Почему моторы GDI нужно обходить стороной

GDI — это бензиновый агрегат с непосредственным впрыском топлива. Первыми, кто применил подобную систему у себя, являются японские автомобили Mitsubishi, Toyota и корейские автомобили, унаследовавшие агрегаты от “Митсубиси”. В 1995 году первым автомобилем с топливной системой Gasoline Direct Injection является Mitsubishi Galant, объемом 1.8 литра.

Особенности двигателя

Принцип работы GDI похож на дизельный мотор. Здесь смесеобразование происходит непосредственно в цилиндре. То есть форсунка вкручена прямо в головку блока цилиндров. Из-за некоторых особенностей конструкция поршней и камеры сгорания несколько отличается от тех же бензиновых моторов с классическим впрыском топлива. Здесь поршень имеет направление для факела, который распыляет форсунка, чтобы его направить на свечу. А вот каналы ГБЦ делали прямыми, чтобы добиться завихрения воздуха в цилиндре. Благодаря таким расчетам, топливно-воздушная смесь направляется строго по заданной траектории.

Кстати, GDI особенны тем, что могут работать на обедненной смеси, что невозможно для обычного впрыскового мотора. Необходимый состав топливно-воздушной смеси концентрируется прямо вокруг свечи зажигания, в то время как по краям цилиндра смесь остается бедной.

Вторая особенность — наличие топливного насоса высокого давления. Первый насос низкого давления установлен в баке, а второй стоит на двигателе, и работает от привода распредвала. Давление впрыска, при этом, составляет порядка 50 бар, вместо привычных 3.

Так как силовые агрегаты GDI имеют множество вариаций, они различаются на две категории:

• версия для внутреннего японского рынка;
• для европейского рынка.

Отличие состоит в конструкции двигателя и топливной системы. Японские вариации имеют два режима впрыска:

Ultra lean combustion mode. Смысл заключается в работе двигателя на суперобедненной смеси, в соотношении до 37:1 до 43:1. Такое смесеобразование поддерживается на программном уровне ЭБУ, когда скорость движения составляет 100-120 км/ч. Добиться подобного результата можно только при плавном разгоне. В данном режиме двигатель вырабатывает максимальный крутящий момент на бедной смеси. Топливо подается тогда, когда поршень едва подходит в ВМТ в такте сжатия. Расход топлива, соответственно, максимально низкий.

Superior output mode. Здесь преобладает большое количество топлива относительно воздуха. Научным языком: здесь количество окислителя столько, сколько требуется для максимального сгорания топлива. Окислитель, естественно, это воздух. Подобный режим включается при сильных нагрузках, когда двигатель тянет за собой груз, буксует, либо набирает быстро скорость.

Отличает японский мотор от европейского то, что у второго есть дополнительный режим two-stage mixing. Он помогает быстрее набрать скорость при резком нажатии на педаль акселератора. Впрыск топлива за 4 такта осуществляется 2 раза.

В такте впуска подается первая порция топлива, соотношение смеси в которой 60:1. Она не предназначена для воспламенения, а наоборот для эффективного и мгновенного охлаждения цилиндра, а значит в нужный момент можно подать максимально больше воздуха и топлива. В общем, улучшается наполнение цилиндров. В такте сжатия происходит вторая подача топлива в соотношении 12:1.

Что это значит? Европейские моторы считаются более эластичными, так как система питания здесь максимально гибкая под каждый уровень нагрузки двигателя. Подобный режим работает в городе, когда скорость движения варьируется от 30 до 60 км/ч, и в данном диапазоне двигатель работает на максимальном крутящем моменте.

Почему эти двигатели лучше обходить стороной?

Глобальная проблема, усложняющая эксплуатацию двигателя в СНГ — это качество нашего топлива с высоким содержанием серы. Свечи зажигания очень быстро коптятся и требуют замены. Топливная аппаратура настолько нежная, что даже небольшое содержание воды в бензине и каких-либо примесей негативно сказываются на топливной аппаратуре, значительно снижая их ресурс. Нагар во впускном коллекторе и сажа на впускных клапанах — обычное дело для моторов с непосредственным впрыском. Здесь подобная проблема значительно влияет на смесеобразование, естественно в худшую сторону. Мощность теряется, а двигатель работает с перебоями.

