Преимущества и недостатки прямого впрыска двигателя GDI
Преимущества и недостатки прямого впрыска двигателя GDI
Ещё в начале 2000-х годов в Россию начали попадать первые автомобили Mitsubishi с обозначениями GDI около индексов, указывающих на объём двигателя.
Под этой аббревиатурой скрывается непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя — именно эта японская компания стала первой, начавшей серийное производство силовых агрегатов с такой системой впуска. Такой мотор заслужил очень неоднозначные отзывы, поэтому перед покупкой автомобилей Mitsubishi следует внимательно рассмотреть плюсы и минусы двигателя GDI.
Это будет полезным и покупателям машин других производителей, поскольку такие двигатели устанавливаются на автомобили Volkswagen, GM, Toyota, Mercedes и других марок.
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
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.
Положительные стороны
Как уже говорилось выше, главные плюсы двигатель GDI получает благодаря возможности работы на сильно обеднённой смеси при отсутствии больших нагрузок. Преимуществом уменьшения соотношения с 1:14 до 1:20 является существенное снижение расхода топлива при движении в смешанном или городском цикле. Исследования специалистов показывают, что в городском заторе с длительной работой двигателя на постоянных оборотах холостого хода затраты горючего уменьшаются сразу на 20–25%. Однако говорить о таких же результатах при быстрой езде по трассе не приходится — двигатель GDI будет требовать столько же топлива, сколько и силовой агрегат с распределённым впрыском.
Двигатель KIA с системой GDI
Дополнительные плюсы удаётся получить и от смесеобразования, происходящего непосредственно в камере сгорания. Специалисты по двигателям автомобилей могут сказать, что горение в цилиндре происходит неравномерно — больше всего топлива удаётся поджечь в непосредственной близости к свече, тогда как дальние части камеры охватываются неравномерно, что и приводит к выбросу остатков горючего в выхлопную трубу. Компания Volkswagen впервые предложила технологию послойного прямого впрыска топлива, назвав её FSI — впоследствии другие автомобильные фирмы приняли на вооружение такую методику.
За один обычный такт впуска форсунка может впрыскивать до пяти порций топлива, которые образуют неравномерную смесь, составленную с учётом всех нюансов процесса горения. Благодаря этому двигатели FSI и современные агрегаты GDI имеют меньший расход топлива, меньшую токсичность выхлопа, а также лучшую стабильность работы на невысоких оборотах.
Двигатель V6 FSI Audi
Такое изменение смесеобразования позволяет получить и другой положительный эффект, сущность которого заключается в повышении мощности и тяги приблизительно на 10–15%. Кроме того, двигатель GDI позволяет получить плюсы, связанные с уменьшением объёма нагара. Соответственно, увеличивается срок службы многих компонентов, а масло сохраняет большую часть своих свойств вплоть до момента замены. Плюсы заключаются и в снижении вероятности поломки мотора в результате закупорки масляных каналов продуктами сгорания топлива. Однако ни одна сложная конструкция не может обойтись без своих минусов — включая и мотор с непосредственным впрыском.
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
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.
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.
GDI, что это?
Mitsubishi Pajero iO 2000
Здравствуйте друзья. Я в отзыве обещал написать про двигатель GDI. Ну вот, пожалуйста.
После приобретения автомобиля я сразу же купил книгу по ремонту и эксплуатации. Чтобы разобраться так сказать получше с чем мы имеем дело и как с этим правильно обращаться. Там же я в подробностях узнал что такое GDI — (Gasoline Direct Injection) – бензиновый силовой агрегат с прямым (непосредственным) впрыском топлива.
