содержание .. 1 2 ..
Volkswagen двигатель 2,0л TDI для T5 2010. Устройство и принцип работы - часть 1
Введение
Общее описание и технические характеристики
двигателей 2,0 л TDI
Дизельные двигатели рабочим объёмом 2,0 л с турбонагнетателем с изменяемой геометрией (VTG)
предлагаются в исполнениях 62 кВт, 75 кВт и 103 кВт.
Двигатели 2,0л TDI с турбонагнетателем с изменяемой
геометрией (VTG)
Общие особенности конструкции
● система впрыска Common Rail
● сажевый фильтр (Евро5)
● система рециркуляции ОГ Евро 5 с каналами в
ГБЦ
● впускной коллектор из пластмассы
● турбонагнетатель с изменяемой геометрией
турбины (VTG)
S455_004
Технические характеристики
Буквенное обозначение двигателя
CAAA
CAAB
CAAC, CCHA
Конструктивное исполнение
4 цилиндра, рядное
Рабочий объём
1968см3
Диаметр цилиндра
81мм
Ход поршня
95,5мм
Кол во клапанов на цилиндр
4
Степень сжатия
16,5 : 1
Макс. мощность
62кВт при 3500 об/мин
75кВт при 3500 об/мин
103кВт при 3500 об/мин
Макс. крутящий момент
220Н·м при
250Н·м при
340Н·м при
12502500 об/мин
15002500 об/мин
17502500 об/мин
Система управления двигателя
EDC 17CP 20
Турбонагнетатель
с изменяемой геометрией (VTG)
Рециркуляция ОГ
есть
Соответствие нормам токсичности ОГ
Евро5 с сажевым фильтром
Евро4 без сажевого фильтра
Евро3 без сажевого фильтра
4
[Н·м]
[кВт]
Исполнение с мощностью 62кВт
450
225
Двигатель развивает свой максимальный крутящий
400
200
момент 220Н·м уже при 1250 об/мин и сохраняет
350
175
его в широком диапазоне оборотов вплоть до 2500
300
150
об/мин.
250
125
Максимальная мощность 62 кВт достигается
200
100
при 3500 об/мин.
150
75
100
50
50
25
0
0
S455_027
1000200030004000 5000
об/мин
[Н·м]
[кВт]
Исполнение с мощностью 75кВт
450
225
400
200
Двигатель также начинает развивать максимальный
крутящий момент 250Н·м уже в нижней части
350
175
диапазона оборотов — с 1500 и до 2500 об/мин.
300
150
250
125
Максимальная мощность 75кВт, как и у исполнения
с мощностью 62кВт, достигается при 3500 об/мин.
200
100
150
75
100
50
50
25
0
0
S455_028
1000200030004000 5000
об/мин
[Н·м]
[кВт]
Исполнение с мощностью 103кВт
450
225
400
200
Свой максимальный крутящий момент 340Н·м этот
двигатель начинает развивать с 1750 об/мин.
350
175
300
150
Кривая мощности имеет максимум 103кВт при
оборотах 3500 об/мин.
250
125
200
100
Особенность
150
75
● Двигатель с буквенным обозначением CCHA
100
50
оснащается блоком балансирных валов.
50
25
0
0
S455_029
1000200030004000 5000
об/мин
Мощность, кВт
Крутящий момент, Н·м
5
Введение
Двигатель 2,0л TDI с двумя турбонагнетателями (с двойным
турбонаддувом)
Особенности конструкции
● Модуль выпускного коллектора с двумя
турбонагнетателями (с двойным турбонаддувом)
● Модуль масляного фильтра со встроенным
радиатором рециркуляции ОГ
● Блок цилиндров с дополнительными каналами
системы охлаждения
● Поршни с охлаждаемой канавкой кольца
Максимальный крутящий момент 400Н·м этот
двигатель начинает развивать с 1500 об/мин
и сохраняет его при увеличении числа оборотов на
750 об/мин.
Максимальная мощность 132кВт достигается
при 4000 об/мин.
S455_003
Технические характеристики
Внешние скоростные характеристики
двигателя
Буквенное обозначение
CFCA
[Нм]
[кВт]
двигателя
450
225
Конструктивное исполнение
4 цилиндра, рядное
Рабочий объём
1968см3
400
200
Диаметр цилиндра
81мм
Ход поршня
95,5мм
350
175
Кол во клапанов на цилиндр
4
Степень сжатия
16,5 : 1
300
150
Макс. мощность
132кВт
при 4000 об/мин
250
125
Макс. крутящий момент
400Нм при
15002250 об/мин
200
100
Система управления двигателя
EDC 17CP 20
Турбонагнетатель
2 турбонагнетателя
150
75
(с двойным
турбонаддувом)
100
50
Рециркуляция ОГ
есть
Соответствие нормам
Евро5 с сажевым
50
25
токсичности ОГ
фильтром
Евро4 без сажевого
фильтра
0
0
Евро3 без сажевого
1000
2000
3000
4000
5000
об/мин
фильтра
Мощность, кВт
Крутящий момент, Н·м
S455_030
6
Наиболее важные особенности:
Новый модуль двойного турбонаддува
Двигатель 2,0л TDI 132 кВт оснащён двумя
турбонагнетателями, одним низкого и одним
высокого давления, объединёнными в т.н. модуль
битурбо. Такая комбинация позволяет обеспечить
необходимое давление наддува во всём диапазоне
работы двигателя.
Управление давлением наддува осуществляется
с помощью заслонок двух перепускных каналов ОГ
в турбинной части турбонагнетателей и одного
перепускного канала в насосной части.
S455_010
Новый модуль масляного радиатора
со встроенным радиатором системы
рециркуляции ОГ
Помимо масляного радиатора и масляного фильтра
в состав нового модуля масляного радиатора входят
также радиатор системы рециркуляции ОГ и клапан
системы рециркуляции ОГ.
S455_109
Новый термостат с шаровым клапаном
Новый термостат с шаровым клапаном,
конструктивно представляющий собой 4/2 ходовой
клапан, позволяет повысить расход ОЖ.
S455_005
Более подробную информацию по механической части двигателей и их системам управления
см. в программе самообучения SSP 223 «Двигатель 1,2л и 1,4л TDI» и SSP 403 «Двигатель 2,0л TDI
с системой впрыска Common Rail».
7
Двигатель 2,0л TDI
Блок цилиндров
Блок цилиндров двигателей 2,0л TDI
изготавливается из серого чугуна с пластинчатым
графитом.
Двигатель 103кВт с буквенным обозначением
CCHA оснащается блоком балансирных валов.
Этот двигатель устанавливается на исполнения
Multivan Comfortline/Highline и California
Comfortline.
В дальнейшем он будет устанавливаться во всех
автомобилях с 7 ступенчатой коробкой передач
DSG, предназначенных для перевозки пассажиров.
Это относится к исполнениям Kombi, Multivan
Startline, California Beach и всем исполнениям
Caravelle.
S455_018
S455_053
Поршни
Для охлаждения поршня в нём имеется кольцевой
канал, в который поступает масло из системы
смазки двигателя. Расположенные под каждым
поршнем форсунки впрыскивают масло
в специальное приёмное отверстие в поршне.
От этого отверстия масло поступает в кольцевой
канал и охлаждает поршень.
кольцевой
Такое охлаждение приводит к более равномерному
канал для
охлаждения
распределению тепла в поршне. Тем самым
поршня
уменьшаются внутренние напряжения в поршне
подача
и его износ.
масла
приёмное отверстие
масляная форсунка
S455_097
8
Масляный насос
В двигателях 2,0л TDI без блока балансирных валов
(буквенные обозначения CAAA, CAAB, CAAC)
масляный насос типа Duocentric крепится снизу
к блоку цилиндров на болтах.
Привод осуществляется от коленвала зубчатым
ремнём.
S455_098
Блок балансирных валов
В двигателе исполнения 103кВт CCHA, а также
в двигателе 2,0л с двумя турбонагнетателями,
устанавливается блок балансирных валов. В этом
случае масляный насос, также типа Duocentric,
встраивается в корпус блока балансирных валов.
S455_001
Блок балансирных
валов на нижней части
блока цилиндров,
масляный поддон снят.
Оба балансирных вала в верхней
раме корпуса.
S455_017
9
Двигатель 2,0л TDI
Назначение
корпус модуля балансирных валов
Блок балансирных валов является инерционным
гасителем колебаний. Он нейтрализует вибрации,
противовес вала 1
возникающие в силовом агрегате, во всём
промежуточная шестерня
диапазоне оборотов и способствует существенному
улучшению равномерности работы двигателя. Тем
самым повышается комфорт водителя и пассажиров.
Устройство
Блок балансирных валов состоит из корпуса,
выполненного из двух частей (обе отлиты из серого
чугуна), двух балансирных валов, косозубой
S455_042
зубчатой передачи и встроенного масляного насоса
масляный насос Duocentric
типа Duocentric.
противовес вала 2
масляные каналы для смазки рабочих поверхностей
подшипников
Принцип действия
Привод балансирных валов и масляного насоса
осуществляется через косозубую промежуточную
противовес вала 1
шестерню на один из балансирных валов.
Промежуточная шестерня находится в зацеплении
шестерня коленвала
с шестернёй коленвала. Передаточное отношение
зубчатой передачи выбрано таким, что
балансирные валы вращаются вдвое быстрее
коленвала.
Оба балансирных вала соединены между собой
S455_021
зубчатой парой в центральной части корпуса.
Противовесы на обоих валах располагаются
противовес вала 2
зеркально по отношению друг к другу, при этом
валы вращаются навстречу друг другу. Тем самым
привод вала 2
колебания, возникающие при вращении
промежуточная шестерня
балансирных валов, накладываются на колебания,
привод вала 1
вызываемые движением поршней и вращением
коленвала, практически полностью погашая друг
Дополнительную информацию по модулю
друга.
балансирных валов см. в программе
самообучения SSP 223 «Двигатели TDI
1,2 л и 1,4 л».
10
Головка блока цилиндров
распредвал выпускных клапанов
компенсатор зазора между
зубьями шестёрен
распредвал впускных
клапанов
S455_023
канал рециркуляции ОГ
В двигателях семейства 2,0л TDI используется
Привод клапанов осуществляется с помощью
алюминиевая головка блока цилиндров с
роликового рычага. Для компенсации зазоров
поперечным потоком ОЖ. Она разработана для
используется гидравлический толкатель. Форсунки
использования с системой впрыска Common Rail и
системы Common Rail крепятся в ГБЦ с помощью
имеет два верхних распределительных вала.
прижимных пластин.
Распредвалы впускных и впускных клапанов
соединены зубчатой передачей с цилиндрической
Новинкой в головке блока цилиндров двигателей
шестернёй с компенсатором зазора между зубьями
2,0 л TDI является встроенный канал системы
шестерён. Поскольку в двигателе используется ГРМ
рециркуляции ОГ. Преимуществом такого решения
с 4 клапанами на цилиндр, на распределительных
является то, что перед тем, как попасть во впускной
валах имеется по два кулачка для каждого
тракт, отработавшие газы проходят тракт через ГБЦ
цилиндра. Подвесные клапаны установлены
и дополнительно охлаждаются. Это способствует
параллельно.
снижению выбросов оксидов азота (NOx).
11
Двигатель 2,0л TDI
Рециркуляция ОГ
Для уменьшения выбросов оксидов азота двигатели
впускной коллектор
2,0л TDI оснащаются системой рециркуляции ОГ.
радиатор системы
рециркуляции ОГ
Подача в камеру сгорания отработавших газов
снижает температуру горения рабочей смеси и, тем
самым, уменьшает образование оксидов азота
(NOx).
Новым в данной системе является то, что
отработавшие газы проходят по каналу в головке
блока цилиндров. Помимо отсутствия
необходимости в дополнительных магистралях,
прохождение отработавших газов через ГБЦ
дополнительно охлаждает их, увеличивая тем
самым охлаждающее воздействие рециркуляции
ОГ на камеру сгорания.
S455_043
Для охлаждения отработавшие газы
пропускаются через ГБЦ.
Радиатор системы
привод
вакуумный привод
рециркуляции ОГ
клапана рециркуляции ОГ
штуцер системы
Подключаемый радиатор системы рециркуляции ОГ
охлаждения
выполнен в одном блоке с клапаном рециркуляции
ОГ с электроприводом.
Назначение
Радиатор служит для охлаждения рециркулируемых
ОГ с целью дополнительного уменьшения
штуцер системы
S455_050
температуры сгорания рабочей смеси. Кроме того,
охлаждения
охлаждённые ОГ обладают большей плотностью,
рычаг привода перепускной
радиатор системы
заслонки рециркуляции ОГ
рециркуляции ОГ
что даёт возможность подать больший объём в
камеру сгорания.
трубчатый теплообменник
Устройство
Конструктивно радиатор выполнен как трубчатый
теплообменник. Перепускная заслонка,
приводимая с помощью вакуумного элемента,
позволяет при необходимости отключить радиатор
и подавать отработавшие газы во впускной тракт
без охлаждения.
S455_062
заслонка перепускного канала
12
Система вентиляции картера
Во всех двигателях 2,0л TDI, представляемых в этой программе самообучения, система вентиляции картера
встроена в клапанную крышку.
Назначение
Система вентиляции картера служит для очистки картерных газов от содержащейся в них взвеси масла и
направления практически полностью очищенных газов вновь во впускной тракт. При этом газы проходят
последовательно грубую и тонкую очистку.
Устройство
В клапанной крышке ГБЦ размещены все компоненты системы очистки картерных газов от масла.
Она включает в себя:
маслозаливная горловина
клапан регулирования давления
вакуумный ресивер
выходная успокоительная камера
маслоотделитель центробежного типа
успокоительная камера
S455_016
полость для сбора масла
успокоительную камеру
центробежные маслоотделители
выходную успокоительную камеру
Тонкая очистка картерных газов происходит
клапан регулирования давления
в центробежных маслоотделителях.
Отделённое в них масло стекает в полость для
Помимо этого, в клапанной крышке расположен
сбора масла и из неё в ГБЦ. В этой камере из газов
также и вакуумный ресивер.
также отделяется ещё некоторое количество масла,
но главное её назначение состоит в том, чтобы
Грубая очистка газов происходит в успокоительной
предотвратить попадание нарушающих поток
камере. Уже в ней из газов осаждаются более
турбулентностей во впускной тракт двигателя.
крупные капли масла, собранное масло стекает
обратно в ГБЦ.
Подробное описание устройства и принципов работы маслоотделителей системы вентиляции
картера см. в программе самообучения SSP 403 «Двигатель 2,0 л TDI с системой впрыска Common
Rail».
13
Двигатель 2,0л TDI
Модуль выпускного коллектора
датчик температуры ОГ 1 G235
выпускной коллектор
насосная часть турбонагнетателя
маслопровод смазки оси
турбины
турбинная часть турбонагнетателя
S455_002
вакуумный привод
датчик положения направляющего
аппарата турбонагнетателя G581
На двигатели 2,0 мощностью 62 кВт, 75 кВт и 103 кВт устанавливается модуль выпускного коллектора с одним
турбонагнетателем с изменяемой геометрией турбины (VTG). Ввиду повышенных требований к компактности
конструкции турбонагнетатель установлен «подвешенным». Датчик температуры ОГ также встроен в модуль
выпускного коллектора и у двигателя мощностью 103кВт находится сверху от турбонагнетателя.
Назначение
Устройство
По модулю выпускного коллектора отработавшие
Турбонагнетатель имеет функцию изменения
газы подаются в турбонагнетатель.
геометрии турбины (VTG). Это означает, что
В турбонагнетателе поток ОГ раскручивает
изменяя угол поворота направляющих лопаток
турбинное колесо, установленное на одном валу
в турбонагнетателе, можно управлять частотой
с насосным колесом. Вращающееся насосное
вращения турбинного, а тем самым и насосного,
колесо создаёт в тракте наддувочного воздуха
колеса.
необходимое давление наддува.
Датчик положения направляющего аппарата
турбонагнетателя G581 определяет текущее
положение направляющих лопаток и передаёт эти
данные в блок управления двигателя.
14
Впускной коллектор
На двигателях 2,0л TDI устанавливается впускной
крышка корпуса со встроенным
коллектор из пластмассы. На впускном коллекторе
потенциометром обратной
на винтах крепится блок воздушной заслонки
связи
с электроприводом и потенциометром обратной
воздушная заслонка
связи.
Преимущества
меньшая масса
геометрия впускных каналов оптимизирована
для всех диапазонов оборотов двигателя
один и тот же впускной коллектор используется
S455_041
на всех исполнениях двигателей различной
впускной коллектор из
мощности.
пластмассы
Воздушная заслонка
открытая воздушная заслонка
Воздушная заслонка с электроприводом служит
для решения различных задач:
При выключении двигателя заслонка
закрывается. Тем самым поступление воздуха
прекращается и толчки при выключении
двигателя отсутствуют.
В режиме регенерации сажевого фильтра
воздушная заслонка регулирует воздушный
поток на входе.
Соответствующее управление воздушной
заслонкой поддерживает процесс рециркуляции
ОГ, за счёт создания разницы давлений между
давлением во впускном коллекторе и давлением
S455_054
электродвигатель привода
ОГ.
воздушной заслонки V157
15
Двигатель 2,0л TDI
электродвигатель привода воздушной заслонки
Устройство
корпус
Электропривод управления воздушной заслонкой
состоит из электродвигателя привода воздушной
заслонки V157 и датчика положения воздушной
заслонки. Оба они установлены в одном корпусе.
Электродвигатель V157 поворачивает воздушную
заслонку с помощью зубчатого привода. Датчик
положения воздушной заслонки встроен в крышку
корпуса, он определяет положение постоянного
магнита, который жёстко связан с приводом
воздушной заслонки и поворачивается вместе с ней.
постоянный магнит
S455_055
Последствия выхода воздушной заслонки
из строя.
В случае неисправности привода воздушной
заслонки она удерживается пружиной в открытом
положении. Корректное управление рециркуляцией
ОГ в этом случае невозможно. Активная
регенерация сажевого фильтра при неисправной
воздушной заслонке так же невозможна.
крышка корпуса
S455_056
датчик положения воздушной заслонки
масляный фильтр
Модуль масляного
фильтра
масляный
радиатор
Модуль масляного фильтра состоит из масляного
радиатора, масляного фильтра и корпуса.
Масляный фильтр выполнен из пластмассы.
S455_075
Расположение обоих компонентов друг
относительно друга изменено из соображений
оптимальной компоновки различных узлов
двигателя.