Что получается:

• Свечи меняются раз в 10 000 км, причем не на самые дешевые.
• Форсунки чистятся раз в год.
• Нужно снимать коллектор и дроссель для тщательной мойки.
• Раз в 100 000 км придется снимать голову и снимать сажу с клапанов.

Эксплуатировать автомобили с таким мотором нужно только в том случае, если автомобиль новый. Первые 100 000 км двигатель, возможно, не преподнесет неприятных моментов, но после пойдут бесконечные многотысячные вливания финансов. Это касается старых автомобилей Mitsubishi Galant, которые постоянно капризничают из-за топливной аппаратуры, а также несвоевременного ремонта, сокращающего ресурс двигателя.

Система впрыска GDI

Двигатели GDI — это бензиновые двигатели с непосредственным или прямым впрыском топлива. Чем же они отличаются от обычных бензиновых? Лучше ли? Чтобы ответить на эти вопросы, надо сначала рассмотреть теорию работы и различия двигателей вообще.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Вне зависимости от типа топлива, бензин или дизель, для его сгорания необходим воздух. Но важно не просто присутствие воздуха, а его правильное количество. Такая сбалансированная смесь топлива и воздуха называется стехиометрической. Стехиометрическую смесь для бензина описывает соотношение 14,7:1, это значит, что для сгорания 1 г бензина необходимо 14,7 г воздуха. Если количество воздуха превышает это значение, смесь называется бедной. Если же воздуха слишком мало, то есть, наоборот, перебор топлива — богатой.

И бедная, и богатая смесь — это не слишком хорошо. Бедную смесь иногда не удается воспламенить. А в богатой не выгоревшее топливо просто пропадает зря.

Воздух в системе зажигания играет еще одну важную роль. Он повышает давление в цилиндре. А чем оно выше непосредственно перед воспламенением топливной смеси, тем выше и мощность двигателя. Поэтому эффективность возрастает, если больший объем воздуха попадает в цилиндр на такте впуска, именно так можно достичь наивысшего давления.

Это обстоятельство делает дизельные моторы экономичнее бензиновых. Причина в технологических различиях. В бензиновом двигателе в цилиндр на такте впуска поступает смесь воздуха и топлива, там она сжимается и воспламеняется от искры. В дизельном на такте впуска подается только воздух. В цилиндре его сжимает поршень: давление возрастает, а вместе с ним и температура. Топливо поступает только в самом конце сжатия. Существующие на тот момент в цилиндре высокие давление и температура приводят к его самовоспламенению.

Таким образом, дизельный двигатель позволяет добиться большего давления, чем бензиновый. Так, для дизеля нормальная степень сжатия – 18, а для бензина – неуверенные 12. Напомним, что именно уровень давления в цилиндрах определяет эффективность двигателя.

Повысить же степень сжатия, а вместе с ней и давление обычного бензинового двигателя не представляется возможным. На преграде стоят такие явления, как детонация и калильное зажигание.

Детонация двигателя – слишком быстрое сгорание топливовоздушной смеси на удалении от свечи зажигания. Ее последствия – резкое местное повышение температуры, приводящее к перегреву, и повышение нагрузки на отдельные детали. Определить детонацию можно по характерному стуку в двигателе.

Калильное зажигание — преждевременное воспламенение топливовоздушной смеси. Они происходит еще до появления искры, в качестве воспламенителя выступают перегревшиеся детали камеры сгорания.

Эксплуатация мотора, в котором возникает детонация или калильное зажигание, приводит к его скорой поломке.

Причина обоих явлений – высокие давление и температура. Чтобы как-то справиться с детонацией, для бензиновых двигателей с большой степенью сжатия используют высокооктановое топливо (АИ-98), но и это не позволяет получить сжатие больше 12.

Чтобы повысить экономичность бензинового двигателя, при этом, не теряя в мощности, необходимо как-то решить проблему детонации и перевести мотор на бедную смесь. В этом может помочь впрыск топлива непосредственно в цилиндр.

GDI

Конструктивно двигатель GDI похож одновременно и на бензиновый, и на дизельный. В каждом цилиндре такого двигателя есть и свеча зажигания, и форсунка, топливо подается насосом под высоким давлением, равным 5МПа. Наличие форсунки позволяет изменять режим впрыска топлива в зависимости от характера движения.

Двигатели GDI могут работать в трех различных режимах: на сверхбедной смеси, на стехиометрической смеси, при разгоне на малых оборотах.

