Двигатели GDI — особенности, преимущества и недостатки
Комментарии: 1 08.04.2021 Двигатели GDI в последнее время получили широкое распространение в автомобилестроении. Аббревиатура переводится как Gasoline Direct Injection. Такие моторы имеют инжекторную систему подачи топлива. Конструкция одного и того же устройства у разных производителей может обозначаться разными символами. Компания Mitsubishi дает название GDI, Volkswagen – FSI, Ford – Ecoboost, Toyota – 4D. При такой системе подачи, топливные форсунки вставляются в головку блока цилиндров, а само распыление происходит в каждую камеру сгорания без прохождения впускного коллектора и клапана. Топливо подается в систему под большим давлением, за что отвечает топливный насос.
Фактически, двигатель GDI с прямым впрыском топлива — это симбиоз дизельного и бензинового мотора. От дизельного агрегата GDI получил систему впрыска и топливный насос высокого давления, а от бензинового — тип горючего и свечи зажигания. Первая компания, которая оснастила автомобили такими двигателями — Mitsubishi. В 1995 году миру был представлен Mitsubishi Galant 1.8 GDI.
Преимущества. Главная особенность двигателей GDI с непосредственным впрыском топлива — возможность работы с несколькими видами смесеобразования. Это неоспоримый плюс в автомобилестроении, так как многообразие и большой выбор обеспечивают лучшую эффективность применения топлива. Если система непосредственного впрыска находится в исправном состоянии, можно получить хорошую экономию топлива без снижения мощности.
Еще один плюс заключается в том, что в моторах GDI есть увеличенная степень сжатия топливной смеси. Это автоматически избавляет установку от калильного зажигания и детонации, что положительно сказывается на ресурсе. Еще одна положительная сторона — снижение выброса в атмосферу углекислого газа и других вредных элементов. Данное явление достигается при помощи многослойного смесеобразования. Заметим, что система GDI в процессе работы может обеспечивать несколько видов смесеобразования — послойное, гомогенное и стехиометрическое гомогенное. Недостатки. Основной минус связан с тем, что система впуска и подачи топлива имеет сложную конструкцию. Двигатель с таким вариантом впрыска очень чувствителен к качеству применяемого топлива. В результате самая актуальная проблема у автомобиля с пробегом — закоксовывание форсунок. Это приводит к потере мощности и увеличению расхода топлива. Второй недостаток — сложность обслуживания и высокая стоимость ремонта. Кроме того, двигатели GDI склонны к образованию нагара во впускном коллекторе и на клапанах при пробеге автомобиля более 100 000 км. Из-за этого автовладельцы вынуждены обращаться в сервис за очисткой. В обслуживании мотор GDI дороже, но рабочие параметры перекрывают все недостатки. Кроме того, на рынке есть средства, которые позволяют продлевать ресурс силового агрегата.
Если вы желаете приобрести автомобиль с таким мотором, следует заранее задуматься об обслуживании. Профилактика будет обходиться гораздо дешевле, чем ремонт. В используемом топливе следует применять очищающие и смазывающие присадки. Если применять средства на постоянной основе, можно избежать загрязнения системы. Итог. Двигатели GDI с прямым впрыском топлива являются гибридом бензинового и дизельного мотора. Они имеют свои преимущества, если правильно подходить к обслуживанию.
Что такое GDI? Особенности и преимущества системы непосредственного впрыска топлива
Чтобы объяснить особенности и достоинства GDI-систем, нужно ненадолго вернуться к теории. Для работы двигателя топливо должно сгорать. Для горения бензин должен смешиваться с воздухом – причем в строго определенной пропорции. Оптимальным считается соотношение воздуха и бензина в пропорции 14,7:1. Более бедная смесь (то есть та, где количество воздуха больше оптимального) хуже загорается. Более богатая (то есть та, где превышено количество бензина) хуже сгорает – то есть оставляет после себя больше вредных выбросов.
