Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки двигателей GDI

При выборе нового или подержанного автомобиля всегда обращают особое внимание на двигатель. Причём тут важна не только мощность или объём, но и сам тип мотора, его устройство, конструкция, производитель.

От выбора двигателя напрямую зависит, насколько экономичным окажется автомобиль, и как часто владелец будет сталкиваться с неисправностями. То есть акцент делается на надёжности и долговечности, а уже вторичными параметрами считается производительность, экономичность и количество лошадиных сил.

Довольно интересным в глазах покупателей выглядит двигатель, которые маркируется буквами GDI. Расшифровывается аббревиатура как Gasoline Direct Injection. Здесь речь идёт о системе прямой подачи горючего в двигатель. Важной особенностью является тот факт, что впуск происходит не в коллектор, как это делается на классических инжекторах, на напрямую в цилиндр. А потому GDI закономерно и справедливо называют сочетанием дизельных и бензиновых систем.

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.

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.

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.

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.

1. 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.
2. Существуют некоторые конструктивные отличия, связанные с дроссельной заслонкой. В моторах типа GDI её устанавливают немного дальше.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.

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.

Характерные недостатки

Но ни одна система не может обойтись без определённых минусов. Потому стоит заранее узнать, чем же так плох двигатель типа GDI, какой его главный недостаток и насколько минусы превосходят плюсы, или наоборот.

Начнём с того, что двигатель GDI использует более сложную систему впуска топлива, в конструкции которого присутствует ТНВД, аналогичный применяемым на дизельных моторах. В результате проявляется недостаток в виде повышенной чувствительности к качеству используемого топлива. Это относится к вхождению в бензин разных твёрдых компонентов, соединений железа, фосфора, серы и прочих веществ. Если регулярно заливать низкокачественное топливо, мотор начнёт ломаться.

У двигателя с системой непосредственного впрыска есть ещё один недостаток. Он заключается в том, что технология достаточно специфическая, и только ограниченное количество автосервисов могут предложить свои услуги по ремонту и обслуживанию подобных ДВС.

Процедуры ремонта отличаются своей сложностью в сравнении с обычными инжекторными двигателями с распределённым типом впрыска.

Владельцы автомобилей с силовыми установками GDI сталкиваются с тем, что на рынке предлагается небольшое количество запчастей. Детали для них не особо пока распространены в нашей стране. Потому порой, когда возникает поломка и необходимость замены элемента, его приходится заказывать и ждать по несколько недель, что автоматически не позволяет эксплуатировать машину.

Учитывая все эти моменты, нужно внимательно подумать о рациональности приобретения такого двигателя, поскольку придётся решать вопрос с ремонтом, обслуживанием и поиском хороших автозаправочных станций.

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.

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.