Что такое двигатель GDI

Принцип работы

Принцип работы любого двигателя внутреннего сгорания основывается на том, что подаётся топливо и смешивается с воздухом, образуя топливовоздушную смесь. Без участия воздуха или кислорода воспламенение смеси является невозможным.

Для оптимальной работы бензинового силового агрегата требуется приготовление смеси в соотношении 14,7 к 1. То есть на 14,7 грамм воздуха необходим 1 грамм топлива. Если количество воздуха превышает указанную норму, смесь считают обеднённой. Если же воздуха меньше, тогда смесь богатая.

За счёт работы двигателя на обеднённой смеси удаётся заметно снизить расход топлива. Но поскольку в ней достаточно мало самого топлива, воспламенять подобную субстанцию сложнее. Из-за невозможности воспламенить смесь появляются проблемы.

А вот перенасыщенная топливом смесь воспламеняется очень легко. Но при этом бензин выгорает не полностью, и несгоревшая часть выходит вместе с выхлопом. Отсюда перерасход горючего и нерациональное использование бензина. Дополнительно обогащённая смесь способствует накоплению нагара на клапанах двигателя и свечах зажигания.

Учитывая все эти моменты, можно разобраться с принципом работы GDI двигателей и понять их отличительные особенности. Конструктивное отличие заключается в том, что здесь предусматривается впрыск не напрямую во впускной коллектор, как это происходит на обычных инжекторных бензиновых моторах, а непосредственно в камеру сгорания. Этот принцип позаимствован у дизельных моторов.

Работу GDI можно описать следующим образом:

1. Бензин поступает внутрь камеры сгорания под воздействием высокого давления. При этом сам поток характеризуется закрученностью своей формы, что достигается за счёт применения специальных форсунок. Они отличаются от обычных своим строением.
2. Поток топлива под высоким давлением встречает сопротивление со стороны поршня. Происходит столкновение. Это позволяет части горючего как бы остаться на поверхности поршня. Остальное количество бензина продолжает двигаться дальше, создавая силу трения и обретая определённую форму.
3. Затем происходит загиб потока и уход от поршня с параллельным увеличением скорости. Часть частиц движется медленнее, и они начинают расходиться по сторонам, тем самым разделяя поток.
4. В итоге внутри камеры сгорания формируется одновременно два участка с топливовоздушной смесью. Посередине располагается зона с обычной легковоспламеняемой смесью, а вокруг находится обеднённая субстанция.
5. Завершается цикл воспламенением, которое образуется за счёт работы свечи зажигания, позаимствованной у инжекторного бензинового двигателя. Сначала загорается участок со стандартной смесью, а потом сгорает обеднённое топливо с воздухом.

Чтобы создать такие условия, весь процесс управляется специальным сложным электронным блоком, имеющим специальное программное обеспечение, способное осуществлять несколько разных циклов работы.

В конструкции задействованы вихревые форсунки. Именно с их помощью удаётся подавать внутрь камеры смесь, которая напоминает по своей консистенции мелкодисперсный туман.

https://www.youtube.com/watch?v=62F4rCSCkgE

Если в классическом или стандартном понимании смесь топлива и воздуха имеет соотношение 1 к 14,7, то GDI при работе под малыми нагрузками использует смесь в пропорциях 1 к 20. Это позволяет добиваться хороших экономических показателей по расходу топлива.

Двигатель 4G93 GDI

О нем стоит рассказать отдельно. Что это за мотор? 4G93 – это двухлитровый четырехцилиндровый агрегат, серийно производящийся на протяжении 20 лет. Максимальная мощность в зависимости от модификаций – от 160 до 215 лошадиных сил. Изначально он был карбюраторным, а затем инжекторным. В начале 2000-х этот двигатель оснастили непосредственным впрыском. Агрегат имеет двухвальную головку блока с ременным приводом ГРМ. Также мотор оснащен гидрокомпенсаторами.

Как отмечают отзывы, двигатель GDI «Митсубиси» может иметь проблемы с насосами. Их всего два. Это топливный насос низкого и высокого давления. Зачастую проблемы возникают именно с последним. Так, ТНВД забивается твердыми частицами, что находятся в топливе. В итоге машина глохнет при нажатии на педаль газа и при любых попытках разогнаться. При этом на холостых оборотах двигатели «Мицубиси» GDI могут вести себя нормально. В такой ситуации требуется детальная диагностика и чистка элементов насоса.

