GDI двигатель: что это такое?
Двигатель GDI (Gasoline Direct Injection) – бензиновый силовой агрегат с прямым (непосредственным) впрыском топлива. Моторы с аббревиатурой GDI производятся японскими компаниями Mitsubishi, Toyota, Nissan, корейскими автопроизводителями, а также фирмой Bosh.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель TSI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, плюсах и минусах моторов данного типа.
Идея постройки двигателя с непосредственным впрыском топлива в цилиндры родилась достаточно давно, при этом массовый GDI впервые был представлен только в 1995 году. Моторы с технологией GDI в большинстве встречаются на автомобилях марки Mitsubishi. Перовой моделью с таким силовым агрегатом стала модель Mitsubishi Galant, которая получила силовую установку 1.8 GDI.
Содержание статьи
- Особенности и отличия моторов GDI
- Впрыск топлива и разновидности GDI
- Неисправности и проблемы моторов GDI
Особенности и отличия моторов GDI
Принцип работы двигателя GDI представляет собой своеобразный «симбиоз» привычных бензиновых и дизельных ДВС.
Начнем с того, что для нормальной работы любого двигателя внутреннего сгорания в цилиндры необходимо подать так называемую топливно-воздушную смесь. Другими словами, определенная часть горючего смешивается в необходимой пропорции с частью воздуха применительно к разным режимам работы мотора. От состава смеси напрямую зависит мощность двигателя, КПД, экономичность, экологичность и ряд других характеристик.
Большинство бензиновых и дизельных двигателей сегодня:
- моторы с внешним смесеобразованием. К таковым относятся устаревшие карбюраторные агрегаты на бензине и современные атмосферные, компрессорные или турбированные инжекторные бензиновые моторы. В таких двигателях процесс приготовления топливно-воздушной смеси происходит отдельно (во впускном коллекторе), после чего готовый заряд поступает в цилиндры и воспламеняется от свечи системы зажигания;
- двигатели с внутренним смесеобразованием. Данный тип агрегатов представлен дизельными моторами, в которых порция дизтоплива подается напрямую в цилиндры и смешивается с уже имеющимся там воздухом.
Воспламенение заряда происходит от контакта подаваемой солярки с разогретым от сжатия объемом воздуха, то есть без участия внешнего источника воспламенения;
Воспламенение заряда происходит от контакта подаваемой солярки с разогретым от сжатия объемом воздуха, то есть без участия внешнего источника воспламенения;Двигатель GDI представляет собой бензиновый мотор, в котором процесс смесеобразования аналогичен дизельному, то есть топливо впрыскивается прямо в цилиндры, где происходит смешивание с поданным ранее воздухом. При этом полученная топливно-воздушная смесь воспламеняется в цилиндре посредством искры от свечи зажигания.
Если сказать иначе, воздух поступает в двигатель отдельно, форсунка GDI осуществляет непосредственный впрыск топлива в цилиндр, затем происходит перемешивание компонентов, после чего поджиг смеси осуществляет электрическая искра свечи зажигания. Следует добавить, что во время такого смесеобразования конструкторами учитывается ряд аэродинамических особенностей для получения оптимально упорядоченного состава смеси. По этой причине конструкция поршня и камеры сгорания существенно отличается от аналогов в двигателях с внешним смесеобразованием, а также форкамерных ДВС.
Более того, состав смеси отличается в разных участках общего объема цилиндра. В результате подобных решений двигатели линейки GDI способны работать на сильно обедненной смеси, которая была бы непригодна для работы обычного бензинового мотора. Необходимое для воспламенения от искры соотношение топлива и воздуха концентрируется в цилиндре GDI в области расположения свечи зажигания, в то время как по условным «краям» цилиндра смесь остается максимально обедненной.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель TDI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях конструкции, преимуществах и недостатках агрегатов данного типа.
Еще одной особенностью двигателя GDI является наличие двух топливных насосов:
- привычный электробензонасос в топливном баке;
- топливный насос высокого давления (ТНВД) с механическим приводом от ДВС;
Данное решение также является аналогом принципа подачи топлива в дизельном двигателе. В моторах GDI давление впрыска составляет около 50 бар, в то время как в обычных бензиновых ДВС около 3 бар.
