Двигатель gdi режимы работы

В Интернете опубликовано множество статей «про GDI «, но, к сожалению, они все практически перепечатаны с одного источника и «изюминки» в них одного размера и цвета.
Эта статья посвящена достаточно интересному как с практической, так и с теоретической точек зрения вопросу: режимы работы двигателя GDI «изнутри», то есть так, как их «видит» бортовой компьютер. Ну а мы постараемся интерпретировать эти, пока еще предварительные данные.
Сразу два вопроса позвольте задать.
Первый вопрос: если вы человек внимательный, то обращали, конечно же, внимание, что при работе на холостом ходу двигатель вдруг самостоятельно начинал работать «шустрее», то есть, самопроизвольно «приподнимал» обороты, а через какое-то время они плавно возвращались обратно.
Второй вопрос: если не сами, то кто-то из соседей по гаражам говорил вам о необычном выхлопе двигателя GDI , «какой-то он не такой как у всех, какой-то необычный и непонятный запах», не правда ли?
COMBUSTION MODE — эти слова можно перевести по-разному, но для нас понятнее будет сказать, что это «режим работы «. Именно так сканер MUT2 пишет на своем дисплее в первой строчке. А во второй сканер «поясняет» — какой именно режим:

COMPRESSION ON LEAN
или
STICH F/B .

COMPRESSION ON LEAN — это режим работы на сверхобедненной топливо-воздушной смеси.
STICH F/B — режим работы на таком составе топливо-воздушной смеси, которая приближается к стехиометрическому, имеет «обратную связь» и может регулироваться «через» датчик кислорода.
Наглядно режимы работы можно предоставить таким образом:

Для приведенных рисунков 1 и 2 надо сделать обязательные пояснения.
Обороты двигателя указанные слева:
— 625 RPM ,- это «идеал» существующий на новом и абсолютно исправном двигателе. На уже «хоженном» двигателе разброс может составлять от 620 до 650 RPM .
— 900 RPM — здесь так же может быть «разброс» до 50 оборотов в ту или иную стороны.
— горизонтальная » time » : определенное время здесь не показывается (см. далее по тексту).
От чего зависят «переходы» из режима в режим?
Так называемая «правильная» работа двигателя определяется в первую очередь оптимальным составом топливо-воздушной смеси и не последнюю роль здесь играет такое понятие, как «расслоение смеси», потому что только при качественном расслоении смеси можно достичь качественное регулирование нагрузки и, что так же является досточно важным условием — снизить количество вредных выбросов в атмосферу.
Наиболее вредным продуктом окисления топлива является оксид азота ( NO ), образующийся в результате химической реакции между азотом и кислородом при температуре в камере сгорания свыше 1500 k .
Не будем рассматривать имеющийся при этом «Махе — эффект«, скажем только, что при работе двигателя GDI на ХХ и при образовании максимально допустимой концентрации NO (вспомните «непонятный» запах из выхлопной трубы), бортовой компьютер переводит двигатель в режим, который можно условно назвать «продувкой».
Обороты двигателя повышаются до 900 ( плюс-минус 50) и происходит смена режима работы двигателя, с COMPRESSION ON LEAN на STICH F/B .
Режим STICH F/B в свою очередь разделяется еще на два подрежима:
— режим регулирования топливо-воздушной смеси по показаниям датчика кислорода ( CLOSED LOOP ) и
— режим работы без регулирования состава топливо-воздушной смеси датчиком кислорода ( OPEN LOOP ).
При условии исправности всех систем ЭСУД (электронная система управления двигателем), датчик кислорода работает так, как ему и положено:

,- от 117 mV до 958 mV ( это не идеал, но все же. ).
Если при работе двигателя на ХХ наблюдается довольно частый переход из режима COMPRESSION ON LEAN в режим STICH F/B , то это может означать, в первую очередь, неправильный состав топливо-воздушной смеси и уже по этому признаку можно делать определенные косвенные выводы о исправности той или иной системы управления двигателем.
Встречалось такое, что вместо штатного датчика кислорода ставили «кислородник» от «девятки». В этом случае система «намертво» вставала в режим OPEN LOOP , а показания датчика кислорода были постоянными — около 30 mV .