Среди прочих проблем данного мотора стоит отметить:

• Проблемы с клапаном рециркуляции газов. Впускной коллектор на этом двигателе требует регулярной чистки.
• Залив свечей зажигания. Это происходит в сильные морозы при попытке запуска двигателя «на холодную».
• Стук двигателя. Такое происходит по причине неисправных гидрокомпенсаторов. Из-за этого зазор клапанов не соответствует норме.

Основные преимущества

Изучив плюсы и минусы двигателей GDI, можно сделать некоторые выводы относительно этих силовых установок и используемой системы подачи топлива.

Все свои ключевые преимущества мотор получает именно от возможности работать на более бедной смеси при малых и средних нагрузках. Изменение соотношения топлива и воздуха позволяет сократить количество потребляемого топлива. Как показали исследования, в городском цикле при длительной работе на примерно одинаковых оборотах расход падает на 20-25%. Но аналогичных преимуществ на трассе, когда повышается скорость и нагрузка на двигатель, GDI уже не получает. Здесь расход остаётся на уровне обычных инжекторных систем.

Ещё одним достоинством считается процесс смесеобразования, происходящий внутри камеры сгорания. Любой специалист по ремонту и обслуживанию двигателей скажет, что процесс сгорания в цилиндрах всегда происходит неравномерно. Большее количество горючего сгорает около свечи. А вот на дальних участках горючее может не догорать, в результате чего остатки выходят через выхлопную систему.

GDI лишены этого недостатка, как и современные моторы типа TSI. Здесь используется технология послойного впрыска. В результате это позволяет за 1 такт впрыскивать до 5 порций топлива, формирующие неоднородную смесь в цилиндрах, учитывая конкретные особенности горения. Это помогает снижать расход, уменьшать токсичность выделяемого выхлопа, а также поддерживать стабильность на малых и средних оборотах двигателя.

Особый процесс образования смеси формирует ещё одно преимущество, которое выражается в виде увеличения показателей мощности и тяги. Прирост этих параметров составляет около 10-15%.

Дополнительно GDI характеризуются меньшим количеством образующегося нагара, что автоматически продлевает срок службы множества составляющих двигателя. При грамотной эксплуатации масло также сохраняет свои свойства вплоть до предусмотренного производителем срока замены.

Соблюдая все правила и условия эксплуатации, снижается вероятность возникновения серьёзных неисправностей, что положительно сказывается на долговечности двигателя и уменьшении финансовых затрат на эксплуатацию автомобиля, оснащённого 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;

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. Днище поршня имеет особую форму для направления факела распыла на свечу зажигания, ГБЦ получила вертикальные прямые впускные каналы, что позволяет «закручивать» воздух в цилиндрах двигателя. Благодаря такому устройству топливно-воздушная рабочая смесь в GDI движется по строго заданной траектории.

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.

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.

Проблемы и неисправности

В действительности практически все проблемы, которые имеет двигатель GDI, связаны именно с вопросом чувствительности по отношению к низкокачественному бензину. Такая особенность приводит к появлению различных поломок и неисправностей.

Как показывает опыт автовладельцев, на моторах GDI начинают чернеть и выходить из строя свечи зажигания. Топливная система не любит, когда внутрь попадает вода, разные механические примеси и твёрдые минеральные частицы.

Также появляется нагар на поверхностях клапанов и впускных коллекторов. В итоге меняется процесс образования смеси, что обусловлено нарушением траектории перемещения потоков внутри цилиндра. Всё это приводит к снижению мощности и возникновению перебоев.

Чтобы не спровоцировать подобные неисправности, и обеспечить мотору GDI длительную и эффективную работу, рекомендуется выполнять некоторые профилактические мероприятия. Сводятся они к соблюдению следующих правил:

1. Свечи рекомендуется менять ещё до возникновения неисправностей. В наших условиях эксплуатации оптимальным межсервисным периодом считается 10-20 тысяч километров.
2. Дополнительно рекомендуется очищать впускной коллектор от накапливающегося нагара и сажи. Делается это не реже чем 1 раз на каждые 25-30 тысяч километров.
3. Обязательно следите за состоянием инжекторов, проверяйте качество распыления топлива и очищайте форсунки.

