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%.

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.

Двигатель с непосредственным впрыском (GDI)

Бензиновый непосредственный впрыск (GDI) представляет собой более совершенную версию многоточечной системы, в которой топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, а не во впускное отверстие. Непосредственный впрыск улучшает эффективность сгорания, увеличивает экономию топлива и снижает выбросы.

Обе системы используют электронные топливные форсунки для впрыска топлива в двигатель, но разница заключается в том, где они впрыскивают топливо. В системах с распределенным впрыском топливо распыляется во впускные отверстия.

В настоящее время используются четыре основных типа систем впрыска топлива: впрыск через дроссельную заслонку, впрыск через порт, последовательный впрыск и непосредственный впрыск. Основным преимуществом технологии прямого впрыска является лучшая экономия топлива для большинства применений и немного большая мощность.

Одна из проблем двигателей GDI связана с наличием мелких частиц масла/грязи, которые могут выдуваться из системы вентиляции картера и оседать на стенках впускного канала и задней части клапана. Углерод прилипает к клапану, потому что топливо не распыляется на заднюю часть клапана, как в системе с распределенным впрыском. Накопление может стать настолько значительным, что кусок может отколоться и повредить каталитический нейтрализатор. Это также может вызвать проблемы с зажиганием.

Некоторые OEM-производители используют впрыск как через порт, так и через цилиндр, чтобы уменьшить накопление углерода, в то время как другие поставщики работают над впрыскивающими насосами высокого давления, которые лучше распыляют топливо, чтобы свести его накопление к минимуму. Но не существует волшебной формулы для предотвращения накопления углерода.

Двигатели с непосредственным впрыском также страдают от состояния, называемого преждевременным зажиганием на низких оборотах (LSPI). LSPI — это аномальное сгорание, вызванное повышенным давлением в цилиндре, характерное для двигателей GDI с турбонаддувом, работающих на низких оборотах с высоким крутящим моментом.

При многоточечном впрыске топливо распыляется по мере того, как оно впрыскивается во впускное отверстие, а затем втягивается в камеру сгорания. Это не самый эффективный метод смешивания и воспламенения топлива, но он все же намного эффективнее карбюратора.

Новые компьютерные технологии позволили производителям перейти на GDI, чтобы обеспечить более точный контроль процесса сгорания и снизить выбросы. Однако мелкие частицы, которые не распыляются, вызывают горячие точки в камере сгорания. OEM-производители и вторичный рынок знают об этом, и даже производители масел работают над решением проблемы.

Компьютер, который сообщает форсункам, когда впрыскивать топливо, управляет обеими системами электронным способом, но основное различие заключается в том, где каждая из них распыляет топливо. Впрыск через порт распыляет топливо во впускные отверстия, где оно смешивается с поступающим воздухом.

Форсунки обычно располагаются в направляющих впускного коллектора. Когда впускной клапан открывается, топливная смесь втягивается в цилиндр двигателя.

При непосредственном впрыске форсунки находятся в головке блока цилиндров и впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания, смешиваясь с нагнетаемым воздухом. Воздухозаборник только подает воздух в камеру сгорания с непосредственным впрыском. Сегодня GDI является ведущей технологией, и в ближайшие годы она будет только улучшаться. Впрыск топлива через порт все еще может иметь место, но в качестве второстепенного фактора для условий низкой скорости.

В этой статье:Предварительное зажигание на низких оборотах, техническое

Что означает GDI? (Отвечено)

Двигателям для работы нужно топливо – это само собой разумеющееся. Но то, как именно они получают это топливо, может принимать разные формы. Бензин с непосредственным впрыском (GDI) — это современный способ подачи топлива в двигатель — подача его непосредственно в камеры сгорания. Первый двигатель с непосредственным впрыском бензина был представлен в 1925 году, и с тех пор они производились в различных формах, но в последние годы они штурмом покорили автомобильный мир!

Но как именно работает GDI и какая разница в том, как работает двигатель? Если вам интересно узнать о бензиновых двигателях с непосредственным впрыском и о том, как они работают, то эта статья для вас — читайте дальше, чтобы узнать все, что вам нужно знать!

Перейти к. ..

• 1 Что означает GDI?
• 2 Как это работает?
• 3 режима зарядки
• 4 Звучат отлично – есть ли недостатки?
• 5 Заключение

Что означает GDI?

Как объяснялось во введении, GDI означает бензин с непосредственным впрыском . Это относительно новая технология в ее нынешних реализациях, но на самом деле она существует уже довольно давно.

