GDI là từ viết tắt của cụm từ Gasonline direct injection chỉ các loại động cơ phun xăng trực tiếp. Trong loại động cơ này, xăng được phun thẳng vào buồng cháy của các xi-lanh, khác hẳn nguyên lý phun xăng vào đường nạp của các động cơ phun xăng điện tử thông dụng. Động cơ GDI không dùng bướm ga để điều chỉnh lượng khí nạp như động cơ xăng dùng chế hoà khí nên đường nạp thông thoáng như đường nạp của động cơ Diezel. Động cơ GDI thay đổi lượng
nhiên liệu phun vào buồng cháy tuỳ thuộc vào công suất cần thiết. Nguyên lý điều chỉnh này cũng giống như nguyên lý làm việc của động cơ diezel: điều chỉnh chất để có các tỷ lệ hoà khí khác nhau, phù hợp với điều kiện vận hành. Động cơ Volkswagen cũng là động cơ phun xăng trực tiếp thuộc dòng GDI nhưng quá trình phun xăng có đặc điểm là phun phân tầng, phân lớp nên được gọi là quá trình phun phân lớp. FSI là viết tắt của cụm từ Fuel Stratified Injection.
Đặc điểm của quá trình phun xăng trực tiếp FSI là động cơ phun xăng với các tỷ lệ hoà khí hết sức nhạt. Tỷ lệ hoà khí lý tưởng tính theo trọng lượng là 14,7:1 (14,7 kg không khí hoà trộn để đốt cháy hoàn toàn 1kg xăng) nhưng quá trình FSI đốt cháy được nhiên liệu với tỷ lệ hoà khí cực nhạt 65:1 do đó có thể tiết kiệm nhiên liệu rất nhiều.
Quá trình phun FSI có đặc điểm như sau: Khi xe chạy với tốc độ thấp, tăng tốc rất nhẹ thì bộ ECU điều khiển quá trình phun xăng vào cuối thời kỳ nén của piston và lượng hoà khí nhạt này dễ dàng tiếp cận với bu-gi tạo quá trình cháy ngay trên phần đỉnh piston mà hầu như không tiếp xúc với vách xi-lanh.
Khi xe chạy với tốc độ lớn hoặc tải trọng lớn, nhiên liệu được phun suốt trong quá trình nạp, tỷ lệ hoà khí lý tưởng 14,7:1. Quá trình cháy triệt để, gimả lượng CO và NO2 . Ưu điểm chính của nguyên lý phun xăng trực tiếp GDI và FSI là tăng được hiệu suất nhiệt của quá trình cháy, do đó giảm được lượng tiêu thụ nhiên liệu và giảm nồng độ độc hại của khí xả. Động cơ phun xăng trực tiếp còn thường sử dụng đồng thời với các kỹ thuật khác như VVT, VVT-i, luân hồi khí xả EGR… để đạt hiệu quả kinh tế và môi trường cao.

ngoài ra Động cơ phun xăng trực tiếp ( Gasoline Direct Injection Engine) sử dụng phương pháp hình thành hỗn hợp phân lớp ( Stratified Mixture Formation) ở chế độ tải nhỏ. Xăng sẽ được phun vào cuối kỳ nén. Bản chất của phương pháp này này là bố trí một bougie đánh lửa trong buồng cháy của động cơ tại vị trí hỗn hợp có thành phần lambda nhỏ (hỗn hợp đậm lambda = 0,85-0,9) để đốt hỗn hợp bằng tia lửa điện. Phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại có thành phần lambda lớn (hỗn hợp nhạt). Như vậy hỗn hợp toàn bộ của động cơ là hỗn hợp nhạt. Để điều chỉnh tải ở chế độ này, người ta sử dụng phương pháp điều chỉnh chất, thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy còn lượng không khí không đổi.
Ở chế độ tải lớn đến toàn tải, xăng được phun từ đầu quá trình nạp. Khi đó xăng bay hơi hòa trộn với không khí trong cylinder tạo thành hòa khí trong suốt quá trình nạp và nén nên có thể coi là đồng nhất. Để điều chỉnh tải ở chế độ này người ta dùng van tiết lưu để điều chỉnh lượng hỗn hợp giống động cơ phun xăng gián tiếp.
Mitsubighi là hãng đầu tiên trên thế giới sản xuất động cơ phun xăng trực tiếp dung cho ô tô vào năm 1995 với đỉnh piston có dạng lõm cong phù hợp với hướng và hình dạng tia phun:

Động cơ có 4 cylinder, tỷ số nén epsilon = 12, đốt hỗn hợp cực nghèo (Ultra-Lean Mixture) tỷ số A/F (Air/Fuel) = 40 (A/F = 14,3 ~ lambda = 1). Từ tháng 2/1998 động cơ này được bán hàng loạt tại Châu Âu.
Mô phỏng trên là động cơ làm việc ở chế độ tải lớn, xăng được phun vào từ đầu quá trình nạp.
Sau đây là một ví dụ điển hình về động cơ phân lớp của hãng Ford có tên là Ford Proco với buồng cháy thống nhất.

Nhiên liệu được vòi phun 2 phun vào gần tâm cylinder tạo thành tia phun có góc tia khoảng 100 độ. Do kết cấu đường ống nạp 5 có dạng xoắn tiếp tuyến nên trong cylinder vào thời điểm phun nhiên liệu vẫn còn dòng xoáy quay tròn của không khí quanh tâm cylinder. Nhiên liệu phun ra sẽ được cuốn theo và hoà trộn với không khí tạo thành hỗn hợp. Do ảnh hưởng của lực ly tâm nên thành phần hỗn hợp càng xa tâm quay (càng sát thành buồng cháy) thì càng đậm. Bougie được đặt ở một vị trí nhất định so với tâm cylinder (dấu chữ thập trên hình vẽ). Khi bougie bật tia lửa điện, hỗn hợp sát bougie (có thành phần đậm) sẽ cháy và làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại. Đối với loại hình thành khí hỗn hợp này, thời điểm phun và thời điểm đánh lửa có quan hệ mật thiết với nhau và được điều khiển bằng thiết bị điện tử.
Hệ thống GDI sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn.Như vậy hệ thống GDI, hỗn hợp (nhiên liệu, không khí) sẽ hình thành bên trong buồng cháy. Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xilanh (giống động cơ diesel) với áp suất phun cao, nhà sản xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, giúp hỗn hợp không khí-nhiên liệu “tơi” hơn. Quá trình cháy diễn ra “hoàn hảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn và đặc biệt là giảm thiểu khí xả vào môi trường.Về cấu tạo của hệ thống nhiên liệu GDI khá phức tạp, nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn sử dụng các tín hiệu từ động cơ (qua các cảm biến) rồi xử lý tại bộ xử lý trung tâm ECU để điều chỉnh vòi phun (thời điểm, lưu lương, áp suất). Dưới đây là một số cảm biến quan trọng:
- Cảm biến lượng khí nạp: đo lượng không khí xy lanh hút vào.
- Cảm biến ôxy: đo lượng ôxy trong khí thải nhằm xác định nhiên liệu hòa trộn thừa hay thiếu xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết.
-Cảm biến vị trí xupap: giúp ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi đạp ga .
-Cảm biến nhiệt độ chất chất làm mát: đo nhiệt độ làm việc của động cơ.
-Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe.
-Cảm biến áp suất ống tiết liệu: nhằm giúp ECU đo công suất động cơ.
- Cảm biến tốc độ động cơ: dùng để tính toán xung độ động cơ.
Hệ thống nhiên liệu GDI có nhiều ưu điểm hơn hệ thống EFI, nhưng để có thể trang bị hệ thống GDI, vật liệu sử dụng làm piston và xilanh phải có độ bền cao, do nhiệt sinh ra trong quá trình cháy cao hơn rất nhiều, ngoài ra việc chế tạo vòi phun cũng phức tạp hơn. Do vậy chi phí cho hệ thống nhiên liệu GDI cao hơn nhiều so với EFI. Có lẽ đây là một lý do quan trọng khiến hệ thống GDI không phổ biến như EFI.