Существенная особенность систем с непосредственным впрыском топлива – важная роль электронной начинки в их работе.
Все параметры бензиновой смеси с помощью многочисленных датчиков контролирует электронный блок управления. В зависимости от условий (нагрузки на двигатель, скорости, характера езды и т. д.) он гибко перестраивает работу всей топливной системы, чтобы оптимизировать состав смеси и режим ее подачи.
Какие преимущества дает технология непосредственного впрыска?
Такие двигатели более экономичны, поскольку позволяют точно дозировать количество и состав подаваемого топлива, и отвечают более высоким экологическим стандартам, поскольку позволяют добиться максимально полного сгорания топливовоздушной смеси. Наряду этим их особенностью является повышенная требовательность к качеству бензина. Так, низкокачественное топливо может привести к преждевременному износу форсунок: они забиваются, а разобрать и почистить их невозможно – только заменить на новые. Страдает от него и ТНВД (особенно в старых поколениях двигателей с системой GDI): любые посторонние примеси в составе усиливают абразивный износ его деталей.
Для отечественных автолюбителей качество горючего – вопрос особенно острый. Однако это не повод опасаться автомобилей с системами непосредственного впрыска. Сегодня ремонт GDI-систем вполне доступен – в первую очередь благодаря тому, что ведущие производители – такие, как компания Bosch – выпускают соответствующие запчасти не только для поставки на конвейеры крупнейших европейских и азиатских брендов, но и для рынка постгарантийного обслуживания. Причем речь идет не только о форсунках или насосах высокого давления, но и о мелочах вплоть до комплектов уплотнителей или крепежных элементов. А чтобы ремонтом таких сложных систем занимались подготовленные специалисты и сертифицированные автомастерские, та же Bosch предоставляет все необходимое – от обучающих программ и подробных инструкций в видео- и текстовом формате до наборов инструмента и диагностического оборудования.
Таким образом, системы непосредственного впрыска топлива в автомобилях с бензиновыми двигателями чем дальше, тем больше перестают быть экзотикой на наших дорогах. И это вполне справедливо: преимущества, которые они обеспечивают, достойны того, чтобы ими пользоваться.
Купить машину на автопродаже? Автобазар Украины.
Двигатели GDI: плюсы и минусы
Система непосредственного впрыска топлива (Gasoline Direct Injection (GDI)) — инжекторная система подачи топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива, у которой форсунки расположены в головке блока цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры. Топливо подается под большим давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной системе распределённого впрыска топлива, где впрыск производится во впускной коллектор.
Двигатели более экономичны (до 20 % экономии), отвечают более высоким экологическим стандартам, однако и более требовательны к качеству топлива.
Аббревиатура GDI подразумевает систему впрыска на двигателях Mitsubishi. И первыми применила электронно-управляемый непосредственный впрыск, что позволило применить на некоторых режимах обедненную смесь.
В итоге получается совмещение дизельного и бензинового двигателей в одном. От дизеля GDI унаследовал систему впрыска и насос высокого давления, от бензина – сам тип топлива и свечи зажигания.
В то же время, производители двигателей часто дают системам непосредственного впрыска собственные наименования, например:
• Toyota — D4;
• Mercedes-Benz — CGI;
• Mitsubishi — GDI;
• Nissan — NEO DI;
• Renault — IDE;
• Alfa Romeo — JTS;
• PSA Peugeot Citroën — HPi;
• Mazda — DISI;
• Ford — TwinForce, SCTi, GTDi, в настоящее время используется торговая марка «EcoBoost»;
• Volkswagen, Skoda — FSI, TSI, Audi — TFSI (где «T» означает «турбонаддув»);
• Opel — CDTI (дизель), SIDI (Spark Ignition Direct Injection);
• Honda — I-CDTI.
Преимущества двигателей GDI
• Возможность работы в нескольких видах смесеобразования. Это является плюсом в многообразии и дает максимальную эффективность использования топлива. При исправно работающей системе непосредственного впрыска получается экономия топлива за счет режима работы на обедненной смеси, причем без потери мощности.
