Что такое система GDI двигателя автомобиля и как работает

Чтобы объяснить принцип работы двигателя автомобиля GDI с непосредственным впрыском необходимо для начала рассмотреть теорию работы двигателей.

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».

Если хотим сделать бензиновый мотор экономичным, «эластичным» и более мощным, то должны избавиться от детонации и научить «питаться» бедной смесью.

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.

В результате, наиболее обогащенное топливом облако оказывается 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

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.

В итоге степень сжатия удалось поднять до 12 — 12,5. Двигатель автомобиля устойчиво работает на бедной смеси. По сравнению с бензиновым двигателем, GDI расходует на 10% меньше горючего, выдает на 10% больше мощности и экологичнее на 20%.

Двигатель GDI – что это такое и чем он хорош?

Двигатель GDI — пожалуй, одна из наиболее обсуждаемых тем на автомобильных форумах. Пик дискуссий совпал с началом 2000-х, когда на российском вторичном рынке появились японские авто с незнакомым индексом в наименовании модели. Счастливые покупатели столкнулись с неизвестными до этого проблемами системы питания.

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.

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.

Прямой впрыск Против.

Обычный впрыск – почему GDI является заметным улучшением двигателя? – Engineerine

11 октября 2022 г. 18 августа 2021 г. Абед Серхан

Содержание

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 непосредственный 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, выпускаемых 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 с GDI требуют обслуживания каждые пробега от 20 до 40 000 миль , надлежащее техническое обслуживание 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 моющими средствами Для поддержания деталей двигателя в чистоте и без отложений.
• Используйте чистку топливной системы, чтобы поддерживать систему GDi в хорошем рабочем состоянии.

голосов

Рейтинг статьи

INNOSPEC » Понимание различий в двигателях PFI и GDI

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания прошли долгий путь с тех пор, как Луиджи де Кристофорис впервые изобрел карбюратор в 1876 году. основная технология, используемая в автомобилях с бензиновым двигателем 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 появились двигатели 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.

Что такое двигатели PFI?

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.

Автомобили с двигателями GDI и PFI зависят от технологии впрыска топлива. Эта технология быстро развивается, и по сравнению с нынешним бензиновым непосредственным впрыском, также известным как технология двигателей GDI, двигатели PFI не так экономичны и не способны соответствовать современным все более строгим стандартам выбросов.

Взгляните на нашу схему двигателя PFI здесь или, если вы хотите узнать больше, свяжитесь с нами здесь.

Copyright 2021. Innospec Inc.

Что такое двигатели GDI?

В бензиновом двигателе GDI топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, а не во впускное отверстие. Преимущество этой системы технологии впрыска топлива заключается в том, что топливо используется более эффективно. Без необходимости закачки топлива во впускной канал значительно снижаются механические и насосные потери.

В двигателях 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 в двигателях GDI составляет <20 мкм по сравнению с размером капель двигателя PFI от 120 до 200 мкм.

Взгляните на нашу схему двигателя GDI здесь или, если вы хотите узнать больше, свяжитесь с нами здесь.

Copyright 2021. Innospec Inc.

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 на слишком богатой смеси (слишком много топлива) или слишком бедной (слишком мало топлива), и сразу же соответствующим образом регулирует ширину импульса форсунки (IPW).

Последнее поколение бензиновых двигателей GDI представляет собой сложные машины, которые работают с очень жесткими допусками. Для повышения топливной экономичности и снижения выбросов в технологии впрыска топлива GDI используются прецизионные компоненты, работающие в условиях высокого давления.

Совет по очистке двигателя GDI?
Поддержание чистоты системы форсунок имеет решающее значение для работы двигателя.

Химия присадок к топливу основана на понимании того, как работают различные типы двигателей GDI и двигателей PFI. В течение многих лет Innospec адаптировала и разрабатывала свои пакеты присадок к топливу, чтобы они соответствовали требованиям новейшей технологии впрыска топлива в двигатель. Ключевым моментом в этом процессе является понимание инженерной мысли, лежащей в основе различных конструкций двигателей.