Система впрыска GDI.
Система GDI - современная разработка в автомобилестроении, подразумевающая непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания. В чем сущность данной системы? Когда и кем она была изобретена? Каков принцип действия, виды и преимущества системы прямого впрыска? На эти и ряд других вопросов дает ответ наша статья.
Стоимость ремонтаНайти запчасть

С момента появления автомобилей многие умы ставили задачей объединить лучшие преимущества двух видов моторов - динамику и легкость разгона бензинового мотора с экономичностью «дизеля». И разработка системы GDI в некотором роде позволила воплотить задуманное в реальность.



Основы

Чтобы понять принципы работы GDI (системы непосредственного впрыска), важно понимать теоретические основы работы силового узла. Итак, чтобы горючее сгорало в камере, ему необходим кислород (воздух). Задача системы впрыска - дать топливу достаточный объем воздуха для сгорания, то есть обеспечить стехиометричность. Если в качестве топлива выступает бензин, то на 1 грамм такого топлива необходимо около 14,7 грамм воздушной смеси. Если воздуха будет больше, то состав считается обеденным, если меньше, то богатым.

Обедненную смесь с меньшим количеством воздуха поджечь сложнее, а в обратной ситуации горючее попросту не будет успевать сгорать с последующим вылетом в трубу. При этом воздух необходим не только для подготовки смеси к сгоранию. Чем большее давление создается в камере непосредственно перед появлением искры, тем больше мощность силового узла. Следовательно, водителю выгоднее, чтобы на такте впуска в цилиндр попало больше воздуха.

У классических ДВС воздух с топливом смешивается, после этого подается в цилиндр, после чего и происходит поджигание смеси. У дизельных моторов на этапе впуска поступает лишь воздух, после чего происходит сжатие и нагрев. Уже в последний момент происходит впрыск топлива и его воспламенение. При этом давление дизеля в этот момент много выше (18 против 12 у ДВС). А, как уже упоминалось, чем больше давление, тем выше результат.

Поднять уровень давления в бензиновых моторах не удается по двум причинам - из-за калильного зажигания и детонации. В первом случае это преждевременное возгорание смеси при соприкосновении с нагретыми элементами камеры сгорания, а во втором - высокая скорость сгорания смеси в удаленных от свечи точках. Если длительно держать такой режим, то мотор просто разрушится.

Решение было найдено. Эксперименты показали, что непосредственный впрыск в цилиндр ДВС позволяет работать мотору и на обедненной смеси. При этом общая мощность и экономичность растет.



История

Первые моторы с непосредственным впрыском были разработаны еще в 1925 году. В качестве изобретателя выступил Енас Хессельман. Новые силовые узлы получили немалую популярность и их даже начали устанавливать на грузовых авто. По сути, это был обычный мотор с зажиганием от свечи, но который умел работать от различных видов топлива. При этом впрыск горючего осуществлялся прямо в камеру, благодаря специальной помпе (насосу).

В зависимости от режима температуры, новый мотор мог работать на различном топливе. К преимуществам нового изделия можно было отнести экономичность, меньшие габариты и вес (по сравнению с дизелем). Главным минусом была малая степень сжатия, что приводило к активному прогреву мотора и покрытию свечей нагаром. В итоге мотор уже через некоторое время начинал дымить.

При этом систему прямого впрыска не забыли - она активно применялась в авиационной сфере во времена войны. В условиях боевых действий такие моторы показали себя с лучшей стороны и давали фору своим противникам в небе.

На автомобилях прямой впрыск появился в 1952 году, а уже через три года мотор с такой технологией стоял на спортивном авто Мерседес-Бенц. Особенностью нового узла было необычное расположение инжекторов около стенок цилиндра. При этом свечи нашли себе место прямо в ГБЦ.

Через 20 лет производителем Форд был создан мотор, имеющий многослойный впрыск. Такой узел получил распространение на многих автомобилях данной марки, но проект все равно пришлось приостановить. Причины - высокая цена насоса, отсутствие электронного контроля, высокий процент выброса окисей азота.

Описанные выше  разработки были забыты на долгие годы, пока в 1996 году не появился Митсубиси Галант с мотором 4G63 (с непосредственным впрыском и объемом в 1.8 литра). Уже к 2001 году на рынке было более миллиона авто, имеющих прямой впрыск. При этом с 1999 года данную технологию активно применяют компании Хюндай и Пежо. В этом же году компанией Рено был предложен 2-литровый IDE. Со временем почти все крупные производители внесли свои поправки и ввели индивидуальные обозначения систем.



Устройство

Применение системы прямого впрыска позволило добиться большей экономии топлива при максимальной мощности мотора. В основе системы лежало следующее сочетание - регулятор давления горючего, топливные помпа и рампа, датчик высокого давления, защитный клапан и форсунки, обеспечивающие непосредственный впрыск.

Задача топливной помпы - подвод горючей смеси под давлением к рампе, а после - к форсункам. Давление впрыска нагоняется очень высокое и достигает уровня 3-11 МПа. Конструктивная особенность помпы - наличие одного или группы плунжеров. При этом работает насос от распредвала клапанов впуска.