Работа на сверхбедной смеси

Этот режим хорош для спокойной езды: для размеренного передвижения в городском режиме или загородных поездок на скоростях до 120 км/ч.

Подача топлива осуществляется почти так же, как в дизельном двигателе, в конце такта сжатия. Поэтому насыщенная топливом порция смеси оказывается непосредственно у свечи зажигания в момент разряда и воспламеняется, а затем от нее загорается остальная бедная смесь. Это позволяет двигателю стабильно и надёжно работать даже при соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Работа на стехиометрической смеси

Режим для интенсивной городской езды, поездок на высоких скоростях, обгонов.

Подача топлива происходит в процессе такта впуска. Оно равномерно распределяется по цилиндру, а, испаряясь, охлаждает его. Воспламенение происходит всегда, без каких-либо сложностей. Охлаждение же снижает вероятность возникновения детонации и калильного зажигания.

Работа при разгоне на малых оборотах

Если двигатель работает на малых оборотах и происходит резкое ускорение (неожиданно выжимается педаль газа), в неподготовленный двигатель подается обогащенная топливом смесь, а это существенно увеличивает риск детонации. Специальный режим мотора GDI разработан для того, чтобы нивелировать этот риск: момент двигателя повышается, топливо подаётся в два этапа.

На такте впуска в цилиндр поступает небольшая порция топлива. Это охлаждает воздух, а в верхней части цилиндра образуется бедная смесь (соотношением около 60:1), в которой детонация невозможна.

В конце такта сжатия впрыскивается остальное топливо, которое доводит соотношение с воздухом до состояния богатой смеси (12:1). При этом процесс происходит настолько стремительно, что на детонацию не остаётся времени.

Выводы

На первый взгляд, эффективность двигателя GDI по сравнению с обычным бензиновым возрастает не значительно. Но на практике использование системы впрыска GDI означает:

• увеличение степени сжатия до 12-12,5;

• двигатель стабильно функционирует на бедной топливной смеси;

• расходуется на 10% меньше топлива;

• мощность больше на 10%;

• экологичность повышается на 20%.

Прямой впрыск Против. Обычный впрыск – почему GDI является заметным улучшением двигателя? – Engineerine

12 января 2023 г. 18 августа 2021 г. Абед Серхан

Двигатели GDI

GDI, также известный как прямой впрыск бензина, представляет собой тип впрыска топлива, при котором бензин под высоким давлением впрыскивается прямо в камеру сгорания каждого цилиндра. Для сравнения, традиционный впрыск топлива через порт впрыскивает бензин во впуск под низким давлением.

Как работает прямой впрыск бензина?

Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском работают путем подачи бензина под высоким давлением непосредственно в камеру сгорания. Это значительно точнее, чем карбюраторы или предыдущие системы впрыска топлива.

История двигателей GDI

В 1925 году был разработан первый двигатель GDI для использования в двигателях некоторых грузовиков. позже, в 1950-х годах, несколько немецких автомобилей использовали механическую систему GDI Bosch, но эта технология использовалась редко, пока Mitsubishi не разработала электронную систему GDI для серийных автомобилей в 1919 году.96. Около 75% автомобилей, произведенных сегодня восемью основными производителями, имеют установленный GDI.

Преимущества двигателей GDI

BMW GDI, фото Ton1~commonswiki, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons , и схема впрыска бензина в цилиндр. Эта точность увеличивает мощность двигателя при уменьшении размера двигателя.

2. Экономичность и мощность

Непосредственный впрыск способствует лучшему сгоранию, что снижает расход топлива, экономит деньги и сводит к минимуму воздействие на окружающую среду, а также снижает температуру цилиндров. Более низкие температуры улучшают степень сжатия, обеспечивая большую мощность и экономичность при том же количестве топлива. Некоторые производители заявляют, что двигатели GDI могут развивать крутящий момент на 50% больше, при этом экономия топлива снижается на 15%.

Источник: Netcarshow.com

Недостатки двигателя GDI

На дороге было несколько серьезных препятствий. Отложения на впускных клапанах двигателей GDI были обычным явлением. Мы перечислили основные недостатки GDI:

1. Нагарообразование

Мощность двигателя GDI — палка о двух концах. Хотя вы получаете много преимуществ от GDI, накопление нагара может лишить вас всех преимуществ, связанных с этим типом двигателя. Поскольку двигатели GDI закачивают газ непосредственно в цилиндр, грязь из всасываемого воздуха и сажа от продувки скапливаются на стенках впускного коллектора.

Нагар. фото Стива Палланте/euromotive.ca

В результате накопления углерода поток воздуха в цилиндры уменьшается, и вы теряете крутящий момент и эффективность использования топлива, которые являются преимуществами, для которых GDI был разработан в первую очередь.

2. Большая нагрузка на поршневые кольца

Для работы обычных топливных форсунок обычно требуется давление топлива от 46 до 65 psi . Для сравнения, топливным форсункам GDI потребуется давление не менее 2000 фунтов на квадратный дюйм . Форсунки распыляют под таким высоким давлением, что часть бензина может быть выброшена из камеры сгорания.

Источник: cartreatments.com

Техническое обслуживание двигателей GDI

Если вы являетесь владельцем двигателя GDI (KIA, HYUNDAI, TOYOTA и т. д.), вам следует выполнить следующие действия, чтобы предотвратить возможные серьезные проблемы с двигателем:

• В то время как автомобили GDI требуют обслуживания каждые 20–40 000 миль , надлежащее техническое обслуживание в промежутках между ними поможет уменьшить накопление углерода.
• Масло следует заменять с периодичностью, рекомендованной производителем, и с предписанным маслом для оптимальной работы впускных клапанов.
• Заменяйте свечи зажигания при установленном пробеге, чтобы ограничить количество несгоревшего топлива в камере сгорания.
• Используйте топливо премиум-класса с дополнительными детергентами Для поддержания деталей двигателя в чистоте и без отложений.
• Используйте чистку топливной системы, чтобы поддерживать систему GDi в хорошем рабочем состоянии.

5
1
голос

Рейтинг статьи

Dual Port и технология прямого впрыска: что нужно знать о конструкции двигателя следующего поколения

Примечание редактора: При работе над статьей TechSpec за март 2018 г. о Ford F-150 2018 г. я наткнулся на следующее заявление в отношении новых двигателей, доступных для грузовика: «значительные обновления, включая усовершенствованную двухпортовую технологию и технологию прямого впрыска , а также технология напыления хвостовика». Никогда раньше в своих работах для TechSpec я не сталкивался с двигателем, использующим как усовершенствованную двухпортовую технологию, так и технологию прямого впрыска, поэтому я обратился к одному из самых умных парней, которых я знаю, чтобы пролить свет на эту тему.

Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском (GDI) представляют собой самый быстрорастущий рынок двигателей, но с возрастом этих двигателей связано много непредвиденных последствий — не только в двигателях Ford EcoBoost, но и во многих других. В этой статье я (поклонник Ford) подытожу вопросы редизайна Ford EcoBoost.

После коллективного иска 2013 года Ford объявил о выпуске в 2017 году «совершенно нового 3,5-литрового двигателя EcoBoost». Automotive News добавили, что модернизация двигателя Ford с чистого листа включала в себя новый блок, головку блока цилиндров и турбины, а также новую систему впуска.

Можно сказать, что оригинальный двигатель Ford EcoBoost подпадает под категорию двигателей, срочно выпущенных на рынок. Почему бросились на рынок? В ответ на предписания с указанием сроков и штрафов за улучшение экономичности и выбросов производители иногда спешат с новыми технологиями. Конгресс США утвердил нормы корпоративной средней экономии топлива (CAFE) для легковых автомобилей и легких грузовиков, при этом требования были увеличены с шагом до «54,5 миль на галлон к 2025 году» (цифры в движении). Если OEM-производители не соблюдают эти требования, предусмотрены штрафы. Например, Mercedes-Benz заплатил CAFE штрафы в размере 30,3 млн долларов за 2006 год и 28,9 млн долларов США.миллионов на 2007 год.

Когда двигатель выводится на рынок в спешке, иногда можно упустить из виду конструктивные особенности. Депозиты часто являются основной причиной для редизайна. Согласно документу SAE 2002-01-2659, «отложения в двигателе… являются наиболее важными из характеристик [конструкции двигателя]». В документе SAE 1999-01-3690 сообщается, что ранние двигатели GDI «страдали от серьезных проблем с отложениями, которые не могли быть преодолены в то время».

