Двигатель VW с системой FSI

Без рубрики

Фольцвагеновский двигатель FSI- первый среди бензиновых двигателей концерна с непосредственным впрыском. Он был принят за основу при создании более современных двигателей концерна VAG, таких как TFSI и TSI. Данная технология в своё время оказалась революционной, а сам двигатель FSI в 2006 году получил почётное звание «Двигатель года». Достойный экземпляр.

Топливные системы с непосредственным впрыском похожи на дизельные топливные системы, такие как Common Rail или насос-форсунка.

В бензиновых топливных системах с непосредственным впрыском применяются два контура подачи топлива- контур низкого давления и контур высокого давления. По контуру низ кого давления бензин перекачивается Топливному Насосу Высокого давления (ТНВД), а далее начинаются все отличия от систем с распределённым впрыском.

Принцип действия

ТНВД приводится в действие от кулачка, расположенного на коленвале, топливо нагнетается до давления в 40- 120 атмосфер, в зависимости от режима работы двигателя, что позволяет распылять топливо более качественно, капли бензина становятся более мелкими, чем при традиционном впрыске во впускной коллектор, это позволяет топливу лучше смешиваться с воздухом и более эффективно сгорать.

1 – дроссельная заслонка; 2 – вспомогательная заслонка во впускном канале; 3 – форсунка; 4 – верхняя часть потока воздуха; 5 – разделительная пластина

С помощью дроссельных заслонок, установленных на впускном коллекторе, можно воздействовать на потоки воздуха: подавать больше воздуха, закручивать поток для лучшего смесеобразования, подавать отработанные газы в определённую область камеры сгорания для создания воздушной подушки и многое другое.

FSI расшифровывается как Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива, то есть, система изначально рассчитана не распределять топливо по всей камере сгорания, а концентрировать его в центре, вокруг свечи зажигания.

Для чего это делается?

Дело в том, что любой двигатель внутреннего сгорания- это обычный тепловой двигатель, в котором поршень перемещается под действием газов, которые расширяются от выделяемого тепла при сгорании топлива. И чем меньше теплопотери двигателя, тем больше энергии будет использоваться на перемещение поршня (полезная работа).

Так вот в этом двигателе реализован принцип послойного смесеобразования: в центре камеры сгорания, вокруг свечи зажигания, располагается топливо-воздушная смесь, которая воспламеняется. Вокруг этой смеси образуется пространство, заполненное воздухом, бензина там почти нет, поэтому и гореть там нечему. И эта воздушная смесь, расположенная вдоль стенок цилиндра и днища поршня, выполняет роль подушки, которая препятствует потерям тепла, ведь теплопередача через слой воздуха ниже, чем при прямом контакте с металлической поверхностью.

Виды смесеобразования

В ДВС для полного сгорания топлива на каждый грамм бензина нужно 14,7 грамм воздуха. Это  гомогенная стехиометрическая смесь. Если воздуха будет меньше- не всё топливо сможет сгореть. Если воздуха будет больше, чем 17 грамм на каждый грамм бензина, то возникают проблемы воспламенения такой смеси от свечи. Но эти проблемы решаются непосредственным впрыском: топливо концентрируется вокруг свечи, а возле стенок цилиндра остаётся чистый воздух почти без содержания топлива.

Для эффективного сгорания топлива реализовано несколько типов смесеобразования:

  • послойное (гетерогенное);
  • стехиометрическое гомогенное;
  • гомогенное.

Гетерогенная смесь (послойное смесеобразование). Такая смесь применяется при движении автомобиля при низких нагрузках, расход топлива получается небольшой, а соотношение бензин-воздух может достигать 1:40.

Воздух поступает в цилиндр по одному дроссельному каналу, второй в это время закрыт. Это позволяет придавать поступающему воздуху завихрения, а выемки на днище поршня позволяют завихрениям сохраняться до конца такта сжатия.

Впрыск топлива осуществляется в конце такта сжатия, бензин хорошо перемешивается с воздухом благодаря завихрениям, и максимальная концентрация бензина возникает вокруг свечи зажигания, куда бензин перемещается воздушным потоком.

Топливо располагается исключительно вокруг свечи зажигания, в то время как между днищем поршня, стенками цилиндра и топливо-воздушной смесью располагается прослойка из воздуха и отработавших газов. Вот это и называется послойное смесеобразование.

Воздушная подушка выполняет сразу две функции:

  1. Уменьшает теплопотери, так как выполняет роль теплового изолятора, что позволяет использовать больше энергии с пользой
  2. Уменьшает детонацию топлива— детонация возникает из-за слишком быстрого распространения взрывной волны, а воздушная подушка выступает в роли демпфера.

Стехиометрическое гомогенное смесеобразование. Тут воздуха ровно столько, чтобы хватило сжечь весь бензин, 1:15 по массе. Впрыск топлива происходит на такте впуска, бензин поступает в камеру сгорания одновременно с воздухом и хорошо перемешивается. Такая смесь используется на промежуточных режимах двигателя, а также на холостом ходу.

Гомогенная смесь образуется на максимальных режимах работы двигателя, когда дроссельная заслонка максимально открыта. Эта смесь получается не гомогенной, а с коэффициентом избытка воздуха 1,5, то есть воздуха здесь в полтора раза больше, чем нужно для сжигания топлива.

Такая смесь будет обеднённой, и на двигателе без непосредственного впрыска возгорания не произошло бы, так как смесь с соотношением топлива к воздуха более чем 1:17 уже затруднительны, а здесь разрыв в 1,5 раза больше. Но так как впрыск непосредственный, то бензин из форсунки можно направить непосредственно в район свечи зажигания.

Таким образом, и топливо экономится, и отдача от сгорания топлива выше.