Тікелей шашырату жүйесі және бензин қозғалтқыштарындағы тиімділік

Тікелей шашырату жүйесі (GDI): бензин қозғалтқыштарында отынды тікелей жағу камерасына жіберу арқылы тиімділікті арттырады, шығарындыларды азайтады. Тарихы & дамуы.

13 мин оқу

100%

Дереккөз: Gasoline direct injection — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Аралас құю жүйесі

Бензинді тікелей шашырату (GDI), сондай-ақ бензинді тікелей инжекция (PDI) деп те аталады, бензинмен (бензинмен) жұмыс істейтін ішкі жану қозғалтқыштары үшін отынды жану камерасына тікелей шашырататын аралас құю жүйесі болып табылады. Бұл отынды кіріктіру коллекторына (сору коллекторына) шашырататын коллекторлық инжекция жүйелерінен ерекшеленеді. GDI-ны қолдану қозғалтқыштың тиімділігі мен нақты қуатын арттыруға, сондай-ақ шығарынды газдардың көлемін азайтуға көмектеседі. Өндіріске жеткен алғашқы GDI қозғалтқышы 1925 жылы төмен қысымды жүк көлігінің қозғалтқышы үшін ұсынылды. 1950 жылдары бірнеше неміс автомобильдері Bosch механикалық GDI жүйесін қолданды, бірақ технологияны кеңінен пайдалану 1996 жылы Mitsubishi компаниясы жаппай өндірілетін автомобильдер үшін электрондық GDI жүйесін енгізгенге дейін сирек болды. GDI соңғы жылдары автомобиль өнеркәсібінде жылдам қабылдануда, АҚШ-та 2008 жылғы модельдік жылғы көліктер өндірісінің 2,3%-дан 2016 жылғы модельдік жылғы көліктер өндірісінің шамамен 50%-ға дейін өсті.

Біртекті зарядтау режимі

Біртекті зарядтау режимінде қозғалтқыш біртекті ауа-отын қоспасымен жұмыс істейді, яғни цилиндрде отын мен ауаның (шамамен) толық араласуы қамтамасыз етіледі. Отынды сору кезегінің басында шашырату арқылы, отынның ауамен жақсы араласуына уақыт беріледі, соның нәтижесінде біртекті ауа-отын қоспасы түзіледі. Бұл режимде қанағаттандырылған газды тазарту үшін дәстүрлі үш компонентті катализаторды қолдануға болады. Коллекторлық инжекциямен салыстырғанда отынның тиімділігі айтарлықтай арта қоймайды, бірақ қуаттылығы жоғарылайды, сондықтан біртекті режим қозғалтқышты кішірейтуге ыңғайлы.

