Двигатель GDI: плюсы и минусы, отзывы специалистов

Двигатель GDI (Gasoline Direct Injection) – бензиновый силовой агрегат с прямым (непосредственным) впрыском топлива. Моторы с аббревиатурой GDI производятся японскими компаниями Mitsubishi, Toyota, Nissan, корейскими автопроизводителями, а также фирмой Bosh.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель TSI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, плюсах и минусах моторов данного типа.

Идея постройки двигателя с непосредственным впрыском топлива в цилиндры родилась достаточно давно, при этом массовый GDI впервые был представлен только в 1995 году. Моторы с технологией GDI в большинстве встречаются на автомобилях марки Mitsubishi. Перовой моделью с таким силовым агрегатом стала модель Mitsubishi Galant, которая получила силовую установку 1.8 GDI.

Характеристика

Под данной аббревиатурой подразумевается впрыск непосредственно в камеру сгорания. Вот, на каких автомобилях применяется двигатель GDI:

• «Митсубиси».
• «Киа».
• «Кадиллак».
• «Фольксваген».
• «Тойота».
• «Лексус.
• «Мерседес».
• «БМВ».

Обычный инжекторный мотор имеет коллекторную систему смесеобразования. Так, в цилиндры подается уже готовый безвоздушный состав. Смешивание происходит во впускном коллекторе, на котором монтируются форсунки. Управление последними осуществляет электроника. Но есть также модели, где работа форсунок осуществляется механически (например, старые «Мерседесы» с системой «К-Джетроник»). Что являет собой двигатель GDI?

Расходы за 100 тыс. км

Отличия

В отличие от вышеописанных агрегатов, данный мотор имеет форсунку, направленную прямо в камеру сгорания. Подобная система практикуется на дизельных моторах с системой «Коммон Рейл». Однако здесь в цилиндры подается бензин. Подача воздуха осуществляется посредством впускных клапанов, которые открываются и закрываются в определенный момент (согласно вращению распредвала). Таким образом, ключевое отличие двигателя GDI от обычного инжекторного в том, что смесь образовывается непосредственно в цилиндре, а не в коллекторе.

Подробности в деталях

— Переднего пассажира периодически нервировал стук и треск. Источник{q} Неправильно отрегулированная крышка бардачка и плохо закрепленный держатель для очков.

— Может быть и мелочь, но раздражало — обивка багажника к 50 000 км выглядела уже изношенной.

https://www.youtube.com/watch{q}v=ytdevru

— Качество покраски кузова очень хорошее. Лак нанесен равномерно. Измеренная толщина покрытия от 95 до 120 мкм. Это хороший результат!

— Антикоррозионная защита очень эффективная. Ржавчина не имеет ни малейших шансов на появление.

— Двигатель действительно долговечный и простой. Два распределительных вала в головке блока приводятся в движение цепью. Охотники за техническими ухищрениями умрут со скуки. Но самое главное – с точки зрения прочности придраться не к чему.

— Не смотря на потерю нескольких лошадиных сил, двигатель не имеет следов износа. Жаль, что конечный замер показал нехватку 7 л.с., по сравнению с заводскими данными.

— В катализаторе обнаружено несколько незначительных повреждений, но функционировал он без каких-либо нареканий.

— Сцепление имеет признаки износа. Четко видны следы перегрева и повреждения. Это свидетельствует о динамичном характере тестирования и невысоком качестве узла.

Особенности

Конечно, создать идеальное соотношение смеси довольно трудно в таких условиях. Поэтому в работе дополнительно участвует электронный блок с программным обеспечением. Оно рассчитано на несколько разных циклов работы. Также особенности заключаются в самих форсунках. Чтобы получить идеальное смесеобразование, производители применяют вихревые форсунки. Они способны впрыскивать горючее в виде мелкодисперсионного тумана.

Следующая особенность двигателя GDI – это соотношение смеси. Если говорить о классических инжекторных моторах, здесь на одну часть бензина приходится 14 частей воздуха. Двигатель GDI формирует обедненную смесь, где на одну порцию топлива приходится 20 порций воздуха. Но при таком соотношении двигатель не всегда может работать на полную мощность. Поэтому в случае необходимости, состав смеси корректируется. Так, соотношение бензина и воздуха может быть как у моторов с распределенным впрыском – 1:14. Изменению состава смеси способствует двухступенчатая система подачи топлива.

Базовая концепция

В обычных бензиновых двигателях было бы затруднительно обеспечить распыление воздушно-топливной смеси с идеальной плотностью вокруг свечи зажигания. Однако это стало возможным в двигателе GDI. Кроме того, достигнуто чрезвычайно низкое потребление топлива, потому что идеальная стратификация позволяет топливу, введенному на поздней фазе такта сжатия, поддержать сгорание сверхбедных воздушно-топливных смесей.