Попробую не углубляясь в технические дебри рассказать зачем это нужно и как это работает. Как я понял из мануала у двигателя GDI горючая смесь готовится непосредственно в цилиндрах, то есть воздух и бензин поступают в цилиндры по отдельности и уже там смешиваются. В большинстве же бензиновых двигателей топливо с воздухом смешиваются во впускном коллекторе. Для правильного образования горючей смеси, у двигателя GDI особой формы поршни и камеры сгорания, а так же прямые впускные каналы в головке блока цилиндров, что позволяет закручивать воздух поступающий в цилиндры. Не погружаясь в сложную схему аэродинамических процессов смесеобразования, можно сказать, что топливно-воздушная смесь в цилиндре имеет упорядоченную структуру, движется по запрограммированной траектории и имеет разную концентрацию по объему цилиндра: максимально обеднённую у стенок цилиндров и с оптимальной концентрацией для воспламенения, в районе свечи. Ну и главный элемент мотора GDI — топливный насос высокого давления (есть ещё и обычный в баке), который подаёт топливо к форсункам под давлением до 50 бар. Этот насос, очень требовательный к качеству топлива прибор. И вот тут возникает вполне логичный и резонный вопрос: «А нафига всё это городилово?» Так вот, всё это япончики придумали чтобы двигатель мог работать на сверхбедной топливной смеси и как следствие для экономии топлива. Так как же он экономит? Когда двигатель работает на обеднённой смеси, на панели горит зелёный значок GDI. А горит он когда вы спокойно двигаетесь, с плавными разгонами и обороты двигателя не превышают 3000. Но стоит только нагрузить мотор (резкое ускорение, движение в гору, буксировка прицепа и т. д.), алгоритм работы впрыска меняется и не о какой экономии топлива речи уже нет. Эта зелёная лампочка GDI на панели имеет магическую силу. Вы при движении, как завороженный, постоянно следите за этим значком, чтобы он был зелёным и едете спокойно и плавно, боясь лишний раз газануть, с мыслью: «Я экономлю топливо, это супер, я красавчик. Ну и японцы тоже молодцы, такой классный мотор придумали!»
А вот теперь я хочу порассуждать основываясь на личном опыте, действительно ли есть какая-то экономия топлива или это иллюзия, самовнушение, неудавшийся эксперимент.
Ну, во-первых, как мы все знаем, если на автомобиле (любом) ездить спокойно, то он потребляет меньше топлива, нежели чем при более напористой езде. Чем здесь выделяется авто с двигателем GDI? По моему ничем. Вот если бы он при спокойной езде потреблял литров 8 по городу, тогда да, тогда это можно назвать экономией, а так. один головняк. Всю экономию сожрут обслуживание и ремонты.
Ну а если допустим сравнить расход топлива PAJERO IO (1.8 130л/с) с расходом RAV-4 (2.0 150л/с) на котором мы сейчас ездим, то становится понятно, что нифига GDI не экономит. Расход IO по трассе около 8-9 литров, RAV4 в районе 9 литров. Расход IO по городу летом 10,5 — 11,5 литров, RAV4 11 — 12 литров. Расход IO зимой город 12 — 13 литров, и 12,5 -13,5 литров RAV4. Вот такие цифры, вывод вроде очевиден. И это при том, что у RAV4 и объём двиги и кобылок побольше чем у IO. Ну и при езде на RAV4 я не заморачиваюсь по поводу экономии бензина, а просто еду как хочу. Я не рекламирую RAV, а сравниваю два авто на которых мне довелось ездить.
Конечно все эти размышления субъективны. Кто-то скажет, мол «не те ты машины сравниваешь, Андрюша», и наверно будут отчасти правы. Адепты секты почитателей GDI (если таковая имеется) вообще закидают меня какашками и наставят колов только за одну богохульную мысль, что GDI НЕ ЭКОНОМИТ и я осмелился плюнуть в святыню. Кто-то скажет, что в Японии, по японским дорогам, на японском бензине он точно экономичнее. С этим я наверное соглашусь, но. мы то живём в России и не для нас японские конструкторы этот чудо-мотор изобретали.
Вот ведь, хотел написать про мотор, а меня прям попёрло .
Короче я высказал свои соображения по этому поводу. Своё мнение никому не навязываю. Делайте выводы, решайте сами, нужен вам авто с таким мотором или нет.
Китайские турбомоторы: у них есть одна большая проблема!
Автопроизводители в большинстве своем стараются максимально долго держать в российской моторной линейке атмосферники — спрос хороший. Иногда даже вычеркивают малообъемные турбомоторы, заменяя их безнаддувными агрегатами большей кубатуры. За примером далеко ходить не надо — на кроссовере Hyundai Tucson, который стал участником сравнительного теста, опубликованного в сентябрьском номере журнала «За рулем», установлен двигатель 1.6 T‑GDi с непосредственным впрыском и турбонаддувом. Дни этого мотора на нашем рынке сочтены — его сменит атмосферник 2.4 GDi сравнимой мощности. Такую же рокировку недавно сделала фирма Kia.
