Техника двигателя
Серийный двигатель FSI с прямым впрыском имеет несравненно больше преимуществ по сравнению с традиционным двигателем с впрыском бензина во впускной коллектор. Он предлагает:
· определенно больше динамики;
· увеличение мощности и крутящего момента;
· заметное снижение потребления топлива.
Это достижение, прежде всего, делает возможным использование двух режимов работы: послойный впрыск при средних нагрузках и однородный режим при высокой нагрузке.
Как же при этом двигатель FSI отличается от традиционного агрегата с конструктивной точки зрения? Термин «Непосредственное впрыскивание бензина» четко описывает основное свойство такого двигателя: в отличие от воспламеняющего впрыска топливо прямо вводится в камеру сгорания.
Для того, чтобы это осуществить, необходимо было детально разработать большое число составных частей и технических узлов. К ним относятся:
· универсальная система впрыска высокого давления с вновь разработанным однопоршневым насосом: он впускает столько топлива в систему, чтобы было возможным достижение нужного давления;
· новая четырехклапанная головка блока цилиндров с поворотным рычагом управления;
· усовершенствованная система обработки ОГ (с целью снижения токсичности);
· еще более тщательно разработанная система обработки газов с N0x накопителем и N0x датчиком.
Два рабочих состояния
Впрыскиватели, находящиеся под впускными клапанами, при этом обслуживаются через насос высокого давления, приводимый в действие кулачковым валом, и через один для всех гидроаккумулятор. Клапанная форсунка производит дозировку с точностью до 0,001сек при давлении впрыскивания до 110 бар.
Впускной газопровод состоит из двух уровней, обеспечивая, таким образом, различную длину газопровода для низких и высоких оборотов. Непрерывный регулятор впускного распределительного вала служит для установления времени открытия впускных клапанов согласно режиму управления.
Дальнейшая особенность заключается во впускном клапане – так называется перекидная заслонка. На двигателе 2.0 FSI она работает в бесступенчатом режиме при этом целенаправленно влияет на направление движения входящего воздуха.
В открытом положении заслонки воздух беспрепятственно проходит через клапан. Если заслонку закрыть, то воздух целенаправленно канализируется на своем пути в камеру сгорания цилиндров двигателя.
При этом существует два различных рабочих режима, которые являются основной чертой многогранности двигателя FSI:
· гомогенный (однородный) режим ;
· режим послойного заряда (цилиндров).
Согласно загрузке транспортного средства и положению педали газа электроника двигателя всегда включается в оптимальный режим.
Гомогенный режим – больше мощности, меньше потребления
Традиционный инжектор создает в общей камере сгорания топливную смесь в воспламеняемом отношении 14,7 (лямбда = 1). В этом режиме (однородном режиме), также работает FSI двигатель. При полной нагрузке топливо впрыскивается синхронно в фазе пуска. При этом происходит равномерное наполнение камеры сгорания. Так как топливо при этом, в противоположность впрыскивателю во впускной коллектор, полностью испаряется в камере сгорания, то тепло необходимое на испарение охлаждает смесь в камере сгорания.
По этой причине двигатели внутреннего сгорания прямого впрыска имеют пониженную склонность к детонации, и, соответственно, степень сжатия может быть увеличена ( 2.0 FSI: 11,5:1). Это делает возможным существенно более высокий коэффициент полезного действия.
Иными словами, уже в однородном режиме заметно пониженное потребление топлива в сопровождении с повышенными значениями мощности и крутящего момента. Это было доказано на постоянно однородном двигателе автомобиля победителя в гонке La Mans.
Послойный заряд: максимальное понижение потребления
Фундаментом экономичности нового агрегата является так называемый послойный заряд (цилиндров) при средних нагрузках. При этом в области свечи зажигания образовывается воспламеняемая смесь, то есть , около14.7 воздуха на одну часть топлива, а в других частях камеры сгорания преобладает ярко выраженный избыток воздуха.
При послойном заряде топливо начинает впрыскиваться во время фазы сжатия. Топливо попадает прямо в воздух в камере сгорания, который, с помощью позиции заслонки впускного канала с одной стороны, и специальной формой цилиндров с другой стороны приводится, в круговое движение («Tumble»)
Если впрыск происходит под незначительным углом, то облако топлива практически не прикасается к стенкам цилиндров – так называемый воздухонаправленный процесс.
Направленным «Tumble» движением достигается желаемый послойный заряд: точно в момент зажигания топливное облако, которое вместе с воздухом посредством процесса завихрения превращается в ограниченном объеме в воспламеняющуюся смесь, попадает к свече зажигания.
Впрочем, при послойном впрыске, при перерасчете на общий объем камеры сгорания значение лямбда достигает 4,0 – необходимость для снижения потребления топлива при низких и средних оборотах.
При этом происходит благоприятный «побочный эффект»: при сгорании слой воздуха изолирует воспламененную смесь от стенок цилиндра. Таким образом, происходит понижение оттока тепла через блок цилиндра, повышая КПД двигателя.
Высокоэффективная очистка выхлопных газов
В прошлом тема «выхлопа NОx» — являлась важным препятствием для разработчиков прямого впрыска бензина в послойной концепции, так как традиционный катализатор не в состоянии сократить возникающие при низких оборотах оксиды азота до безопасного его содержания
Эту проблему новый агрегат 2.0 FSI решает с помощью целого ряда мер. Со стороны впускных клапанов размещается один из центральных компонентов очистки отработанных газов — рециркуляция. Управляемая электроникой двигателя и клапаном рециркуляции отработанных газов, а также впускным распределительным валом, она направляет до 30% общего объема отработанных газов назад в камеру сгорания. Это приводит к тому, что температура сгорания понижается, в следствии чего в послойном режиме на низких оборотах чистая эмиссия NОx понижается на 70%.
Накопительная ячейка оксида азота
В FSI-двигателе за очистку выхлопных газов отвечает два катализатора. За коллектором устанавливается 3-путевой катализатор, в поддоне находится накопительная ячейка оксида азота.
Особым требованием прямого впрыска бензина является накопительная ячейка оксида азота, на выходе которого находится NОx датчик. В обедненной фазе обычный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ОГ, как известно, не может полностью расщепить окислы азота, так как ему необходим выхлоп отработанных газов в стехиометрическом соотношении (14, 7 частей воздуха х 1 части топлива).
Таким образом, накопительная ячейка азота способствует понижению оксидов азота до его безопасного содержания. Это эффективно происходит в накопительной ячейке, которая посредством бариевого покрытия связывает оксиды азота.
Работа накопительной ячейки оксида азота управляется температурой. При насыщении накопительной ячейки кратковременное связывание смеси приводит к успешному разложению: посредством повышения температуры и слабого недостатка воздуха оксид азота освобождается молекулами бария и понижается к азоту.
Ощутимым является дальнейший, благоприятный результат нейтрализация ОГ для владельца Aui A4 2.0 FSI: Limousine и Avant соответствуют EU-IV-стандарту по токсичности и, таким образом, экономит в Германии налог на автомобили в размере до 307 Евро.
Информация предоставлена официальным импортером АУДИ АГ в Украине – “Автомобильной группой “ВИПОС”. При использовании материалов ссылка обязательна.
Источник
