Система GDI стала результатом 15-летней деятельности концерна Mitsubishi по внедрению немецкой разработки для авиации на автомобильный двигатель, и стала применяться с 1995 года. Она позволяет сочетать плюсы бензинового и дизельного моторов: отменную динамику и высокую топливную экономичность соответственно. А так как компания запатентовала более 200 решений, это позволило создателям назвать ее именно «Прямым впрыском топлива» (Gasoline Direct Injection) – GDI. Обычные двигатели с распределенной электронной системой не имеют возможности работать на столь бедной смеси, на которой разработка MMC нормально функционирует в режиме холостого хода – отношение воздуха и бензина составляет 30:1 или даже 40:1. Кроме того, за счет эффекта охлаждения воздуха при его подаче, улучшается наполнение цилиндров, предотвращается детонация, что в свою очередь позволяет повысить степень сжатия двигателя и его удельную мощность (например, у двигателя Pajero 1998 степень сжатия составляет 10,4, а на модели 2006 года — 11).
Теперь немного подробнее о конструкции четырех ключевых технологий впрыска GDI, отличающих его от классической распределенной системы: прямые вертикальные впускные каналы обеспечивают обратное вихревое движение воздушного заряда. Кроме того, их форма и длина улучшают наполнение цилиндров воздухом. Вогнутое днище поршня уникальной формы направляет воздушную смесь прямо к свече зажигания, обеспечивая тем самым работу мотора на сверхбедных смесях. Топливный насос высокого давления (ТНВД), оснащенный датчиком давления для точного дозирования поступления бензина, нагнетает его под давлением 5 МПа. Задачей форсунок высокого давления является создание формы топливного факела в соответствии с режимом работы двигателя. В мощностном режиме работы впрыск работает при такте впуска и образуется конический топливовоздушный факел. В режиме работы на сверхбедных смесях подача идет в конце такта сжатия и формируется компактная струя, которую вогнутое днище поршня направляет прямо к свече зажигания.
И самый интересный режим работы двигателя с системой GDI – двухстадийный. Он служит для повышения крутящего момента при интенсивном разгоне: во время такта впуска подается небольшое количество топлива, чтобы охладить воздух. Затем во время такта сжатия мотор получает основную порцию смеси, в которой отношение воздух/топливо составляет 12:1. Именно за счет такой оригинальной технологии достигаются высокая мощность и крутящий момент силового агрегата (для Aspire – или Galant Sport – максимальный крутящий момент составляет 191 Н*м при 3750 об/мин, а максимальная мощность 145 л.с. при 5700 об/мин).
Нейтрализатор отработавших газов состоит как бы из двух – иридиевого и платинового. Первый работает на сверхбедной смеси, то есть поглощает обильно выделяющиеся окислы азота, а второй – на мощностных режимах, при обычном и для других моторов составе смеси. Требования к октановому числу бензина у системы GDI обычные – 92-95, но при этом системы питания и нейтрализации крайне требовательны к качеству бензина, содержанию грязи, свинца и серы. Наличие последней немедленно вызовет отказ электроники, износ топливной аппаратуры, поломку иридиевого нейтрализатора. В Европе повсеместный выпуск такого качественного топлива начался только в 2002 году, и даже при этом официально поставляемые в Старый Свет Mitsubishi GDI проходят адаптацию – перенастраивается электроника для изменения алгоритмов подачи топлива. Европейские компании также готовят к выходу свои аналоги непосредственного впрыска. Официально в нашу страну автомобили с GDI не поставляются именно из-за плохого качества российского бензина, поэтому с проблемами диагностики и ремонта наш регион столкнулся первым.
