Система впрыска FSI

Система впрыска FSI

Система впрыска FSI

Москва 2016

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 <#"872417.files/image001.gif">

Рис.1 Топливный насос высокого давления

Конструкция ТНВД:

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.

Особенности конструкции:

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).

Рис. 2 Привод ТНВД

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.

.        Фильтр топливного типа.

.        Перепускной клапан.

.        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.

Рис. 3 Контуры высокого и низкого 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.

2.      Трубопровод высокого давления.

.        Трубопровод распределительного типа.

.        Датчик высокого давления.

.        Предохранительный клапан.

.        Форсунки впрыска.

Общая структура и алгоритм работы FSI с двигателем

Моторные аналоги типа FSI характеризуются двухступенчатыми всасывающими комбинированными трубами с заслонками. Их функциональная задача - обеспечивать послойный впрыск горючей смеси к камере сгорания при условии режима частичных нагрузок. При условии низкого частотного вращения коленчатого вала, заслонка впускного коллектора находится в закрытом положении, а процесс подачи всасываемого воздуха к впускному клапану происходит верхним каналом (Рис.4). Затем траектория подачи ведет к цилиндру, благодаря чему максимальное значение крутящего момента увеличивается на 15%. Диапазон высокой частоты вращения предусматривает соответствие положения максимальной мощности отрытой заслонке. Система этого фактора обеспечивает мотору высокую литражную мощность. Блок управления топливным насосом способствует изменению оборотов вращения насоса, изменяя его общую производительность и давление в контуре.

Рис. 4 Процесс работы системы FSI в цилиндре

Отличие двигателя FSI, от обыкновенного бензинового двигателя

У обыкновенного бензинового двигателя впрыск топлива происходит в цилиндры двигателя через впускной коллектор <#"872417.files/image008.gif">

Рис.5 Концепция регулирования ТНВД

Ниже приведена диаграмма (Рис. 6), которая разделена на три диапазона. Эти диапазоны соответствуют углу поворота распределительного вала при всасывании, возврате топлива в полость низкого давления и при его нагнетании. На приведенных ниже рисунках каждый рассматриваемый диапазон отмечается серым фоном.

Рис.6 Диаграмма хода плунжера и изменения давления

Ход всасывания

При ходе всасывания впускной клапан открывается под действием пружины, усилие которой передается на него через толкатель (Рис. 7). В результате этого топливо поступает в надплунжерное пространство в течение всего хода плунжера вниз.

Рис.7 Ход всасывания

Рис. 8 Диаграмма хода всасывания

Возврат топлива в полость низкого давления

Чтобы уравнять подачу топлива насосом с его расходом через форсунки, впускной клапан остается открытым определенное время после начала движения плунжера вверх. Избыточное топливо вытесняется при этом плунжером вновь в полость низкого давления. Создаваемые при этом пульсации давления сглаживаются демпфером в корпусе насоса и дросселем в трубопроводе подвода топлива к нему.

Рис. 9 Возврат топлива в полость низкого давления

Рис. 10 Ход нагнетания топлива

Форсунки высокого давления

Форсунки высокого давления (Рис. 11) установлены на головке цилиндров. Через них топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры двигателя.

Форсунки должны обеспечивать хорошее распыление топлива в короткий промежуток времени и в нужный для данного процесса смесеобразования момент. При послойном смесеобразовании топливо должно впрыскиваться преимущественно в зону свечи зажигания, а при работе двигателя на гомогенной стехиометрической или бедной смеси впрыскиваемое топливо должно распределяться возможно равномерно по всему объему камеры сгорания.

Рис. 11 Форсунка высокого давления

Принцип действия

Впрыск топлива начинается после подачи напряжения на обмотку возбуждения форсунки. Под действием создаваемого током магнитного поля втягивается якорь форсунки, поднимая ее иглу с седла. В результате производится впрыск топлива через форсунку. При прекращении подачи напряжения на обмотку возбуждения магнитное поле исчезает, а игла форсунки возвращается на седло под действием пружины. Впрыск топлива при этом прекращается.

Последствия при выходе форсунки из строя

Неисправность форсунки определяется по пропускам воспламенения, при возникновении которых прекращается подача на нее управляющих сигналов.

Рис. 12 Структура форсунки

После замены форсунки необходимо стереть в памяти прежние параметры согласования и провести согласование новой форсунки с блоком управления. При этом необходимо следовать указаниям по проведению направленного поиска неисправностей.

В заключении хочется сказать, что первый двигатель 1,4 литра (86 л.с.) FSI в 2000 году стал лучшим двигателем в своем классе. А в 2006 году, новый 2,0 литра FSI, опять же признан эталоном.

Также:

имеет лучшую разгонную динамику

малый выброс вредных веществ в атмосферу

лучшую экономию топлива, от 15 до 25 %, в отличии от обыкновенного двигателя.

Многие производители, например AUDI. Взяли двигатели FSI себе на вооружение, после модернизации родился турбированный двигатель TFSI <http://avto-blogger.ru/chto-takoe-v-avtomobile/dvigatel-tfsi.html>, который основан все на том же двигателе. Сейчас линейка насчитывает несколько десятков модификаций от 1,4 литра до 5,2 литра. И устанавливается на модели Volkswagen, AUDI, Skoda, Seat.