Учитывая имеющиеся недостатки, вряд ли стоит говорить о том, что при эксплуатации GDI крайне важно посещать только проверенные и хорошо зарекомендовавшие себя автозаправочные станции, предлагающие максимально качественное, чистое и неразбавленное топливо

Прогрессивность GDI

• Выпускаемые в Японии агрегаты располагают режимом Ultpa Lean Combustion Mode, разрешающим использовать супер-обедненную смесь в пропорции 37-41:1. Этот режим задействуется до достижения порога в 115-120 км/ч если нет резких изменений нагрузки и обеспечивается постепенное наращивание скорости. Впрыск осуществляется спиральной струей по ходу стрелки часов.
• Стехиометрический режим Superior Output Mode используется, когда стрелка показывает 125 км/ч и более, автомобиль преодолевает затяжной подъем или же буксирует прицеп.
• В режиме Stich F/B состав рабочей смеси очень похож на характерный для стехиометрического. Технология имеет свои подрежимы, в одном из которых (Closed loop) воздушно-бензиновый баланс определяется показаниями кислородного датчика, в другом же (Open loop) — сенсоры на состав топливной смеси не влияют.
• В двигателях GDI европейского образца есть еще одно усовершенствование – Two-Stage Mixing, – обеспечивающее эффективный двухступенчатый бензиновый впрыск в момент резкого старта либо стремительного обгона. Технология подразумевает двукратный впрыск в течение четырехтактного цикла. На впуске в цилиндр попадает двукратно супер-обедненная смесь, но она не воспламеняется и содействует преимущественно охлаждению камеры. А в момент сжатия подается уже сверх-обогащенная смесь, в пропорции воздуха и горючего 12:1, так коэффициент заполняемости камеры повышается и двигатель показывает предельную мощность.

Преимущества

Итак, давайте рассмотрим плюсы данных силовых агрегатов:

• Экономия топлива. Эта характеристика достигается за счет образования более бедной смеси, о чем говорилось выше. Так, при отсутствии нагрузок двигатель работает на бедной смеси. Однако, когда нужно использовать весь потенциал, состав ее меняется на нормальный. За счет двухступенчатой подачи топлива машина экономит порядка 25 процентов на холостых оборотах. Если брать обычную езду, то такой мотор будет расходовать примерно на 10 процентов меньше топлива, нежели тот, что оснащен распределенным впрыском.
• Правильное горение топлива. Специалисты отмечают, что наиболее качественное воспламенение и горение смеси будет в том случае, если топливо находится в непосредственной близости к свече. Так, в цилиндрах бензин сгорает полностью, и отдача от этого максимальная. Также стоит отметить технологию послойного непосредственного впрыска FSI. Она применяется на автомобилях марки «Фольксваген». Впоследствии эту технологию подхватили и другие производители, в том числе и «Киа». Двигатели GDI корейского производства отличаются высокой производительностью и имеют широкую полку крутящего момента, чего нет у простых инжекторных моторов.
• Меньшая токсичность выхлопа. Эта характеристика тесно связана с двумя предыдущими. Отзывы специалистов говорят, что моторы с непосредственным впрыском выбрасывают намного меньше вредных веществ, нежели их аналоги (особенно на холостых оборотах).
• Мощность. Благодаря более правильному горению с одного и того же объема инженерам удалось снять на 10 процентов больше мощности, нежели от ДВС с распределенным впрыском. Также моторы GDI отличается более высокой степенью сжатия. Это положительно сказывается на крутящем моменте.
• Меньшее количество нагара. Как отмечают отзывы, при работе данные моторы не выделяют существенный нагар. Масляные каналы не закупориваются продуктами сгорания. Соответственно, служат эти двигатели дольше простых инжекторных. Также на моторах GDI более чистое масло.

Но не все так гладко, как кажется. У этих двигателей есть свои недостатки, о которых обязательно стоит поговорить.

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.

Недостатки системы GDI

Сложная система впуска принципиально схожа с дизельной силовой установкой в состав которой входит также ТНВД. Использование подобных устройств приводит к тому, что система GDI делается очень восприимчивой к качеству горючего. Минусы заключаются в возможных частых сбоях работы мотора, особенно при заправке топливом низкого качества.

GDI-двигатели плохо поддаются ремонту, по сравнению с устройствами со стандартным распределением впрыскивания топлива. Недостаток также заключается в малой распространенности запасных частей к подобным двигателям, их ожидание может занимать до 2-3 недель.