• В двигателях GDI присутствует увеличенная степень сжатия топливовоздушной смеси. Это помогает избежать калильного зажигания и детонации, увеличивая ресурс самого двигателя.
• Существенное снижение выброса в атмосферу углекислого газа и других вредных частиц. Достигается за счет многослойного смесеобразования, которое обеспечивает более полное сгорание смеси, что дополнительно влияет на мощность двигателя.
Недостатки (минусы) двигателей GDI
• Сложность системы впуска и подачи топлива. Двигатель GDI становится крайне чувствительным к качеству используемого топлива. В итоге проблема закоксовывания и засорения форсунок становится первоочередной для водителя. Вызывает потерю мощности и увеличение расхода топлива.
Какое масло заливать в двигатель GDI?
В обслуживании двигатель GDI дороже, но рабочие характеристики покрывают данный недостаток. Для двигателей с непосредственным впрыском топлива мы рекомендуем моторное масло Yacco Lube GDI 5W30 .
Примечание: Следует придерживаться рекомендаций завода-изготовителя автомобилей.
Полностью синтетическое масло для современных бензиновых двигателей. Рекомендуется для двигателей автомобилей марок GM, Ford, FCA, Honda, Toyota, Mitsubishi Motors, Subaru и других американских и японских производителей.
Оптимизированный химический состав моющих средств эффективно устраняет эффекта LSPI (также известные как детонация двигателя, которая возникает из-за раннего зажигания на двигателях GDI) работающих на низких скоростях и при высоких нагрузках.
Чем промыть топливную систему двигателя GDI?
Для комплексной промывки топливной системы без демонтажа мы рекомендуем Pro-Tec Valves & Injection Cleaner P2233 . Является уникальным очистителем форсунок и клапанов для всех типов бензиновых двигателей с карбюратором, впрыском и прямым впрыском топлива (FSI, GDI и т.п.).
• Сложность обслуживания и стоимость ремонта, замены деталей и агрегатов топливной системы, поэтому важным моментом является контроль за его состоянием и обслуживанием.
• Выбрасывают большее количество сажевых частиц, чем устройства с впрыском MPI (распределенным, в коллектор), что вынуждает ставить сажевые фильтры в последних поколениях моторов.
• Склонны к нагарообразованию во впускном коллекторе и на клапанах при значительном пробеге.
Что такое GDI?
1995 г. — Разработан первый массовый двигатель GDI (Gasoline Direct Injection) c непосредственным впрыском бензина. Технология «GDI» признана технологией года в Японии, Германии, Англии. Двигатель GDI запущен в серийное производство. Появилась первая серийная модель автомобиля Galant 1.8GDI.
Особенности принципиальной схемы.
Чем же отличается новый двигатель от «обычных»? Чтобы ответить на этот вопрос, придется начать издалека. Известно: для работы двигателя внутреннего сгорания топливо нужно смешать с воздухом в определенной пропорции, причем качество смеси существенно влияет на параметры мотора — его мощность, токсичность выхлопа и т.п. Известно также, что двигатели подразделяют на две категории: с внутренним смесеобразованием (дизели, у которых топливо смешивается с воздухом непосредственно в цилиндре) и с внешним (бензиновые — карбюраторные или с впрыском топлива, где в цилиндр поступает уже готовая топливо-воздушная смесь). Двигатель, получивший обозначение GDI (Gasoline Direct Injection, то есть бензиновый с непосредственным впрыском) как бы перешел в «лагерь» дизелей. У него форсунка также подает топливо в цилиндр, где оно смешивается с воздухом, но зажигание производится с помощью электрической искры.
