Двигатели GDI — особенности, преимущества и недостатки

Особенности и отличия моторов GDI

Принцип работы двигателя GDI представляет собой св

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.

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.

Проблемы GDI двигателя

Основная проблема состоит в высокой чувствительности GDI-двигателей к качеству топлива. Это в равной мере относится и к любым неисправностям, способным хоть как-то отразиться на качестве подаваемой смеси.

На установках Gasoline Direct Injection иногда наблюдается сильное почернение свечей зажигания или они вовсе выходят из строя. Обычно это результат высокой чувствительности топливной аппаратуры к воде и мельчайшим примесям. Накопление сажи во впускном коллекторе объясняет её попаданием в камеру сгорания. Её частички могут оседать на клапанах и забивать форсунки, что мешает нормальному распылению бензина.

Вследствие накопления нагара на внутренней поверхности впускного коллектора меняется конфигурация спирали воздуха; она уже не соответствует норме для GDI, в итоге чего сгорание нарушается. По количеству нагара на свечах достаточно объективно определяется степень засоренности впускного тракта. До определенного момента нормальной их работе это не мешает, но через 20 тыс. км пробега можно подумать об замене, а впускной коллектор в профилактических целях рекомендуется очищать через 25-30 тыс. км.

Также проблемой является повышенная токсичность выхлопов. Сгорание сверхобедненной топливной смеси приводит к образованию токсичных окислов азота NOx. Чтобы подогнать показатели выхлопа под требования Euro 3 японские инженеры сначала модернизировали нейтрализаторы, а позже добились их невысокой чувствительности к серным примесям.

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.

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 двигател

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

Теоретическая часть

Обычный инжекторный двигатель, который использует коллекторную систему смесеобразования, предполагает подачу в цилиндры уже готового бензовоздушного состава. Такое смешивание воздуха и горючего происходит во впускном коллекторе, где устанавливаются форсунки, управляемые электроникой. Если же говорить про двигатель GDI, то в нём форсунка направлена непосредственно в камеру сгорания. Соответственно, через впускные клапаны подаётся только воздух, а процесс смесеобразования происходит непосредственно в цилиндрах.

Камера сгорания двигателя GDI

Камера сгорания двигателя GDI

Естественно, добиться однородного состава топливовоздушной смеси в таких условиях очень сложно, поэтому двигатель GDI управляется сложным электронным блоком, в котором используется программное обеспечение, рассчитанное на несколько различных циклов работы. Кроме того, для достижения идеальных параметров смесеобразования необходимо использовать специальные вихревые форсунки, которые подают топливо внутрь в виде мелкодисперсионного тумана.

Стоит сказать, что основные плюсы двигатель GDI получает в результате работы на сверхобеднённой смеси, в которой содержание бензина по сравнению с воздухом уменьшено до 1:20, тогда как при распределённом впрыске соотношение поддерживается на постоянном уровне 1:14. Однако даже мотор с непосредственным впрыском не может работать постоянно в таком режиме, поэтому под нагрузками в его системе впуска восстанавливается нормальное смесеобразование.

За счёт этого двигатель GDI должен оснащаться двухступенчатой системой подачи топлива. Именно со всеми этими отличиями и связаны основные минусы конструкции — посмотрим, смогут ли их превзойти плюсы, полученные от перехода на непосредственный впрыск.

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.

Какая из систем лучше для простого водителя

Минусы «Джидай» моторов

  1. Повышенные требования к качеству бензина.
  2. Закоксовка впускных клапанов, так как они не омываются топливом, как при распределенном впрыске.
  3. Образование нагара на распылителях топливных форсунок. Им нужно чаще производить чистку и ревизию. Так как они рассчитаны на высокое давление, то не каждый стенд может их полностью промыть. Замена уплотнительных колец на форсунках и связанный с ними «геморрой».
  4. Высокая цена обслуживания системы GDI впрыска и её ремонт.

Стоит ли покупать?

Конечно, двигатели с непосредственным впрыском имеют более высокую мощность и тягу, а также способны обеспечивать экономию топлива. Однако у них есть существенные минусы, которые связаны с надёжностью и требованиями к качеству топлива. Поэтому их эксплуатация в российских условиях может приводить к частым дорогостоящим ремонтам. Но в последнее время в продаже появились автомобили, которые прошли специальную адаптацию.