Китайцы, наоборот, активно продвигают на наш рынок турбодвигатели. Geely Atlas весной обзавелся новым турбомотором объемом 1,8 литра. В гамме кроссовера Haval F7 — только наддувные агрегаты: 1.5 GDIT и 2.0 GDIT. Может, китайцы знают какой-то секрет? Познакомимся с этими моторами поближе.
Мотор для Атласа создан не на пустом месте. Его прародитель, двигатель JL4G18TD, знакóм российским покупателям по седану Geely Emgrand GT. Новый двигатель JLE‑4G18TD китайцы делали сами, но, очевидно, не без помощи мотористов компании Volvo, которая принадлежит китайскому гиганту. Добавили регулировку фаз газораспределения на выпуске, оптимизировали рабочий процесс — мотор на 21 л.с. мощнее предшественника, крутящий момент прибавил 35 Н∙м, а его полка стала шире: 1500–4000 об/мин.
Портрет двигателя Атласа содержит черты большинства четырехцилиндровых моторов с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом. Система изменения фаз газораспределения DVVT (на впуске и выпуске), два балансирных вала для снижения вибрации. Лопастный масляный насос переменной производительности обеспечивает смазку деталей на малых оборотах двигателя и при этом экономит топливо, не отбирая лишнюю мощность на высоких оборотах. Двухслойный выпускной коллектор с интегрированным перепускным клапаном снижает потери тепла, благодаря чему увеличивается эффективность турбонаддува. Интересные решения- насос системы охлаждения, который установлен на блоке цилиндров сбоку и приводится отдельным ремнем от заднего конца балансирного вала, и полые выпускные клапаны, заполненные жидким натрием для лучшего охлаждения.
Двухлитровый мотор, установленный на тестовом Хавейле F7, наддут несильно — на более тяжелых моделях концерна Great Wall с него снимают много больше 200 сил. Вероятно, поэтому и полка крутящего момента у него ýже, чем у мотора Атласа, что сказывается на ездовых характеристиках в определенных режимах.
По конструкции хавейловский 2.0 GDIT схож с мотором Geely. Ничего выдающегося: турбонаддув, непосредственный впрыск, управляемые фазы газораспределения на впуске и выпуске, балансирные валы. А вот мотор 1.5 GDIT более продвинутый. Например, система CVVL регулирует продолжительность открытия и высоту подъема впускных клапанов, что повышает экономичность и мощность. Оптимальную рабочую температуру в двигателе обеспечивают два термостата, обслуживающие блок цилиндров и головку блока. Кстати, этот мотор разработан самостоятельно подразделением Great Wall Motors. В процессе работы компания подала заявку на 91 патент.
Занятные факты можно выудить, покопавшись в регламенте сервисных операций. Оба производителя предписывают менять масло каждые 10 000 км. И это оправданно, тем более если машина эксплуатируется в тяжелых условиях российских мегаполисов. Но менять свечи зажигания на Атласе каждые 20 000 км или топливный фильтр на F7 каждые 10 000 км?! Причем это не единственные расходники, которые подлежат столь частой замене. Обслуживание таких автомобилей может влететь в копеечку!
- Какие двигатели (из тех, что еще продаются) самые надежные и «долгоиграющие»? Рейтинг «За рулем», в котором собраны наиболее высокоресурсные конструкции нашего времени, вы найдете по этой ссылке.
Непосредственный впрыск и газ
Установка ГБО на непосредственный впрыск долгое время оставалась лишь мечтой из-за конструкционных особенностей. Впервые систему (предшественницу нынешних GDI, TSI, FSI, TFSI, EcoBoost, Ecotec, Theta, CGI и т. д.) применили на спортивных авто Mercedes в середине 50-х годов прошлого столетия.
Технология возникла не от задумки инженеров, а ради большей отдачи мотора и экономичности. Для серийного производства система оставалась чересчур сложной и капризной: во-первых, из-за повышенных требований к чистоте топлива; во-вторых, октановое число горючего должно быть наивысшим.