[lgc_column grid=»50″ table_grid=»50″ mobile_grid=»100″ last=»false»]

Рис. 1: Распределительный впрыск топлива (PFI)

[/lgc_column]
[lgc_column grid=»50″ table_grid=»50″ mobile_grid=»100″ last=»true»]

Рис. 2. Прямой впрыск бензина (GDI)

[/lgc_column]

действительно большая проблема: в то время как впрыск топлива помогает промывать впускные клапаны (рис. 1), GDI распыляет бензин непосредственно в камеру сгорания без промывки впускных клапанов (рис. 2). В документе SAE 1999-01-1498 добавлено, что «IVD (отложения на впускных клапанах) неожиданно выше в двигателях GDI, чем в двигателях PFI… ожидается, что топливо не попадет (или будет очень мало) на клапаны двигателей GDI».

GDI впрыскивает бензин непосредственно в камеру сгорания под гораздо более высоким давлением (2200 фунтов на квадратный дюйм или более), чем распылитель во впускном коллекторе PFI (40-60 фунтов на квадратный дюйм). Увеличенное количество загрязняющих веществ GDI выбрасывается через поршневые кольца низкого напряжения в масляный картер. Затем принудительная вентиляция картера (PCV) пропускает насыщенные маслом загрязняющие вещества в поток всасываемого воздуха, где, согласно SAE Paper 2002-01-2660, пары и капли маслянистого картера PCV объединяются с углеродными частицами рециркуляции отработавших газов и нагреваются, образуя слой над липким воздухозаборником. покрытия клапанов и запекаются в отложениях. Это создает более крупные, твердые и твердые отложения в топливной системе.

Ford и другие OEM-производители объединили PFI с GDI для «усовершенствованного двухпортового и прямого впрыска», также известного как двойная подача топлива. Примеры включают:

• Модернизированные двигатели Ford 3,5 л EcoBoost и V6
• Двигатели Lexus 2GR-FSE
• Двигатели Audi VW Group 3,0 л V-6 и 5,2 л V-10
• 2,0-литровые рядные четырехцилиндровые двигатели Toyota производства Subaru, а также 3,5-литровые двигатели V6 D4-S и 5,0-литровые двигатели V-8.

Системы двойной подачи топлива с GDI и PFI пытаются объединить преимущества обеих систем, особенно с промывкой впускного клапана PFI, добавленной к повышенной экономии топлива и точности GDI. Но двухтопливная подача значительно увеличивает сложность и стоимость (см. рис. 3, Toyota D-4S [обратите внимание на желтые кружки] и рис. 4, Audi VW Group).

[lgc_column grid=»50″ table_grid=»50″ mobile_grid=»100″ last=»false»]

Рис. 3: Крупный план GDI и PFI на двигателе Toyota D-4S (обратите внимание на желтые кружки)

[/ lgc_column][lgc_column grid=»50″ table_grid=»50″ mobile_grid=»100″ last=»true»]

Рис. 4: Audi

VW Group [/lgc_column]

Автор форума утверждал, что OEM-производители прибегают к комбинированному GDI и PFI «наконец-то отказались от нагара на впускных клапанах и добавили впрыск топлива в задний порт, который очищает клапаны бензином вместе с системой GDI».

Итак, Тэмми Нил задала интересный вопрос, когда мы обсуждали тему этой статьи. «То, что двигатель Ford был переработан с использованием этой новой технологии, означает ли это, что он действительно устраняет проблемы с GDI?» она спросила.

Это выжидательное предложение с историей неожиданных проблем GDI из-за непредвиденных последствий.

Помните, только потому, что Ford изменил конструкцию своего двигателя, проблемы с двигателем предыдущего поколения не исчезают навсегда на свалках. Двигатели с предыдущими проблемами продолжают поступать в магазины, шипя и все такое, а покупатели надеются на исправление. Вот почему важно оставаться жизнеспособным в решении проблем старения двигателя, включая миллионы EcoBoost.

Рис. 5: Отложения на впускном клапане EcoBoost после пробега 20 000 миль

Более крупные, твердые и покрытые коркой отложения GDI часто требуют профилактического обслуживания для предотвращения разбрызгивания, пропусков зажигания, колебаний и потери объемной эффективности и мощности. Очень важно постоянно напоминать автомобилистам, что профилактическое обслуживание может помочь избежать дорогостоящего ремонта в будущем. В группу риска попадают даже водители автомобилей с небольшим пробегом. Нужны доказательства? Посмотрите на рис. 5, на котором технический бороскоп показывает отложения на впускном клапане EcoBoost всего за 20 000 миль.