Қабатталған зарядтау режимі

Қабатталған зарядтау режимі тұтқаның айналасында жанар-жағармай және ауа қоспасының шағын аймағын жасайды, ал цилиндрдің қалған бөлігі ауамен қоршалған. Бұл цилиндрге аз отын енгізілуіне әкеліп, өте жоғары ауа-отын қатынастарын қамтамасыз етеді, орташа ауа-отын қатынастары орташа жүктемеде құрайды, ал толық жүктемеде құрайды. Идеалды жағдайда, газды ысырып тастау үшін газды ысырып тастау клапаны мүмкіндігінше ашық болуы керек. Содан кейін айналым күші тек сапалы айналым күшін басқару арқылы орнатылады, яғни қозғалтқыштың айналым күшін орнату үшін тек енгізілген отын мөлшері ғана басқарылады, ал ауа мөлшері емес. Қабатталған зарядтау режимі отты цилиндр қабырғаларынан алыс ұстайды, бұл жылу шығындарын азайтады. Өте жұқа қоспалар тұтану шынығымен тұтандырыла алмайды (жанар-жағармайдың жетіспеуіне байланысты), сондықтан зарядты қабаттастыру қажет (мысалы, тұтану шынығының айналасында жанар-жағармай және ауа қоспасының шағын аймағын жасау қажет). Мұндай зарядты қамтамасыз ету үшін қабатталған зарядтау қозғалтқышы жанармайды қысылу жүрісінің соңғы кезеңдерінде енгізеді. Поршеньнің жоғарғы жағындағы "айналымды қуыс" отынды тұтану шынығын қоршаған аймаққа бағыттау үшін жиі қолданылады. Бұл техника карбюраторлармен немесе дәстүрлі коллекторлық жанармай инжекциясымен мүмкін емес өте жұқа қоспаларды пайдалануға мүмкіндік береді. Қабатталған зарядтау режимі (кейде "өте жұқа күю" режимі деп те аталады) отын тұтынуын және шығарындыларды азайту үшін төмен жүктемелерде қолданылады. Алайда, қабатталған зарядтау режимі жоғары жүктемелерде өшіріледі, ал қозғалтқыш орташа жүктемелерде стехиометриялық ауа-отын қатынасымен және жоғары жүктемелерде байытылған ауа-отын қатынасымен біртекті режимге ауысады. Теориялық тұрғыдан алғанда, қабатталған зарядтау режимі отын тиімділігін одан әрі жақсарта алады және шығарындыларды азайта алады, бірақ практикада қабатталған зарядтау тұжырымы дәстүрлі біртекті зарядтау тұжырымынан айтарлықтай тиімділік артықшылықтарына ие екені дәлелденбеді, бірақ оның табиғи жұқа күюіне байланысты көбірек азот оксидтері пайда болады, бұл кейде шығарындылар регламенттерін орындау үшін қажет болатын қағаз жүйесінде NOx адсорберінің орнатылуын талап етеді. NOx адсорберлерін пайдалану төмен күкіртті отынды қажет етуі мүмкін, өйткені күкірт NOx адсорберлерінің дұрыс жұмыс істеуіне кедергі келтіреді. Жанармайды қабаттап инжекциялайтын GDI қозғалтқыштары коллекторлық инжекцияланған қозғалтқыштарға қарағанда көбірек бөлшектік заттарды шығарады, кейде көлік құралының шығарындылар регламенттерін орындау үшін қағаз жүйесінде бөлшектік сүзгіні (дизельдік бөлшектік сүзгіге ұқсас) орнату қажет болады. Сондықтан бірнеше еуропалық автомобиль өндірушілері қабатталған зарядтау тұжырымынан бас тартты немесе оны бастапқыда қолданбады, мысалы, 2000 жылғы Renault 2.0 IDE бензиндік қозғалтқышы (F5R), ол ешқашан қабатталған зарядтау режимімен жабдықталмаған, немесе 2009 жылғы BMW N55 және 2017 жылғы Mercedes Benz M256 қозғалтқыштары өздерінің алдыңғылары қолданған қабатталған зарядтау режимін тоқтатты. Volkswagen Group FSI таңбасымен жабдықталған табиғи аспирациялық қозғалтқыштарда жанармайды қабаттап инжекциялауды қолданды, бірақ бұл қозғалтқыштарда қабатталған зарядтау режимін өшіру үшін қозғалтқышты басқару блогы жаңартылды. TFSI және TSI таңбасымен жабдықталған турбокомпрессорлы Volkswagen қозғалтқыштары әрқашан біртекті режимді қолданды. Соңғы VW қозғалтқыштары сияқты, жаңа тікелей инжекциялы бензинді қозғалтқыштар (2017 жылдан бастап) әдетте жақсы тиімділікке қол жеткізу үшін қақпақтардың айнымалы уақытымен бірге дәстүрлі біртекті зарядтау режимін қолданады. Қабатталған зарядтау тұжырымдары көбінесе тоқтатылды.