Впрыск топлива и разновидности GDI
Моторы GDI имеют целый ряд конструктивных различий, благодаря чему их можно разделить на две группы:
- для внутреннего японского рынка;
- для европейских рынков;
Отличаются такие агрегаты по конструкции самого мотора, по особенностям исполнения ТНВД и по устройству системы топливного впрыска. Версии для Японии имеют два основных режима впрыска топлива GDI:
- ultra lean combustion mode;
- superior output mode;
Первый режим предполагает работу мотора на сверхобедненной смеси, которая имеет соотношение 37:1-43:1.
Такой режим работы поддерживается ЭБУ на умеренных скоростях до 110-120 км/ч. с учетом плавного разгона, то есть без резких нажатий на педаль газа. В указанном режиме двигатель GDI обеспечивает максимальный показатель крутящего момента. Форсунки впрыскивают горючее в тот момент, когда поршень находится на такте сжатия и не дошел до ВМТ. Подача топлива инжектором в этом случае происходит в виде однородной струи, после происходит завихрение потока по часовой стрелке для наилучшего смешивания с воздухом в цилиндре.
Во втором режиме предполагается стехиометрический состав смеси топлива и воздуха. Указанный режим работы активируется в том случае, если мотор находится под нагрузкой (движение на высокой скорости, буксирование прицепа, езда в гору и т.п.)
В версиях для Европы мотор GDI получил дополнительный режим two-stage mixing. Указанный режим рассчитан на активный разгон с места или необходимость резкого ускорения при обгоне. В таком режиме топливо выпрыскивается в цилиндры ступенчато (в два этапа за 4 такта).
На такте впуска в этом режиме совершается первый впрыск, результатом которого становится максимально обедненная смесь в цилиндре с соотношением около 60:1. Данная смесь не рассчитана на воспламенение. Главной задачей является эффективное охлаждение камеры сгорания, так как в охлажденную камеру можно будет подать больший объем воздуха и топлива на такте сжатия. Другими словами, данное решение позволяет улучшить наполнение цилиндров. Затем на такте сжатия происходит второй впрыск, после которого состав смеси уже составляет 12:1, то есть рабочая смесь становится максимально обогащенной.
В результате цилиндры эффективно наполняются и двигатель отдает максимально доступную мощность. По сравнению с моторами, которые имеют распределенный впрыск, GDI оказывается на 10% мощнее. В итоге европейские версии GDI более эластичны и способны отдавать больше крутящего момента на «низах» при необходимости резко ускориться во время движения на скорости 30-60 км/ч.
Также следует отметить особый режим двигателя GDI под названием stich F/B.
Указанный режим работы предполагает наиболее приближенный к стехиометрическому состав топливно-воздушной смеси, а также делится на два подрежима: closed loop и open loop.
В первом случае состав смеси регулируется на основе показаний кислородного датчика, во втором показания датчика не влияют на состав смеси топлива и воздуха. Данная особенность является отличием GDI от других моторов во время работы на холостом ходу. ЭБУ двигателем динамично меняет режимы compression on lean и stich F/B во время работы мотора на холостых оборотах, условно продувая цилиндры. Особенностью является повышение холостых оборотов двигателя до 900-950 об/мин. в момент перехода между указанными режимами. Указанная смена режимов работы GDI в норме должна происходить 1 раз в 4 мин. Все режимы переключаются под управлением ЭБУ. Если говорить о комфорте водителя, смена режимов и изменения в работе мотора практически не ощущаются.
Что касается токсичности GDI, японские инженеры разработали специальные катализаторы для моторов, которые работают на сильно обедненной смеси.
В результате уровень окислов азота в выхлопе такого двигателя уложился в рамки Евро-3. Стоит отметить, что высокое содержание серы, которое отмечено в отечественном бензине, быстро выводит каталитические нейтрализаторы из строя.
Неисправности и проблемы моторов GDI
Главной проблемой моторов данного типа является повышенная чувствительность к качеству топлива, а также к любым факторам и поломкам, способным повлиять на качество смесеобразования.
На моторах GDI быстро чернеют и выходят из строя свечи зажигания. Топливная аппаратура таких двигателей намного более чувствительна к наличию воды и механических примесей в бензине. Образование нагара во впускном коллекторе и скопление сажи на клапанах способны изменить процесс смесеобразования, так как траектория движения потоков в цилиндре нарушается. В результате GDI теряет мощность и работает с заметными перебоями.
В целях профилактики на моторах GDI рекомендуется менять свечи зажигания каждые 10-20 тыс. пройденных километров, а также один раз в 25-30 тыс.