Однако со временем инженеры преодолели принципиальные сложности, и технология пошла в массовый автопром.
Первыми смельчаками оказались инженеры Mitsubishi (GDI), а затем подтянулись остальные. Тем не менее, поставить газ на моторы с прямым впрыском без вреда для ресурса агрегата было невозможно.
Сегодня с установкой ГБО на двигатель GDI проблем нет, а сама система от инженеров «Мицубиси» уже не самая сложная и навороченная. Непосредственный впрыск теперь часто сочетается с турбиной, двухконтурной топливной системой и другими технологичными «фишками», усложняющими газификацию.
Кроме того, во «впрысковых» авто используют дорогостоящие агрегаты – топливный насос высокого давления (ТНВД) и бензиновые форсунки особой конструкции. Ошибки монтажа оборачиваются для автовладельца финансовыми потерями, которые сопоставимы со стоимостью капитального ремонта ДВС.
Сами двигатели тоже усложнились. Некоторые силовые агрегаты не подлежат капремонту. Например, свежая разработка от Ford – ДВС EcoBoost, который нельзя отремонтировать в случае поломки из-за перегрева. Прогрессивный и технологичный движок не простит неграмотного монтажа ГБО – газ на «Экобуст» ставят только в сертифицированных установочных центрах, где корректность настроек проверяется с помощью диагностического софта. В принципе, то же касается остальных «впрысковых» авто, но для непосредственных моторов проблема некорректного впрыска стоит особо остро.
Принцип работы непосредственного впрыска
Главными агрегатами непосредственных движков считаются ТНВД и форсунки, они же – самые дорогостоящие элементы системы. В топливном насосе эталонная степень обработки поверхности трущихся деталей – 14-го класса. Это идеально даже по сравнению с пищевой нержавейкой, где используют металл зернистостью 9-10-го классов. Поверхность трущихся элементов ТНВД «зеркальнее», чем зеркало, и поцарапать ее можно даже несвежим дыханием.
Что касается форсов, то они конструкционно отличаются от обычных для инжекторных машин, но при газификации критически важна не конструкция, а их месторасположение: при установке ГБО на ТСИ, ФСИ и другие подобные моторы нужно понимать, что отключать бензофорсунки в газовом режиме нельзя, иначе они выходят из стоя от перегрева.
Напомним, что традиционная технология распределенного впрыска предполагает размещение форсов во впускной коллектор. Однако на непосредственных движках бензиновые форсунки расположены в головке блока цилиндров (ГБЦ), а впрыск происходит направленно в камеру сгорания, где бензин смешивается с воздухом за мгновение до искры.
Автопроизводители часто усложняют систему наличием второго топливного контура для впрыска бензина под разным давлением в зависимости от нагрузки на мотор (FSI) или добавляют к воздуху отработанные газы, тем самым повышая экологичность мотора. Все это усложняет штатную систему управления подачи топлива, а значит, установка ГБО на двигатели FSI или подобные им агрегаты должна комплектоваться продвинутыми «мозгами» и осуществляться квалифицированными специалистами исключительно в условиях СТО, укомплектованной диагностическим оборудованием.
Проблемы газификации непосредственных моторов
Основное препятствие перевода «впрысковой» машины на газ кроется в температурных нагрузках, которым подвергаются форсунки. В штатном режиме корпус инжектора охлаждается за счет проходящего через него бензина. Однако если машина работает на пропане, то бензофорсы отключаются, а значит, остаются незащищенными. То есть применять традиционную систему управления газовым впрыском здесь нельзя. Что же делать?
Принцип работы газа на непосредственных двигателях
Установка ГБО на двигатель TSI или любой подобный агрегат совсем не означает полный отказ от бензина. Чтобы не «сжечь» форсунки, приходится оставлять циркуляцию жидкого топлива, но лишь в том объеме, которого достаточно для удержания температуры ниже критической. Происходит это за счет периодического включения бензофорсунки. На холостых и низких оборотах доля бензина в общем расходе топлива составляет 10%, а с ростом оборотов этот показатель увеличивается. На сколько – зависит от конкретного мотора.
