BADANIA SAMOCHODU NAPĘDZANEGO SILNIKIEM FSI – IEL/260/08.pdf · PDF fileSpalanie...

Click here to load reader

  • date post

    28-Feb-2019
  • Category

    Documents

  • view

    213
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of BADANIA SAMOCHODU NAPĘDZANEGO SILNIKIEM FSI – IEL/260/08.pdf · PDF fileSpalanie...

Dorota TYPASKA ukasz PUTZ

BADANIA SAMOCHODU NAPDZANEGO SILNIKIEM FSI SYSTEMEM

ELEKTRONICZNEGO STEROWANIA BEZPOREDNIM WTRYSKIEM BENZYNY

STRESZCZENIE W artykule zaprezentowano szczegow analiz systemu bezporedniego wtrysku benzyny FSI (Fuel Stratified Injection) stosowanego w samochodach koncernu Volkswagen Group. W pracy przedstawiono charakterystyczne elementy budowy z opisem ich wpywu na dziaanie tego typu silnika. Nastpnie przedstawiono wyniki bada mocy silnika, momentu obrotowego, emisji zanieczyszcze oraz zuycia paliwa, przeprowadzonych na modelu VW Passat 2.0 FSI oraz porwnano z wynikami bada odpowiednika o wtrysku porednim VW Passat 2.0 MPI. Sowa kluczowe: bezporedni wtrysk paliwa, elektroniczne sterowa-nie silnikiem, FSI, mieszanka jednorodna, mieszanka uwarstwiona, silnik benzynowy

1. WSTP

Silniki FSI (Fuel Stratified Injection, czyli wtrysk paliwa z uwarstwieniem adunku) s pierwsz generacj systemw bezporedniego wtrysku benzyny, zastosowanych w koncernie Volkswagena. Idea FSI po raz pierwszy zostaa zastosowana w 2000 roku w Volkswagenie Lupo. Wedug producenta jest to

mgr in. Dorota TYPASKA e-mail: dorota.typanska@put.poznan.pl

mgr in. ukasz PUTZ e-mail: lukasz.putz@put.poznan.pl

Politechnika Poznaska, Wydzia Elektryczny

PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 260, 2012

108 D. Typaska, . Putz

zupenie nowy rodzaj silnikw, zarwno ekologicznych, wydzielajcych mniej zanieczyszcze, jak i bardziej dynamicznych, w porwnaniu z wczeniejszymi rodzajami wtrysku [4]. 2. UKAD ZASILANIA W PALIWO W SYSTEMIE FSI

Ukad zasilania w paliwo ma budow klasyczn dla systemw bez-poredniego wtrysku benzyny, czyli z rozdziaem na dwie czci: nisko- i wy-sokocinieniow (rys 1). W obwodzie niskiego cinienia cinienie paliwa jest regulowane (w zalenoci od potrzeb) w zakresie (0,050,5) MPa. Przy rozruchu silnika wzrasta do 0,6 MPa.

Rys. 1. Schemat ukadu zasilania w paliwo w systemie FSI [5]

Najwaniejszym elementem w obwodzie wysokiego cinienia jest pompa wysokocinieniowa. Ma ona konstrukcj jednotoczkow i jest zasilana z pod-wjnej krzywki umieszczonej na dolotowym waku rozrzdu. Cinienie wyt-warzane przez pomp moe wynie maksymalnie 12 MPa. Dziki zaworowi regulacyjnemu moliwe jest toczenie paliwa wedug aktualnych potrzeb silnika. Zawr skada si cewki, toka sterujcego prac zaworu i spryny dociskajcej zawr dolotowy. Wytworzone przez cewk pole magnetyczne wciga tok. Za-wr dolotowy zostaje zamknity i pompa moe toczy niezbdn ilo paliwa [6].

Badania samochodu napdzanego silnikiem FSI systemem elektronicznego sterowania 109

3. UKAD DOLOTOWY POWIETRZA W SYSTEMIE FSI

W silnikach FSI kluczow rol w tworzeniu mieszanki uwarstwionej odgrywa odpowiednie uksztatowanie strumienia powietrza zasysanego. Od-powiedni ksztat strumienia uzyskuje si gwnie dziki zastosowaniu zmien-nych parametrw geometrycznych kanaw dolotowych oraz odpowiedniemu wyprofilowaniu denka toka w komorze spalania [6].

