Система впрыска FSI

Размещено на http://www.allbest.ru/

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. 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.



Топливный насос высокого давления FSI

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)

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.

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.



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.

3. Трубопровод распределительного типа.

4. Датчик высокого давления.

5. Предохранительный клапан.

6. 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. А вот у FSI впрыск топлива происходит непосредственно в камеру сгорания. Форсунки имеют шесть микроотверстий, которые с очень большой эффективностью распределяют топливо по камере сгорания, в свою очередь воздух подается через специальную заслонку. Благодаря этому топливная смесь получается однородной, что улучшает ее сгорание в цилиндрах двигателя. Благодаря непосредственному впрыску топлива, двигателя FSI превосходят обыкновенные двигатели в динамики разгона, в выбросе вредных веществ в атмосферу (гораздо меньше), а также экономичность такого двигателя лучше, иногда экономия доходит до 25 %.

Принцип работы

В отличие от обыкновенного бензинового двигателя, у двигателя FSI, есть контур с повышенным давлением, необходимое давление поддерживает топливный насос нового типа, который забирает топливо из зоны пониженного давления. Надо сказать, что топливный насос регулирует давление исходя из потребности. При ускорении автомобиля давление увеличивается, до 0,5 Мпа, а при спокойном движении, скажем под горку, давление может составлять всего 0,05 Мпа. Управление насосом происходит определенным блоком управления и датчиком низкого давления. Благодаря этим электронным системам в цилиндры двигателя подается нужное количество топлива, ни больше, ни меньше, именно столько сколько нужно. Поэтому переливание топлива, или голодание от топливной смеси здесь исключено. Также есть еще одно преимущество -- это двойной впрыск топлива (распределение подаваемого топлива между тактом впрыска и тактом сжатия), нужен для пуска холодного двигателя, когда подается обогащенная топливная смесь, до того времени, как прогреется двигатель и каталитический нейтрализатор.

Компоненты топливной системы. Концепция регулирования подачи насоса

Регулируемый по многопараметровой характеристике одноплунжерный насос подает всегда столько топлива, сколько его впрыскивается через форсунки. Момент начала подачи топлива плунжером рассчитывается блоком управления двигателем в соответствии с требуемым его расходом. В расчетный момент движения плунжера регулятор давления закрывает впускной клапан (Рис.5) после чего начинается подача топлива к форсункам.



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.

Назначение форсунок

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, 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.

Размещено на Allbest.ur