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

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 также 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 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.

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: ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, РЕСУРС, ПЛЮСЫ И МИНУСЫ

Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется автомобильной системой впрыска топлива с технологией GDI (непосредственный впрыск топлива), для чего она нужна и как осуществляется ее функционирование. Кроме того, расскажем про основные особенности технологии, каким образом работает топливный насос в системе, чем впрыск топлива такого типа отличается от других и какая польза или вред автомобильному двигателю от GDI. В заключении мы поговорим, о том какие задачи выполняет система впрыска GDI в силовой установке транспортного средства, из каких узлов она состоит и каковы ее конструкторские особенности.

Для того, чтобы понять, как функционирует автомобильная система с технологией непосредственного впрыска топлива (GDI), необходимо знать ее конструкторские особенности, из каких элементов она состоит, а также какие функции и задачи выполняет в силовой установке транспортного средства. Данные вопросы мы и обсудим в нашем рассказе, чтобы получить исчерпывающее представление о принципе работы автомобильной топливной системы с непосредственным впрыском. Кроме того, рассмотрим часто задаваемый вопрос многими автовладельцами: “Чем отличается система с непосредственным впрыском топлива GDI от классических топливных технологий?”.

1. Особенности и принцип работы системы впрыска топлива GDI

Двигатель оснащенный топливной системой с технологией впрыска GDI (Gasoline Direct Injection) – это бензиновая силовая установка с прямым или непосредственным впрыском топлива. Силовые установки с аббревиатурой GDI производятся, как правило, только японскими и корейскими автопроизводителями, такими как Mitsubishi, Toyota, Nissan, Kia и Huyndai, а также компанией Bosch (только топливные узлы). Примером современного двигателя с технологией прямого впрыска топлива может служить мотор с маркировкой T-GDI от компании Киа, который устанавливается на Киа Спортейдж 4-го поколения с объемом двигателя 1.6 литра с турбонагнетателем.

Если погрузится в история двигателестроения, то идея постройки силовой установки с прямым впрыском топлива в рабочую область цилиндров появилась еще в конце 80-х годов 20 века, однако массовый вариант GDI впервые был представлен публике только в середине 90-х годов, все того же века. Двигатели с технологией прямого впрыска, как правило, чаще всего встречаются на автомобилях марки Митсубиши, которая в какой то степени стала первопроходцем в этом направлении. Самой первой моделью на планете с таким мотором стала модель Митсубиши Галант 1996 модельного года, которая получила на то время атмосферную бензиновую силовую установку с объемом в 1.8 литра.

Система прямого впрыска топлива или GDI применяется в основном только на бензиновых силовых установках, причем последних поколений с целью повышения их экономичности, а также увеличения мощности. Такая система, как мы отметили ранее предполагает непосредственный впрыск бензина напрямую в камеры сгорания цилиндров двигателя. В дальнейшем в камерах сгорания происходит смешение топлива с воздухом и образование топливно-воздушной смеси.

Отличительной особенностью силовых установок с технологией прямого впрыска топлива GDI является наличие 2-ух насосов в топливной системы:

– стандартный электрический бензонасос, который располагается в топливном баке автомобиля;

– топливный насос высокого давления или ТНВД с механическим приводом от двигателя.

Решение производителя применить в системе два бензонасоса является аналогом принципа подачи топлива в двигателе с дизельным типом действия. В силовых установках с прямым впрыском GDI, давление подачи топлива составляет в диапазоне от 45 до 50 бар, в то время, как в классических бензиновых моторах оно составляет в районе 3-5 бар.

Двигатели с прямым впрыском имеют множество конструкторских различий, благодаря чему они делятся на 2 основных направления :

– силовые установки для потребления на внутреннем рынке;

– силовые установки для экспорта в зарубежные страны.

Главными отличиями в конструкции таких моторов являются особенности исполнения топливного насоса высокого давления и устройство системы бензинового впрыска в камеры сгорания цилиндров. Например версии двигателей для Японии или Кореи имеют следующие 2 основных режима впрыска топлива прямого действия :

– Режим сверх бедной топливно-воздушной смеси : предполагает функционирование двигателя на смеси, которая имеет соотношение в диапазоне от 37 к 1 до 43 к 1, следовательно показатели означают количество воздуха к объему топлива. Такой режим работы поддерживается электронным блоком управления двигателем на умеренных скоростях до 125 километров в час, с учетом плавного разгона силовой установки, то есть без резких нажатий на педаль газа водителем. В этом режиме, система прямого впрыска топлива обеспечивает максимальный крутящий момент мотора. В процессе работы форсунки впрыскивают топливо в тот момент, когда поршень находится на такте сжатия и при этом еще не дошел до верхней мертвой точки двигателя. Подача горючего инжектором в данном случае осуществляется, как однородная струя и после которой образуется завихрение потока по часовой стрелке для оптимального смешивания с воздухом в камере цилиндра.

– Режим стехиометрической топливно-воздушной смеси : предполагает стехиометрический состав смеси топлива, а также воздуха, который поступает в камеры цилиндра. Данный режим работы активизируется тогда, когда силовая установка находится под нагрузкой, например при движении на высокой скорости или буксирование прицепа, а также при езде в гору.