Они могут заправляться обычным бензином, продающимся на российских заправках, не создавая угрозу больших материальных затрат. Их преимущества не столь значительны, но даже адаптированные моторы с непосредственным впрыском позволяют экономить немало топлива, получая при этом лучшие динамические параметры.

Оптимальная топливная струя для двух режимов сгорания

Используя собственные уникальные методы и технологии, Mitsubishi смогла добиться, что двигатель GDI обеспечивает и меньшее потребление топлива, и более высокую выходную мощность. Этот внешне противоречивый и трудный трюк реализован путем применением двух режимов сгорания. Кроме того, момент впрыска меняется, чтобы соответствовать нагрузке двигателя.

Для условий нагрузки, испытываемой автомобилем при типичном городском движении, топливо впрыскивается в конце такта сжатия, аналогично дизельному двигателю, благодаря этому достигается ультрабедное сгорание за счет идеального формирования стратифицированной воздушно-топливной смеси. В идеальных условиях движения топливо вводится на такте впуска. Это гарантирует гомогенную воздушно-топливную смесь, подобную смеси обычных двигателей MPI, что обеспечивает более высокую выходную мощность.

Рациональность покупки

Потенциальных покупателей автомобили с непосредственным впрыском топлива, который используется в системе GDI, привлекает своей экономичностью, хорошей тягой и отличными показателями мощности. Но в противовес можно поставить сразу несколько недостатков, обусловленные падением надёжности под влиянием низкокачественного топлива.

Объективно эксплуатация таких двигателей в наших условиях может привести к тому, что владельцу потребуется регулярно посещать СТО, тратить много денег на ремонт и долго ожидать поставки необходимых запчастей.

Но это было актуально раньше. В настоящее время ситуация меняется в значительно лучшую сторону. Двигатели, выпускаемые зарубежными производителями, проходят процедуру адаптации. Это позволяет снизить чувствительность к качеству бензина, перерабатывать даже не самое хорошее топливо и уменьшать количество проблем.

Адаптированные GDI смело можно заправлять на всех достаточно неплохих АЗС, не опасаясь того, что какие-то примеси приведут к очень быстрому выходу из строя двигателя с последующими внушительными материальными затратами на восстановление работоспособности силовой установки с системой непосредственного впрыска топлива.

Покупать автотранспортные средства с такими моторами или нет, дело лично каждого. Двигатели, прошедшие адаптацию, привлекают намного больше, чем европейские или японские версии. Получить ряд преимуществ от GDI можно. Владельцу потребуется только помнить о рисках посещениях сомнительных автозаправочных станций, а также соблюдать все предписанные рекомендации и советы по эксплуатации, обслуживанию и замене расходных материалов. При таких условиях GDI проявит все свои лучше качества, а о характерных недостатках вы вряд ли будете вспоминать.

Потребление топлива в режиме холостого хода

Двигатель GDI поддерживает устойчивое сгорание даже на низких оборотах холостого хода. Более того, он обеспечивает большую гибкость в регулировании скорости холостого хода. Его потребление топлива в этом режиме на 40% меньше по сравнению с обычными двигателями.

Рис. Потребление топлива в режиме холостого хода

Преимущества (плюсы) двигателей GDI

  • Особенностью двигателей с непосредственным впрыском является возможность работы в нескольких видах смесеобразования. Это является неоспоримым плюсом, так как многообразие в данном виде процедуры дает максимальную эффективность использования топлива. При исправно работающей системе непосредственного впрыска мы получим экономию топлива за счет режима работы на сверхобедненной смеси, причем без потери мощности.
  • В двигателях GDI присутствует увеличенная степень сжатия топливовоздушной смеси. Это помогает избежать калильного зажигания и детонации, и таким образом, увеличивается ресурс.
  • Также к положительным моментам двигателя с непосредственным впрыском GDI нужно отнести существенное снижение выброса в атмосферу углекислого газа и других вредных веществ. Это достигается за счет многослойного смесеобразования, которое обеспечивает более полное сгорание смеси, что дополнительно влияет на мощность двигателя.

Система GDI в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

  • послойное;
  • стехиометрическое гомогенное;
  • гомогенное.

Такое многообразие делает работу двигателя экономичной, обеспечивает лучшее качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов.

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

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.