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.
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.
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.
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.).
Похожие сообщения
Медицинская справка на получение водительского удостоверения
Правила регистрации авто в ГИБДД
Замена водительского удостоверения по истечении срока…
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:
- ultra lean combustion mode;
- 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.
Какой двигатель kia/hyundai лучше: бензиновый dohc (gdi, t-gdi, mpi) или дизельный crdi?
В нашей статье мы также расскажем о том, какой по мнению большинства автоспециалистов силовой агрегат корейского производства считается наиболее практичный, надежный, ремонтопригодный, экономичный и долговечный по сроку службы. Рассмотрение вопроса, касательно того, с каким силовой установкой предпочтительней покупать Киа и Хендай мы осуществим на примере нашего личного автомобиля повышенной проходимости Kia Sportage 2020 года выпуска (в комплектации Active, с двигателем 2.0l DOHC серии G4NA (два распредвала, 155 лошадиных сил), автоматической трансмиссией и системой полного привода Magna Dynamax AWD).
А теперь немного справочной информации. Что из себя представляет корейский дизельный двигатель CRDI? Силовой агрегат CRDI (Common Rail Direct Injection) — это современный тип дизельного мотора, оснащенный одной единственной топливной магистралью, которая является общей для всего узла. Наиболее популярные и востребованные серии дизельных моторов CRDI Kia/Hyundai: 1.1l D3FA, 1.4l D4FC, 1.5l D4FA, 1.6l D4FB, 1.7l D4FD, 2.0l D4HA, 2.2l D4EB, 2.5l D4CB и 3.0l D6EA.
Справочно заметим, что индекс всех силовых агрегатов корейского концерна, будь то это дизельные или бензиновые двигатели, состоят из четырех символов. Первая буква серии обозначает тип мотора, так, например, латинская буква «G» означает, что мотор бензиновый, «D» — дизельный и «L» — гибридный. Вторая цифра указывает на общее количество цилиндров, так например, 3, 4 или 6. Третья буква сообщает имя семейства (пример: G4NA — семейство «NU«), а четвертая буква обозначает название двс внутри той или иной серии.
• идеальное сочетание оптимальной экономичности и высокой мощности;
• сниженное количество вредных выбросов в атмосферу;
• плавная и тихая работа;
• продолжительный ресурс, по сравнению с другими дизельными моторами;
• высокий коэффициент полезного действия;
Что из себя представляет корейский бензиновый двигатель DOHC MPI? Силовая установка DOHC (Double OverHead Camshaft) относится к современным мотором внутреннего сгорания, которые оснащаются системой газораспределения с двумя распредвалами.
На сегодняшний день подобные силовые агрегаты считаются очень востребованными среди бензиновых типов двигателей за счет того, что они обладают предельно простым устройством и конструкцией, при этом создают на выходе большую мощность при небольшом весе в оснащенном состоянии. Наиболее востребованные на сегодняшний день моторные линейки «Gamma«, «Kappa«, «Theta«, «NU«, «Lambda«, обладают рабочими объемами от 1 до 4 литров.
• увеличенная мощность по сравнению с атмосферными моторами MPI (в среднем: на 12-15% или на 15-30 лошадиных сил), благодаря тому, что распределение усилий в силовой установке осуществляется поровну на два вала;
• оптимизированная динамичность функционирования всех систем двигателя, что позволило заметно уменьшить расход моторного масла, помогло ускорить разгон и улучшить плавность хода;
• оснащение мотора гидрокомпенсаторами, которые позволили уменьшить исходящий шум в процессе работы двигателя;
• увеличенная максимальная скорость, благодаря улучшенным разгонным характеристикам силового агрегата;
• снижение потребления бензина (в среднем на 25% на 100 км пробега) при той же мощности силовой установки.
• силовые установки подобного типа способны работать на нескольких разновидностях топливного смесеобразования, что является весомым достоинством, так как многообразие в смесеобразовании создает высокую эффективность в процессе использования такого вида топлива, как бензин;
• точно настроенная и исправно функционирующая система прямого впрыска обеспечивает экономию топлива, благодаря тому, что режим работы мотора осуществляется на сверх обедненной топливно-воздушной смеси, причем происходит этот процесс без потери мощностных характеристик;
• силовые агрегаты подобного типа имеют увеличенную степень сжатия топливно-воздушной смеси в камерах цилиндров, что дает возможность двигателю не допускать калильного зажигания, детонации, в следствии чего, срок службы мотора по сравнению с системой DOHC увеличивается в среднем на 10-15%;
• существенное снижение выбросов углекислого газа и вредных веществ в окружающую среду, что достигается благодаря многослойному смесеобразованию в цилиндрах двигателя, благодаря чему происходит более полное сгорание созданной топливно-воздушной смеси. Все эти моменты в свою очередь дополнительно влияют на увеличение конечной мощности мотора.
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.
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.
Главные недостатки
Минусы двигателей с прямым впрыском связаны с использованием более сложной системы впуска, в состав которой входит и топливный насос высокого давления, похожий на аналогичную конструкцию в дизельном силовом агрегате. Применение таких агрегатов приводит к тому, что двигатель GDI становится чувствительным к качеству топлива. Это касается не только содержания твёрдых частиц, но также наличия в горючем соединений серы, железа, фосфора и многих других минералов. Минусы проявляются в частых поломках мотора при заправке некачественным топливом.
Схема системы питания двигателя GDI
Кроме того, проблемы двигателей с непосредственным впрыском связаны и с тем, что в них применяются очень специфические технологические решения, которые пока знакомы лишь немногим специалистам сервисных центров. За счёт этого отремонтировать двигатель GDI не так просто, как обычный агрегат с распределённым впрыском. Минусы этих двигателей могут быть связаны и с упомянутой в теоретической части двухступенчатой системой подачи топлива. Практически у каждого производителя есть свои специфические поломки:
- Моторы Toyota и Lexus с непосредственным впрыском страдают от поломки клапанов двухступенчатого насоса, приводимого распредвалом. В результате бензин поступает в картер двигателя, что приводит к его непоправимым поломкам в течение 1–2 дней;
- Двигатели Mitsubishi оснащаются двумя различными насосами — низкого и высокого давления. Второй узел достаточно часто забивается твёрдыми частицами, содержащимися в некачественном топливе. В результате мотор может отлично работать на холостых и низких оборотах, но глохнуть при нажатии на педаль газа;
- В двигателях Cadillac применяются пьезофорсунки с особым напылением. При длительной работе на топливе с высоким содержанием серы они разрушаются, что приводит к необходимости ремонта стоимостью в 1500–2000 долларов.
Пьезофорсунка двигателя GDI
Рекомендуем: Устройство и принцип работы топливного насоса
Минусы могут заключаться и в малой распространённости запчастей к таким двигателям — очень часто их приходится ожидать в течение 2–3 недель, что приводит к длительным простоям автомобиля. Поэтому, приобретая машину с прямым впрыском топлива, стоит серьёзно задуматься о вопросах её ремонта, а также о необходимости заправки качественным топливом на фирменных АЗС.
Что значит двигатель GDI
Это система непосредственного или прямого впрыска топлива в мотор. В отличие от MPI, бензин впрыскивается под высоким давлением непосредственно в камеру сгорания. В отличие от MPI – распределенного впрыска, где бензин впрыскивается во впускной коллектор и там смешивается с топливом. Полученная смесь через впускной клапан всасывается в цилиндр.
В первом случае, форсунки вкручены непосредственно в блок цилиндров или головку. Во втором – в трубу впускного коллектора.
В двигателях GDI бензин и воздух в камеру сгорания подаются отдельно, смешивание воздуха с топливом происходит непосредственно в моторе. Здесь тоже есть нюансы. Подача горючего может происходить несколькими способами – гомогенным и послойным. В распределенном впрыске подача топлива происходит одним способом.
Хочется отметить, что систему непосредственного впрыска называть GDI – правильно отчасти. Потому что каждый производитель, для своих моторов использует свою аббревиатуру.
Например, у Ауди – TFSI, VW – FSI, у БМВ – HPI, Мерседес моторы GDI называет CGI. Первыми, кто внедрил эту систему, были Митсубиси. Поэтому в обиход плотно прижился GDI впрыск.
Главной особенности «Джидай» двигателей является обедненная топливная смесь. Помните, для нормального горения бензина соотношение воздуха к топливу должно быть 14,7 к 1? В системах непосредственного впрыска это соотношение может менять от 37 к 1 и выше в разных режимах.
Такое соотношение обеспечивает:
- Охлаждение стенок цилиндров камеры сгорания,
- Уменьшает расход топлива,
- Позволяет автопроизводителям придерживаться экологических норм.
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
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.
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.