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.

Отличительные особенности

Чтобы понять разницу между GDI и обычными системами впрыска, нужно рассмотреть отличительные характеристики этого двигателя. Так удастся узнать ключевые моменты касательно бензинового мотора с непосредственным впрыском.

Процесс впрыска осуществляется под давлением, которое имеет параметры от 50 атмосфер и более. В классических системах инжекторных моторов давление составляет около 3 атмосфер. Такая подача позволяет создавать мелкодисперсный туман при распылении.
Существуют некоторые конструктивные отличия, связанные с дроссельной заслонкой. В моторах типа GDI её устанавливают немного дальше.
Топливо подаётся непосредственно в сам рабочий цилиндр, где формируется смесь из горючего и воздуха. А на обычных моторах подача происходит через впускной коллектор, необходимый также и для создания топливовоздушной смеси.
В конструкции поршней предусмотрены углубления сферической формы. За счет него становится возможным создание завихрений и управление пламенем при возгорании. Дополнительно выемка нужна для контроля создания смеси, регулируя необходимый объём воздуха и горючего при их соединении в смесь.
GDI позволяют создавать очень бедные смеси. На современных двигателях встречается возможность эффективной работы даже на смеси, пропорции которой составляют до 43 к 1. Это при том, что для классических топливных систем характерно соотношение 14 к 1.
В ГБЦ устанавливаются специальные вихревые форсунки. С их помощью можно создавать потоки закрученной формы. В итоге движение потока осуществляется по строго заданному направлению и траектории.
Для GDI двигателей характерна возможность работы в 2 разных режимах. Это обычный, как у стандартного инжектора, и обеднённый. Причём переход от одного режима к другому происходит в автоматическом режиме. Когда на двигатель увеличивают нагрузку, то есть начинают двигаться с большей скоростью, подаётся обогащённая смесь. В спокойном режиме сгорает обеднённая смесь, за счёт чего экономится топливо.
В составе такого мотора обязательное участие принимает ТНВД

Причём топливному насосу высокого давления удаляют особое внимание, поскольку он выступает как ключевой элемент в работе системы непосредственного впрыска на GDI и ему подобных. Насос влияет на качество функционирования силовой установки и всю его работоспособность.

Всё выглядит очень интересно и привлекательно с позиции потенциального покупателя автомобиля с таким двигателем. Но для объективности нужно рассмотреть сильные и слабые стороны GDI мотора. Это позволит в полной мере оценить возможности двигателя с учётом всех имеющихся недостатков. И тогда станет ясно, стоит покупать такой автомобиль или нет.

Особенности устройства

Уже было примерно рассказано, что же такое двигатели GDI и в чём их ключевая особенность. Но это не позволяет в полной мере понять суть мотора и особенности его устройства.

Исходя из расшифровки, вы поняли, что значит двигатель GDI и что в моторе используется комбинированная система, характерная для бензиновых и дизельных ДВС. Это своего рода смесь двух разных моторов, что означает получение определённого преимущества перед конкурентами.

Не совсем очевидно для некоторых автомобилистов, что такое двигатель GDI и в чём его особенность на практике. Ключевым нюансом можно назвать факт работы на обеднённой смеси, образующейся в движке при небольших нагрузках. К ним относят равномерную езду со скоростью не более 120 километров в час. Но когда нагрузка повышается, система автоматически переходит на работу классической системы впрыска. Тем самым удаётся добиться лучших показателей экологичности и экономичности, что для многих становится решающим фактором при выборе.

Ещё стоит заметить, что в настоящее время выпускаются турбо версии GDI, которые дополнительно получили в своей конструкции турбонагнетатель. С его помощью удалось повысить мощность и производительность, но параллельно сохранить способность расходовать небольшое количество топлива в сравнении с конкурентами. А что такое турбо в движке, наверняка знает каждый. Двигатель GDI в пару с турбокомпрессором позволяет получить превосходный результат.

Среди автолюбителей существует устойчивое мнение, что первыми производителями моторов типа GDI является японская компания Mitsubishi. Но в действительности это не так. Первый двигатель с подобной системой комбинированного впрыска устанавливали на гоночную версию немецкого автомобиля W196 производства компании Mercedes.

Через некоторое время в японской компании задействовали систему впрыска, основанную на электронном управлении. Тем самым им удалось добиться образования обеднённой топливовоздушной смеси при работе мотора на малых нагрузках.