Zmiana parametrw geometrycznych kanaw dolotowych odbywa si na dwa sposoby [2]:

a) przez zmian dugoci (rys. 2) suy do tego dwupooeniowy walec przeczajcy, ktrego pooeniem kieruje sterownik silnika; na pod-stawie obcienia, prdkoci obrotowej i temperatury silnika dobierane jest waciwe pooenie walca; oprcz odpowiedniego uksztatowania strumienia powietrza uzyskuje si take optymalizacj mocy uytecznej i momentu obrotowego; kiedy powietrze zasysane jest krtkimi i dugimi przewodami dolotowymi, uzyskuje si optymaln moc uyteczn; nato-miast w przypadku zasysania powietrza dugimi kanaami, dobierany jest optymalny moment obrotowy;

Rys. 2. Zmienna dugo kanaw dolotowych w silniku FSI [5]

b) przez podzia na dwie czci doln i grn przepyw w dolnej czci przewodu dolotowego jest regulowany za pomoc dodatkowej przepus-tnicy; przy pracy na mieszance jednorodnej (due obcienia i prd-koci obrotowe) klapa jest otwarta i powietrze dostaje si do cylindra caym przekrojem kolektora dolotowego; podczas pracy na mieszance uwarstwionej (mae obcienia i prdkoci obrotowe) klapa zamyka doln cz, a powietrze jest zasysane tylko grn czci kolektora dolotowego, strumie powietrza uksztatowany w ten sposb, pozyty-wnie wpywa na tworzenie ubogiej mieszanki paliwowo-powietrznej.

110 D. Typaska, . Putz

Aby wzmocni rotacj powietrza ju zassanego do komory spalania, stosuje si odpowiednio wyprofilowane toki, ze specjalnym wgbieniem zawi-rowujcym strumie powietrza (rys. 3). Przy pracy na mieszance ubogiej paliwo jest wtryskiwane w poblie elektrod wiecy zaponowej, w obok powietrza uksztatowany dziki tokowi. Powstaa w ten sposb mieszanka praktycznie nie styka si z denkiem toka ani ze ciankami cylindra. Jest to tzw. proces spalania sterowany strumieniem paliwa [6].

Rys. 3. Wpyw uksztatowania denka toka na tworzenie mieszanki uwarst-wionej w silniku FSI [5]

4. UKAD WYLOTOWY SILNIKA FSI

Ukad wylotowy (rys. 4) jest wykonany w dwch miejscach jako dwu-rurowy. Po wyjciu z cylindra kolektor wylotowy rozdziela si na dwie gazie, w ktrych umieszczone s wstpne trjfunkcyjne reaktory katalityczne. Przed nimi znajduj si szerokopasmowe sondy lambda, nadzorujce skad mieszanki. Natomiast za reaktorami katalitycznymi ulokowane s skokowe (dwustanowe) sondy suce do sterowania prac reaktorw katalitycznych.

Dalej ukad odprowadzania spalin czy si w jedn ga, w ktrej umieszczony jest czujnik temperatury spalin, a nastpnie ponownie rozdziela si. W miejscu rozdzielenia znajduj si zasobnikowe reaktory katalityczne tlenkw azotu. Dalsza cz ukadu wylotowego jest ju wykonana jako jed-norurowa. Tam te zamontowano czujnik stenia tlenkw azotu, kontrolujcy prac zasobnikowego reaktora katalitycznego. Takie rozwizanie pozwolio jednoczenie speni wymagania emisji spalin zawarte w normie EURO 4 oraz zwikszy moment obrotowy silnika dla maych prdkoci obrotowych [6].

Badania samochodu napdzanego silnikiem FSI systemem elektronicznego sterowania 111

5. UKAD RECYRKULACJI SPALIN

W silniku FSI zastosowana zostaa zewntrzna recyrkulacja spalin. Dziki ukadowi recyrkulacji spalin moliwe jest szybsze nagrzanie silnika oraz zmniejszenie szczytowej temperatury spalania, co skutkuje mniejszym wy-dzielaniem tlenkw azotu w spalinach. Spaliny s pobierane z reaktora kata-litycznego wstpnego i specjaln rurk przepywaj przez zawr recyrkulacji spalin AGR do kolektora dolotowego. Sterownik silnika moe regulowa ilo recyrkulowanych spalin za pomoc zaworu AGR, ktry skada si z dwch gwnych czci: klapy regulujcej przepyw spalin oraz silnika elektrycznego z potencjometrem recyrkulacji spalin. Recyrkulacja nie jest prowadzona na biegu jaowym oraz przy duych obcieniach powyej prdkoci obrotowej 4000 obr/min. Budow ukadu recyrkulacji spalin przedstawiono na rysunku 5 [2].