Газовая альтернатива для непосредственных ДВС
Единственный вариант для полного перехода на пропан (за исключением момента пуска мотора) – это установить оборудование для «жидкого впрыска» (LPI). Принцип работы здесь совсем иной. Оборудование также сильно отличается, впрочем, как и цена. Из-за дороговизны установки большинство автовладельцев обращаются к традиционной технологии (LPG).
Газ на GDI (Mitsubishi)
Сразу отметим: ставить ГБО 2-го поколения на «джидай» нельзя, что бы ни говорили сетевые «знатоки». Также заметим, что не все моторы «Мицубиси» имеют непосредственный впрыск, а значит, нет необходимости переплачивать за электронный блок для непосредственного впрыска.
В остальном подход следующий: по модификации мотора подбирается комплект или подходящий блок управления. Если планируется монобрендовая комплектация, то здесь проблем нет, так как производитель установки предоставляет нужную комплектацию. В случае сборного комплекта сперва подбирается ЭБУ, а затем под его способности выбирается остальная комплектация. Важно, чтобы редуктор-испаритель и газовые форсунки без проблем «сотрудничали», потому что иногда встречаются несовместимые бренды.
ГБО на FSI: нюансы
В комплект газобаллонного оборудования для таких движков включается электронный блок управления газовой системой (ЭБУ) с прошивками под конкретную модификацию мотора. Каждый производитель газовой аппаратуры указывает перечень моделей, для которых имеются прошивки. К счастью автовладельцев «Ауди», бензиновые модели этой марки представлены полностью, начиная с 2000 года выпуска.
Наиболее удачные комплектации предоставляет голландский производитель «Принс»: инженеры компании изначально нацеливались на немецкий рынок, где у голландцев 60-процентная доля. ГБО комплектуется фирменным редуктором и японскими форсунками Kiehen. После монтажа газовая система не требует дополнительных уточняющих регулировок.
Газ на TSI («Тсай»)
Чрезвычайно популярны в нашей стране двигатели, которыми оснащают ваговские модели. При газификации подход тот же, что и в отношении ФСИ: по VIN-коду подбирается нужная прошивка с уже готовой топливной картой. Отметим, что алгоритмы и коэффициенты для одного мотора не подойдут для другого. Мудрить здесь нельзя, иначе раньше двигателя из строя выйдет турбина. 99% настроек готовятся производителем газобаллонного оборудования. В одних случаях достаточно просто загрузить программу, другие производители перед автокалибровкой запрашивают ВИН-код двигателя.
Дело установщиков в отношении «Тсай» – следовать карте монтажа, а затем убедиться в правильной работе системы. Можно выбирать из брендов ГБО, но итальянские и голландские производители остаются вне конкуренции.
Газ на TFSI
В моторе совмещен послойный впрыск с турбиной: система усложняется за счет эмуляции работы бензиновых форсунок как в системах FSI. Расход бензина уменьшается в разы, в то время как топливный насос продолжает нагнетать давление в штатном режиме. Из-за этого компьютер «ругается» и происходит аварийный сброс давления.
Однако установщикам, а тем более автовладельцам, вникать в такие нюансы не требуется, потому что персонифицированная программа управления газовым впрыском включает эмуляцию и учитывает текущие параметры. То есть на алгоритме процесса установки сложность бензиновой системы не сказывается. Главное – выбрать и корректно установить управляющую программу. Ну, и качественный монтаж тоже никто не отменял.
Заключение
Получается, что ГБО на TFSI или другие моторы с прямым впрыском не требует дополнительных регулировок, как в случае с обычными установками 4-го поколения. Система изначально работает корректно за счет программ, подготовленных производителем для конкретной модели движка. И то, что здесь реализуется сложный алгоритм поочередного впрыска бензин/газ не осложняет работу установщиков, а даже наоборот.
Однако отказываться от сертифицированных центров пока рано – установить газ все равно сложнее, чем поставить «Винду» на ПК. Остаются повышенные требования к точности подбора комплектации, диагностике и обслуживанию аппаратуры. Поэтому производители ГБО сотрудничают исключительно с авторизованными представительствами. Приобретать аппаратуру и делать монтаж у «серых» дилеров крайне не рекомендуется из-за отсутствия гарантии и последующих сложностей с регистрацией.