GDI двигатели: плюсы и минусы двигателей GDI, что это такое

Gasoline Direct Injection, или же более распространенная аббревиатура GDI, скрывает под собой инжекторную систему подачи топлива для бензиновых двигателей с непосредственным (прямым) впрыском топлива. Конструкция устройств у разных производителей идет под разными аббревиатурами. Mitsubishi (а также KIA и Hyndai) дали название GDI, Volkswagen – FSI, Ford – Ecoboost, Toyota – 4D, Mercedes, BMW и некоторые другие скрывают понятие «непосредственный впрыск» в индексе двигателя. При таких системах подачи топливные форсунки вставлены в головку блока цилиндров, и распыление происходит сразу в каждую камеру сгорания, минуя впускной коллектор и впускные клапана. Топливо подается под большим давлением в цилиндр, чему способствует топливный насос высокого давления (ТНВД).

Отличия и особенности работы двигателей GDI прямого впрыска топлива

По факту мы имеем некий симбиоз дизельного и бензинового двигателей в одном. От дизеля GDI унаследовал систему впрыска и ТНВД, от бензина – сам тип топлива и свечи зажигания. Родоначальником моторов GDI стала компания Mitsubishi, когда в 1995 году был представлен Mitsubishi Galant 1.8 GDI. Сегодняшний двигатель с непосредственным впрыском. Это сложная система механизмов и электронных блоков по характеру и звукам в работе, напоминающим дизель.

Двигатель с непосредственным впрыском топлива явился миру гораздо раньше. В 1950-х годах такие моторы использовал Daimler-Benz на своих гоночных машинах, позже в гражданских, а в авиации они присутствовали еще в начале 1940-х годов.

Читать еще: Двигатель 4hf1 плавают обороты

Различия (разновидности) двигателей GDI. Марки автомобилей, где используется GDI

Предпосылки создания и массового перехода большинства ведущих автопроизводителей на системы впрыска, аналогичных GDI, были достаточно предсказуемы. Экологические нормы, требующие усовершенствования систем выхлопа отработанных газов, а также глобальная задача по созданию экономичных двигателей.

В двигателях GDI реализованы несколько типов смесеобразования топливовоздушной смеси. Это позволило выполнить задачи по экономии топлива, более полному сгоранию смеси и дополнительно увеличить мощность. В совокупности такой двигатель получился благодаря доработанной системе прямого впрыска, где немалую роль играет электронная начинка. Блок управления через датчики, раскиданные по системе, оперативно реагирует на малейшие изменения поведения автомобиля и подстраивает работу топливной системы под необходимые требования водителя.

Преимущества (плюсы) двигателей GDI

Особенностью двигателей с непосредственным впрыском является возможность работы в нескольких видах смесеобразования. Это является неоспоримым плюсом, так как многообразие в данном виде процедуры дает максимальную эффективность использования топлива. При исправно работающей системе непосредственного впрыска мы получим экономию топлива за счет режима работы на сверхобедненной смеси, причем без потери мощности.
В двигателях GDI присутствует увеличенная степень сжатия топливовоздушной смеси. Это помогает избежать калильного зажигания и детонации, и таким образом, увеличивается ресурс.
Также к положительным моментам двигателя с непосредственным впрыском GDI нужно отнести существенное снижение выброса в атмосферу углекислого газа и других вредных веществ. Это достигается за счет многослойного смесеобразования, которое обеспечивает более полное сгорание смеси, что дополнительно влияет на мощность двигателя.

Система GDI в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

послойное;
стехиометрическое гомогенное;
гомогенное.

Такое многообразие делает работу двигателя экономичной, обеспечивает лучшее качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов.

Недостатки (минусы) двигателей GDI

Описание двигателей GDI было бы не полным без упоминания отрицательных моментов ах эксплуатации.

Главный минус связан со сложностями системы впуска и подачи топлива. В таком варианте впрыска, двигатель GDI становится крайне чувствительным к качеству используемого топлива. В итоге проблема закоксовывания форсунок становится актуальной для водителя. Она вызовет потерю мощности и увеличение расхода топлива.
Также в минусы можно отнести сложность обслуживания и стоимость ремонта, замены деталей и агрегатов топливной системы, поэтому важным моментом является контроль за состоянием топливной системы автомобиля.
Дополнительно, двигатели GDI и другие с непосредственным впрыском топлива, выбрасывают большее количество сажевых частиц, чем устройства с впрыском MPI (распределенным, в коллектор), что вынуждает ставить сажевые фильтры в последних поколениях моторов.
Также, двигатели GDI склонны к нагарообразованию во впускном коллекторе и на клапанах при пробеге более 100 тысяч километров, что вынуждает владельцев обращаться в сервис для очистки.

В обслуживании двигатель GDI дороже, но рабочие характеристики перекрывают этот минус. Тем более, есть средства, помогающие повысить ресурс капризных деталей и узлов.

Профилактика неисправностей моторов GDI

Профилактика – простое решение для владельца автомобиля с системой непосредственного впрыска двигателя GDI или аналогичными системами. Как мы уже писали выше, качество топлива будет играть основную роль. Понятно, что без лабораторных исследований судить о качестве этой составляющей невозможно, поэтому в качестве профилактических мер и защиты топливной системы от возникающих проблем могут помочь топливные присадки.

Компания Liqui Moly – один из мировых лидеров в производстве автохимии рекомендует для поддержания необходимого уровня смазывающих и очищающих присадок в используемом топливе применять Langzeit Injection Reiniger, артикул 7568. Постоянное применение присадки значительно снизит риск возникновения поломок связанных с топливом. Пакеты присадок, поднимающие смазывающие свойства топлива, надежно защитят топливную аппаратуру от скорого износа.

Для лечения и профилактики загрязнений форсунок также есть надежное средство, артикул 7554 очиститель систем непосредственного впрыска топлива Direkt Injection Reiniger. Заменяет стендовую очистку форсунок, работает по нагару, смолам. Немаловажный момент, что топливные присадки Liqui Moly начинают работать в системе при повышении температуры, то есть именно там, где чаще всего нужна очистка, а в баке происходит только смешивание с топливом.

Стоит ли покупать автомобили с двигателями GDI

При должном подходе и своевременном обслуживании владелец автомобиля с системой GDI получает комфортный в управлении автомобиль с высокой тягой, мощностью и хорошей экономией топлива. И как показывают продажи таких автомобилей, на дорогах встречаться они будут чаще.

Двигатели GDI были одними из первопроходцев систем непосредственного впрыска топлива. Обладая очевидными преимуществами, такие моторы требуют специального профилактического ухода. В первую очередь, это уход за форсунками. Наиболее простым способом является использование присадок в топливную систему. Производя профилактический уход за топливной системой автомобилей с двигателями GDI, автовладелец может продлить его ресурс и наслаждаться повышенной мощностью и динамикой.

Автопроизводители не стоят на месте, развитие и усовершенствование двигателей с системами непосредственного впрыска продолжается. Уже представлены автомобили с моторами T-GDI, но это уже другой рассказ.

GDI в деталях

Данную запись сделал для себя, кто знает — можно не читать)

Чем же отличается новый двигатель от «обычных»? Чтобы ответить на этот вопрос, придется начать издалека. Известно: для работы двигателя внутреннего сгорания топливо нужно смешать с воздухом в определенной пропорции, причем качество смеси существенно влияет на параметры мотора — его мощность, токсичность выхлопа и т.п. Известно также, что двигатели подразделяют на две категории: с внутренним смесеобразованием (дизели, у которых топливо смешивается с воздухом непосредственно в цилиндре) и с внешним (бензиновые — карбюраторные или с впрыском топлива, где в цилиндр поступает уже готовая топливо-воздушная смесь). Двигатель, получивший обозначение GDI (Gasoline Direct Injection, то есть бензиновый с непосредственным впрыском) как бы перешел в «лагерь» дизелей. У него форсунка также подает топливо в цилиндр, где оно смешивается с воздухом, но зажигание производится с помощью электрической искры.