The stratified charge mode creates a small zone of fuel/air mixture around the spark plug, which is surrounded by air in the rest of the cylinder. This results in less fuel being injected into the cylinder, leading to very high overall air fuel ratios of , with mean air fuel ratios of at medium load, and at full load. Ideally, the throttle valve remains open as much as possible to avoid throttling losses. The torque is then set solely by means of quality torque controlling, meaning that only the amount of injected fuel, but not the amount of intake air is manipulated in order to set the engine's torque. Stratified charge mode also keeps the flame away from the cylinder walls, reducing the thermal losses. Since mixtures too lean cannot be ignited with a spark plug (due to a lack of fuel), the charge needs to be stratified (e. g. a small zone of fuel/air mixture around the spark plug needs to be created). To achieve such a charge, a stratified charge engine injects the fuel during the latter stages of the compression stroke. A "swirl cavity" in the top of the piston is often used to direct the fuel into the zone surrounding the spark plug. This technique enables the use of ultra lean mixtures that would be impossible with carburetors or conventional manifold fuel injection. The stratified charge mode (also called "ultra lean burn" mode) is used at low loads, in order to reduce fuel consumption and exhaust emissions. However, the stratified charge mode is disabled for higher loads, with the engine switching to the homogeneous mode with a stoichiometric air fuel ratio of for moderate loads and a richer air fuel ratio at higher loads. In theory, a stratified charge mode can further improve fuel efficiency and reduce exhaust emissions, however, in practice, the stratified charge concept has not proved to have significant efficiency advantages over a conventional homogeneous charge concept, but due to its inherent lean burn, more nitrogen oxides are formed, which sometimes require a NOx adsorber in the exhaust system to meet emissions regulations. The use of NOx adsorbers can require low sulphur fuels, since sulphur prevents NOx adsorbers from functioning properly. GDI engines with stratified fuel injection can also produce higher quantities of particulate matter than manifold injected engines, sometimes requiring particulate filters in the exhaust (similar to a diesel particulate filter) in order to meet vehicle emissions regulations. Therefore several European car manufacturers have abandoned the stratified charge concept or never used it in the first place, such as the 2000 Renault 2.0 IDE petrol engine (F5R), which never came with a stratified charge mode, or the 2009 BMW N55 and 2017 Mercedes Benz M256 engines dropping the stratified charge mode used by their predecessors. The Volkswagen Group had used fuel stratified injection in naturally aspirated engines labelled FSI, however, these engines have received an engine control unit update to disable the stratified charge mode. Turbocharged Volkswagen engines labelled TFSI and TSI have always used the homogeneous mode. Like the latter VW engines, newer direct injected petrol engines (from 2017 onwards) usually also use the more conventional homogeneous charge mode, in conjunction with variable valve timing, to obtain good efficiency. Stratified charge concepts have mostly been abandoned.

Инъекция режимдері

Отынды жану камерасы бойында қажетті таралуды қамтамасыз етудің негізгі әдістері – шашыратылып бағытталатын, ауа арқылы бағытталатын немесе қабырға арқылы бағытталатын инъекция болып табылады. Соңғы жылдардағы бағыт – шашыратылып бағытталатын инъекцияға қарай, себебі ол қазіргі таңда отынның тиімділігін жоғарылатады.

Қабырғаға бағытталатын тікелей инъекция

Қабырғаға бағытталған инжекциялы қозғалтқыштарда тұтқа мен инжекциялық соплоның арақашықтығы салыстырмалы түрде жоғары болады. Отынды тұтқаға жақын жеткізу үшін, ол поршеньнің үстіндегі айналмалы қуысқа шашыратылады (оң жақтағы Ford EcoBoost қозғалтқышының суретінде көрініп тұрғанындай), бұл отынды тұтқаға бағыттайды. Бұл процеске арнайы айналмалы немесе құлақша тәрізді ауа кіріс тежегіштері көмектеседі. Инжекция уақыты поршеньнің жылдамдығына байланысты, сондықтан поршеньнің жоғары жылдамдықтарында инжекция және тұтану уақытын өте дәл алға жылжыту қажет. Қозғалтқыш төмен температурада болғанда, салыстырмалы түрде суық поршеньдегі отынның бір бөлігі тым салқындап, тиісті түрде жануы мүмкін болмайды. Қозғалтқыш төмен жүктемеден орташа жүктемеге ауысқанда (осылайша инжекция уақытын алға жылжыта отырып), отынның бір бөлігі айналмалы қуыстың артына түсіп, толық емес жануға себеп болуы мүмкін. Сондықтан қабырғаға бағытталған тікелей инжекциясы бар қозғалтқыштар жоғары көмірсутек шығарындыларына бейім болуы мүмкін.

Ауамен тікелей инъекциялау

Қабырғаға бағытталған инжекциялы қозғалтқыштардағыдай, ауаға бағытталған инжекциялы қозғалтқыштарда да тұтану шынысы мен инжекциялық соплоның арақашықтығы салыстырмалы түрде жоғары. Дегенмен, қабырғаға бағытталған инжекциялық қозғалтқыштардан өзгеше, отын цилиндр қабырғасы мен поршень сияқты (салыстырмалы түрде) салқын қозғалтқыш бөліктерімен жанаспайды. Отынды айналмалы қуысқа шашыратудың орнына, ауаға бағытталған инжекциялық қозғалтқыштарда отын тек қана кіріктірілген ауа арқылы тұтану шынысына бағытталады. Сондықтан, кіріктірілген ауаның тұтану шынысына қарай отынды бағыттау үшін арнайы айналу немесе құлау қозғалысы болуы керек. Бұл айналу немесе құлау қозғалысы жеткілікті ұзақ уақыт сақталуы тиіс, сонда ғана барлық отын тұтану шынысына қарай итеріледі. Алайда, бұл қозғалтқыштың зарядтау тиімділігін, демек қуатын төмендетеді. Іс жүзінде, ауамен және қабырғамен басқарылатын инжекцияның комбинациясы қолданылады. Қазіргі таңда тек ауаға бағытталған инжекцияға толығымен сенетін бір ғана қозғалтқыш бар.

Тiкелей инъекция

Спреймен басқарылатын тікелей отын шашыру қозғалтқыштарында тұтқа мен отын шашыру сорғысы арасындағы қашықтық салыстырмалы түрде аз. Отын шашыру сорғысы мен тұтқа цилиндр клапандарының арасында орналасқан. Отын қысылу жүрісінің соңғы кезеңдерінде шашырылады, бұл өте жылдам (және біртекті емес) қоспаның пайда болуына себеп болады. Бұл отынның қабаттану градиенттерінің жоғары болуына әкеледі, яғни отын бұлтының ортасында ауа-отын қатынасы өте төмен, ал шеттерінде өте жоғары болады. Отынды тек осы екі "аймақ" арасында ғана тұтандыруға болады. Қозғалтқыштың тиімділігін арттыру үшін тұтандыру отын шашырудан кейін дерлік бірден жүзеге асырылады. Тұтқа қоспаның тұтанғыш аймағында дәл орналасуы керек. Бұл өндіріс толеранттылығының өте төмен болуын білдіреді, себебі шамалы ғана қате орналасу жанудың күрт төмендеуіне әкелуі мүмкін. Сондықтан, тұтқаның жылулық соққыларға өте жақсы төтеп беру қабілеті болуы керек. Поршеньнің (және қозғалтқыш) төмен жылдамдықтарында ауа мен отынның салыстырмалы жылдамдығы төмен болады, бұл отынның толық булануына кедерілгі келтіріп, өте бай қоспаның пайда болуына әкелуі мүмкін. Бай қоспалар тиімді жанып, көміртегінің жиналуына себеп болады. Ал поршеньнің жоғары жылдамдықтарында отын цилиндр ішінде кеңірек таралып, қоспаның тұтанғыш бөліктерін тұтқадан алысқа итеріп, ауа-отын қоспасын тұтандыру мүмкін болмайды.

Қауысты технологиялар

Қабатталған зарядты құру үшін GDI-ді толықтыратын басқа да құрылғыларға өзгермелі клапан уақыты, өзгермелі клапан көтеруі және өзгермелі ұзындығы бар енгізу коллекторы жатады. Сонымен қатар, азот оксидінің (NOx) жоғары деңгейдегі шығарылымдарын азайту үшін, олар өте жұқа отын-ауа қоспасының жануынан туындауы мүмкін, қажет болса, қақпақ газды қайта айналымды қолдануға болады.

