0.5 мсек на холостых оборотах.

При использовании системы прямого впрыска уменьшается расход топлива приблизительно до 20 % и количество выбросов, но двигатели с данной системой менее терпимы к качеству используемого топлива.

Mitsubishi(Митсубиси) при создании двигателя GDI вобрали лучшее от бензинового и дизельного ДВС. Таким образом, здесь присутствуют, как и в любом другом бензиновом двигателе, свечи зажигания на каждый цилиндр, однако здесь появились топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки на каждый цилиндр. Благодаря ТНВД бензин через форсунки впрыскивается в цилиндры под давлением около 5 Мпа, а форсунка осуществляет два типа впрыска бензина. Поэтому, если вы захотите перевести свой автомобиль на газ, то вам потребуются соответствующее оборудование и специальные настройки блока управления ГБО (в связи с расположением форсунок и пр.).

Отличия в конструкции

Для того чтобы создать условия для подобного протекания рабочего процесса, бензин необходимо подавать внутрь цилиндра, находящегося под давлением такта сжатия. Поскольку традиционный насос, находящийся в бензобаке, неспособен преодолеть такое сопротивление, требуется применять дополнительный аппарат — топливный насос высокого давления (ТНВД).

Моторы с НВ имеют необычную форму головки поршня, обусловленную необходимостью придать подаваемой порции горючего строго рассчитанное вихреобразное движение.

В связи с тем, что двигатель с НВ, так же как и любой другой ДВС, не может постоянно работать при недостаточной концентрации смеси, эти моторы отличаются более сложной программой работы, обеспечивающей сочетание экономных и мощностных режимов смесеобразования. Наконец, двигатели GDI имеют 2 катализатора — иридиевый и платиновый.

Первый предназначен для накопления и выжигания окислов азота, образующихся при работе на супербедной топливовоздушной смеси, второй — для обычного смесеобразования.

Благодаря увеличению степени сжатия до 12 — 13 увеличилась литровая мощность силового агрегата при одновременном сокращении расхода топлива и снижении токсичности выхлопа.

Фундаментальные технологии двигателя GDI

В основе конструкции двигателя GDI лежат четыре технических особенности:

Вертикально прямой канал ввода — поставляет оптимальный поток воздуха в цилиндр
Поршень с криволинейной вершиной — управляет сгоранием, помогая формировать воздушно-топливную смесь
Топливный насос высокого давления — обеспечивает давление необходимое для прямого впрыска в цилиндр
Вихревой инжектор высокого давления — управляет испарением и дисперсией топливной струи

Эти фундаментальные технологии, объединенные с другими уникальными технологиями управления подачей топлива, позволили компании Mitsubishi достигнуть обеих целей разработки потреблении топлива у двигателя GDI ниже, чем у дизельных двигателей, а выходная мощность выше, чем мощность обычных двигателей MPI.

На скудном пайке

Прежде чем рассматривать режимы работы двигателя GDI, нужно немного вспомнить теорию. Смесь бензина с воздухом в цилиндре может воспламениться, только в том случае, когда имеет определенную концентрацию. Оптимальной величиной является 1 часть горючего на 14,7 частей воздуха (стехиометрический состав).

Максимальное количество воздуха на 1 объемную часть бензина в инжекторном двигателе не должно превышать 20 — 24 частей. Описываемые двигатели могут работать на сверхобедненной смеси (до 1:40). Как это можно объяснить?

Топливо в цилиндре после впрыска распределяется по объему неравномерно за счет отражения его от выемки в днище поршня, который в момент впрыска находится в крайнем верхнем положении (конец такта сжатия). Топливный факел имеет компактную форму и, отражаясь, образует обратный вихрь. При общей бедной смеси, в районе свечи зажигания она близка к стехиометрическому составу и успешно воспламеняется.

Затем пламя поджигает прилегающий слой, интенсивность горения увеличивается, и процесс охватывает весь объем цилиндра. Описанный режим — ULTPA LEAN COMBUSTION MODE называется еще послойным смесеобразованием или сгоранием и поддерживается программой ЭБУ при спокойном характере движения со скоростью до 100 — 120 км/час.