В ходе тестовых испытаний двигателя было показано, что воздушно-топливная смесь с оптимальной плотностью собирается вокруг свечи зажигания в виде стратифицированного заряда топлива. Это также было подтверждено анализом поведения топливной струи непосредственно перед воспламенением и анализом мгновенного состава воздушно-топливной смеси.

В результате достигнуто чрезвычайно устойчивое сгорание ультрабедной смеси с отношением «воздух-топливо» 40:1 (55:1 при включении рециркуляции выхлопа).

Преимущества

Итак, давайте рассмотрим плюсы данных силовых агрегатов:

• Экономия топлива. Эта характеристика достигается за счет образования более бедной смеси, о чем говорилось выше. Так, при отсутствии нагрузок двигатель работает на бедной смеси. Однако, когда нужно использовать весь потенциал, состав ее меняется на нормальный. За счет двухступенчатой подачи топлива машина экономит порядка 25 процентов на холостых оборотах. Если брать обычную езду, то такой мотор будет расходовать примерно на 10 процентов меньше топлива, нежели тот, что оснащен распределенным впрыском.
• Правильное горение топлива. Специалисты отмечают, что наиболее качественное воспламенение и горение смеси будет в том случае, если топливо находится в непосредственной близости к свече. Так, в цилиндрах бензин сгорает полностью, и отдача от этого максимальная. Также стоит отметить технологию послойного непосредственного впрыска FSI. Она применяется на автомобилях марки «Фольксваген». Впоследствии эту технологию подхватили и другие производители, в том числе и «Киа». Двигатели GDI корейского производства отличаются высокой производительностью и имеют широкую полку крутящего момента, чего нет у простых инжекторных моторов.
• Меньшая токсичность выхлопа. Эта характеристика тесно связана с двумя предыдущими. Отзывы специалистов говорят, что моторы с непосредственным впрыском выбрасывают намного меньше вредных веществ, нежели их аналоги (особенно на холостых оборотах).
• Мощность. Благодаря более правильному горению с одного и того же объема инженерам удалось снять на 10 процентов больше мощности, нежели от ДВС с распределенным впрыском. Также моторы GDI отличается более высокой степенью сжатия. Это положительно сказывается на крутящем моменте.
• Меньшее количество нагара. Как отмечают отзывы, при работе данные моторы не выделяют существенный нагар. Масляные каналы не закупориваются продуктами сгорания. Соответственно, служат эти двигатели дольше простых инжекторных. Также на моторах GDI более чистое масло.

Но не все так гладко, как кажется. У этих двигателей есть свои недостатки, о которых обязательно стоит поговорить.

Краткое описание

Для определения атрибутов текста и изображения, которые выводятся на экран или принтер, используется программный объект под названием «контекст устройства» (Device Context, DC). DC, как и большинство объектов GDI, инкапсулирует подробности реализации и данные в себе и к ним нельзя получить прямой доступ.

Для любого рисования нужен объект HDC (Handle DC). При выводе на принтер HDC получается вызовом CreateDC, и на нём вызываются специальные функции для перехода на новую страницу печатаемого документа. При выводе на экран также можно использовать CreateDC, но это приведет к рисованию поверх всех окон вне их границ, потому обычно для рисования на экране используются вызовы GetDC и BeginPaint, принадлежащие уже не GDI, а USER, и возвращающие контекст, ссылающийся на регион отсечения окна.

Функциональность:

• вывод одними и теми же вызовами на экран, принтер, «экран в памяти» (доступный приложению по указателю и созданный им bitmap в памяти, также возможно выделение bitmapов в памяти видеокарты — CreateCompatibleBitmap — и рисование на них, такие битовые карты не доступны по указателю, но дальнейшая перерисовка с них на физический экран происходит очень быстро без нагрузки процессора и шины, и особенно быстро в случае Remote Desktop).
• вывод в метафайл — запоминание последовательности команд рисования в файле, который можно «проиграть» заново, векторный графический файл .wmf есть именно этот метафайл с небольшим дополнительным заголовком в начале.
• вывод текста различными шрифтами, в том числе TrueType и OpenType, а также шрифтами, вшитыми в принтер (при изображении документа на экране используется ближайший похожий программно реализованный шрифт). Буквы всегда заливаются одним цветом («текущий цвет»), промежутки между ними либо остаются прозрачными, либо же заливаются другим цветом («текущий цвет фона»). Не поддерживается расположение букв по кривой.
• богатый набор операций с битовыми картами (битмапами), включая масштабирование, автоматическое преобразование из типичных форматов в текущий формат экрана без усилий со стороны программиста (StretchDIBits), рисование на битмапах нескольких типичных форматов, находящихся в памяти, и огромное количество логических операций комбинирования цветов 2 битмапов — уже имеющегося на устройстве назначения и вновь рисуемого.
• богатый набор операций векторной графики (примерно тот же, что в PostScript, но используется другой вид кривых). Проводимая линия имеет атрибуты — толщину, рисунок пунктира и цвет (собраны вместе в т. н. объекте PEN) и способ сглаживания углов многоугольников. Заливка может быть одноцветной, одной из штриховок на выбор или же битмапом 8 на 8 (эти атрибуты собраны в «объекте BRUSH»). В Windows NT также появились кривые Безье.
• все цвета в вызовах — всегда в RGB, независимо от системы цветов текущего устройства. Исключение — отдельные пикселы внутри битмапов, которые могут быть и в виде, определенном устройством.
• поддержка регионов отсечения и всех основных логических операций над ними. Координаты в них — 16-битные целые (что ограничивало размер экрана Windows, даже довольно поздних версий, до 32K пикселов).
• поддержка матрицы поворотов/растяжений — World Transform, не поддерживается для регионов отсечения, только для векторной графики.

Минусы

Первый недостаток касается устройства системы. Двигатели с непосредственным впрыском имеют более сложную систему впуска. Сюда входит ТНВД (топливный насос высокого давления), по конструкции схожий с тем, что применяется на современных дизельных ДВС. Ввиду этого автомобили с впрыском GDI более требовательны к качеству топлива, как и их дизельные собратья. Особенно вредны для этого мотора следующие компоненты:

• Сера.
• Фосфор.
• Железо и прочие минералы.

Все они могут находиться в дешевом, некачественном бензине. Как отмечают отзывы, GDI двигатель сильно боится твердых частиц, поскольку топливо проходит через крайне тонкие отверстия. Они легко забиваются в случае, если будет использован некачественный бензин.

Важно также соблюдать октановое число. В руководстве по эксплуатации написано, что данный мотор работает на бензине с октановым числом 100, который в России очень редко встретишь. Как минимум, такие автомобили следует заправлять топливом с ОЧ не ниже 98. А попытка залить 95-й будет сопровождаться характерными вибрациями по кузову. Также для данных моторов противопоказаны различные очистители, присадки и добавки. Запрещено использовать и этилированный бензин.

Следующий недостаток касается обслуживания. В России мало сервисов, которые специализируются именно на таких двигателях. И если с ремонтом «Коммон Рейла» не возникнет вопросов, то с поиском СТО, что способно отремонтировать GDI-мотор, могут возникнуть проблемы.

Отремонтировать такой двигатель не так просто, как обычный ДВС с распределенным впрыском. Сложности заключаются не только в топливном насосе высокого давления, но и в двухступенчатой системе подачи горючего. И у каждого производителя есть свои специфические поломки. О них мы расскажем ниже.

Какая из систем лучше для простого водителя

Минусы «Джидай» моторов

1. Повышенные требования к качеству бензина.
2. Закоксовывание впускных клапанов, так как они не омываются топливом, как это происходит при многоточечном впрыске.
3. Образование нагара на форсунках топливных форсунок. Их нужно чаще чистить и проверять. Поскольку они рассчитаны на высокое давление, не все крепления могут полностью их промыть. Замена уплотнительных колец форсунок и сопутствующий «геморой».
4. Высокая стоимость обслуживания системы впрыска ГДИ и ее ремонта.

Плюсы

1. Экономическая эффективность;
2. КПД и высокая мощность на грамм топлива до 15%;
3. Доброта к окружающей среде.

Двигатель 4G93 GDI

О нем стоит рассказать отдельно. Что это за мотор? 4G93 — это двухлитровый четырехцилиндровый агрегат, серийно производящийся на протяжении 20 лет. Максимальная мощность в зависимости от модификаций – от 160 до 215 лошадиных сил. Изначально он был карбюраторным, а затем инжекторным. В начале 2000-х этот двигатель оснастили непосредственным впрыском. Агрегат имеет двухвальную головку блока с ременным приводом ГРМ. Также мотор оснащен гидрокомпенсаторами.

Как отмечают отзывы, двигатель GDI «Митсубиси» может иметь проблемы с насосами. Их всего два. Это топливный насос низкого и высокого давления. Зачастую проблемы возникают именно с последним. Так, ТНВД забивается твердыми частицами, что находятся в топливе. В итоге машина глохнет при нажатии на педаль газа и при любых попытках разогнаться. При этом на холостых оборотах двигатели «Мицубиси» GDI могут вести себя нормально. В такой ситуации требуется детальная диагностика и чистка элементов насоса.

Среди прочих проблем данного мотора стоит отметить:

• Проблемы с клапаном рециркуляции газов. Впускной коллектор на этом двигателе требует регулярной чистки.
• Залив свечей зажигания. Это происходит в сильные морозы при попытке запуска двигателя «на холодную».
• Стук двигателя. Такое происходит по причине неисправных гидрокомпенсаторов. Из-за этого зазор клапанов не соответствует норме.

Контроль эмиссии

Предыдущие попытки сжигать бедные воздушно-топливные смеси приводили к трудностям в регулировании эмиссии NOx. Однако для двигателя GDI достигнуто 97-процентное сокращение окислов NOx при использовании высокого (порядка 30%) уровня рециркуляции выхлопного газа. Этот результат достигается благодаря уникально устойчивому сгоранию топлива в двигателе GDI, а также благодаря недавно разработанному катализатору обедненных окислов азота, На рисунке показан график эмиссии NOx для этого двигателя, на рисунке ниже — катализатор обедненных окислов азота.

Рис. Эмиссия окислов азота

Рис. Новейший катализатор обедненных окислов азота

Подводим итоги

Итак, мы выяснили, что собой представляет двигатель с непосредственным впрыском. Как видите, мотор GDI имеет как ряд положительных, так и отрицательных сторон. Стоит ли приобретать себе такой автомобиль? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Да, эти моторы более мощные, экологичные и расходуют меньше топлива. В то же время не каждый сервис берется за их обслуживание, а стоимость ремонта всегда будет существенной. Нужно постоянно заправляться на проверенных АЗС, чтобы твердые частицы не забили тонкие полости насоса высокого давления. Поэтому эксплуатация автомобилей с двигателем GDI целесообразна только в крупных городах, где есть качественные АЗС и специализированные мастерские. В остальных случаях содержание такого автомобиля будет проблемным.

Реализация

В Windows 9x и более ранних реализована в 16-битной GDI.DLL, которая, в свою очередь, подгружает выполненный в виде DLL драйвер видеокарты. Драйвер видеокарты первоначально и был обязан реализовать вообще всё рисование, в том числе рисование через битмапы в памяти в формате экрана. Позже появилась DIBENG.DLL, в которой было реализовано рисование на битмапах типичных форматов, драйвер был обязан пропускать в неё все вызовы, кроме тех, для которых он задействовал аппаратный ускоритель видеокарты.

Драйвер принтера подгружался таким же образом и имел тот же интерфейс «сверху», но «снизу» он вместо рисования в памяти/на аппаратуре генерировал последовательности команд принтера и отсылал их в объект Job. Эти команды, как правило, были либо двоичные и не читаемые человеком, либо PostScript.

В Windows NT GDI была полностью переписана с нуля заново, причём на C++ (по слухам, у Microsoft тогда не было компилятора этого языка и они использовали cfront). API для приложений не изменился (кроме добавления кривых Безье), для драйверов — обёртки на языке Си вокруг реализованных на C++ внутренностей (вроде BRUSHOBJ_pvGetRbrush).

Сама GDI была размещена сначала в WINSRV.DLL в процессе CSRSS.EXE, начиная с NT4 — в win32k.sys. Драйверы загружались туда же. DIBENG.DLL была переписана заново и перенесена туда же, как совокупность вызовов EngXxx — EngTextOut и другие. Логика взаимодействия драйвера-GDI-DIBENG осталась примерно та же.

GDI32.DLL в режиме пользователя реализована как набор специальных системных вызовов, ведущих в win32k.sys (до NT4 — как обёртки вокруг вызова CsrClientCallServer, посылавшего сообщение в CSRSS.EXE).

В Windows Vista появилась модель драйверов WDDM, в которой была отменена возможность использования аппаратуры двухмерной графики. При использовании WDDM все GDI-приложения (то есть все обычные системные части Windows UI — заголовки и рамки окон, рабочий стол, панель задач и другое) используют GDI-драйвер cdd.dll (Canonical Display Driver), который рисует на некоторых битмапах в памяти, своих для каждого окна (содержимое окна стало запоминаться в памяти, до того Windows никогда так не делала и всегда перерисовывала окна заново, кроме неких специальных окон с флагом CS_SAVEBITS). Изображения из cdd.dll извлекаются процессом dwm.exe (Desktop Window Manager), который является Direct3D-приложением и отрисовывает «картинки окон» на физическом экране через Direct3D.

Сам же WDDM-драйвер поддерживает только DirectDraw и Direct3D и не имеет отношения ни к GDI, ни к win32k.sys, сопрягаясь с модулем dxgkrnl.sys в ядре.