Кемшіліктер

Бензинді тікелей шашыратқанда, цилиндрге дейін отын енгізілгенде клапанды тазартатын әрекет болмайды. GDI емес қозғалтқыштарда, сіңіру арнасы арқылы өтетін бензин, атомданып тараған май сияқты ластануларды тазартатын құрал ретінде әрекет етеді. Осындай тазалау әрекеті болмағандықтан GDI қозғалтқыштарында көміртегінің жиналуы күшеюі мүмкін. Үшінші тарап өндірушілер көміртегінің жиналуын болдырмау немесе азайту үшін май жинақтағыштарды сатады. GDI үшін жоғары қозғалтқыш айналымдарында (RPM) ең жоғары қуатты өндіру мүмкіндігі шектеулі, себебі қажетті отын мөлшерін шашу үшін уақыт жеткіліксіз. Манифольдты шашыратқанда (сондай-ақ карбюраторлар мен газ корпусына отын шашыратқанда) отынды ауа қоспасына кез келген уақытта қосуға болады. Дегенмен, GDI қозғалтқышы отынды қабылдау және сығылу фазаларында ғана шашумен шектеледі. Бұл жоғары қозғалтқыш айналымдарында (RPM), әрбір жану циклының ұзақтығы қысқа болғанда, шектеуге айналады. Бұл шектеуді жеңу үшін кейбір GDI қозғалтқыштары (мысалы, Toyota 2GR FSE V6 және Volkswagen EA888 I4 қозғалтқыштары) жоғары айналымдарда қосымша отын беру үшін коллекторлық отын шашыратқыштар жиынтығымен жабдықталған. Бұл коллекторлық отын шашыратқыштар сору жүйесінен көміртегіні тазартуға да көмектеседі. Бензин дизель отынына қарағанда инжектор компоненттерін майлаудың тиімді деңгейін қамтамасыз етпейді, бұл кейде GDI қозғалтқыштарында қолданылатын инжектор қысымын шектейтін факторға айналады. GDI қозғалтқышының шашыру қысымы әдетте инжекторлардың тым тозуын болдырмау үшін шамамен , дейін шектеледі.

Климатқа және денсаулыққа кері әсері

Бұл технология отын тиімділігін арттырып, CO2 шығарындыларын азайтуға көмектеседі, бірақ GDI қозғалтқыштары дәстүрлі порттық отын инжекциялық қозғалтқыштарға қарағанда көбірек қара көміртек аэрозольдерін шығарады. Күн сәулесін күшті сіңіретін қара көміртек климатты қыздыру қасиеттерімен ерекшеленеді. 2020 жылғы қаңтарда «Environmental Science and Technology» журналында жарияланған зерттеуде Джорджия университетінің (АҚШ) ғалымдары GDI қозғалтқыштарымен жүретін көліктерден қара көміртек шығарындыларының артуы АҚШ қалаларындағы климаттың жылынуын күшейтетінін болжады. Бұл жылыну, CO2 азаюынан туындайтын салқындау эффектісінен әлдеқайда артық. Зерттеушілер сондай-ақ, дәстүрлі порттық отын инжекциясынан (PFI) GDI технологиясына көшу көліктердің шығарындыларынан туындайтын ерте өлім-жітім көрсеткішін шамамен екі есеге арттырады деп санайды – АҚШ-та жылына 855 өлім-жітімнен 1599-ға дейін. Олардың есебуынша, осы ерте өлімдердің әлеуметтік құны 5,95 миллиард долларды құрайды.

