Технология FSI

Разделы: Впрыск Бренды: , ,

FSI, Fuel Stratified Injection — европейская версия непосредственного впрыска компании VW-Audi. Серийное производство началось в конце 2000-го года, когда японцы уже убедились в бесперспективности GDI и отказались от него на новых моделях в пользу более простых и надежных технологий.

Принципиально FSI ничем не отличается от системы GDI, однако в мелочах FSI совершеннее за счёт переменного давления впрыска, управления объемом и скоростью подачи воздуха в цилиндры, возможности сопряжения с турбонаддувом (TFSI) и фазовращением. Также FSI шире применяет режим двойного впрыска — не только в режиме повышенной мощности, но и для выпуска выхлопных газов повышенной температуры и тем самым ускоренного прогрева катализатора.

Первым двигателем с системой FSI стал мотор рабочим объемом 1,4 литра, мощностью 86 л.с. при 5000 об/мин и крутящим моментом — 130 Нм при 3500 об/мин, разработанный в конце 2000 года специалистами концерна Volkswagen для автомобиля Lupo.


Принцип действия FSI

Строго тот же самый, что и в системе GDI компании Mitsubishi, с точностью до формы поршней:

Поршни FSI

Фазовращение происходит с помощью гидравлической муфты по командам блока управления:

Фазовращение FSI

Управление послойным смесеобразованием происходит в точности так же, как и в GDI:

Смесеобразование FSI

В зависимости от нагрузки на двигатель и других условий, система управления выбирает один из вариантов работы двигателя:

  • работа на бедной послойной смеси с добавкой отработавших газов;
  • работа на бедной гомогенной смеси без добавки отработавших газов;
  • работа на гомогенной стехиометрической смеси с добавкой отработавших газов;
  • работа на гомогенной стехиометричской смеси без добавки отработавших газов.

Смесеобразование FSI

Для снижения уровня токсичного оксида азота FSI применяет следующие меры:

  • работа двигателя при пониженной нагрузке;
  • сгорание топлива при некоем недостатке воздуха;
  • многоступенчатое сжигание топлива;
  • дожигание топлива или его рециркуляция (система EGR).

Когда двигатель работает при пониженной нагрузке, то уменьшается теплоотдача на единицу объема или площади, в результате чего снижается температура сгорания и образования вредных примесей, в частности NOx.

Так называемое «послойное смесеобразование» или «сверхобедненная ТВС» — это горение при недостатке воздуха. При этом в зоне основного горения ТВС в камере сгорания доля кислорода минимальная, в результате чего уменьшается количество термических и топливных оксидов, в том числе NOx.

«Двухстадийный» или «двойной» впрыск топлива: происходит снижение температуры сгорания и образование в камере сгорания так называемой «восстановительной среды», в которой вредные оксиды, в том числе и NOx, подавляются, их доля значительно уменьшается.

Дожигание топлива: система рециркуляции под названием EGR — призвана тоже уменьшить долю образования вредных оксидов. «Разбавляя» топливо-воздушную смесь отработавшими газами, мы снижаем температуру горения в камере сгорания, тем самым «приглушая» активное образование вредных оксидов, в том числе NOx.

Для изменения скорости и количества поступающего в камеру сгорания воздуха применяется заслонка с вакуумным приводом:

Управление впуском воздуха FSI Управление впуском воздуха FSI

Как видно из приведенных рисунков, заслонка может устанавливаться в различные положения. На левом рисунке она открыта, воздух поступает одновременно через два воздушных канала, в результате чего достигается максимальная мощность (при остальных дополнительных условиях). На правом рисунке заслонка закрыта и воздух поступает в камеру сгорания через один — длинный воздушный канал, в результате чего достигается максимальный крутящий момент.

Нижняя часть впускной системы имеет тоже свои особенности, в частности — электроуправляемые воздушные заслонки:

Управление впуском воздуха FSI

В корпус электропривода встроен датчик положения заслонок, который обеспечивает обратную связь и «показывает» блоку управления истинное положение заслонок на данный момент времени (если, конечно, он не «сбит» и правильно настроен).

Напоминаем, что:

  • «Гомогенная топливо-воздушная смесь» — ТВС, которая однородная по своему составу.
  • «Гетерогенная топливо-воздушная смесь» — ТВС, в которой топливо и воздух расположены послойно.

Определение нагрузки в двигателе системы FSI производится без участия датчика массового расхода воздуха, при помощи:

  • датчика атмосферного давления (расчет величины давления перед дроссельной заслонкой);
  • датчика температуры атмосферного воздуха на впуске (расчет плотности поступающего в двигатель воздуха);
  • датчик атмосферного давления, расположенный в блоке управления двигателем;
  • датчик давления во впускном трубопроводе;
  • датчиков положения дроссельной заслонки;
  • потенциометрического датчика положения впускной заслонки;
  • датчика температуры воздуха во впускном коллекторе;
  • датчика частоты вращения коленчатого вала;
  • датчика Холла, определяющего положение впускного распределительного вала.

ТНВД FSI

Топливный насос высокого давления установлен на корпусе распределительных валов, приводится в действие от двойного кулачка на впускном распределительном вале и создает давление в топливной системе около 100 Бар. Конструктивно это одноплунжерный насос высокого давления, имеющий регулировку по подаче топлива, т.е. ТНВД подает в систему только такое количество топлива, которое требуется в данный момент или в момент, который предстоит через определенный промежуток времени.

В цикле поступления топлива под действием возвратной пружины плунжер насоса перемещается вниз:

Цикл поступления топлива ТНВД FSI

Объем надплунжерного пространства увеличивается и, по закону Паскаля, давление в нем значительно уменьшается. Создается разность давления между системой низкого давления и давлением в надплунжерном пространстве. Вследствие этого открывается впускной клапан и топливо поступает в надплунжерное пространство. Нагнетательный клапан (на рисунке слева) остается закрытым, так как давление топлива в системе высокого давления превышает величину давления в надплунжерном пространстве.

В цикле создания давления при движении плунжера вверх, давление в пространстве над ним повышается, в результате чего впускной клапан закрывается:

Цикл создания давления ТНВД FSI

При превышении давления в надплунжерном пространстве над давлением в распределителе топлива нагнетательный клапан открывается и топливо вытесняется в распределитель.

В цикле регулировки давления, когда давление топлива повышается до запрограмированного значения, в обмотку клапана, регулирующего давление, подается ток (на рисунке — справа):

Цикл регулировки давления ТНВД FSI

Игла клапана поднимается и топливо перетекает во впускную полость. В результате этого давление в надплунжерном пространстве снижается и нагнетательный клапан закрывается. Встроенный в ТНВД демпфер (на рисунке — вверху) предназначен для сглаживания скачков давления, которые возникают в тот момент, когда открывается нагнетательный клапан. Одновременно он сглаживает пульсации давления в системе низкого давления (по линии: подкачивающий топливный насос в топливном баке — топливный фильтр — впуск в ТНВД). Также обратим внимание на специальный канал для отвода просочившегося топлива (на рисунке — слева-внизу). Определенное количество топлива используется для смазки плунжера, остатки направляются в топливный бак по «обратке».


Первоисточники

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*