Обратившись к технологии непосредственного впрыска бензина FSI, Audi начала производство двигателей нового поколения, которые в отношении к.п.д. означают огромный прыжок вперед. По сравнению с обычными двигателями с впрыском бензина во впускной трубопровод двигатель с непосредственным впрыском обладает большей динамикой и мощностью, он дает больший крутящий момент и снижение расхода топлива до 15 процентов.
Эта стало возможным, прежде всего, благодаря послойному заряду в режиме неполной нагрузки. Это означает, что горючая смесь необходима лишь возле свечи зажигания, а остальная часть камеры сгорания наполняется со значительным избытком воздуха. Благодаря этому двигатель можно не дросселировать. Кроме того, при непосредственном впрыске снижаются тепловые потери. Это означает, что слои воздуха вокруг облака смеси изолируют его от цилиндра и головки цилиндра.
В отличие от двигателя с впрыском во впускной трубопровод, топливо впрыскивается прямо с камеру сгорания. Форсунка, которая снабжается топливом посредством одноплунжерного насоса и общего топливопровода, расположена сбоку на головке цилиндра. Клапанная форсунка дозирует топливо с точностью до миллисекунд и при давлении до 110 бар.
Принцип непосредственного впрыскивания бензина: 1 - топливо, 2 - воздух, 3 - дроссельная заслонка (электронная педаль акселератора). 4 - впускной трубопровод, 5 - клапанные форсунки, 6 - двигатель.
Схематическое изображение системы Bosch-MED (электронной системы управления для двигателей с непосредственным впрыскиванием топлива)
Топливо впрыскивается в режиме послойного заряда в такте сжатия. После этого оно вовлекается в движение воздухом, который впускается в камеру сгорания. Воздух, в свою очередь, приводится в целенаправленное движение благодаря подвижной заслонке во впускном трубопроводе, впускному каналу и специальной форме днища поршня.
После этого достигается необходимый эффект послойного распределения топлива в заряде: облако топлива, которое вместе с воздухом образует горючую смесь и распространяется в пределах ограниченного пространства, к моменту зажигания располагается вокруг свечи зажигания. Благодаря большому углу расширения струи облако топлива почти не соприкасается с днищем поршня, кроме того, после сгорания между воспламененной смесью и стенкой цилиндра располагается изолирующий слой воздуха. В результате этого снижается отвод тепла через блок цилиндров, а это повышает к.п.д. двигателя.
Блок цилиндров и размеры первого представителя двигателей нового поколения идентичны блоку цилиндров и размерам обычных двухлитровых агрегатов А4 и А6. Этот двигатель оснащен системой впрыскивания топлива через общий топливопровод и одноплунжерным впрыскивающим насосом. В головке цилиндров имеется не пять, а четыре клапана, это обеспечивает свободное место для клапанной форсунки.
Впускной газопровод с изменяемой длиной тракта состоит из двух ступеней, поэтому он обеспечивает две длины тракта: для высоких и низких оборотов. Постоянно действующий регулятор распределительных валов обеспечивает соответствующее управление временем открывания клапанов. Со стороны выпуска располагается один из главных компонентов, необходимых для эффективного снижения токсичности отработавших газов — система рециркуляции ОГ. Эта система работает эффективнее, чем прежние системы, она отводит в камеру сгорания до 30 процентов ОГ.
Система Tumble
Для реализации послойного заряда необходимо, чтобы впрыскивание, поток воздуха внутри цилиндра и геометрия камеры сгорания были оптимальным образом согласованы друг с другом. Для управления потоками воздуха во впускном тракте применяется система Tumble (tumble по-английски означает «кувыркание, кульбит»). Посредством специальной перегородки впускной канал делится на верхнюю и нижнюю половину. Всасывающие каналы расположены в головке цилиндра, а специальные заслонки — сбоку от головки, в прифланцованном многофункциональном модуле. Предвключенная заслонка направляет воздух либо только через верхнюю часть, либо через все поперечное сечение.
Чтобы в камере сгорания достичь интенсивного цилиндрического потока, в режиме послойного заряда специальная заслонка, а вместе с ней и один из двух каналов, закрывается. В этом режиме топливо впрыскивается лишь в последней трети движения поршня вверх, то есть во время сжатия. Благодаря сочетанию нацеленного потока воздуха и специальной геометрии поршня, в котором имеется ярко выраженная полость камеры сгорания, мелко распыляемое топливо оптимальным образом концентрируется вокруг свечи зажигания и надежно воспламеняется.
Система Tumble, во-первых, впервые позволила достичь сочетания экономичного режима послойного заряда и очень высоких значений мощности и крутящего момента. При высоких оборотах двигатель FSI работает как обычный двигатель с впрыском во впускную трубу, однако благодаря большему сжатию к.п.д. двигателя увеличивается.