Кроме вышеописанных нюансов двигателей с системой впрыска GDI, их отличительной чертой еще является иная работа во время холостого хода и прогревания автомобиля. Электронный блок управления двигателем динамично производит изменение режимов сверх бедной топливно-воздушной смеси и стехиометрического режима во время работы силовой установки на холостых оборотах, при этом условно продувая цилиндры.

Особенностью повышения холостых оборотов мотора в момент до 900-1000 оборотов в минуту является плавный переход между вышеописанными режимами. Такая смена режимов функционирования системы впрыска GDI в оптимальном варианте должна происходить в среднем 1 раз в 4 минуты. Справочно заметим, что все режимы переключаются под управлением электронного блока. Что касается комфорта водителя при смене режимов и изменений в работе силовой установки, то они почти не ощущаются.

Относительно токсичности и выхлопов отработанных газов, двигатели с системой впрыска с технологий GDI оснащены специально разработанными катализаторами, которые функционируют на сильно обедненной топливно-воздушной смеси. В итоге уровень окислов азота в отработанных газах такой силовой установки укладывается в рамки экологических норм Евро-3. Отметим, что высокое содержание серы, которое часто содержится в бензине, довольно быстро выводит из строя и приводит к поломкам каталитический нейтрализатор.

2. Режимы функционирования двигателя с системой впрыска GDI

По своей конструкции двигатель с системой впрыска GDI почти ничем не отличается от бензинового и дизельного мотора. Справочно отметим, что в такой силовой установке, в каждом цилиндре имеется свеча зажигания и форсунка, а топливо направляется в камеры сгорания цилиндров насосом высокого давления (ТНВД) под давлением в 5 МегаПаскаль. Форсунки при этом обеспечивают 2 разных режима впрыскивания топлива.

Система прямого или непосредственного впрыска GDI, как мы описывали ранее функционирует в 2-ух основных режимах, в зависимости от динамики движения транспортного средства. Во-первых , функционирование на сверх бедных смесях, этот режим используется при небольших нагрузках и спокойной городской или загородной езде на скоростях до 120 километров в час. Топливо подается в камеры цилиндра примерно таким же образом, как в дизельных двигателях, в конце такта сжатия смеси. Однако система впрыска GDI в таком режиме разительно отличается от послойной системы FSI.

При первом режиме работы наиболее обогащенное топливом облако оказывается в области свечи зажигания и довольно быстро воспламеняется, поджигая при этом бедную или слабо обогащенную топливно-воздушную смесь, которая находится в камере сгорания цилиндра. В результате чего силовая установка оптимально функционирует даже при общем содержании топлива к воздуху в цилиндре в соотношении 1 к 40 соответственно.

Во-вторых , работа силовой установки на 2-ом режиме, под названием стехиометрическая смесь осуществляется при интенсивной езде и высокоскоростном загородном движении. При стехиометрический составе топливно-воздушной смеси воспламенение происходит без задержек и проблем. Впрыск в таком режиме происходит в процессе такта впуска. Топливо направляется в камеры цилиндров коническим факелом и далее просто распыляется, а затем испаряется, при этом охлаждает воздух в рабочей области узла двигателя. Благодаря охлаждению происходит уменьшение вероятности детонации и калильного зажигания.

В-третьих , у системы прямого впрыска GDI имеется еще один, 3-ий режим функционирования, который реализует непосредственно сама система управления. Этот режим позволяет повышать момент силовой установки в то случае, если мы двигаемся на небольших оборотах, при этом резко нажимая на педаль акселератора. Если мотор работает на малых оборотах, а в него резко подается обогащенная топливно-воздушная смесь, вероятность детонации резко повышается. Вот поэтому впрыск топлива в таком режиме происходит в 2 этапа.

В таком режиме небольшое количество топлива направляется в цилиндр на такте впуска и при этом производит охлаждение воздуха в рабочей области узла. В этот момент также происходит заполнение цилиндра сверх бедной топливно-воздушной смесью, в соотношении 50 к 1 (воздух к топливу), в которой процессы детонационного характера не происходят. После этого, в заключении такта сжатия, направляется струя топлива, которая обеспечивает доведение соотношения воздуха и топлива в камере сгорания цилиндра до обогащенного или в равного 10-12 к 1 (воздух к топливу). А на саму детонацию времени у системы в этом режиме просто не остается, потому она и не происходит совсем.

В заключении отметим, что в целях профилактики на силовых установках с системой впрыска GDI рекомендуется производить регламентную замену свечей зажигания каждые 15-30 тысяч километров пробега, а также примерно 1 раз в 30 тысяч километров пробега делать очистку впускного коллектора от нагара и сажи на его стенках. Кроме того, периодически необходимо диагностировать состояние инжекторов, проверять качество распыления топлива и делать прочистку форсунок. Благодаря созданию двигателей с системой прямого впрыска GDI инженерам удалось поднять степень сжатия мотора до 12 пунктов в соотношение воздуха к топливу в смеси и при этом силовая установка без проблем способна работать на не обогащенной или бедной смеси. По сравнению с классическим бензиновым двигателем, моторы с GDI расходуют примерно на 9 процентов меньше топлива, выдают на 11 процентов больше мощности и в среднем на 25 процентов меньше вырабатывают отработанных газов.