км. производить очистку впускного коллектора от нагара и частиц сажи на его стенках. Также периодически нужно контролировать состояние инжекторов, проверять качество распыла топлива и чистить форсунки.
Двигатели GDI — особенности, преимущества и недостатки
Car.ru
Двигатели GDI в последнее время получили широкое распространение в автомобилестроении. Аббревиатура переводится как Gasoline Direct Injection. Такие моторы имеют инжекторную систему подачи топлива. Конструкция одного и того же устройства у разных производителей может обозначаться разными символами.
© Car.ruКомпания Mitsubishi дает название GDI, Volkswagen – FSI, Ford – Ecoboost, Toyota – 4D. При такой системе подачи, топливные форсунки вставляются в головку блока цилиндров, а само распыление происходит в каждую камеру сгорания без прохождения впускного коллектора и клапана.
Топливо подается в систему под большим давлением, за что отвечает топливный насос.
Видео дня
Фактически, двигатель GDI с прямым впрыском топлива — это симбиоз дизельного и бензинового мотора. От дизельного агрегата GDI получил систему впрыска и топливный насос высокого давления, а от бензинового — тип горючего и свечи зажигания. Первая компания, которая оснастила автомобили такими двигателями — Mitsubishi. В 1995 году миру был представлен Mitsubishi Galant 1.8 GDI.
Преимущества. Главная особенность двигателей GDI с непосредственным впрыском топлива — возможность работы с несколькими видами смесеобразования. Это неоспоримый плюс в автомобилестроении, так как многообразие и большой выбор обеспечивают лучшую эффективность применения топлива. Если система непосредственного впрыска находится в исправном состоянии, можно получить хорошую экономию топлива без снижения мощности. Еще один плюс заключается в том, что в моторах GDI есть увеличенная степень сжатия топливной смеси.
Это автоматически избавляет установку от калильного зажигания и детонации, что положительно сказывается на ресурсе. Еще одна положительная сторона — снижение выброса в атмосферу углекислого газа и других вредных элементов. Данное явление достигается при помощи многослойного смесеобразования. Заметим, что система GDI в процессе работы может обеспечивать несколько видов смесеобразования — послойное, гомогенное и стехиометрическое гомогенное.
Недостатки. Основной минус связан с тем, что система впуска и подачи топлива имеет сложную конструкцию. Двигатель с таким вариантом впрыска очень чувствителен к качеству применяемого топлива. В результате самая актуальная проблема у автомобиля с пробегом — закоксовывание форсунок. Это приводит к потере мощности и увеличению расхода топлива. Второй недостаток — сложность обслуживания и высокая стоимость ремонта.
Кроме того, двигатели GDI склонны к образованию нагара во впускном коллекторе и на клапанах при пробеге автомобиля более 100 000 км.
Из-за этого автовладельцы вынуждены обращаться в сервис за очисткой. В обслуживании мотор GDI дороже, но рабочие параметры перекрывают все недостатки. Кроме того, на рынке есть средства, которые позволяют продлевать ресурс силового агрегата. Если вы желаете приобрести автомобиль с таким мотором, следует заранее задуматься об обслуживании. Профилактика будет обходиться гораздо дешевле, чем ремонт. В используемом топливе следует применять очищающие и смазывающие присадки. Если применять средства на постоянной основе, можно избежать загрязнения системы.
Итог. Двигатели GDI с прямым впрыском топлива являются гибридом бензинового и дизельного мотора. Они имеют свои преимущества, если правильно подходить к обслуживанию.
Автоэксперт, Mitsubishi Galant, Toyota, Volkswagen, Mitsubishi, Ford
Car.ru: главные новости
Рост цен на автомобили в России достигнет 10–30% в 2023 году
Эксперты рассказали об опасностях для продажи корейских автомобилей в России
Китайские бренды не будут снижать цены на свои автомобили в России
Важный совет для тех, у кого двигатель GDI
Еще в 1980-х годах средний семейный седан обычно производил менее 150 лошадиных сил от двигателей внутреннего сгорания, которые не были такими уж маленькими.
Я до сих пор не могу поверить, что мы ездили на 3,3-литровых Pontiac 6000 мощностью 135 лошадиных сил, и это было хорошо.
С тех пор бесконечный список различных технологических достижений сделал двигатели значительно более эффективными и мощными. Одной из технологий, которая стала повсеместной, является прямой впрыск бензина, обычно называемый GDI. Его популярность распространяется по целому ряду положительных причин, но у него есть и недостатки. Если у вас есть автомобиль, в котором используется эта технология, важно знать, как она работает и в чем заключаются ее неисправности, чтобы вы могли предотвратить и/или сразу решить эти проблемы. Вот что вам нужно знать.
Что такое GDI? Примерно 10 лет назад большинство автомобилей имели систему впрыска через порт. Это означает, что топливо распыляется вместе с воздушной смесью, омывает клапаны и сгорает для создания мощности.
В двигателях с непосредственным впрыском топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Результатом является более полный цикл сгорания с меньшим расходом топлива. Повышение мощности при меньшем количестве топлива позволяет автопроизводителям использовать меньшие по размеру и более эффективные двигатели, которые при этом обеспечивают хорошую производительность.
Бензин едкий, что не всегда плохого качества. В давние времена люди использовали газ для очистки грязных металлических инструментов.
В двигателях с распределенным впрыском газ постоянно омывает впускные клапаны. Это приводит к очистке от любого накопления углерода, масла или других загрязняющих веществ, которые накапливаются во время нормальной работы. В двигателе с непосредственным впрыском обратная сторона впускных клапанов остается сухой, так как газ не омывает клапаны.
Масло и нагар все еще накапливаются на задней стороне клапанов, но топливо не смывает всю эту гадость.
Нагар может повредить двигатель. Впускные клапана забивается нагаром, и тогда ничего не работает корректно.
Как узнать, есть ли в моей машине GDI?Узнать, есть ли у вашего автомобиля GDI, просто взглянув на двигатель, немного сложно, потому что нет ничего действительно визуально очевидного, уникального для них. Однако на пластиковой крышке двигателя вашего автомобиля может быть большая этикетка с буквами GDI. Попробуйте проверить руководство по эксплуатации автомобиля.
Если ничего не помогает, позвоните в отдел запчастей дилерского центра, и вы получите ответ, с прямым впрыском топлива в вашем автомобиле или нет. Или вы всегда можете просто погуглить «это марка/модель с прямым впрыском?» и найдите свой путь к официальному листу спецификаций.
Некоторые автопроизводители заметили эту проблему с выбросами углерода и попытались решить ее. В новых двигателях Toyota M-серии, используемых в новейших Camry и Corolla, используется как прямой, так и портовый впрыск, чтобы поддерживать чистоту задней части клапанов. Производители масел также добавляют растворители и другие химические вещества в масла некоторых марок, чтобы уменьшить накопление отложений.
Но если и когда возникает избыточное накопление, вам необходимо его очистить. В зависимости от марки и модели автомобиля, это может быть довольно сложный процесс. Чаще всего это связано со снятием клапанной крышки и впускного коллектора. Оттуда вы можете удалить грязь с задней части клапанов.
Многие используют скорлупу грецкого ореха, которая достаточно прочна, чтобы смыть налет, но при этом достаточно мягкая, чтобы не повредить детали двигателя.
Для взрыва средства техник подаст в двигатель сильно сжатый воздух, смешанный, в данном случае, с кусочками скорлупы грецкого ореха, который соскребает отложения. В то же время они будут использовать пылесос, чтобы всасывать лишнюю пыль и кусочки скорлупы грецких орехов, которые разлетаются в стороны.
Большинство достойных дилеров или независимых механиков знают о нагаре на двигателях GDI. Некоторые бренды более активно, чем другие, рекомендуют (или не рекомендуют) услуги по струйной очистке или удалению нагара на клапанах.
Что произойдет, если вы просто проигнорируете это? Во-первых, вы можете увидеть снижение производительности. Впускные клапаны не будут работать правильно, и ваш компьютер попытается это компенсировать.
В этом случае, скорее всего, загорится индикатор проверки двигателя.
В конце концов, может произойти серьезное повреждение. У отца моего друга был Kia Soul 2013 года с пробегом около 140 000 миль. У автомобиля были проблемы со случайными пропусками зажигания и в целом низкая производительность. Проверка компрессии показала, что в первом цилиндре было низкое давление, поэтому что-то плохо герметизировалось.
Вот как выглядел двигатель:
Гаррет Рабенольд Гаррет Рабенольд Гаррет Рабенольд У машины сгорел выпускной клапан. Согласно интернет-форумам и беседам с техниками в отделе запасных частей дилерского центра Kia, это довольно распространено для автомобилей с чрезмерным накоплением углерода, которые никогда не чистились. Теория моего друга состоит в том, что плохо работающие двигатели, особенно с пропусками зажигания, имеют тенденцию работать на обедненной смеси, что резко повышает температуру сгорания. В конце концов, эта избыточная температура сжигает детали двигателя.
В данном случае клапан.
Этого можно было бы избежать, проведя профилактическое обслуживание. Снятие впускного коллектора и продувка носителя несколько более интенсивны, чем, скажем, сброс бутылки «очистителя инжектора» в бензобак автомобиля. Знаешь, вроде тех вещей Лукаса, которые кассиры в магазине запчастей всегда толкают, когда тебе звонят? Тем не менее, небольшая струйная обработка ранее могла спасти этот двигатель от дорогостоящей работы по замене клапанов. Двигатели
GDI могут потребовать немного больше усилий, чтобы поддерживать свои аналоги с впрыском через порт, но я думаю, что это того стоит. Реальные преимущества как для мощности, так и для экономии нельзя недооценивать, и сейчас на рынке есть несколько отличных двигателей, в которых используется эта технология.
Эта статья первоначально была опубликована на Car Bibles.
INNOSPEC » Понимание разницы между двигателями GDi и PFI.
Компания Innospec объясняет, почему это важно.
Двигатели GDi вывели технологию впрыска топлива на новый уровень.Бензиновые двигатели внутреннего сгорания прошли долгий путь с тех пор, как Луиджи Де Кристофорис впервые изобрел карбюратор в 1876 году. Однако смешивание топлива с воздухом в карбюраторе до того, как он попадет в камеру сгорания, по-прежнему было основной технологией, используемой в бензиновых автомобилях вплоть до 1980-е годы.
Только в этом десятилетии производители оригинального оборудования (OEM) начали переход от карбюраторных двигателей к одноточечному впрыску топлива, чтобы преодолеть некоторые проблемы с управляемостью и растущую озабоченность по поводу выбросов выхлопных газов. Хотя технологии развивались быстро.
Когда в конце 1980-х годов появился PFI, это был большой шаг вперед в конструкции впрыска топлива. Он преодолел многие проблемы с производительностью, связанные с одноточечным впрыском и более ранними карбюраторными двигателями. При распределенном впрыске топлива (PFI) или многоточечном впрыске топлива (MPFI) топливо впрыскивается во впускное отверстие каждой камеры сгорания через специальный инжектор.
В двигателях PFI используется трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, датчики выхлопных газов и система управления двигателем с компьютерным управлением для постоянной регулировки соотношения топлива и воздуха, впрыскиваемого в каждый цилиндр. Тем не менее, технология развивается, и по сравнению с современной технологией бензиновых двигателей с непосредственным впрыском (GDi), PFI не так экономично расходует топливо и не может соответствовать сегодняшним все более строгим стандартам выбросов.
Copyright Innospec 2021В двигателе GDi топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, а не во впускное отверстие. Преимущество этой системы в том, что топливо используется более эффективно. Без необходимости закачки топлива во впускной канал значительно снижаются механические и насосные потери.
В двигателе GDi топливо также впрыскивается под более высоким давлением, поэтому размер капель топлива меньше. Давление впрыска превышает 100 бар по сравнению с давлением впрыска PFI от 3 до 5 бар.
Размер капель топлива с GDi составляет <20 мкм по сравнению с размером капель PFI от 120 до 200 мкм.
В результате двигатели GDi обеспечивают более высокую выходную мощность при том же количестве топлива. Бортовые системы управления уравновешивают весь процесс и точно контролируют регулируемые выбросы. Система управления двигателем запускает форсунки в оптимальный момент на определенное время в зависимости от потребности и условий движения в этот момент. В то же время бортовой компьютер вычисляет, работает ли двигатель слишком богато (слишком много топлива) или слишком бедно (слишком мало топлива), и немедленно соответствующим образом регулирует ширину импульса форсунки (IPW).
Последнее поколение двигателей GDi представляет собой сложные машины, работающие с очень жесткими допусками. Для повышения топливной экономичности и снижения выбросов в технологии GDi используются прецизионные компоненты в условиях высокого давления. Поддержание чистоты системы форсунок имеет решающее значение для работы двигателя.