Читать еще: Шаговые двигатели для принтеров характеристики

Но это еще не все особенности данного двигателя. Не погружаясь в дебри 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: «холодную» у стенок цилиндра и «горячую» в центре в области свечи. Это приоткрывает завесу над тайной работы двигателя на сверх-обедненной смеси: просто-напросто рабочая концентрация создается непосредственно у свечи.

Также, из интересных особенностей можно отметить, что двигатель имеет два топливных насоса. Первый «обычный», который находится в баке и второй насос высокого давления (ТНВД), который приводится механически от двигателя.

Виды впрыска топлива двигателей с GDI

Двигатели 4G93 выпускаются двух типов: для Японии и для Европы. И у них есть различия и, можно сказать, довольно основательные.
И не только по конструкции двигателей, топливного насоса высокого давления, но и в самой системе впрыска топлива. Для Японских существуют всего два вида впрыска топлива на двигателях GDI :

ULTPA LEAN COMBUSTION MODE — режим работы на супер-обедненной топливо-воздушной смеси, приблизительно в соотношениях от 37:1 до 43:1. За «идеальное» соотношение принимается 40:1. В данном режиме двигатель работает на скоростях до 115-125 км/час при условии, что ускорение совершается спокойно и плавно, без резкого нажатия на педаль акселератора. и «выдает» наиболее максимальный крутящий момент на двигатель. Впрыск топлива происходит на такте сжатия, когда поршень еще не дошел до верхней мертвой точки . Топливо впрыскивается компактной струей и, закручиваясь по часовой стрелке, максимально пОлно размешивается воздухом.
SUPERIOR OUTPUT MODE режим работы в стехиометрическом составе топливо-воздушной смеси. Этот режим работы включается на скорости свыше 125 км/час или в том случае, если на двигатель «падает» большая нагрузка (прицеп, затяжной подъем в гору и так далее).

Для автомобилей, которые «европейцы», был добавлен еще один режим – ДВУХ-ступенчатый впрыск топлива под названием: TWO-STAGE MIXING — резкий старт с места или резкое ускорение при обгоне. Это режим двухступенчатого впрыска топлива, когда топливо впрыскивается в цилиндр два раза за четыре такта движения поршня.
Во время первого впрыска топлива на такте впуска состав топливо-воздушной смеси составляет всего такое соотношение, как 60:1. Это «два раза супер-обедненная смесь» и в таком соотношении она никогда не воспламенится и служит, в основном, для того, что бы охладить камеру сгорания, потому что чем ниже будет ее температура, тем больше войдет туда на такте впуска воздуха и, значит, тем больше топлива — соответственно, можно подать туда на втором такте — такте сжатия. То есть, все это придумано только для того, что бы увеличить коэфициент наполнения камеры сгорания

А если конкретно, то на такте сжатия в камере сгорания получается состав топливо-воздушной смеси равный 12:1 (сверх-обогащенная топливо-воздушная смесь).

Все это позволяет получить максимальную мощность. Для сравнения при одних и тех же оборотах, например, RPM 3000, двигатель GDI «выдает» на 10% больше мощности, чем тот же MPI (распределенный впрыск топлива).
Переключение режимов из одного в другой происходит автоматически и практически незаметно для водителя, всем управляет бортовой компьютер.

Есть и еще один режим работы двигателя: STICH F/B это режим работы на составе топливо-воздушной смеси, которая приближается к стехиометрическому, имеет «обратную связь» и может регулироваться «через» датчик кислорода. 😉

Подробно мы его рассматривать не будем. Скажем только, что при длительной работе двигателя GDI на ХХ бортовой компьютер переводит двигатель в режим, который можно условно назвать «продувкой». Обороты двигателя повышаются до 900 (плюс-минус 50) и происходит смена режима работы двигателя, с COMPRESSION ON LEAN на STICH F/B. Нормальным считается, если такой переход происходит примерно один раз в 4 минуты.