Регулятор давления гарантирует дозированную подачу топливной смеси насосом с учетом впрыска форсунки. Монтаж регулятора осуществляется в топливной помпе высокого давления. Что касается самой рампы, то ее задача - разделить топливную смесь и подать к каждой форсунке впрыска, исключив при этом пульсации горючего. Защитный клапан призван уберечь систему от повышенного давления, которое возможно при активном расширении смеси. Монтаж клапана производится непосредственно на топливной рампе.

Один из главных контролирующих органов - датчик высокого давления. Устройство держит под контролем давление в рампе и слушает «команды» от ЭБУ, повышая или снижая параметр. На завершающем этапе работает форсунка впрыска, гарантирующая поступление горючей смеси в камеру для последующего сгорания.

В качестве «дирижера» системы выступает ЭБУ, которая выполняет свою функцию за счет слаженной работы самого блока, группы исполнительных и контролирующих узлов. При этом датчик высокого давления - далеко не единственный орган, фиксирующий важные для системы параметры. Так, немаловажную функцию несут еще ряд датчиков - положения педали газа, позиции распредвала, контроля частоты вращения коленвала, температуры воздуха, охлаждающей жидкости и так далее.

По сути, все упомянутые устройства являются «глазами» и «ушами» системы ЭБУ, которая на основании полученной информации и принимает решение в отношении тех или иных действий. При этом последующие команды уже передаются к исполнителям, таким как форсунки и двум видам клапанов (перепускному и предохранительному).



Принцип действия

В результате работы системы прямого впрыска формируется несколько видов образования смеси. Здесь можно выделить послойное, гомогенное и стехиометрическое гомогенное формирование. Данное многообразие гарантирует наибольшую эффективность применения топливной смеси - снижение  расхода, полное сгорание, рост мощностных показателей, снижение объем вредных элементов в выхлопе и так далее.

При этом у каждой из систем есть свои особенности:

  • Послойное образование смеси применяется в моторе при небольшой или средней частоте вращения коленвала (при условии нормальных нагрузок). Здесь заслонка дросселя фактически полностью в открытом положении, а заслонки впуска перекрыты. Впоследствии происходит подача воздуха в камеры под максимальным давлением (формируется так называемый «воздушный вихрь»). Впрыск горючей смеси происходит непосредственно в область электродов свечи в завершение такта сжатия. За небольшой промежуток времени формируется готовый состав с коэффициентом избытка воздуха  в пределах 1.5-3. В момент возгорания в камере остается еще много кислорода, который выполняет термоизолирующие функции.

  • Гомогенное стехиометрическое образование смеси нашло свое применение на высоких оборотах мотора и при максимальных нагрузках. В данном случае заслонки впуска находятся в открытом состоянии, а заслонка дросселя открывается с учетом положения педали акселератора. Топливный впрыск осуществляется на впускном такте, что гарантирует однородность подготовленной смеси. При этом коэффициент избытка воздуха равен 1. Состав воспламеняется и активно горит на всей площади камеры.

  • Бедная гомогенная смесь формируется в промежуточных этапах. Такой вид смеси формируется в момент наибольшего открытия заслонки дросселя и закрытых заслонок впуска. Как следствие, организуется активное перемещение воздушных масс внутри цилиндров. Подача топлива осуществляется на впускном такте. При этом коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления мотором в пределах 1.5. Если это необходимо, то в смесь добавляется и ряд отработавших газов из системы выпуска с содержанием последних в объеме не более 25%.


Преимущества и характеристики

К основным преимуществам системы GDI можно отнести:

  • Максимальный контроль подачи топливной смеси, что позволяет добиться наибольшего эффекта экономии. По экономичности моторы с прямым впрыском обгоняют дизельные силовые узлы. Это обусловлено тем фактом, что топливо горит даже при чрезмерном обеднении;

  • Повышенная эффективность системы впуска на фоне высокой компрессии, уникальной для моторов GDI. Как следствие, гарантируется наибольшая эффективность работы мотора и оптимальная отдача при нажатии на педаль акселератора (если сравнивать с обычными моторами ДВС).

Из основных характеристик можно выделить:

  • низкое октановое число и охлаждение в момент подачи топлива;
  • до 20-25% реальной экономии топлива;
  • сниженный расход в момент подкачки, что гарантируется благодаря отсутствию дросселя;
  • качественный и быстрый ответ на изменение положения педали газа;
  • контроль уровня воздуха и топлива;
  • активный старт;
  • снижение времени «холодного» пуска;
  • более чистый выхлоп с меньшим объемом CO2;
  • повышенный уровень подачи рециркулируемого газа и так далее.


Итоги

Сегодня все больший упор делается на снижение вредности выбросов в атмосферу, поэтому система GDI должна была появиться. Новая технология в полной мере соответствует современным требованиям, является настоящим и будущим автомобилестроения. Представители компаний не останавливаются на достигнутом результате и продолжают развивать систему, совершенствуя ее и делая еще более эффективной.

Стоимость ремонтаНайти запчасть

Система впрыска GDI.