Но это еще не все особенности данного двигателя. Не погружаясь в дебри аэродинамических процессов смесеобразования, можно сказать, что топливно-воздушная смесь в цилиндре имеет упорядоченную структуру, движется по запрограммированной траектории и имеет разную концентрацию по объему цилиндра: «холодную» у стенок цилиндра и «горячую» в центре в области свечи. Это приоткрывает завесу над тайной работы двигателя на сверх-обедненной смеси: просто-напросто рабочая концентрация создается непосредственно у свечи.
Также, из интересных особенностей можно отметить, что двигатель имеет два топливных насоса. Первый «обычный», который находится в баке и второй насос высокого давления (ТНВД), который приводится механически от двигателя.
Виды впрыска топлива двигателей с GDI
Двигатели 4G93 выпускаются двух типов: для Японии и для Европы. И у них есть различия и, можно сказать, довольно основательные.
И не только по конструкции двигателей, топливного насоса высокого давления, но и в самой системе впрыска топлива. Для Японских существуют всего два вида впрыска топлива на двигателях GDI :
ULTPA LEAN COMBUSTION MODE — режим работы на супер-обедненной топливо-воздушной смеси, приблизительно в соотношениях от 37:1 до 43:1. За «идеальное» соотношение принимается 40:1. В данном режиме двигатель работает на скоростях до 115-125 км/час при условии, что ускорение совершается спокойно и плавно, без резкого нажатия на педаль акселератора. и «выдает» наиболее максимальный крутящий момент на двигатель. Впрыск топлива происходит на такте сжатия, когда поршень еще не дошел до верхней мертвой точки . Топливо впрыскивается компактной струей и, закручиваясь по часовой стрелке, максимально пОлно размешивается воздухом.
SUPERIOR OUTPUT MODE режим работы в стехиометрическом составе топливо-воздушной смеси. Этот режим работы включается на скорости свыше 125 км/час или в том случае, если на двигатель «падает» большая нагрузка (прицеп, затяжной подъем в гору и так далее).
Для автомобилей, которые «европейцы», был добавлен еще один режим – ДВУХ-ступенчатый впрыск топлива под названием: TWO-STAGE MIXING — резкий старт с места или резкое ускорение при обгоне. Это режим двухступенчатого впрыска топлива, когда топливо впрыскивается в цилиндр два раза за четыре такта движения поршня.
Во время первого впрыска топлива на такте впуска состав топливо-воздушной смеси составляет всего такое соотношение, как 60:1. Это «два раза супер-обедненная смесь» и в таком соотношении она никогда не воспламенится и служит, в основном, для того, что бы охладить камеру сгорания, потому что чем ниже будет ее температура, тем больше войдет туда на такте впуска воздуха и, значит, тем больше топлива — соответственно, можно подать туда на втором такте — такте сжатия. То есть, все это придумано только для того, что бы увеличить коэфициент наполнения камеры сгорания
А если конкретно, то на такте сжатия в камере сгорания получается состав топливо-воздушной смеси равный 12:1 (сверх-обогащенная топливо-воздушная смесь).
Все это позволяет получить максимальную мощность. Для сравнения при одних и тех же оборотах, например, RPM 3000, двигатель GDI «выдает» на 10% больше мощности, чем тот же MPI (распределенный впрыск топлива).
Переключение режимов из одного в другой происходит автоматически и практически незаметно для водителя, всем управляет бортовой компьютер.
Есть и еще один режим работы двигателя: STICH F/B это режим работы на составе топливо-воздушной смеси, которая приближается к стехиометрическому, имеет «обратную связь» и может регулироваться «через» датчик кислорода. 😉
Подробно мы его рассматривать не будем. Скажем только, что при длительной работе двигателя GDI на ХХ бортовой компьютер переводит двигатель в режим, который можно условно назвать «продувкой». Обороты двигателя повышаются до 900 (плюс-минус 50) и происходит смена режима работы двигателя, с COMPRESSION ON LEAN на STICH F/B. Нормальным считается, если такой переход происходит примерно один раз в 4 минуты.
Черные свечи на GDI.
Наверняка многие не раз видели и уже привыкли к тому, что свечи на GDI практически всегда «черные».