19111912 жыл

Бензинге тікелей шашыратуды сынап көрген алғашқы өнертапқыштардың бірі доктор Арчибальд Лоу болды, ол өзінің қозғалтқышына бұрыс түсініктеме беретін "Мәжбүрлі индукциялық қозғалтқыш" деген атау берді, бірақ іс жүзінде тек отынның күшпен берілуі ғана болды. Ол 1912 жылдың басында прототипінің егжей-тегжейін жариялады, ал оның дизайнын 1912 жылы ірі қозғалтқыш өндіруші F. E. Baker Ltd компаниясы одан әрі жетілдірді. Нәтижелері 1912 жылдың қараша айында Олимпиада мотоцикл көрмесінде олардың стендінде көрсетілді. Қозғалтқыш – жоғары қысымды, төрт тактілі мотоцикл қозғалтқышы. Бензин отыны 1000 фунт/квадрат дюйм қысыммен қысылып, кішкентай айналма клапан арқылы цилиндрге "ең жоғары қысымда" жіберілді. Сонымен қатар, тұтандыру шамшырағы мен тербелгіш катушка жану фазасы бойында жалғаса берді. Шашыратылатын отын қозғалтқыш цилиндрімен қыздырылғандықтан бу фазасында болды деп сипатталды. Отынның қысымы отын сорғысында реттелді, ал айналма клапан арқылы жіберілетін отын мөлшері механикалық түрде бақыланды. Ф. Э. Бейкер бұл радикалды жобаны одан әрі дамытқан жоқ.

1916-1938 жылдар

Тура инжекция 2000 жылдан бастап бензиндік қозғалтқыштарда ғана кеңінен қолданыла бастағанымен, дизельдік қозғалтқыштар 1894 жылғы алғашқы сәтті прототипінен бастап отынды жану камерасына (немесе алдын ала жану камерасына) тікелей инъекциялауды пайдаланды. GDI қозғалтқышының алғашқы прототипі 1916 жылы Германияда Junkers ұшағы үшін құрастырылды. Қозғалтқыш бастапқыда дизельдік қозғалтқыш ретінде жобаланған, бірақ неміс соғыс министрлігі авиациялық қозғалтқыштардың бензин немесе бензолмен жұмыс істеуі керек деген жарлық шығарғаннан кейін бензинге арналған болып өзгертілді. Кранкастық қысыммен жұмыс істейтін екі тактілі конструкция болғандықтан, қателік қозғалтқышты бүлдіре алатындықтан, Junkers осы мәселені болдырмау үшін GDI жүйесін әзірледі. Бұл прототиптік қозғалтқышты авиация шенеуніктеріне көрсету Бірінші дүниежүзілік соғыстың аяқталуына байланысты әзірлеме тоқтатылғанға дейін жүзеге асырылды. Hesselman қозғалтқышы – гибридтік қозғалтқыш, ол 1925 жылдан 1951 жылға дейін әртүрлі өндірушілермен өндірілді. Hesselman қозғалтқышында отын, дәстүрлі Otto циклы қозғалтқышындағыдай, ауамен бірге сору тактісінде инъекцияланбайды, керісінше, тұтандырудан сәл бұрын сығылу тактісінде инъекцияланады. Hesselman қозғалтқыштары бензин сияқты әртүрлі отындарды пайдалана алады, бірақ көбінесе дәстүрлі дизель отынымен жұмыс істейді. 1952 жылы ол Goliath GP700 және Gutbrod Superior екі тактілі қозғалтқыштарында қолданылды. Бұл жүйе негізінен жоғары қысымды дизельдік тікелей инъекциялық сорғы және кіріс клапанынан тұрды. Бұл қозғалтқыштар жақсы өнімділік көрсетті және карбюраторлық нұсқаға қарағанда, әсіресе төмен жүктемелерде, отынды 30%-ға дейін аз тұтынуға мүмкіндік берді. 1955 жылғы Mercedes Benz 300SL де ерте Bosch механикалық GDI жүйесін пайдаланды, осылайша GDI-ді қолданатын алғашқы төрт тактілі қозғалтқыш атанды. 2010 жылдардың ортасына дейін көптеген отын инъекцияланатын автомобильдер коллекторлық инъекцияны пайдаланды, сондықтан осы ерте автомобильдердің GDI жүйесін пайдалануы өте ерекше жағдай болды. 1970 жылдары АҚШ өндірушілері American Motors Corporation және Ford Straticharge және Programmed Combustion (PROCO) деп аталатын механикалық GDI жүйелерінің прототиптерін жасады. Бұл жүйелердің ешқайсысы өндіріске енбеді.