Впервые автомобили производства Mitsubishi с моторами GDI появились в продаже только в 1996 году. С того времени двигатели прошли через целый ряд изменений и модернизаций, поскольку первые образцы обладали широким перечнем недочётов.

Справедливости ради нужно добавить, что сама аббревиатура GDI используется именно японским автопроизводителем Mitsubishi. В арсенале других компаний также есть моторы с аналогичной системой, только выпускают они их с иными маркировками. Французский автоконцерн Renault использует понятие IDE, у Mercedes это CGI, а машины от компании Toyota могут оснащаться двигателями D4.

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:

1. ultra lean combustion mode;
2. 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.

Конструкция двигателя серии Gamma

Двигатель бензиновый, четырехтактный, четырехцилиндровый, рядный, шестнадцатиклапанный, с двумя распределительными валами.

В верхней части головки блока цилиндров установлены два распределительных вала. Один вал приводит впускные клапаны газораспределительного механизма, а другой — выпускные. Особенностью конструкции распределительного вала является то, что кулачки напрессованы на трубчатый вал. Клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала через цилиндрические толкатели. Привод распределительных валов — цепью от звездочки на носке коленчатого вала. Использован гидромеханический натяжитель цепи. На двигателях разных поколений применяется система регулирования фаз газораспределения, то есть изменения момента открытия и закрытия клапанов. У двигателей поколения Gamma I происходило изменение положения распределительного вала впускных клапанов, а на втором поколении – на обоих распределительных валах.

Система питания двигателя – распределенный впрыск топлива. На каждой свече установлена индивидуальная катушка зажигания.

Принцип работы

Теперь подробно рассмотрим, как работает данный тип двигателей.

По своей конструкции GDI схож с бензиновыми и дизельными моторами. Если брать цилиндр в отдельности, то он в себя включает форсунку, свечу зажигания. Благодаря форсунке горючее поступает в двух режимах.

В работе двигателя существует несколько режимов, которые напрямую зависят от многих показателей: скорости, темпа езды, эксплуатации автомобиля. Первый режим — работа на сверхбедных смесях.  Автомобиль едет спокойно, скорость не превышает 120 км/ч.

В результате этого режима на выходе получаем устойчивость, надежность работы двигателя. Второй режим — работа на стехиометрической смеси. Тут уже рассматривается интенсивное движение, езда на высоких скоростях.

Третий режим производит уже сама система управления Gasoline Direct Injection, когда машина двигается с маленькой скоростью, а затем резко вжимаете газ. Здесь происходит повышение момента двигателя.

Что в итоге? А то, что при первом режиме мотор будет работать устойчивей. Мощности будет выдавать больше, топлива расходовать меньше. Этот режим наиболее экологический, по сравнению с другими бензиновыми агрегатами.

Поделитесь информацией с друзьями:

Сгорание ультрабедной смеси

В обычных двигателях МРI существовали пределы обеднения смеси из-за больших вариаций характеристик сгорания. Однако стратифицированная смесь в двигателе GDI позволила значительно уменьшить воздушно-топливное отношение, не приводя к худшему сгоранию. Например, в период холостого хода, когда сгорание является наименее активным и непостоянным, двигатель GDI поддерживает устойчивое и быстрое сгорание даже чрезвычайно бедной смеси с отношением «воздух-топливо» 40:1 (55:1 с включением режима EGR). На рисунке показана разница в работе между GDI и обычной многоточечной системой впрыска.

Подведем итог

Я являюсь противником технологии прямого впрыска бензина. Да, эти моторы экономичнее обычных инжекторных ДВС, более мощные и эффективные. Но они более капризные и дорогие в обслуживании. Залили плохое топливо – выкинул форсунки или ТНВД. Чаще засераются впускные клапаны и коллектор – перебои в работе силового агрегата и потеря мощности. Надо чаще чистить, а это лишние затраты.

Многие говорят: «Двигатели джидай дают вам деньги в долг своей экономичностью и производительностью». То есть, приходит время ТО, и вы их ему возвращаете сполна.

Поэтому, выводу делайте сами. Я для себя их сделал – лучше купить автомобиль с распределенным впрыском бензина, чем с GDI мотором. Это сэкономит мне нервы, время и деньги на обслуживание и ремонт топливной системы.