Система впрыска GDI

Двигатели GDI — это бензиновые двигатели с непосредственным или прямым впрыском топлива. Чем же они отличаются от обычных бензиновых? Лучше ли? Чтобы ответить на эти вопросы, надо сначала рассмотреть теорию работы и различия двигателей вообще.

Вне зависимости от типа топлива, бензин или дизель, для его сгорания необходим воздух. Но важно не просто присутствие воздуха, а его правильное количество. Такая сбалансированная смесь топлива и воздуха называется стехиометрической. Стехиометрическую смесь для бензина описывает соотношение 14,7:1, это значит, что для сгорания 1 г бензина необходимо 14,7 г воздуха. Если количество воздуха превышает это значение, смесь называется бедной. Если же воздуха слишком мало, то есть, наоборот, перебор топлива — богатой.

И бедная, и богатая смесь — это не слишком хорошо. Бедную смесь иногда не удается воспламенить. А в богатой не выгоревшее топливо просто пропадает зря.

Воздух в системе зажигания играет еще одну важную роль. Он повышает давление в цилиндре. А чем оно выше непосредственно перед воспламенением топливной смеси, тем выше и мощность двигателя. Поэтому эффективность возрастает, если больший объем воздуха попадает в цилиндр на такте впуска, именно так можно достичь наивысшего давления.

Это обстоятельство делает дизельные моторы экономичнее бензиновых. Причина в технологических различиях. В бензиновом двигателе в цилиндр на такте впуска поступает смесь воздуха и топлива, там она сжимается и воспламеняется от искры. В дизельном на такте впуска подается только воздух. В цилиндре его сжимает поршень: давление возрастает, а вместе с ним и температура. Топливо поступает только в самом конце сжатия. Существующие на тот момент в цилиндре высокие давление и температура приводят к его самовоспламенению.

Таким образом, дизельный двигатель позволяет добиться большего давления, чем бензиновый. Так, для дизеля нормальная степень сжатия – 18, а для бензина – неуверенные 12. Напомним, что именно уровень давления в цилиндрах определяет эффективность двигателя.

Повысить же степень сжатия, а вместе с ней и давление обычного бензинового двигателя не представляется возможным. На преграде стоят такие явления, как детонация и калильное зажигание.

Детонация двигателя – слишком быстрое сгорание топливовоздушной смеси на удалении от свечи зажигания. Ее последствия – резкое местное повышение температуры, приводящее к перегреву, и повышение нагрузки на отдельные детали. Определить детонацию можно по характерному стуку в двигателе.

Калильное зажигание — преждевременное воспламенение топливовоздушной смеси. Они происходит еще до появления искры, в качестве воспламенителя выступают перегревшиеся детали камеры сгорания.

Эксплуатация мотора, в котором возникает детонация или калильное зажигание, приводит к его скорой поломке.

Причина обоих явлений – высокие давление и температура. Чтобы как-то справиться с детонацией, для бензиновых двигателей с большой степенью сжатия используют высокооктановое топливо (АИ-98), но и это не позволяет получить сжатие больше 12.

Чтобы повысить экономичность бензинового двигателя, при этом, не теряя в мощности, необходимо как-то решить проблему детонации и перевести мотор на бедную смесь. В этом может помочь впрыск топлива непосредственно в цилиндр.

GDI

Конструктивно двигатель GDI похож одновременно и на бензиновый, и на дизельный. В каждом цилиндре такого двигателя есть и свеча зажигания, и форсунка, топливо подается насосом под высоким давлением, равным 5МПа. Наличие форсунки позволяет изменять режим впрыска топлива в зависимости от характера движения.

 

 

Двигатели GDI могут работать в трех различных режимах: на сверхбедной смеси, на стехиометрической смеси, при разгоне на малых оборотах.

Этот режим хорош для спокойной езды: для размеренного передвижения в городском режиме или загородных поездок на скоростях до 120 км/ч.

Подача топлива осуществляется почти так же, как в дизельном двигателе, в конце такта сжатия. Поэтому насыщенная топливом порция смеси оказывается непосредственно у свечи зажигания в момент разряда и воспламеняется, а затем от нее загорается остальная бедная смесь. Это позволяет двигателю стабильно и надёжно работать даже при соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Режим для интенсивной городской езды, поездок на высоких скоростях, обгонов.

Подача топлива происходит в процессе такта впуска. Оно равномерно распределяется по цилиндру, а, испаряясь, охлаждает его. Воспламенение происходит всегда, без каких-либо сложностей. Охлаждение же снижает вероятность возникновения детонации и калильного зажигания.

Если двигатель работает на малых оборотах и происходит резкое ускорение (неожиданно выжимается педаль газа), в неподготовленный двигатель подается обогащенная топливом смесь, а это существенно увеличивает риск детонации. Специальный режим мотора GDI разработан для того, чтобы нивелировать этот риск: момент двигателя повышается, топливо подаётся в два этапа.

На такте впуска в цилиндр поступает небольшая порция топлива. Это охлаждает воздух, а в верхней части цилиндра образуется бедная смесь (соотношением около 60:1), в которой детонация невозможна.

В конце такта сжатия впрыскивается остальное топливо, которое доводит соотношение с воздухом до состояния богатой смеси (12:1). При этом процесс происходит настолько стремительно, что на детонацию не остаётся времени.

На первый взгляд, эффективность двигателя GDI по сравнению с обычным бензиновым возрастает не значительно. Но на практике использование системы впрыска GDI означает:

• увеличение степени сжатия до 12-12,5;

• двигатель стабильно функционирует на бедной топливной смеси;

• расходуется на 10% меньше топлива;

• мощность больше на 10%;

• экологичность повышается на 20%.