Двигун GDI (Gasoline Direct Injection) — бензиновий силовий агрегат з прямим (безпосереднім) уприскуванням палива. Мотори з абревіатурою GDI виробляються японськими компаніями Mitsubishi, Toyota, Nissan, корейськими автовиробниками, а також фірмою Bosh.
Рекомендуємо також прочитати статтю про те, що таке двигун TSI. З цієї статті ви дізнаєтеся про особливості, плюси і мінуси моторів даного типу.
Ідея побудови двигуна з безпосереднім уприскуванням палива в циліндри народилася досить давно, при цьому масовий GDI вперше був представлений тільки в 1995 році. Мотори з технологією GDI в більшості зустрічаються на автомобілях марки Mitsubishi. Перовою моделлю з таким силовим агрегатом стала модель Mitsubishi Galant, яка отримала силову установку 1.8 GDI.
Особливості та відмінності моторів GDI
Принцип роботи двигуна GDI являє собою своєрідний «симбіоз» звичних бензинових і дизельних ДВС. Почнемо з того, що для нормальної роботи будь-якого двигуна внутрішнього згоряння в циліндри необхідно подати так звану паливно-повітряну суміш. Іншими словами, певна частина пального змішується в необхідній пропорції до частини повітря стосовно різних режимів роботи двигуна. Від складу суміші безпосередньо залежить потужність двигуна, ККД, економічність, екологічність і ряд інших характеристик.
Більшість бензинових і дизельних двигунів сьогодні:
- мотори з зовнішнім сумішоутворенням. До таких належать застарілі карбюраторні агрегати на бензині і сучасні атмосферні, компресорні або турбовані інжекторні бензинові мотори. У таких двигунах процес приготування паливно-повітряної суміші відбувається окремо (у впускному колекторі), після чого готовий заряд надходить в циліндри і запалюється від свічки системи запалювання;
- двигуни з внутрішнім сумішоутворенням. Даний тип агрегатів представлений дизельними моторами, в яких порція дизпалива подається безпосередньо в циліндри і змішується з уже наявними там повітрям. Займання заряду походить від контакту подається солярки з розігрітим від стиснення об’ємом повітря, тобто без участі зовнішнього джерела займання;
Двигун GDI являє собою бензиновий мотор, в якому процес сумішоутворення аналогічний дизельному, тобто паливо впорскується прямо в циліндри, де відбувається змішування з поданням раніше повітрям. При цьому отримана паливно-повітряна суміш запалюється в циліндрі за допомогою іскри від свічки запалювання.
Якщо сказати інакше, повітря надходить у двигун окремо, форсунка GDI здійснює безпосереднє уприскування палива в циліндр, потім відбувається перемішування компонентів, після чого підпал суміші здійснює електрична іскра свічки запалювання. Слід додати, що під час такого сумішоутворення конструкторами враховується ряд аеродинамічних особливостей для отримання оптимально упорядкованого складу суміші. З цієї причини конструкція поршня і камери згоряння істотно відрізняється від аналогів в двигунах із зовнішнім сумішоутворенням, а також форкамерних ДВС. Днище поршня має особливу форму для направлення факела розпилу на свічку запалювання, ГБЦ отримала вертикальні прямі впускні канали, що дозволяє «закручувати» повітря в циліндрах двигуна. Завдяки такому пристрою паливно-повітряна робоча суміш в GDI рухається по строго заданої траєкторії.
Більш того, склад суміші відрізняється в різних ділянках загального обсягу циліндра. В результаті подібних рішень двигуни лінійки GDI здатні працювати на сильно збідненої суміші, яка була б придатна для роботи звичайного бензинового мотора. Необхідна для займання від іскри співвідношення палива і повітря концентрується в циліндрі GDI в області розташування свічки запалювання, в той час як за умовними «краях» циліндра суміш залишається максимально збідненої.
Рекомендуємо також прочитати статтю про те, що таке двигун TDI. З цієї статті ви дізнаєтеся про особливості конструкції, переваги та недоліки агрегатів даного типу.
Ще однією особливістю двигуна GDI є наявність двох паливних насосів:
- звичний електробензонасос в паливному баку;
- паливний насос високого тиску (ТНВД) з механічним приводом від ДВС;
Дане рішення також є аналогом принципу подачі палива в дизельному двигуні. У моторах GDI тиск упорскування становить близько 50 бар, в той час як в звичайних бензинових ДВС близько 3 бар.