Проблема, которая у многих вызывает негативное отношение к прямому впрыску – малый ресурс. В состав топливной магистрали входят два ТНВД – один насос под регулируемым электроникой давлением подает бензин из бака в другой, который нагнетает давление до необходимого в данный момент уровня. Без нагрузки больше работает первый, а под нагрузкой – второй. Если на малых оборотах нагруженный насос «втянет» грязь в топливную систему, она засорит каналец рабочей части датчика давления второго ТНВД, тот перестанет качать, в результате чего двигатель будет слабо отзываться на педаль газа. Система подаст команду погружному насосу на постоянную работу, в результате чего он выйдет из строя. Значит, виноват именно отечественный бензин.
Теперь перейдем к непосредственному впрыску топлива от компании «Тойота», которая имеет название D4 и применяется с 1999 года. Двигатели, уже распространившиеся на применяемых у нас автомобилях Nadia, Camry, Corona Premio и других, — это 3S-FSE и 1AZ-FSE объемом 2,0 л. Топливный насос высокого давления представляет собой единый блок, который приводится в движение распределительным валом двигателя. Из-за отсутствия смазывающих присадок в отечественном топливе давление в системе падает, что ведет к перебоям в работе двигателя. При сильном износе деталей ТНВД бензин начинает ручьем течь мимо принимающего канала непосредственно в поддон силового агрегата, тем самым заметно разбавляя масло. Значит, при сильном износе впускной системы расход масла очень быстро может увеличиваться даже вдвое. Делаем вывод: некачественный бензин сначала выводит из строя ТНВД, после чего способствует катастрофическому износу «начинки» мотора – кулачков распредвала, вкладышей, поршневой группы, то есть деталей, оставшихся без смазки. При отказе деталей сервисы рекомендуют заменить масло, иначе на прогретом моторе при подаче топлива силовой агрегат работает крайне неустойчиво.
Новый высоконапорный блок стоит около 800$ на местном рынке, поэтому при покупке «беспробежного» автомобиля с двигателем 3S-FSE или 1AZ-FSE следует поинтересоваться, насколько давно машина проходила техническое обслуживание в Японии, и проходила ли вообще. В настоящий момент Toyota с двигателями, оснащенными системой D4, в нашу страну официально не поставляются именно во избежание отказов топливной аппаратуры с учетом особенностей местного бензина. В условиях дальневосточного климата нередки случаи, когда «Тойота», казалось бы, почти новая, не заводится при низких температурах – вот особенность работы новейшей системы в России. Работы по ликвидации проблем лучше производить в проверенных СТО, потому что низкоквалифицированные специалисты часто нарушают регулировку датчика холостого хода, в результате чего приходится его менять (порядка 600$ за новый узел).
Также, с конца девяностых годов, подобная GDI система непосредственного впрыска топлива применяется на V-образных 6-цилиндровых двигателях «Ниссан» серий VQ и QG, используемых на Almera, Primera, Bluebird и многих других. Степень сжатия двигателя QG18DD рабочим объемом 1,8 л, применявшегося на Bluebird с 1998 по 2001 годы, составляет 10,5. В отличие от аналогов других концернов, система NEO DI требует топлива с октановым числом 98. Самые распространенные неисправности моторов этих серий – неисправность датчика массового расхода воздуха (ДМРВ), потеря давления в топливном насосе, постоянная детонация и повышенный расход топлива из-за обилия сажи на клапанах. Эти проблемы связаны именно с описываемой системой впрыска, а такие, как отказ стартера в связи с частым его использованием – со степенью опытности водителя.
Рассмотрев распространенные у нас разновидности распределенного впрыска топлива – Mitsubishi GDI, Toyota D4, Nissan NEO DI – смело можно сказать, что сомнения при покупке оснащенных ими автомобилей и нарекания владельцев связаны только с качеством российского топлива и отсутствием должного ухода. Но стоит надеяться на скорое разрешение проблемы – строительство нефтеперерабатывающих заводов, более плотную работу с клиентами АЗС, развитие рынка сервисов и тому подобное. И точно можно сказать, что технологии, помогающие сэкономить топливо в сложных городских условиях, скоро окажутся полезными не только в странах-производителях, но и у нас.