Although direct injection has only become commonly used in gasoline engines since 2000, diesel engines have used fuel directly injected into the combustion chamber (or a pre combustion chamber) since the first successful prototype in 1894. An early prototype of a GDI engine was built in Germany in 1916 for the Junkers airplane. The engine was initially designed as a diesel engine, however it switched to being designed for gasoline when the German ministry of war decreed that aircraft engines must run on either gasoline or benzene. Being a crankcase compression two stroke design, a misfire could destroy the engine, therefore Junkers developed a GDI system to prevent this issue. A demonstration of this prototype engine to aviation officials was performed shortly before development ceased due to the end of World War I. The Hesselman engine is a hybrid engine design which was in production by various manufacturers from 1925 to 1951. In a Hesselman engine fuel is not injected during the suction stroke along with the air, as would be the case in a conventional Otto cycle engine, but is instead injected during the compression stroke a little in advance of the spark. Hesselman engines could use a wide variety of fuels, including gasoline, but generally ran on conventional diesel fuels. and in 1952 it was introduced on the two stroke engines in the Goliath GP700 and Gutbrod Superior. This system was basically a high pressure diesel direct injection pump with an intake throttle valve set up. These engines gave good performance and had up to 30% less fuel consumption over the carburetor version, primarily under low engine loads. The 1955 Mercedes Benz 300SL also used an early Bosch mechanical GDI system, therefore becoming the first four stroke engine to use GDI. Up until the mid 2010s, most fuel injected cars used manifold injection, making it quite unusual that these early cars used an arguably more advanced GDI system. During the 1970s, the United States manufacturers American Motors Corporation and Ford developed prototype mechanical GDI systems called Straticharge and Programmed Combustion (PROCO) respectively. Neither of these systems reached production.

1997 жылдан қазіргі уақытқа дейін

1996 жылы жапон нарығында Mitsubishi Galant – GDI қозғалтқышын қолданған алғашқы жаппай өндірілген автомобиль болды, осымен Mitsubishi 4G93 қатарлы төрт цилиндрлі қозғалтқышының GDI нұсқасы енгізілді. 1997 жылы ол Еуропаға Carisma моделімен жеткізілді. Сондай-ақ, 1997 жылы Mitsubishi алғашқы алты цилиндрлі GDI қозғалтқышын – 6G74 V6 қозғалтқышын жасады. Mitsubishi бұл технологияны кеңінен қолданды және 2001 жылға қарай төрт түрлі отбасы бойынша бір миллионнан астам GDI қозғалтқышын өндірді. Көп жылдар бойы қолданылып келгенімен, 2001 жылдың 11 қыркүйегінде MMC «GDI» аббревиатурасын сауда белгісі ретінде тіркеді. Келесі жылдары бірнеше жапон және еуропалық өндірушілер GDI қозғалтқыштарын ұсынды. Mitsubishi GDI технологиясы Peugeot, Citroën, Hyundai, Volvo және Volkswagen компанияларына лицензияланды. 2005 жылғы Toyota 2GR FSE V6 қозғалтқышы тікелей және жанама инъекцияны біріктірген алғашқы қозғалтқыш болды. Бұл жүйе («D 4S» деп аталады) әрбір цилиндрге екі отын инжекторларын пайдаланады: дәстүрлі коллекторлық отын инжектор (төмен қысымды) және тікелей отын инжектор (жоғары қысымды) және ол Toyota қозғалтқыштарының көпшілігінде қолданылады. Формула-1 жарыстарында тікелей инъекция 2014 жылғы маусымда міндетті болды, 5.10.2 ережесінде былай делінген: «Әрбір цилиндрге тек бір тікелей инжектор рұқсат етіледі және сору немесе шығару клапандарының алдында немесе артында инжекторларға жол берілмейді».

Екі соққылы қозғалтқыштарда

Екі такты қозғалтқыштар үшін GDI-дың қосымша артықшылықтары бар, олар қағыс газдарын тазалау және картер корпусын майлаумен байланысты. Тазалау мәселесі мынада: көптеген екі такты қозғалтқыштарда қағыс газдарын цилиндрден жақсы шығару үшін сору және шығару тесіктері қағыс такты кезінде ашық болады. Бұл отын-ауа қоспасының бір бөлігі цилиндрге еніп, содан кейін жанылмаған күйде шығару тесігі арқылы шығып кетеді. Тікелей инъекцияда картерден тек ауа (әдетте, біршама май) келеді, ал отын поршень жоғары көтерілгенде және барлық тесіктер жабылғанда инъекцияланады. Екі такты GDI қозғалтқыштарында картер корпусын майлау картерге май инъекциялау арқылы жүзеге асырылады, бұл отынмен араластырылған майды картерге инъекциялаудың бұрынғы әдісіне қарағанда майды аз тұтынуға мүмкіндік береді. Екі тактыда GDI-дың екі түрі қолданылады: төмен қысымды, ауамен көмектесетін және жоғары қысымды. 1992 жылғы Aprilia SR50 скутерінде қолданылған төмен қысымды жүйе цилиндр басына ауа инъекциялау үшін коленвалмен басқарылатын ауа компрессорын пайдаланады. Төмен қысымды инжектор отынды жану камерасына шашыратады, онда ол қысылған ауамен араласып, буланады. Жоғары қысымды GDI жүйесі 1990 жылдары неміс Ficht GmbH компаниясымен әзірленді және 1997 жылы Outboard Marine Corporation (OMC) қатаң шығарылым талаптарын орындау үшін теңіз қозғалтқыштарында енгізілді. Алайда, қозғалтқыштардың сенімділік мәселелері болды және OMC 2000 жылдың желтоқсанында банкроттық жариялады. Evinrude E Tec – бұл 2003 жылы шығарылған және 2004 жылы EPA Clean Air Excellence Award жүлдесін жеңіп алған Ficht жүйесінің жақсартылған нұсқасы. Envirofit International, американдық коммерциялық емес ұйым, Оңтүстік-Шығыс Азиядағы ауаның ластануын азайту жобасы аясында екі такты мотоциклдерге тікелей инъекциялық модернизация жиынтықтарын (Orbital Corporation Limited компаниясы әзірлеген технологияны пайдалана отырып) әзірледі. Оңтүстік-Шығыс Азиядағы екі такты 100 миллион такси мен мотоцикл аймақтың ластануының басты себебі болып табылады.

There are additional benefits of GDI for two stroke engines, relating to scavenging of the exhaust gases and lubrication of the crankcase. The scavenging aspect is that most two stroke engines have both the intake and exhaust ports open during the exhaust stroke, in order to improve the flushing of exhaust gases from the cylinder. This results in some of the fuel/air mixture entering the cylinder and then exiting the cylinder, unburned, through the exhaust port. With direct injection, only air (and usually some oil) comes from the crankcase, and fuel is not injected until the piston rises and all ports are closed. Crankcase lubrication is achieved in two stroke GDI engines by injecting oil into the crankcase, resulting in a lower oil consumption than the older method of injecting oil mixed with fuel into the crankcase. Two types of GDI are used in two strokes: low pressure air assisted, and high pressure. The low pressure systems—as used on the 1992 Aprilia SR50 motor scooter—uses a crankshaft driven air compressor to inject air into the cylinder head. A low pressure injector then sprays fuel into the combustion chamber, where it vaporizes as it mixes with the compressed air. A high pressure GDI system was developed by German company Ficht GmbH in the 1990s and introduced for marine engines by Outboard Marine Corporation (OMC) in 1997, in order to meet stricter emissions regulations. However, the engines had reliability problems and OMC declared bankruptcy in December 2000. The Evinrude E Tec is an improved version of the Ficht system, which was released in 2003 and won an EPA Clean Air Excellence Award in 2004. Envirofit International, an American non profit organisation, has developed direct injection retrofit kits for two stroke motorcycles (using technology developed by Orbital Corporation Limited) in a project to reduce air pollution in Southeast Asia. The 100 million two stroke taxis and motorcycles in Southeast Asia are a major cause of pollution for the region.