В двигателе с непосредственным впрыском бензина бензин подается непосредственно в камеру сгорания двигателя с помощью так называемой системы аккумуляторной рампы высокого давления. Эта система помогает подавать правильную топливно-воздушную смесь намного лучше, чем другие системы впрыска топлива, что означает лучшую топливную экономичность. Мало того, эта система также обеспечивает повышенную выходную мощность без потери дроссельной заслонки. Это также позволяет двигателю иметь более гибкую синхронизацию.

Все это означает, что двигатели с прямым бензиновым двигателем могут предложить существенные улучшения по сравнению с другими типами двигателей с впрыском топлива. Они более экономичны, мощнее и могут работать в самых разных условиях вождения.

Как это работает?

В системе бензинового двигателя с непосредственным впрыском бензин под высоким давлением подается непосредственно в распределительный коллектор. Этот коллектор называется Common Rail. Здесь скапливается топливо под давлением, которое под постоянным и равномерным давлением распределяется по форсункам и клапанам, питающим двигатель топливом. Именно поэтому она и называется аккумуляторной системой высокого давления!

В двигателях, не использующих системы непосредственного впрыска бензина, топливо подается в двигатель с помощью органов управления дроссельной заслонкой или поступает где-то рядом с впускными клапанами двигателя. Распыляясь, он смешивается с воздушным потоком и попадает в камеру сгорания. Однако система прямого впрыска бензина отличается тем, что топливо подается непосредственно в камеру сгорания, а также обеспечивается больший контроль над потоком воздуха.

Когда блок управления двигателем (ECU) автомобиля посылает в систему сигнал о запросе топлива, клапан, регулирующий подачу топлива в камеру сгорания, открывается, направляя топливо под давлением непосредственно в камеру сгорания. Таким образом, аккумулятор является жизненно важной частью поддержания работы этой системы, поскольку он отвечает за поддержание давления бензина, чтобы его можно было правильно впрыскивать в камеру сгорания двигателя.

При правильных сигналах от ЭБУ система непосредственного впрыска бензина также может модулировать топливовоздушную смесь в зависимости от дорожных обстоятельств – например, погоды, давления, температуры. Это важная часть повышения эффективности двигателя.

Режимы заряда

Бензиновый двигатель с прямым приводом работает в разных режимах заряда в зависимости от обстоятельств и сигналов от ЭБУ. Он использует эти режимы, чтобы подавать топливо и воздух в различных соотношениях для различных дорожных условий и ситуаций.

В режиме однородного стехиометрического заряда двигатель работает на смеси топлива и воздуха, которая пытается идеально соответствовать стехиометрическому соотношению, необходимому для идеального сгорания бензина. В этом режиме топливная экономичность слегка повышается, но для многих водителей это не самое главное! Благодаря почти идеальному стехиометрическому соотношению этот режим означает, что двигатель может получить более высокую удельную выходную мощность, а это означает, что ваш двигатель сможет выдавать больше мощности при том же количестве топлива. Это связано с тем, что в идеальных условиях идеальная смесь топлива и воздуха гарантирует, что все топливо будет израсходовано при сгорании, обеспечивая максимальную выходную мощность для каждой крошечной капли бензина.

Другой режим зарядки бензиновых двигателей с непосредственным впрыском называется режимом послойной зарядки. Это также называется режимом обедненной смеси, при котором на каждый впрыск в цилиндр расходуется меньше топлива. Соотношение топлива и воздуха в этом режиме выше. Однако, поскольку бедные смеси могут быть трудно воспламенены свечой зажигания, вокруг свечи зажигания должна быть создана зона с горючей смесью топлива и воздуха, чтобы произошло воспламенение. На последних этапах такта сжатия эта смесь впрыскивается в область вокруг свечи зажигания, чтобы обеспечить сгорание этой бедной смеси.

Более точное управление соотношением воздуха и топлива в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топлива. Обычно существует три соотношения, в которых эта смесь подается в двигатель. Ультра обедненная смесь, при которой для впрыска используется меньше топлива, чтобы снизить общий расход топлива. Стехиометрический, когда система пытается смешать топливо и воздух в идеальном стехиометрическом соотношении. И наконец,. Полная мощность — при которой используется более богатая смесь топлива и воздуха для увеличения мощности, но, возможно, за счет некоторой топливной экономичности.

Отлично звучат – есть ли у них недостатки?

Одним из недостатков бензиновых двигателей с непосредственным впрыском является то, что, поскольку топливо не подается в систему перед цилиндром, очищающее действие, которое топливо может оказывать на распыленные масляные отложения в двигателе, отсутствует.