Внимательно рассмотрев нагар на свече зажигания «от» GDI и отбросив «классические» причины, (несоответствие типа свечи, неправильное зажигания, масло в камере сгорания) можно назвать наиболее предположительную причину «черных» свечей зажигания это неправильный состав топливо-воздушной смеси.
Почему так, ведь за всем следит компьютер? Можно предположить, что «засаживание» свечей зажигания происходит из-за того, что образовавшийся с течением времени черный нагар (сажа) внутри впускного коллектора, ее самые легкие частички, увлекаются потоком воздуха и вместе с ним попадают в камеру сгорания. Вместе с тем, сажа на стенках впускного коллектора изменяет, как форму воздушного потока, так и его единовременный объем, вследствие чего в камере сгорания не создается запрограммированный «воздушный винт» и топливо-воздушная смесь перемешивается «некачественно», из-за чего она сгорает «не по стандарту GDI» и так по кругу в нарастающем порядке.
Свечи — это очень хороший индикатор состояния впускного тракта.
Чистка впускного коллектора поможет замедлить засаживание свечей (простой пример: автомобиль с двигателем GDI, который «с конвейера», может пробежать до 30.000км, и свечи зажигания у него будут «правильные», цвета «кофе с молоком»), но вместе с тем нужно понимать, что засаженный коллектор это не единственная причина. Есть еще клапана, на которых могут нарастать довольно ощутимые отложения, могут забиваться форсунки и не давать правильного распыла топлива.
Из-за особенностей смесеобразования в GDI двигатель не так чувствителен к состоянию свечей. Поэтому до некоторого предела на черный нагар на свечах можно не обращать внимания, но до известных пределов. Больше 15-20тыс на одном комплекте, наверное, ездить не стоит.
Известные и наиболее распространенные свечи зажигания для двигателей GDI:
Иридиевые IZFR6B (ориентировочная стоимость 30-35 долл за свечу)
Платиновые PZFR6B (ориентировочная стоимость 25 долл за свечу). Оригинальный партнумбер MD336367.
Обычные двухконтактные BKR6EKUC (ориентировочная стоимость 20 долл за комплект) – по опыту эксплуатации наиболее оправданный вариант с точки зрения ходимости/цены. Могут поставляться в оригинальной упаковке с партнумбером MD355067.
Заметной разницы в динамике авто не замечено, срок службы одинаков. так зачем платить больше?!
Нюансы непосредственного впрыска
Чтобы реализовать все теоретические преимущества непосредственного впрыска, японцам пришлось разработать днище поршня уникальной формы, которое направляет топливный «факел» прямо к свече зажигания, повысить давление бензина в системе с обычных 3 бар до 50 бар, организовать в головке блока прямые вертикальные впускные каналы для эффективного завихрения воздуха в цилиндре…
Пришлось решать и проблемы с токсичностью. Дело в том, что при сгорании сверхобедненной смеси резко возрастает выделение ядовитых окислов азота NOx. Чтобы очистить выхлоп двигателей GDI до норм Euro 3, японцы разработали усовершенствованныекаталитические нейтрализаторы. Но их рабочий слой поначалу был слишком чувствительным к примесям серы, допустимое содержание которой в европейском бензине в 5 раз выше, нежели в японском топливе (а в США серы в бензине еще больше). Однако со временем проблема была решена — снизить эффективность очистки NOx нейтрализаторы моторов GDI могут разве что на российском особо высокосернистом бензине.
Кстати, те двигатели GDI, которые продаются в Европе, вдобавок к двум основным режимам работы имеют и третий. Под высокой нагрузкой на малых оборотах (разгон на высших передачах с 40—50 км/ч) бензин впрыскивается в цилиндры дважды — и во время впуска, и в конце такта сжатия. Мотор при этом питается обогащенной смесью (соотношение воздух/топливо — 12:1), что повышает эластичность мотора и крутящий момент на низких оборотах.