GDI發動機的工作原理是將汽油直接噴入氣缸內部，而非像一般汽油發動機那樣在進氣歧管或進氣管道上噴油。

它的工作流程主要有進氣、噴油、壓縮、點火、做功和排氣幾個關鍵步驟。進氣時，空氣通過進氣門進入氣缸。接著，高壓燃油通過噴油器直接噴入氣缸。然后活塞上升，壓縮氣缸內的空氣和燃油混合物。到了點火時刻，火花塞點火，引燃混合物。燃燒產生的高壓氣體推動活塞向下運動，驅動曲軸旋轉，這就是做功過程。最后，廢氣通過排氣門排出氣缸。

GDI發動機之所以能實現這樣的工作原理，核心在于其燃油供給系統。通過高壓泵加壓，讓燃油以細霧滴的形式進入氣缸，而非蒸汽形態。這能讓燃料滴吸收熱量冷卻發動機氣缸，降低對辛烷值的需求，從而提高壓縮比，像柴油一樣提升燃油效率。

同時，GDI發動機的活塞頂部一半是球形，另一半是壁面，空氣從氣門沖進來后在活塞的壓縮下形成一股渦流運動。當壓縮行程快結束時，在燃燒室頂部的噴油嘴開始噴油，汽油與空氣在渦流運動的作用下形成混合氣，這種急速旋轉的混合氣是分層次的，越接近火花塞越濃，易于點火作功。

另外，GDI發動機在不同工況下會調整燃燒方式。小負荷時采用超稀混合氣燃燒，中等負荷時為稀混合氣，大負荷則使用濃混合氣。這種靈活性讓其能提供更高效的動力輸出。

總之，GDI發動機憑借其獨特的燃油直噴技術，實現了更高的燃油效率、更強的動力輸出和更低的排放，是現代汽車發動機技術的重要進步。