GDI – инновационная система впрыскивания топлива

Современные автомобили, помимо выполнения своих основных функций, также должны удовлетворять экологическим требованиям и иметь низкий расход горючего. В этой статье мы поговорим о инновационной топливной системе впрыскивания GDI.

Как работает мотор автомобиля, и на каком топливе?

Двигатель внутреннего сгорания преобразует энергию, выделяемую при сгорании топлива, во вращающий момент, распределяемый по колесам. Топливо не воспламеняется само по себе, для этого необходимо обеспечить обязательные условия.

Первое условие – сформировать топливовоздушную смесь. Чистый бензин в цилиндре никогда не сможет воспламениться. Горение – это разновидность процесса окисления, из школьного курса химии известно, что для этого необходим кислород. Поэтому, чтобы топливо горело в цилиндрах, необходимо к нему добавить воздух. Для полного окисления одной части бензина необходимо 14,7 части воздуха. Такая смесь носит название стехиометрической. Она имеет соотношение воздуха к бензину 14,7:1.

Если количество воздуха непропорционально большое, значит, смесь обеднена, наоборот – обогащена. При использовании чрезмерно бедной топливной смеси, мощность двигателя снижается, а из-за слишком богатой возрастает расход топлива, и мы видим нагар на рабочих механизмах, таких как клапаны, свечи зажигания, выхлопная система.

Воздух в смеси выполняет и дополнительную функцию – повышает давление в цилиндре. В качестве топлива для работы мотора применяют дизельное топливо, бензин или газ. Двигатель, который работает на дизеле, способен выдавать ту же мощность, что и бензиновые аналоги, при меньшем расходе топлива.

Почему дизель экономичнее

В бензиновом движке на впускном этапе в цилиндр передается уже готовая топливовоздушная смесь. Она воспламеняется от маленькой искорки на электродах свечи зажигания. В дизельных моторах дело обстоит иначе. В момент запуска в него попадает воздух. Из предмета физики в школе вспоминаем, что при уменьшении объема и росте давления повышается температура газа. В конце такта сжатия в цилиндр с помощью форсунки доставляется горючее в состоянии очень мелкого аэрозоля, практически тумана.

Когда дизель попадает в цилиндр с большим давлением и температурой, он самовоспламеняется. Степень сжатия в современных моторах на бензиновом топливе порядка 12 (против 18 у дизельного). И этот показатель остается на таком уровне уже долгие годы. Так получилось из-за паразитных явлений детонации. Кроме того, помехой становится и калильное зажигание, эти процессы могут привести к повреждению и даже уничтожению двигателя.

Если поднимать степень сжатия, обеднять ТВС и впрыскивать ее прямо в цилиндр, расход топлива снизится. Эта идея и привела к появлению системы впрыскивания GDI.

Особенности GDI двигателей

Двигатели такого типа работают на бензине и при этом имеют в конструкции свечи зажигания. Топливо подается напрямую в цилиндр с использованием форсунок под давлением 5 МПа. При работе на малой нагрузке в двигатель доставляется обедненная смесь.

Система зажигания необходима для облегчения ее воспламенения. Благодаря этому двигатель способен функционировать даже на смесях с соотношением воздушных масс к топливу 40:1. Когда водитель меняет манеру вождения на более агрессивную, в цилиндр поступает смесь топлива уже со стехиометрическим соотношением составляющих, и проблем с ее самовоспламенением не возникает.

Если автомобиль двигается на низких оборотах, и водитель внезапно утапливает педаль газа в пол, в двигатель моментально поступает обогащенная смесь, в этом случае возникает риск детонации. Это состояние резкого сгорания топлива в дальних от центра точках цилиндра, что плохо влияет на конструкцию в целом. Проявляется детонация посторонними звенящими звуками при работе двигателя.

Чтобы уменьшить вероятность детонации, применяется способ плавного впрыскивания топлива. Сначала, на этапе сжатия через форсунку в цилиндр поступает мало горючего. При таком отношении количества топлива к воздуху образуется очень бедная смесь. Она воспламеняется с помощью свечи зажигания.

Детонационные процессы не происходят, и в мотор через инжектор поступает еще порция топлива. Результирующее соотношение становится обогащенным – 12:1. Детонация не происходит, потому что процессы первичного и окончательного впрыска разнесены таким образом, что на нее просто не остается времени.

Как мы экономим топливо, применяя GDI?

В результате впрыскивания топлива прямо в цилиндр при спокойной езде бензин экономится, поскольку работает на обедненной смеси. А повышенная степень сжатия приводит к росту мощности ДВС и облегчает воспламенение ТВС в ЦПГ. Мы получаем хорошую работу ДВС на смесях с малым содержанием топлива и экономим 10% топлива, а с помощью впрыска топлива небольшими порциями в активной фазе работы получаем еще 10%.