Черные свечи на GDI.

Наверняка многие не раз видели и уже привыкли к тому, что свечи на GDI практически всегда «черные».

Внимательно рассмотрев нагар на свече зажигания «от» GDI и отбросив «классические» причины, (несоответствие типа свечи, неправильное зажигания, масло в камере сгорания) можно назвать наиболее предположительную причину «черных» свечей зажигания это неправильный состав топливо-воздушной смеси.
Почему так, ведь за всем следит компьютер? Можно предположить, что «засаживание» свечей зажигания происходит из-за того, что образовавшийся с течением времени черный нагар (сажа) внутри впускного коллектора, ее самые легкие частички, увлекаются потоком воздуха и вместе с ним попадают в камеру сгорания. Вместе с тем, сажа на стенках впускного коллектора изменяет, как форму воздушного потока, так и его единовременный объем, вследствие чего в камере сгорания не создается запрограммированный «воздушный винт» и топливо-воздушная смесь перемешивается «некачественно», из-за чего она сгорает «не по стандарту GDI» и так по кругу в нарастающем порядке.
Свечи — это очень хороший индикатор состояния впускного тракта.

Чистка впускного коллектора поможет замедлить засаживание свечей (простой пример: автомобиль с двигателем GDI, который «с конвейера», может пробежать до 30.000км, и свечи зажигания у него будут «правильные», цвета «кофе с молоком»), но вместе с тем нужно понимать, что засаженный коллектор это не единственная причина. Есть еще клапана, на которых могут нарастать довольно ощутимые отложения, могут забиваться форсунки и не давать правильного распыла топлива.
Из-за особенностей смесеобразования в GDI двигатель не так чувствителен к состоянию свечей. Поэтому до некоторого предела на черный нагар на свечах можно не обращать внимания, но до известных пределов. Больше 15-20тыс на одном комплекте, наверное, ездить не стоит.

Читать еще: Почему появляется нестабильный ход двигателя

Что такое GDI двигатель? Отличительные особенности мотора

Возникающие колебания, параллельно подкрепляют споры и отзывы, которые прописываются на форумах. Человек, не сталкивающийся с моторами GDI и не имеющий ни малейшего представления о них, начинает опасаться за будущую покупку. Мало ли придется столкнуться с внештатной работой моторного узла, либо увеличить ремонтные расходы, либо часто обращаться в автомастерскую.

Поэтому, чтобы сделать правильный выбор, мы расскажем о том, что такое GDI мотор и какие у него плюсы и минусы. В этой статье мы учли мнения всех категорий водителей: профессионалов и любителей.

Особенности мотора и модификации

Двигатель, с аббревиатурой GDI (Gasoline Direct Injection), работает по принципу того, что топливо распределяется сразу по цилиндрам. В других двигателях, все построено по-другому, топливо впрыскивается сначала во впускной коллектор. Двигатели GDI используют только японские концерны, Mitsubishi, Toyota, Nissan.

Теперь остановимся на автомобилях с двигателем GDI. Первое с чего стоит начать, это топливо. Двигатель любит чистое топливо, с высоким октановым числом. Это можно рассматривать, как рекомендацию, которой следует придерживаться.

Категорически нельзя использовать этилированный бензин. Применяйте присадки, всевозможные очистители топлива и «повышатели» октанового числа. Использовать разрешается, но злоупотреблять не стоит. Это происходит потому, что принцип работы топливных насосов высокого давления (далее ТНВД) построен сложно.

Существует несколько модификаций двигателей GDI и каждый из них построен по-разному. Например, в одном двигателе принцип «сжимания и нагнетании топлива» включает участие только мембранного клапана.

Это уже другой двигатель у которого схема работы может быть уже по другому. Там могут быть задействованы 7 небольших плунжеров. Принцип работы схож с пистолетной обоймой и сложную механическую схему.

Эти модификации двигателей имеют одну схожую особенность. Все детали: мембранный клапан, плунжера являются высокоточными деталями. Их максимально качественно обрабатывают.