Двухразовое питание

К сожалению, для дальнейшего ускорения мощности оказывается недостаточно, и приходится обогащать смесь до обычного уровня (1:12 — 1:15). Смесь при этом является однородной (гомогенной) и образуется в результате впрыска топлива на такте впуска, когда поршень идет вниз, и топливный факел в форме широкого конуса заполняет весь раскрывающийся объем.

Читать еще: BGV260 Стенд для замены направляющих втулок клапанов ГБЦ купить по цене 1308591 рублей в Москве

Отражения факела от поршня не происходит, и после обратного хода сжатия смесь поджигается. Этот режим — SUPERIOR OUTPUT MODE — активируется также при движении под нагрузкой, то есть, в тех случаях, когда требуется увеличение выдаваемой мощности.

В двигателях для европейского рынка присутствует и третий режим — TWO-STAGE MIXING (двухэтапное смесеобразование). Впрыск при этом производится дважды: на такте впуска и в конце хода сжатия.

Смысл заключается в том, что небольшая порция бензина, впрыснутая не первом этапе, охлаждает стенки цилиндра и способствует увеличению массового количества всасываемого воздуха, что позволяет пропорционально увеличить и подачу топлива на второй стадии впрыска (в конце такта сжатия).

Совет: учитывая привередливость системы к качеству воздуха, следует уделять особое внимание профилактике воздушного фильтра, а впускной коллектор рекомендуется очищать каждые 25 — 30 тысяч км.

Кто портит воздух?

На холостом ходу (ХХ) мотор GDI работает также на двух режимах. Основным является Compression on Lean (обедненная смесь) — 625 — 650 об/мин. Однако постоянная работа на нем приводит к накапливанию в катализаторе высокотоксичного оксида азота (NO), что заметно по неприятному запаху из выхлопной трубы.

Чтобы выжечь это соединение, периодически включается режим STICH F/B (продувка). Обороты возрастают примерно до 750, на некоторых моделях — до 900.

По такому поведению мотора, работающего на ХХ, и можно распознать двигатель GDI. На исправном двигателе продувка кратковременно включается примерно через 4 минуты. Режим STICH F/B функционирует в свою очередь по двум вариантам: регулирование смесеобразования с учетом коррекции датчика кислорода (CLOSED LOOP) и нерегулируемый процесс (OPEN LOOP).

Стоит ли овчинка выделки?

Какие выгоды сулит новый двигатель с НВ, в том числе и системы GDI:

Ежедневная эксплуатация автомобиля в городских условиях, когда силовой агрегат постоянно работает на стабильных оборотах ХХ, сопровождается заметной экономией топлива — примерно на 20 — 25%. За городом расход горючего остается таким же, как и у агрегата с распределенным впрыском.
Особенности принципа смесеобразования обеспечивают «джедаю» взрывной характер, тяга и мощность агрегата превосходят аналогичные показатели обычного (распределенного) инжектора.
Он более чист с экологической точки зрения, правда, российский владелец от этого ничего не имеет, в отличие от японца. Ведь островные жители приобретают тот же Mitsubishi с двигателем GDI в основном для получения льготной скидки по транспортному налогу, а ремонт силового агрегата они перекладывают на будущего покупателя, как правило, зарубежного.
Некоторые утверждают, что GDI двигатель лучше запускается в зимнее время.

Следует заметить, что из двигателей прямого впрыска японского и корейского производства самые надежные и доработанные моторы стоят на автомобилях Мицубиси (Митсубиси).

Особенности и недостатки двигателей GDI

Технология прямого впрыска является весьма актуальной, но она не избавлена от недостатков. Итак, чем же плох двигатель GDI?

Крайне прихотливый к топливу, из-за использования топливного насоса высокого давления (аналогичный в дизельных авто). За счёт использования ТНВД двигатель реагирует не только на твёрдые частицы (песок и т.п.), но и на содержание серы, фосфора, железа и их соединений. Стоит отметить, что отечественное топливо имеет повышенное содержание серы. Специфика форсунок. Так, в двигателях GDI форсунки размещаются прямо на цилиндры. Они должны обеспечивать высокое давление, но рабочий потенциал их невысок. Также невозможен их ремонт, а потому форсунки меняются целиком, что приносит владельцам немало дополнительных расходов. Необходимость непрерывного контроля за качеством воздуха. Поэтому приходится постоянно контролировать чистоту воздушного фильтра. На автомобилях с GDI первого поколения топливный насос высокого давления (ТНВД) имел малый ресурс. Владельцам “немолодых” автомобилей необходимо использовать очиститель впуска двигателя раз в 2-3 года. В основном для этого используются спреи-аэрозоли (например: SHUMMA).

