Технология FSI - Авто-потроха: что у машинок внутри?

Устройство и принцип действия автомобильных технологий, узлов и агрегатов

• Двигатель

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:

Фазовращение происходит с помощью гидравлической муфты по командам блока управления:

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

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.

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:

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:

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).

• «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:

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:

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):

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».

Материалы: http://carguts.ru/articles/fsi/

• Принцип работы мотора FSI, его отличительные особенности
• Схема работы FSI двигателя
• Конструкция двигателя
• Контур низкого давления
• Контур высокого давления
• Достоинства двигателя

Технологической инновацией в автопроизводстве стал двигатель FSI. Это японская разработка. Изначальное название - GDI (непосредственный впрыск бензина). Но компания VW взяла эту разработку за основу, и теперь с конвейера сходят двигатели категории FSI. Расшифровка FSI: двигатель с непосредственным впрыском топлива в цилиндры. Передовая технология FSI активно используется производителями машин Audi и Mercedes.

Схема работы FSI двигателя

Двигатель внутреннего сгорания FSI – это бензиновый двигатель, который работает с непосредственным впрыском топлива в цилиндры двигателя. Особенность этих двигателей (сравниваем с карбюратором и инжектором) в порядке подачи топлива в цилиндры двигателя непосредственно на такте сжатия.

Эти двигатели имеют двухконтурную систему подачи топлива низкого и высокого давления, а также рампу, соединенную непосредственно с форсункой (в ней топливо находится под высоким давлением). Форсунки по команде ЭБУ (электронный блок управления двигателем), поступившей от датчика положения распределительных валов, отправляют топливо в двигатель. Благодаря такому алгоритму работы достигается высокая топливная экономичность, низкое количество выбросов продуктов сгорания в атмосферу и эффективное использование энергии двигателя.

Конструкция двигателя

Двигатель состоит из таких основных деталей и систем: блок цилиндров и его головка, кривошипно-шатунный механизм, механизм фазораспределения, впускные и выпускные коллекторы, система подачи топлива. Особенность строения двигателя FSI – это уникальная топливная система. Она состоит из 2 контуров давления: низкого и высокого давления.

Контур низкого давления

Контур низкого давления подразумевает топливный резервуар, топливный насос и фильтр, датчик низкого давления. Главную роль в контуре низкого давления играет топливный насос, потому как он строго дозированно (сигнал поступает от датчика низкого давления) транспортирует топливо под давлением 0,05-0,5 МПа в сам контур высокого давления. Сигнал датчика направляется в блок управления мотором, а оттуда направляется к блоку управления топливным насосом (он меняет обороты вращения насоса и сдавливание в контуре).

Контур высокого давления

Контур высокого давления формирует систему непосредственного впрыска топлива. Вторая ступень подачи топлива (контур) состоит из плунжерного насоса высокого давления с регулировочным клапаном и датчиком высокого давления, который сохраняет требуемое давление в рампе, непосредственно соединенной с форсунками.

Привод насоса высокого давления запускается от распределительных валов за счет кулачков, непосредственно действующих на плунжер. В топливном насосе высокого давления (ТНВД) возникает давление, требуемое для впрыска топлива в цилиндры двигателя на такте сжатия. Бензин в цилиндры подается через форсунки, которые получают команду на открытие от ЭБУ. За счет интенсивного распыления топлива и активного его перемешивания с воздухом, попадающим в цилиндры, образуется качественная рабочая смесь. Это дает возможность полного сгорания топлива и обеспечения максимальной эффективности работы двигателя на разных режимах.

При непосредственном впрыске топлива на разных нагрузках работы мотора происходит несколько видов образования топливной смеси:

Различные типы смесеобразования дают возможность эффективного использования топлива (его полное сгорание из-за качества смесеобразования, повышения мощности, снижения удельного количества вредных выбросов на различных нагрузках работы мотора).

ТНВД формирует необходимое давление бензина в топливной рампе, которое передается на форсунки и, в зависимости от команды ЭБУ, транспортируется в цилиндры двигателя. Регулятор давления, встроенный в ТНВД, обеспечивает необходимое количество подачи топлива без пульсации в рампу и непосредственно к форсункам.

Предохранительный клапан ограждает систему подачи топлива от высоких давлений, возникающих вследствие температурного расширения топлива. Он установлен в рампе. Датчик высокого давления обеспечивает требуемое давление в топливной рампе для достижения качественного распыления топлива в цилиндре двигателя на такте сжатия для образования качественной рабочей смеси.

Слаженную работу всех устройств обеспечивает система электронного управления двигателем. СЭУ состоит из: датчиков, дающих сведения о положении коленчатого вала, валов газораспределительной системы, количества расходования воздуха и его температуры, а также рабочей температуры двигателя, температуры окружающего воздуха; исполнительных устройств и самого электронного блока, выдающего команды на эти приборы.

Разнообразие получаемых топливных смесей позволяет добиться качественной топливной смеси (способствует полному сгоранию, возрастанию мощности двигателя, снижению потребления топлива и, наконец, уменьшению вредных выбросов).

Так, на малых и средних оборотах мотора происходит послойное смесеобразование. При этом типе образования смеси дроссельная заслонка почти целиком открыта. Воздух в двигатель поступает с большой скоростью, впрыск топлива происходит в конце такта сжатия в область искрообразования свечи.