Совет

А теперь смотрите, что может произойти, если будете использовать некачественные виды топлива, либо подозрительные примеси в движках GDI. Через какое-то время ТНВД «сядет», что не будет давать нужного давления. Конструкторы предусмотрели этот момент и включили несколько ступеней для очистки топлива.

Начальная очистка производится при попадании топлива в ТНВД, где установлена «сеточка», которая производит первоначальную очистку.

Следующая очистка происходит непосредственно в топливном фильтре. Он находится на каждом автомобиле и располагается по-разному: у кого-то под днищем, у кого-то прямо в топливном баке.

Далее, очистка осуществляется тогда, когда топливо поступает в ТНВД, на подступах к которому установлена «сеточка-стакан».

Последняя очистка производится при обратном возвращении топлива, когда оно снова попадает в ТНВД и проходит через всю его конструкцию. На выходе мы опять имеем сеточку-стакан, которая производит очистку.

Все эти степени очистки являются отличным вариантом для любого вида топлива, кроме нашего.
Если мощность мотора и приемистость понизились, то не оставляйте этот факт без внимания. Значит, с двигателем происходит что-то не то.

Через определенное время автомобиль просто может перестать заводиться. Поэтому, незамедлительно выдвигайтесь на ближайшее СТО, которое специализируется на моторах с такими ТНВД. Попытайтесь решить вопрос еще на начальном этапе. Таким образом, можно продлить срок службы двигателя.

Выявление неисправности ТНВД

Чтобы определить проблему ТНВД и убедиться в его «виновности» стоит применить методику, которая включает в себя несколько пунктов:

Первый шаг: Начинаем с проверки электроники, в процессе которой считываем DTC. Должны сразу отметить тот факт, что на ТНВД двигателя установлен лишь электромагнитный клапан. Это все, что имеется из электроники на агрегате. Клапан «запирает» топливо.

Электроника на двигателях достаточно продвинутая и чувствительная. Много различных экспериментов проводили с ней, на которых она показывала себя с безупречной стороны.

Cистема GDI вызывает только уважение, но в ней есть особенность. Если ухудшаются параметры внутри ТНВД, то система на изменения давления горючего не реагирует. Здесь мы рассматриваем варианты износа от использования некачественного топлива. Следовательно, переходим к следующему шагу.

Шаг 2: Теперь убедитесь, что исправен электромагнитный клапан. Если с его работой проблем не обнаружено, переходим дальше.

Шаг 3: Замерьте давление ТНВД на «выходе». Нормально давление составит 40 — 50 кгсм2. Если прибор показывает результат в этом диапазоне, значит, все хорошо. Приобретая авто с мотором GDI, будьте готовы к тому, что Российское топливо им не подходит.

Если Вы приобрели, либо окончательно остановили выбор на GDI, то проводите полную очистку ТНВД каждые 2000-3000 километров. Доверить это лучше профессионалам.

Принцип работы

Теперь подробно рассмотрим, как работает данный тип двигателей.

По своей конструкции GDI схож с бензиновыми и дизельными моторами. Если брать цилиндр в отдельности, то он в себя включает форсунку, свечу зажигания. Благодаря форсунке горючее поступает в двух режимах.

В работе двигателя существует несколько режимов, которые напрямую зависят от многих показателей: скорости, темпа езды, эксплуатации автомобиля. Первый режим — работа на сверхбедных смесях. Автомобиль едет спокойно, скорость не превышает 120 км/ч.

В результате этого режима на выходе получаем устойчивость, надежность работы двигателя. Второй режим — работа на стехиометрической смеси. Тут уже рассматривается интенсивное движение, езда на высоких скоростях.

Третий режим производит уже сама система управления Gasoline Direct Injection, когда машина двигается с маленькой скоростью, а затем резко вжимаете газ. Здесь происходит повышение момента двигателя.

Что в итоге? А то, что при первом режиме мотор будет работать устойчивей. Мощности будет выдавать больше, топлива расходовать меньше. Этот режим наиболее экологический, по сравнению с другими бензиновыми агрегатами.