Несмотря на перечисленные минусы, многие автовладельцы утверждают, что при заправке автомобиля на проверенных АЗС 95-98 бензином (а не из Петькиного “трахтера”), своевременной замене свечей (оригинальных, что крайне важно) и масла, двигатели GDI не вызывают проблем даже при пробеге до 200 000 км и более.

Система непосредственного впрыска топлива GDI: что это такое и как работает?

Система непосредственного впрыска топлива применяется на бензиновых двигателях последних поколений с целью повышения их экономичности и увеличения мощности. Она предполагает впрыск бензина напрямую в камеры сгорания цилиндров, где и происходит его смешение с воздухом и образование топливовоздушной смеси. Первыми двигателями, которые были оснащены такой системой впрыска, стали моторы GDI (Mitsubishi). Аббревиатура GDI — расшифровывается как «Gasoline Direct Injection», что дословно переводится как «непосредственный впрыск бензина».

Устройство и принцип действия системы GDI

Конструктивные особенности двигателей GDI

Система питания воздухом двигателя GDI Классическая система непосредственного впрыска топлива конструктивно состоит из следующих элементов: Топливный насос высокого давления (ТНВД). Для корректной работы системы (создания тонкого распыливания) бензин в камеру сгорания должен подаваться под высоким давлением (аналогично дизельным моторам) в пределах 5…12 МПа. Электрический топливный насос низкого давления. Подает топливо из бензобака к ТНВД под давлением 0,3…0,5 МПа.

Датчик низкого давления. Фиксирует уровень давления, созданного электрическим насосом. Форсунки высокого давления. Осуществляют впрыск топлива в цилиндр. Оснащены вихревыми распылителями, позволяющими создавать требуемую форму топливного факела. Поршень. Имеет особую форму с выемкой, которая предназначена для перенаправления горючей смеси к свече зажигания двигателя.

Впускные каналы. Имеют вертикальную конструкцию, благодаря чему возникает обратный вихрь (закручен в противоположную сторону по сравнению с другими типами двигателей), выполняющий функцию направления смеси к свече зажигания и обеспечивающий лучшее наполнение камеры сгорания воздухом. Датчик высокого давления. Располагается в топливной рампе и предназначен для передачи информации в электронный блок управления, который изменяет уровень давления в зависимости от актуальных режимов работы двигателя.

Отличия моторов прямого впрыска топлива GDI. Особенности работы двигателей GDI

По факту мы имеем некий симбиоз дизельного и бензинового двигателей в одном и каждый производитель именует такую систему по своему. GDI двигатели у Mitsubishi, FSI ставит обозначение VW, D4 обозначение Toyota. От дизеля GDI унаследовал систему впрыска и ТНВД, от бензинового двигателя сам тип топлива и свечи зажигания. Родоначальником моторов GDI стала компания Mitsubishi, когда в 1995 году был представлен Mitsubishi Galant 1.8 GDI. Сегодняшний двигатель с непосредственным впрыском это сложная система механизмов и электронных блоков.

Двигатель с непосредственным впрыском топлива явился миру гораздо раньше — в 50-х годах такие моторы использовал Daimler-Benz на своих гоночных машинах.

Различия (разновидности) двигателей GDI. Марки автомобилей, где используется GDI

Предпосылки создания и массового перехода большинства ведущих автопроизводителей на системы впрыска, аналогичных GDI, были достаточно предсказуемы. Экологические нормы, требующие усовершенствования систем выхлопа отработанных газов, а так же глобальная задача по созданию экономичных двигателей. В двигателях GDI реализованы несколько типов смесеобразования топливовоздушной смеси, это позволило выполнить задачи по экономии топлива, более полному сгоранию смеси и дополнительно увеличить мощность. В совокупности такой двигатель получился благодаря доработанной системе прямого впрыска, где не малую роль играет электронная начинка. Блок управлением двигателя, через датчики, раскиданные по системе, оперативно реагирует на малейшие изменения поведения автомобиля и подстраивает работу топливной системы под необходимые требования водителя