Уприскування палива і різновиди GDI
Мотори GDI мають цілий ряд конструктивних відмінностей, завдяки чому їх можна розділити на дві групи:
- для внутрішнього японського ринку;
- для європейських ринків;
Відрізняються такі агрегати по конструкції самого мотора, за особливостями виконання ТНВД і по влаштуванню системи паливного вприскування. Версії для Японії мають два основні режими вприскування палива GDI:
- ultra lean combustion mode;
- superior output mode;
Перший режим передбачає роботу мотора на сверхобедненной суміші, яка має співвідношення 37: 1-43: 1. Такий режим роботи підтримується ЕБУ на помірних швидкостях до 110-120 км / год. з урахуванням плавного розгону, тобто без різких натискань на педаль газу. У зазначеному режимі двигун GDI забезпечує максимальний показник крутного моменту. Форсунки впорскують пальне в той момент, коли поршень знаходиться на такті стиснення і не дійшов до ВМТ. Подача палива інжектором в цьому випадку відбувається у вигляді однорідної струменя, після відбувається завихрення потоку за годинниковою стрілкою для найкращого змішування з повітрям в циліндрі.
У другому режимі передбачається стехіометричний склад суміші палива і повітря. Зазначений режим роботи активується в тому випадку, якщо мотор знаходиться під навантаженням (рух на високій швидкості, буксирування причепа, їзда в гору і т.п.)
У версіях для Європи мотор GDI отримав додатковий режим two-stage mixing. Зазначений режим розрахований на активний розгін з місця або необхідність різкого прискорення при обгоні. У такому режимі паливо виприсківает в циліндри східчасто (в два етапи за 4 такту).
На такті впуску в цьому режимі відбувається перший уприскування, результатом якого стає максимально збіднена суміш в циліндрі з співвідношенням близько 60: 1. Дана суміш не розрахована на займання. Головним завданням є ефективне охолодження камери згоряння, так як в охолоджену камеру можна буде подати більший об’єм повітря і палива на такті стиснення. Іншими словами, дане рішення дозволяє поліпшити наповнення циліндрів. Потім на такті стиснення відбувається другий уприскування, після якого складу суміші вже становить 12: 1, тобто робоча суміш стає максимально збагаченої.
В результаті циліндри ефективно наповнюються і двигун віддає максимально доступну потужність. У порівнянні з моторами, які мають розподілене уприскування, GDI виявляється на 10% могутніше. В результаті європейські версії GDI більш еластичні і здатні віддавати більше крутного моменту на «низах» при необхідності різко прискоритися під час руху на швидкості 30-60 км / год.
Також слід зазначити особливий режим двигуна GDI під назвою stich F / B. Зазначений режим роботи передбачає найбільш наближений до стехіометричного складу паливно-повітряної суміші, а також ділиться на два підрежиму: closed loop і open loop.
У першому випадку склад суміші регулюється на основі показань кисневого датчика, в другому покази датчика не впливають на склад суміші палива і повітря. Дана особливість є відмінністю GDI від інших моторів під час роботи на холостому ходу. ЕБУ двигуном динамічно змінює режими compression on lean і stich F / B під час роботи мотора на холостих обертах, умовно продуваючи циліндри. Особливістю є підвищення холостих обертів двигуна до 900-950 об / хв. в момент переходу між зазначеними режимами. Зазначена зміна режимів роботи GDI в нормі повинна відбуватися 1 раз в 4 хв. Всі режими перемикаються під управлінням ЕБУ. Якщо говорити про комфорт водія, зміна режимів і зміни в роботі мотора практично не відчуваються.
Що стосується токсичності GDI, японські інженери розробили спеціальні каталізатори для моторів, які працюють на сильно збідненої суміші. В результаті рівень окислів азоту в вихлопі такого двигуна вклався в рамки Євро-3. Варто відзначити, що високий вміст сірки, яка зазначена у вітчизняному бензині, швидко виводить каталітичні нейтралізатори з ладу.
Несправності і проблеми моторів GDI
Головною проблемою моторів даного типу є підвищена чутливість до якості палива, а також до будь-яких чинників і поломок, здатним вплинути на якість сумішоутворення.
На моторах GDI швидко чорніють і виходять з ладу свічки запалювання. Паливна апаратура таких двигунів набагато більш чутлива до наявності води і механічних домішок в бензині. Освіта нагару у впускному колекторі і скупчення сажі на клапанах здатні змінити процес сумішоутворення, так як траєкторія руху потоків в циліндрі порушується. В результаті GDI втрачає потужність і працює з помітними перебоями.
З метою профілактики на моторах GDI рекомендується міняти свічки запалювання кожні 10-20 тис. Пройдених кілометрів, а також один раз в 25-30 тис. Км. проводити очищення впускного колектора від нагару і частинок сажі на його стінках. Також періодично потрібно контролювати стан інжекторів, перевіряти якість розпилу палива і чистити форсунки.