Fuel Stratified Injection (FSI) – technika zasilania benzyną wykorzystywana w silnikach benzynowych. Pozwala zwiększyć moc silnika bez przyrostu jednostkowego zużycia paliwa. Opracowana została przez Volkswagena
Koncepcja
Mieszanka paliwowo-powietrzna w silnikach iskrowych – w przeciwieństwie do silników wysokoprężnych – nie może mieć zbyt dużego nadmiaru powietrza (tzw. mieszanka uboga). Mieszanka taka źle zapala się od świecy zapłonowej, proces spalania kończy się po minięciu tłoka GMP
co sprawia, że mieszanki ubogie cechują się tzw. przewlekłym spalaniem i
jest przyczyną nadmiernego wzrostu temperatury w obrębie gniazd
zaworowych i nadmiernej emisji tlenków azotu. Spalanie mieszanek ubogich
pozwala jednak na zaoszczędzenie w jednostkowym zużyciu paliwa. Aby
pogodzić sprzeczne kwestie konstruktorzy opracowali udoskonaloną odmianę
zasilania silnika iskrowego z bezpośrednim wtryskiem paliwa do cylindra
pod nazwą FSI. Istotą rozwiązania jest taka technika wtrysku benzyny,
aby w obszarze świecy zapłonowej mieszanka była
bogata (łatwo się zapala od iskry ze świecy zapłonowej), natomiast w pozostałej objętości cylindra jest mieszanka
uboga,
która bez problemu zapala się od strefy płomienia z palącej się już
mieszanki bogatej. Takie uwarstwienie mieszanki (bogata w okolicach
świecy zapłonowej i uboga w pozostałej objętości cylindra) jest właśnie
cechą koncepcji Fuel Stratified Injection (FSI) i jej wersji
rozwojowych.
Konstrukcja
W systemie FSI konstruktorzy zastosowali:
- dzielone, pochylone kanały dolotowe, o przekroju pełnym przy dużym
obciążeniu, a zmniejszanym przy obciążeniu częściowym, za pomocą
dodatkowych przepustnic sterowanych podciśnieniowo.
- kolektor ssący o zmiennej geometrii. Zmiana długości kanału
przepływu powietrza w kolektorze pozwala na uzyskanie większego momentu
obrotowego w zakresie średnich obrotów silnika gdy kanał przepływu
powietrza jest długi i wyższej mocy przy wysokich obrotach, gdy
powietrze przepływa krótszą drogą.
- przepustnicę sterowaną przez sterownik silnika i elektroniczny pedał
gazu. W kolektorze znajduje się też czujnik podciśnienia, na podstawie
wskazań którego, a także na podstawie liczby obrotów i kąta otwarcia
przepustnicy sterownik oblicza ilość powietrza zassanego przez silnik.
- pompę mechaniczną wysokociśnieniową jednotłoczkową napędzaną za pośrednictwem, specjalnej podwójnej krzywki wałka rozrządu. To obok elektrycznej pompą zasilającą umieszczoną w zbiorniku i wytwarzającą ciśnienie około 6 MPa. W pompie mechanicznej znajduje się elektrozawór,
za pomocą którego sterownik może sterować ciśnieniem paliwa. Pompa
zasila szynę wtryskiwaczy, która jednocześnie, dzięki swojej objętości
stanowi zasobnik ciśnienia i zapobiega wahaniom ciśnienia paliwa w
momencie wtrysku. Na szynie paliwowej jest zawór bezpieczeństwa,
otwierający się przy ciśnieniu 120 kPa.
- zasilanie wtryskiwaczy z baterii kondensatorów napięciem ok. 65 V.
Zastosowano to ze względu na duże ciśnienie i wymaganą szybkość pracy
Wtryskiwacz posiada specjalną konstrukcję – w stanie zamkniętym między
twornikiem elektromagnesu, a iglicą jest luz. Efektem tego jest
zmniejszenie się sił bezwładności, bo po przyłożeniu napięcia pierwszy
porusza się twornik.
- układy redukcji emisji tlenków azotu. Problemem pozostaje natomiast podwyższona emisja tlenków azotu, NOx, powstających przy wysokich (1800 °C) temperaturach spalania ubogich mieszanek uwarstwionych przy częściowym obciążeniu silnika. By ją ograniczyć, stosuje się recyrkulację spalin,
ale kosztem wzrostu zużycia paliwa dla obniżenia temperatury w komorze
spalania. W silniku FSI recyrkulacja może wynosić nawet 25 procent
objętości ładunku cylindra. Montowane są też obecnie dodatkowe
konwertery katalityczne, tzw. zasobnikowe, gromadzące w postaci azotanów
szkodliwe tlenki azotu, powstające podczas pracy na ubogiej mieszance i
rozkładające je na azot i tlen w trybie regeneracji (oczyszczania).
Polega on na włączaniu na krótko (co minutę na 2-3 s) trybu pracy na
bogatej mieszance jednorodnej (λ = 0,8). Niezbędny jest wówczas montaż
dodatkowych czujników temperatury i czujników tlenków azotu.
Osiągi
Silnik FSI o pojemności skokowej 1984 cm³ ma korzystne parametry trakcyjne: moc 110 kW (150 KM)
przy 6000 obr./min i moment 200 Nm przy 3500 obr./min. Płaski przebieg
krzywej momentu obrotowego w zakresie od 2000 do 5000 obr./min powoduje,
że silnik jest elastyczny. Przy wtrysku bezpośrednim paliwa do cylindra
następuje silne schłodzenie ładunku. W efekcie można podnieść stopień sprężania do 11,5:1 bez obawy wystąpienia spalania stukowego.
Czas odcięcia paliwa przy zmniejszaniu prędkości obrotowej może zostać
wydłużony ze względu na to, że paliwo nie skrapla się na ściankach
kolektora ssącego.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz