содержание .. 1 2 ..
Volkswagen двигатель MPI 1,0 л 44/55 кВт с впрыском во впускной коллектор. Устройство и принцип работы - часть 1
Введение
Двигатель MPI 1,0 л-44/55 кВт с впрыском во
впускной коллектор
Двигатель MPI 1,0 л 44/55 кВт представляет собой абсолютно новую разработку и является первым
представителем нового поколения двигателей. Механическая часть двигателя одинакова для обоих вариантов
мощности. Различия в мощности достигаются за счёт программного обеспечения.
Особенности конструкции
• Привод распределительных валов зубчатым
ремнём.
• Корпус распредвалов модульной конструкции.
• Головка блока цилиндров с интегрированным
выпускным коллектором.
• Насос системы охлаждения встроен в корпус
термостатов.
• Привод насоса системы охлаждения зубчатым
ремнём от распредвала выпускных клапанов.
• Регулирование фаз газораспределения для
впускных клапанов.
Технические характеристики
s508_089
Буквенное обозначение
CHYA
CHYB
двигателя
Конструктивное
Рядный 3+цилиндровый
Внешняя скоростная характеристика
исполнение
Рабочий объём двигателя
999 см3
[Нм]
[кВт]
Диаметр цилиндра
74,5 мм
110
60
Ход поршня
76,4 мм
Число клапанов на
4
100
50
цилиндр
Степень сжатия
10,5:1
90
40
Макс. мощность
44 кВт при
55 кВт при
80
30
5500 об/мин
6200 об/мин
Макс. крутящий момент
95 Нм при
70
20
3000-4300 об/мин
Система управления
Bosch Motronic ME 17.5.20
60
10
двигателя
50
0
Топливо
Неэтилированный бензин с
1000
3000
5000
7000
октановым числом 95
s508_090
[об/мин]
(возможна эксплуатация на
неэтилированном бензине с
октановым числом 91 при
небольшом снижении
44 кВт:
мощности)
55 кВт:
Нейтрализация ОГ
Трёхкомпонентный
каталитический
нейтрализатор, по одному
триггерному лямбда+зонду
перед нейтрализатором и
после нейтрализатора
Экологический стандарт
Евро+5
4
Механическая часть двигателя
Поликлиновая ременная передача
Существует два базовых варианта поликлиновой ременной передачи: с компрессором климатической
установки и без компрессора.
У обоих вариантов передачи привод осуществляется поликлиновым ремнём с шестью желобками.
Для обеспечения ровной работы двигателя шкив коленвала оснащён демпфером крутильных колебаний.
Поликлиновая ременная передача без компрессора климатической установки
При отсутствии компрессора климатической
установки приводится только генератор.
Поликлиновой ремень (Optibelt) гибкий и
растягивающийся.
Благодаря этому и незначительным механическим
нагрузкам, натяжного ролика не требуется.
Шкив
генератора
Поликлиновой
ремень
Шкив коленвала с
(Optibelt)
демпфером
крутильных
колебаний
Поликлиновая ременная передача с компрессором климатической установки
При наличии компрессора климатической
установки применяется обычный поликлиновой
ремень.
При таком варианте передачи поликлиновой
ремень натягивается с помощью неподвижного
натяжного ролика.
Шкив
генератора
Поликлиновой
ремень
Шкив коленвала с
Натяжной ролик
демпфером
крутильных
колебаний
Шкив
компрессора
климатической
установки
У автомобилей с технологией BlueMotion, независимо от наличия компрессора климатической
установки, всегда применяется автоматический натяжной ролик и генератор с муфтой свободного
хода. Она снижает трение и сокращает расход топлива.
5
Механическая часть двигателя
Зубчатая ременная передача
Привод распредвалов осуществляется необслуживаемым зубчатым ремнём. Он натягивается автоматическим
натяжным роликом, который одновременно обеспечивает ведение зубчатого ремня за счёт имеющихся
буртиков.
Направляющий ролик на стороне растяжения и триовальные звёздочки распредвалов обеспечивают ровный
ход ремня.
Триовальная звёздочка распредвала
Триовальная звёздочка
впускных клапанов с регулятором фаз
распредвала выпускных
газораспределения в ступице
клапанов
Резьбовая пробка
Натяжной ролик
Направляющий ролик
Тканевое основание
Корд+шнуры
Шкив зубчатого ремня
Ткань зуба из
коленвала
полиамида и тефлона
Зубчатый ремень со снижающим износ
покрытием из политетрафторэтилена
s508_029
(тефлона)
Пластиковый
Кожух зубчатого ремня
кожух с отлитым
уплотнителем
Зубчатый ремень защищён от пыли и загрязнений с
помощью кожуха, состоящего из трёх частей. Это
увеличивает долговечность зубчатого ремня.
Кремний+
алюминиевый
кожух
Пластиковый кожух с
отлитым
уплотнителем
s508_070
6
Ременной привод с триовальными звёздочками распредвалов
Для открывания клапанов цилиндра требуется
Чтобы свести эти характерные в первую очередь для
определённое усилие. Это усилие при каждом
3+цилиндровых двигателей сильные колебания к
открывании клапанов действует и на ременной
минимуму, применяются специальные звёздочки
привод и в случае высоких частот вращения
распредвалов.
приводит к возникновению в нём колебаний.
Их радиус через каждые 120° (триовально)
увеличен.
Принцип действия
Окружность при радиусе r1
Начало открывания впускного клапана
Больший радиус (r1) увеличивает плечо силы,
действующей на клапаны в начале открывания.
Благодаря этому усилие, передаваемое зубчатым
ремнём, можно уменьшить и, тем не менее,
обеспечить передачу высокого крутящего момента,
как с помощью стандартной звёздочки.
r1
Уменьшение усилия, передаваемого зубчатым
r2
r2
ремнём, снижает вынужденные колебания.
r1
r1
r2
Усилие зубчатого ремня
r1
s508_024
r2
Радиус
r1 — большой r2 — малый
53,75 мм
51,55 мм
Усилие при
начале открывания
Для позиционирования триовальных
Триовальная звёздочка с
Стандартная звёздочка с
звёздочек требуется монтажный
двумя разными радиусами
постоянным радиусом
инструмент VAS 10476.
Преимущества
+ Благодаря уменьшению усилия, передаваемого зубчатым ремнём, можно уменьшить силу натяжения
натяжного ролика.
Это приводит к снижению трения и уменьшению механической нагрузки на весь ременной привод.
+ Уменьшение колебаний повышает плавность хода ременного привода.
7
Механическая часть двигателя
Блок цилиндров
Блок цилиндров изготовлен из алюминия методом литья под давлением и выполнен в варианте с открытой
рубашкой охлаждения (Open Deck). Открытая рубашка охлаждения означает, что перемычки между
цилиндрами и внешними стенками в верхней части блока цилиндров отсутствуют, цилиндры соединяются с
остальным блоком только в своей нижней части.
Такая схема имеет следующие преимущества:
+ в этой области невозможно образование воздушных пузырей, которые приводили бы к проблемам с
удалением воздуха и охлаждением;
+ снижение деформаций стаканов цилиндров при привинчивании ГБЦ к блоку цилиндров.
Незначительные деформации стаканов цилиндров успешно компенсируются поршневыми кольцами, и
расход масла снижается.
В блоке цилиндров отлиты каналы для подачи масла под давлением, обратные масляные магистрали и каналы
системы вентиляции картера. Это снижает необходимость в дополнительных деталях, а также затраты на
обработку.
Обратный масляный канал
Стакан цилиндра
Гильз
Шероховатая
поверхность из
серого чугуна
Канал внутренней системы
вентиляции картера
Блок цилиндров
Канал подачи масла
s508_020
Система вентиляции картера
Гильзы цилиндров из серого чугуна
Гильзы цилиндров из серого чугуна установлены в блок цилиндров по+отдельности. Их наружная поверхность
очень шершавая, благодаря чему площадь поверхности увеличивается, и передача тепла блоку цилиндров
улучшается.
Кроме того, таким образом обеспечивается очень хорошее геометрическое замыкание между блоком
цилиндров и гильзой цилиндра.
8
Кривошипно:шатунный механизм
При разработке кривошипно+шатунного механизма большое внимание уделялось снижению подвижных масс
и уменьшению трения. Шатуны и поршни оптимизированы по массе настолько, что потребность в обычном для
трёхцилиндровых двигателей балансирном вале отпала. Вместе с уменьшенными коренными и шатунными
подшипниками диаметром 42 мм это позволило ещё больше снизить массу двигателя и трение в двигателе.
Литой коленчатый вал на четырёх опорах благодаря шести противовесам снижает внутренние силы инерции
коленвала и таким образом нагрузку на коренные подшипники.
Поршень
Шатун
Вкладыши
Крышка шатуна
Коленвал
Фиксирующий болт T10340
s508_087
s508_082
Щека коленвала
Шатун
Шатуны выполнены методом разлома.
При изготовлении методом разлома шатун обрабатывается с крышкой как единая деталь и только в
завершение с помощью инструмента и большого усилия разделяется на шатун и крышку шатуна.
Преимущества:
+ образуется индивидуальная поверхность разлома, и друг к другу подходят только крышка и шатун,
изготовленные из одной заготовки;
+ производство выгодно;
+ хорошее силовое замыкание между деталями.
Следует учитывать, что при регулировке фаз ГРМ щека коленвала только прилегает к
фиксирующему болту.
Коленвал не зафиксирован, и его можно провернуть в направлении, противоположном
направлению вращения двигателя.
9
Механическая часть двигателя
Головка блока цилиндров
Четырёхклапанная головка блока цилиндров изготовлена из алюминиевого сплава.
Прокладка корпуса распредвалов
Прокладка головки блока цилиндров
Прокладка представляет собой металлическую
Прокладка ГБЦ представляет собой однослойную
прокладку с желобком.
металлическую прокладку. Благодаря меньшему
Она состоит из металлической основы и
давлению сгорания и меньшим деформациям блока
специального покрытия, стойкого к углеводородам
цилиндров достаточно однослойной прокладки.
и маслу.
Прокладка корпуса
распредвалов
Роликовый рычаг
Датчик температуры
охлаждающей жидкости
G62
Прокладка головки блока
цилиндров
s508_032
Датчик температуры охлаждающей
жидкости G62
Датчик температуры охлаждающей жидкости
ввёрнут во встроенный выпускной коллектор и
измеряет температуру охлаждающей жидкости.
В этом месте температура охлаждающей жидкости
максимальная.
10
Встроенный выпускной коллектор
У встроенного выпускного коллектора три выпускных канала в пределах головки блока цилиндров сходятся к
одному центральному фланцу. Непосредственно к этому фланцу присоединяется каталитический
нейтрализатор.
Устройство
Лямбда+зонд перед нейтрализатором
Верхний контур охлаждения
У ГБЦ с поперечным потоком ОЖ охлаждающая
жидкость течёт со стороны впуска через камеры
сгорания на сторону выпуска. Там поток
разделяется на два контура, над выпускным
коллектором и под ним. Поток ОЖ протекает через
множество каналов и при этом поглощает тепло.
Из ГБЦ он течёт в корпус термостатов и
смешивается с остальной охлаждающей жидкостью.
s508_033
Нижний контур охлаждения
Выпускные каналы
Трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор
Эта конструкция имеет несколько преимуществ:
+ Охлаждающая жидкость во время прогрева
двигателя нагревается отработавшими газами.
Двигатель быстрее нагревается до рабочей
температуры. Благодаря этому снижается
расход топлива и отопление салона может
начаться быстрее.
+ Благодаря меньшей площади поверхности
стенок на стороне выпуска до нейтрализатора,
отработавшие газы теряют меньше тепла при
прогреве двигателя и нейтрализатор, несмотря
на охлаждение отработавших газов
охлаждающей жидкостью, быстрее нагревается
Встроенный выпускной
до рабочей температуры.
коллектор
+ В режиме полной нагрузки охлаждающая
жидкость охлаждается сильнее и двигатель
может работать в более широком диапазоне с
показателем лямбда = 1, с оптимальным
расходом топлива и показателями токсичности
ОГ.
11
Механическая часть двигателя
Корпус распредвалов
Корпус распредвалов состоит из литого алюминия и вместе с двумя распредвалами образует неразборный
узел. Это означает, что четырёхопорные распределительные валы снять больше невозможно.
Для снижения трения первая подшипниковая опора каждого из распредвалов, испытывающая наибольшую
нагрузку от зубчатого ремня, представляет собой радиальный шарикоподшипник.
Кроме того, корпус распредвалов служит для размещения клапана регулятора фаз газораспределения
впускных клапанов N205, датчика Холла G40 и обратного клапана системы подачи атмосферного воздуха в
картер двигателя.
Обратный клапан подачи атмосферного воздуха в
картер двигателя
Датчик Холла
G40
Клапан регулирования фаз
газораспределения N205
Полый распредвал выпускных
клапанов
Резьбовая пробка
Манжетное
Кулачок
уплотнение
s508_019
Радиальный
шарикоподшипник
Корпус распредвалов
Задающий ротор
Полый распредвал впускных
клапанов
Манжетное
Пружинное
уплотнение
стопорное
кольцо
Радиальные шарикоподшипники застопорены пружинными стопорными кольцами, однако
замене не подлежат.
12
Корпус распредвалов модульной конструкции
При модульной конструкции распредвалы собираются непосредственно в корпусе распредвалов.
Установка
При установке кулачки вначале нагреваются, а затем размещаются в корпусе. Одновременно полые
распредвалы сильно охлаждаются и в корпусе распредвалов пропускаются сквозь кулачки.
Как только температура деталей снизится до температуры окружающей среды, образуется неразъёмное
соединение.
Поскольку перемещать кулачки через подшипниковые опоры больше не требуется, подшипники могут иметь
очень компактную конструкцию.
Преимущества компактных
При ремонте корпус распредвалов
подшипниковых опор:
заменяется в сборе с распредвалами.
+ меньшее трение в подшипниках;
+ высокая жёсткость.
Радиальный шарикоподшипник
Ширина подшипниковой опоры
распредвала
Максимальная ширина кулачка
Отверстия каналов
подачи масла
для подшипников
скольжения
s508_072
Распредвал впускных клапанов
Система смазывания подшипниковых опор
Подшипники скольжения смазываются маслом, нагнетаемым через отверстия для подачи масла.
13
Механическая часть двигателя
Клапанный механизм
Впускные клапаны расположены в своде камеры сгорания под углом 21°, а выпускные клапаны под углом
22,4° в подвешенном положении. Клапаны приводятся роликовыми рычагами.
Другие особенности
Роликовый рычаг
+ Стержни клапанов имеют диаметр
5 мм.
+ Угол седла клапана на стороне впуска
составляет 90°, а на стороне выпуска для
повышения износостойкости при использовании
альтернативных видов топлива (например,
природного газа) — 120°.
s508_031
Выпускной
Впускной клапан
Изменение фаз газораспределения
клапан
Применяется плавное изменение фаз
газораспределения впускных клапанов в пределах
Клапан регулирования
угла поворота коленчатого вала 42°.
фаз газораспределения
Датчик Холла G40
N205
Регулирование фаз ГРМ осуществляется в
зависимости от нагрузки и оборотов двигателя с
Гидравлический
помощью гидравлического регулятора
регулятор с болтом
крепления
непосредственно на распредвале впускных
клапанов.
Смещением регулятора управляет клапан
регулятора фаз газораспределения, который
включён непосредственно в контур циркуляции
масла.
С помощью датчика Холла G40 распознаётся угол
опережения зажигания.
Регулирование фаз ГРМ:
+ обеспечивает очень качественную внутреннюю
рециркуляцию ОГ, в результате чего снижается
Болт крепления находится под
температура сгорания и выбросы окисей азота;
+ улучшает характеристику крутящего момента.
резьбовой пробкой и имеет правую
резьбу.
14
Система подачи масла
Питание маслом подшипниковых опор, форсунок охлаждения поршней, регулятора фаз газораспределения и
ГРМ осуществляется с помощью масляного насоса Duocentric. Он установлен на стороне ременного привода и
имеет компактное исполнение в виде масляного насоса на носке коленвала. Это означает, что внутренний
роторный поршень посажен непосредственно на передний носок коленвала и приводится непосредственно от
него.
Преимуществом такой конструкции является низкое трение, небольшая масса и незначительные шумы при
работе.
Датчик
давления
Обратный маслопровод
масла F1
Напорный
Масляный насос Duocentric
маслопровод
Роторный поршень
Наружный ротор
Форсунки
охлаждения
поршней
Масляный
фильтр
Регулятор давления
Регулятор давления
Маслозаборник
Регулятор давления
Датчик давления масла F1
Регулятор давления масла установлен в корпус
Датчик давления масла ввёрнут в ГБЦ. Когда
масляного насоса и поддерживает давление масла
давление масла ниже 0,5 бар, датчик срабатывает и
на уровне примерно 3,5 бар. Это предупреждает
загорается контрольная лампа давления масла К3.
резкое увеличение давления масла, например, при
запуске двигателя, и повреждение прокладок и
уплотнений.
Масляный фильтр
Форсунки охлаждения поршней
Масляный фильтр установлен на масляный поддон.
С помощью форсунок охлаждения поршней масло
Мембранный клапан в масляном фильтре
распыляется на нижнюю сторону поршней и
предупреждает вытекание масла из фильтра при
охлаждает их.
выключении двигателя.
15
Механическая часть двигателя
Система подачи атмосферного воздуха в картер и
вентиляции картера
Система подачи атмосферного воздуха в картер и вентиляции картера должна:
+ обеспечить умеренный уровень конденсации влаги в масле в режиме коротких поездок и таким образом
предупредить замерзания системы вентиляции картера;
+ не допустить попадания паров масла и несгоревших углеводородов в атмосферу в любых режимах работы
двигателя.
Для выполнения этих требований была разработана регулируемая по давлению система с принудительной
подачей воздуха в картер.
Обратный клапан на корпусе распредвалов
Соединение с впускным
коллектором
Маслоотделител
ь с регулятором
давления
Сток масла из
маслоотделителя в масляный
поддон
s508_075
Подача воздуха в картер двигателя
Подачей в картер двигателя атмосферного воздуха достигается эффект своего рода «продувки» картера, в
результате чего уменьшается образование в масле водяного конденсата. Подача атмосферного воздуха
осуществляется по шлангу, от воздушного фильтра к обратному клапану, который установлен в корпус
распредвалов.
Обратный клапан предупреждает попадание масла или неочищенных картерных газов в воздушный фильтр.
16
Вентиляция картера двигателя
Система вентиляции картера двигателя внутренняя, т. е. очищенные от масла картерные газы проходят по
каналам в блоке цилиндров к впускному коллектору и там равномерно распределяются по цилиндрам.
Очистка газов от паров масла осуществляется в маслоотделителе. Маслоотделитель изготовлен из пластмассы
и привинчен к блоку цилиндров.
Грубая и тонкая очистка картерных газов
Мембранные клапаны
Картерные газы поступают из картера в
Вследствие пульсаций во впускном коллекторе,
маслоотделитель. Там в системе грубой очистки с
возникают волны давления, которые движутся из
помощью отражательных пластин и вихревых
впускного коллектора назад в маслоотделитель.
каналов от газов вначале отделяются более
Чтобы погасить эти скачки давления вначале
крупные капельки масла. Затем в системе тонкой
открывается один клапан, а затем второй. Таким
очистки с помощью вихревых каналов меньшего
образом волны давления эффективно гасятся.
размера отделяются мелкие капли масла.
Регулятор давления
Перепускной клапан
Регулятор давления обеспечивает поддержание
Если давление в картере увеличивается настолько,
постоянного разрежения в картере двигателя. Тем
что отвод картерных газов через вихревые каналы
самым обеспечивается, во+первых, постоянный
больше не обеспечивается, открывается
забор атмосферного воздуха и, во+вторых,
перепускной клапан.
давление не может вырасти настолько, что будут
повреждены уплотнения и прокладки.
Впускное отверстие
Выход из полости сепарации
Маслоотделитель
Маслоотделитель
тонкой очистки
грубой очистки
Крышка корпуса маслоотделителя
Регулятор давления
Мембранный клапан
Перепускной клапан
Мембранный клапан
Каналы обратного стока масла
s508_074
Полость маслоотделителя в блоке цилиндров
17
Механическая часть двигателя
Система впуска
Система впуска состоит из воздухозаборника с объёмным резонатором, воздушного фильтра, блока
дроссельной заслонки, впускного коллектора и впускных каналов в головке блока цилиндров.
Сваренный из четырёх элементов пластиковый впускной коллектор выполнен в виде «спирального впускного
коллектора». Благодаря такой форме деталь с необходимой для хорошей характеристики крутящего момента
длиной в 550 мм удалось разместить в доступном монтажном пространстве.
Впускные каналы обеспечивают хороший воздушный поток при незначительном сопротивлении потоку.
Воздушный фильтр
Воздухозаборник с
объёмным резонатором
Блок дроссельной
заслонки
ГБЦ
J338
Датчик давления во
Впускной коллектор
впускном коллекторе
G71 с
датчиком температуры
воздуха на впуске G42
s508_078
18
Воздухозаборник с объёмным резонатором
В процессе забора воздуха в системе впуска возникают колебания, которые в зависимости от частоты
приводят к различным шумам. Для ограничения их до минимально возможного уровня в воздухозаборнике
находится объёмный резонатор, с помощью которого шумы уменьшаются.
Воздухозаборник без объёмного
Колебания
воздухозаборника
резонатора
У воздухозаборника без объёмного резонатора
при заборе атмосферного воздуха возникают
колебания, приводящие к возникновению шумов.
Колебания
воздухозаборн
ика
s508_084
Перепады давления в канале
приточного воздуха
Воздухозаборник с объёмным
резонатором
Объёмный резонатор
Колебания
У воздухозаборника с объёмным резонатором тоже
объёмного
возникают такие колебания при заборе воздуха.
резонатора
Однако засасываемый воздух заставляет
колебаться и воздух в объёмном резонаторе.
Эти колебания близки по частоте к колебаниям
воздухозаборника, которые вызывают шумы.
В результате наложения обеих частот мешающие
Колебания
шумы снижаются.
воздухозаборника
s508_085
19
содержание .. 1 2 ..