Rys. 4. Budowa ukadu odprowadzania i redukcji spalin [5]

Rys. 5. Ukad recyrkulacji spalin w silniku FSI [5]

112 D. Typaska, . Putz

6. ZMIENNE FAZY ROZRZDU

Mechanizm przestawiania dolotowego waka rozrzdu (rys. 6) jest zamontowany na waku wylotowym i przez acuch napdowy jest sprzony z wakiem dolotowym. Dziki mechanizmowi moliwe jest przestawienie jed-nego waka wzgldem drugiego o 21 stopni. Warto kta przestawienia jest dobierana przez sterownik z zaprogramowanej charakterystyki na podstawie prdkoci obrotowej, obcienia i temperatury silnika. Wirnik wewntrzny jest na stae poczony z wakiem, natomiast do wirnika zewntrznego przykrcone s przednia i tylna pokrywa przestawiacza. Na pokrywie tylnej umieszczone jest koo acuchowe. Obrt jednego wirnika wzgldem drugiego jest przenoszony przez acuch na waek dolotowy. Przestawienie pozycji wirnikw midzy sob moliwe jest przez regulacj iloci oleju midzy opatkami wirnikw, za pomoc moduu zasilania w olej [6].

Rys. 6. Budowa mechanizmu przestawiania waka rozrzdu [5] 7. STEROWANIE SYSTEMEM WTRYSKU FSI

Gwnym sterownikiem silnika jest ukad Motronic MED 9.5.10 firmy Bosch. Jego zadaniem jest kierowanie prac silnika odpowiednio do jego aktualnego stanu pracy, zalenego przede wszystkim od prdkoci obrotowej i obcienia. eby obliczy obcienie, sterownik musi otrzyma sygnay z czujnikw [2]:

a) I i II temperatury powietrza zasysanego, b) cinienia atmosferycznego i cinienia w kolektorze dolotowym,

Badania samochodu napdzanego silnikiem FSI systemem elektronicznego sterowania 113

c) prdkoci obrotowej i pooenia wau korbowego, d) I i II pooenia pedau przyspieszenia, e) pooenia klap dodatkowej przepustnicy w kolektorze dolotowym.

Spalanie sterowane strumieniem paliwa moe odbywa si na dwch rodzajach mieszanek: jednorodnej i uwarstwionej. Po obliczeniu obcienia sterownik wybiera, jaki rodzaj mieszanki jest najlepszy. Podczas pracy na mieszance uwarstwionej wspczynnik = 1,64,0; czyli w mieszance wys-tpuje duy nadmiar powietrza. Gdy prdko obrotowa wzrasta, czas na powstanie mieszanki gwatownie maleje i nie moe wytworzy si mieszanka atwo zapalna. W tym momencie sterownik silnika zaczyna wzbogaca pows-tajc mieszank, a do przejcia na cakowicie jednorodn ( = 1).

W czasie jazdy wystpuj cztery gwne rodzaje pracy (rys. 7) [6]: a) z ubog mieszank uwarstwion z = 1,64,0, z recyrkulacj spalin, b) z ubog mieszank jednorodn z = 1,55, bez recyrkulacji spalin, c) z mieszank jednorodn stechiometryczn z = 1, z recyrkulacj

spalin, d) z mieszank jednorodn stechiometryczn z = 1, bez recyrkulacji

spalin.

Rys. 7. Gwne zakresy pracy silnika FSI [5]

Schemat ukadu sterowania silnika FSI przedstawiono na rysunku 8.

114 D. Typaska, . Putz

Rys. 8. Schemat ukadu sterowania w silniku FSI [5]:

1 czujnik cinienia i temperatury powietrza; 2 czujnik 2 temperatury powietrza; 3 czujnik prdkoci obrotowej; 4 czujnik Halla; 5 czujniki zespou przepustnicy; 6 czujn