Двигатель с непосредственным впрыском топлива.

Д ействительно, двигатель Mitsubishi GDI (Gasoline Direct Injection) напоминает по конструкции и обычный бензиновый, и дизель. В каждом цилиндре присутствует и свеча зажигания, и форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением 5 МПа (50 атм.), что обеспечивает топливный насос высокого давления, подавая топливо к специально разработанным вихревым инжекторам высокого давления, для создания оптимальной топливно-воздушной смеси. Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива. Обратим внимание на следующие особенности. Впускной трубопровод подходит к цилиндру сверху. Это позволяет получить падающий поток воздуха, который после контакта с поршнем разворачивается и устремляется вверх, закручиваясь по часовой стрелке (такая организация воздушного потока позволяет достичь оптимальной концентрации топлива непосредственно около свечи). По почти прямому трубопроводу поток движется с очень высокой скоростью, и даже когда поршень достиг нижней мертвой точки, еще некоторое количества воздуха входит в цилиндр по инерции. Педаль газа не имела прямой связи с дроссельной заслонкой. Поршень необычный — сверху есть выемка сферической формы. Форма поршня обеспечивает три важные функции. Во-первых, позволяет задать воздушному потоку нужное направление движения. Во-вторых, направляет впрыскиваемое топливо непосредственно к свече зажигания, что важно при работе на предельно бедных смесях. В-третьих, определяет распространение фронта пламени.

Главные цели двигателя – это решить следующие задачи:

Добиться ультранизкого потребления топлива, лучшего, чем у любого из дизельных двигателей.

Обеспечить мощность, превосходящую мощность обычных двигателей MPI.

Как работает gdi

Оптимальная топливная струя для двух режимов сгорания.

Используя собственные уникальные технологии и методы, компания Mitsubishi смогла добиться, что двигатель обеспечивает и меньшее потребление топлива, и более высокую выходную мощность. Этот внешне противоречивый и трудный трюк реализован путем двух режимов сгорания. Кроме того, момент впрыска меняется, чтобы соответствовать нагрузке двигателя.

Для условий нагрузки, испытываемой автомобилем при типичном городском цикле, топливо впрыскивается в конце такта сжатия, аналогично дизельному двигателю. Благодаря этому достигается ультрабедное сгорание топлива за счет идеального формирования стратифицированной воздушно-топливной смеси. Это гарантирует гомогенную воздушно-топливную смесь, подобную смеси двигателей MPI.

Режим ультрабедного сгорания.

При нормальных условиях движения, до скорости 120 км/ч двигатель работает в режиме ультрабедного сгорания, что приводит к наименьшему потреблению топлива. В этом режиме впрыск происходит на последней стадии такта сжатия, и в цилиндре сгорает ультрабедная смесь с соотношением воздух-топливо 30-40.

Режим повышенной выходной мощности.

Когда двигатель работает с более высокими нагрузками или на более высоких оборотах, имеет место впрыск топлива во время такта впуска. Это оптимизирует сгорание благодаря гомогенной и более холодной воздушно-топливной смеси, которая минимизирует возможность детонации. Работа на стехиометрической смеси. Этот режим используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Но поскольку было бы желательно повысить степень сжатия, то важным становится не допустить детонации и калильного зажигания. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность детонации и калильного зажигания. И еще один режим реализует система управления GDI. Он позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда водитель, двигаясь на малых оборотах, резко нажимает педаль акселератора. Когда двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации еще возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа. Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до «богатого» 12:1. А на «подготовку» детонации времени уже не остается.

В итоге удалось добиться устойчивого сгорания на низких оборотах холостого хода. Более того, двигатель обеспечивает большую гибкость в регулировании скорости холостого хода. Потребление топлива в этом режиме снизилось на 40% по сравнению с обычными бензиновыми двигателями. В режиме постоянной скорости потребление снизилось на 35%. При проведении тестовых испытаний (типовой режим городского движения в Японии) двигатель показал результат меньший на 35% по потреблению топлива по сравнению с обычными бензиновыми двигателями, тех же размеров. Кроме того, испытания показали, что двигатель GDI потребляет даже меньше топлива, чем дизельные двигатели. В среднем по сравнению с «обычным» бензиновым двигателем GDI расходует на 10% меньше топлива, выдает на 10% больше мощности и выбрасывает на 20% меньше углекислого газа.

Контроль эмиссии. Предыдущие попытки сжигать бедные воздушно-топливные смеси приводили к трудностям в регулировании эмиссии NOx. Однако для двигателя GDI достигнуто 97%-е сокращение окислов азота Nox при использовании высокого (порядка 30%) уровня рециркуляции выхлопного газа. Этот результат достигается благодаря специально разработанному катализатору обедненных окислов азота. Степень сжатия удалось поднять до 12—12,5, улучшилось наполнение воздухом. Двигатель устойчиво работает и на очень бедной смеси.