корпус модуля
со штуцерами
системы
охлаждения
16
Система охлаждения с термостатом с шаровым
клапаном
Циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается насосом системы охлаждения, который приводится
от привода вспомогательных агрегатов. Циркуляцией ОЖ в контуре системы управляет новый термостат
с шаровым клапаном (4/2 ходовой клапан).
a
c
b
d
e
f
g
h
i
k
S455_026
Условные обозначения
a расширительный бачок
f
масляный радиатор
b радиатор рециркуляции ОГ
g насос 2 циркуляции ОЖ V178
c теплообменник отопителя
h термостат с шаровым клапаном (4/2 ходовой клапан)
d датчик температуры ОГ G62
i
термостат Y
e насос охлаждающей жидкости
k радиатор системы охлаждения двигателя
На приведённой схеме показан только базовый контур системы охлаждения автомобиля T5 2010.
Конкретное исполнение контура системы охлаждения может отличаться, в зависимости
от комплектации автомобиля.
17
Двигатель 2,0л TDI
Термостат с шаровым
клапаном
Новый термостат с шаровым клапаном (4/2
ходовой клапан) является частью инновационной
системы управления тепловыми потоками в системе
охлаждения. Он заменяет применявшийся раньше
обычный термостат.
Преимущества термостата с шаровым клапаном:
незначительные усилия привода
компактная конструкция
высокая пропускная способность при
полностью открытой управляющей заслонке
термостат с шаровым клапаном на
S455_049
двигателе с двумя турбонагнетателями
(с двойным турбонаддувом)
Назначение
Термостат с шаровым клапаном позволяет
управлять циркуляцией потоков ОЖ в зависимости
от потребности, что обеспечивает при холодном
пуске быстрый выход на оптимальную рабочую
температуру и поддержание её при различных
режимах работы двигателя.
S455_051
Устройство
корпус
Главным элементом термостата с шаровым
клапаном является поворотная управляющая
заслонка, которая бесступенчато перераспределяет
потоки охлаждающей жидкости, поступающие
на оба входа термостата. Заслонка перемещается
под воздействием термоэлемента, установленного
в корпусе термостата. В исходное положение
заслонку возвращает пружина, усилие которой
управляю
направлено против усилия (расширяющегося)
щая
S455_064
заслонка
термоэлемента.
пружина
рычаг
термоэлемент
18
Принцип действия
рычаг
термоэлемент
При работающем двигателе различают следующие
положения управляющей заслонки термостата:
пружина
положение при работе холодного двигателя
положение при прогреве двигателя
фланец
положение рабочей температуры двигателя
Работа
блока
холодного
цилиндров
двигателя
Эти положения не фиксированы, заслонка может
бесступенчато принимать любое промежуточное
положение между ними. При изменении
температурного режима управляющая заслонка
управляющая
изменяет своё положение непосредственно под
заслонка
от
воздействием термоэлемента.
масляного
от радиатора
радиатора
системы
● Работа холодного двигателя
охлаждения
S455_058
Управляющая заслонка полностью перекрывает
от выхода ОЖ на блоке цилиндров
поступление ОЖ от радиатора системы
(выход на радиатор)
охлаждения.
Охлаждающая жидкость циркулирует только
по малому контуру. Тем самым двигатель быстро
прогревается до своей оптимальной рабочей
незначи
Прогрев
тельный
температуры.
двигателя
приток
ОЖ
● Прогрев двигателя
С ростом температуры ОЖ термоэлемент начинает
управляющая
заслонка
перемещать управляющую заслонку, так что она
слегка
частично открывает канал поступления холодной
приоткрыта
S455_059
охлаждающей жидкости от радиатора системы
охлаждения. Это позволяет отводить от двигателя
лишнее тепло, поддерживая его в оптимальном
температурном диапазоне.
Рабочая
полный
температура
поток
ОЖ
● Рабочая температура
При достижении двигателем рабочей температуры
заслонка полностью открывает канал поступления
ОЖ от радиатора системы охлаждения.
управляющая
заслонка
Основной поток охлаждающей жидкости проходит
открыта
теперь через радиатор системы охлаждения.
полностью
S455_060
19
содержание .. 1 2 ..