А при высоких оборотах происходит стехиометрическое (легковоспламеняемое) гомогенное (однородное) образование смеси. В этом случае дроссельная заслонка открыта сообразно с размещением педали газа, на такте впуска осуществляется впрыск топлива, и образуется однородная топливная смесь.

Достоинства двигателя

Двигатель FSI с прямым впрыском топлива – инновационная разработка, которая позволила совместить в себе ряд положительных моментов:

• Мотор активно чувствует педаль газа при любых оборотах (это здорово выручает на скоростной трассе).

• Можно сохранить до 15% топлива.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

• © 2017 Auto.Today
• Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
• Конфиденциальность
• Реклама на сайте
• Редакция

Редакция портала может не разделять мнение автора и не несет ответственности за авторские материалы, за достоверность и содержание рекламы

Материалы: http://auto.today/bok/4464-princip-raboty-motora-fsi-ego-otlichitelnye-osobennosti.html

Технологию FSI (послойный впрыск топлива) называют передовой. Правда ли это? О том, что такое система впрыска FSI и принцип ее работы, расскажем в данной статье.

Эту систему еще много лет назад разработали японские конструкторы и внедрили в производство. Правда, она называется GDI - непосредственный впрыск бензина. А европейские производители, в частности концерн VW, просто перенял эту технологию и соответственно сменил название. И выпускает двигатели семейства FSI с непосредственным впрыском.

Двигатель FSI -- Fuel Stratified Injection (послойный впрыск топлива). Не является турбированным двигателем (как двигатель TSI), это двигатель с так называемым непосредственным впрыском топлива.

Все двигатели FSI мощностью 66 кВт и более оснащаются усовершенствованной топливной системой.

Эта система имеет следующие отличия:

-Детали насоса высокого давления и рампы форсунок имеют специальное антикоррозионное покрытие, которое защищает их от воздействия топлива с содержанием этанола до 10%.

-Изменено управление насосом высокого давления.

-Устранен за ненадобностью трубопровод отвода (в бак) топлива, просочившегося вдоль плунжера.

-Отвод топлива, сбрасываемого через установленный на рампе форсунок предохранительный клапан, производится через относительно короткий трубопровод в контур низкого давления, перед насосом высокого давления.

Знакомство с системой FSI начнем с самого сложного, с топливного насоса высокого давления, а уж потом перейдем непосредственно к самой системе впрыска: что это такое и как она работает.

форсунка двигатель топливный насос

Топливный насос высокого давления (ТНВД) установлен на корпусе распределительных валов и приводится в действие от двойного кулачка на впускном распределительном вале. Этот ТНВД создает давление в топливной системе около 100 Бар.(Рис.1)

Одноплунжерный насос высокого давления, имеющий регулировку по подаче топлива. То есть, ТНВД подает в систему только такое количество топлива, которое требуется в данный момент или в тот момент, который предстоит через определенный промежуток времени.

Это регулируемый по многопараметровой характеристике одноплунжерный насос, подача которого всегда устанавливается равной расходу топлива через форсунки. Благодаря этому снижаются затраты мощности на привод насоса и соответственно уменьшается расход топлива двигателем.

Его детали имеют антикоррозионное покрытие, защищающее их от действия топлива с содержанием метанола до 10%. Благодаря этому двигатели FSI можно эксплуатировать практически повсеместно.

Трубопровод для отвода просочившегося вдоль плунжера топлива отсутствует. Это топливо возвращается на сторону впуска по каналу в корпусе насоса.

Привод насоса высокого давления

Насос высокого давления приводится от двойного кулачка (Рис.2), выполненного на впускном распределительном вале двигателя (Место установки насоса на двигателе, его привод и конструкция его корпуса могут различаться у двигателей различных моделей).

Состав и схема топливной системы

Топливная система FSI функционально делится на контуры низкого и высокого давления (Рис.3).

Характеристика первой составляющей

Составляющие элементы низкого контура:

1. Бак топливного типа.

2. Насос топливного типа.

3. Фильтр топливного типа.

4. Перепускной клапан.

5. Регулятор давления горючей смеси.

Давление топлива в этом контуре обычно изменяется в пределах от 0,5 до 5 бар, но при горячем или холодном пуске двигателя оно повышается до 6,5 бар. При холодном пуске повышение давления топлива в контуре низкого давления приводит к увеличению начального давления в контуре высокого давления. Благодаря этому улучшается смесеобразование и ускоряется пуск холодного двигателя. При пуске горячего двигателя повышенное давление топлива предотвращает образование паровых пробок в насосе высокого давления.

Датчик FSI передает сигнал непосредственно на блок управления двигателем. Конкретный режим работы предусматривает сопоставление значения сигнала со стандартными. Если поданное давление отличается от стандартного, блок управления двигателя передает соответствующий сигнал блоку управления топливным насосом. В свою очередь, блок управления топливным насосом должен изменить обороты вращения насоса. Таким образом, изменяется производительность и давление в контуре.

За производительность насоса отвечает, объединенный с ним, БУ.

Контур высокого давления

В состав контура высокого давления входят:

1. Насос высокого давления топливного типа.

Материалы: http://studbooks.net/2382240/tehnika/sistema_vpryska