содержание .. 1 2 ..
Volkswagen двигатель 2,0 л 162 кВт/169 кВт TSI. Устройство и принцип работы - часть 1
Введение
При разработке нового поколения двигателей уже известного семейства EA888 наиболее важными были
две задачи: соблюдение требований экологического класса Евро 6 и применимость двигателей в рамках
модульной поперечной платформы (MQB). Кроме того, ставились и другие цели:
- снижение выбросов CO2;
- оптимизация соотношения мощности
- сокращение массы двигателя;
и крутящего момента с расходом топлива;
- уменьшение внутреннего трения в двигателе;
- повышение плавности работы двигателя.
Основные технические особенности
s522_123
Механическая часть двигателя
Новое поколение семейства двигателей 2,0 л TSI характеризуется следующими техническими особенностями
в механической части:
- уменьшение массы в общей сложности на 7,8 кг;
- ГБЦ со встроенным выпускным коллектором;
- балансирные валы на подшипниках качения;
- коленвал с коренными шейками уменьшенного диаметра и только с четырьмя противовесами;
- турбонагнетатель с электрическим приводом перепускной заслонки (вестгейт);
- сниженный уровень масла;
- масляный поддон из двух частей: верхняя часть из алюминия, нижняя — из пластмассы;
- масляный фильтр и масляный радиатор двигателя выполнены как часть кронштейна навесных агрегатов.
4
Система управления двигателя
Система управления двигателей семейства 2,0 л TSI имеет следующие технические особенности:
- регулирование фаз ГРМ не только впускных, но и выпускных клапанов;
- электронно управляемое переключение хода клапанов;
- двойная система впрыска с форсунками TSI и SRE (непосредственный впрыск и впрыск во впускной
коллектор);
- инновационная система терморегулирования с блоком поворотных золотников (исполнительный механизм
системы терморегулирования двигателя N493);
- отключаемые форсунки охлаждения поршней;
- адаптивное лямбда-регулирование;
- зажигание с электронным управлением и бесконтактным распределением высокого напряжения;
- заслонки впускного коллектора;
- двухступенчатое регулирование давления масла масляным насосом с наружным зацеплением;
- система управления двигателя SIMOS 18.1 с электронной педалью акселератора;
- разная мощность исполнений, 162 и 169 кВт, реализуется программно — системой управления.
Технические характеристики
Внешняя скоростная характеристика
Буквенное обозначение
CHHB
CHHA
Н·м
кВт
Тип
4-цилиндровый, рядный
500
220
Рабочий объём
1984 см3
460
200
Диаметр цилиндра
82,5 мм
420
180
Ход поршня
92,8 мм
Кол-во клапанов
4
380
160
на цилиндр
340
140
Степень сжатия
9,6 : 1
Макс. мощность
162 кВт при
169 кВт при
300
120
4500-6200
4700-6200
об/мин
об/мин
260
100
Макс. крутящий
350 Н·м при
350 Н·м при
220
80
момент
1500-4400
1500-4600
об/мин
об/мин
180
60
Система управления
SIMOS 18.1
двигателя
140
40
об/мин
Топливо
Неэтилированный бензин
100
с октановым числом 98
1000
3000
5000
7000
s522_076
Нейтрализация ОГ
Трёхкомпонентный
каталитический
CHHB 162 кВт
нейтрализатор,
CHHA 169 кВт
широкополосный
лямбда-зонд перед
турбонагнетателем,
триггерный лямбда-зонд
после нейтрализатора
Экологический класс
Евро 6
5
Механическая часть двигателя
Блок цилиндров
За счёт последовательной модернизации архитектуры блока цилиндров удалось добиться снижения массы
на 2,4 кг по сравнению с предшествующей моделью. Толщина стенок цилиндров была уменьшена с 3,5 мм
до прим. 3 мм. Корпус маслоотделителя грубой очистки системы вентиляции картера выполнен как часть блока
цилиндров.
Блок цилиндров из серого
Маслоотделитель грубой очистки
чугуна
Стенка
цилиндра, 3 мм
Крышка коленвала
Верхняя часть масляного поддона
с успокоителем
Шестерённый масляный насос регулируемой
производительности с наружным зацеплением
Ячеистая вставка в масляном поддоне
Уплотнение
Нижняя часть масляного поддона
из пластмассы
s522_063
6
Кривошипно-шатунный механизм
В области кривошипно-шатунного механизма для уменьшения потерь на трение и снижения массы были
произведены следующие модификации.
Коленчатый вал
Поршни
Диаметр опорных шеек коленвала сокращён
Зазор между поршнем и стенкой цилиндра был
с 52 мм до 48 мм. Число противовесов уменьшено
увеличен для снижения трения в фазе прогрева
с восьми до четырёх.
двигателя. Кроме того, для уменьшения износа
Верхние и нижние коренные вкладыши
на них наносится углеродное покрытие.
двухслойные, без содержания свинца.
Верхнее поршневое кольцо прямоугольное, среднее
Масса коленвала уменьшена на 1,6 кг.
кольцо коническое с проточкой, третье —
маслосъёмное составное (из двух частей,
Шатуны
со сходящимися фасками и спиральным пружинным
Крышка шатунов отделяется отламыванием. Нижние
расширителем).
шатунные вкладыши, как и коренные, двухслойные,
без содержания свинца. От бронзовой втулки
в верхней головке шатуна удалось отказаться.
Крышки коренных подшипников
Вместо этого на поршневые пальцы наносится
Крышки коренных подшипников соединяются
специальное углеродное покрытие.
болтами с верхней частью масляного поддона.
Это способствует уменьшению вибраций
и улучшению акустической картины двигателя.
Поршневой палец
с углеродным
покрытием
Поршень с углеродным
покрытием
s522_108
Верхняя головка шатуна
Составное маслосъёмное кольцо
без бронзовой втулки
со сходящимися фасками и спиральным
пружинным расширителем
Сrack-шатуны (шатуны
с расколотыми нижними
головками)
s522_005
Коленвал
с 4 противовесами
Вкладыши с фрикционным
s522_052
слоем, не содержащим свинца
Резьбовое соединение крышки коренной опоры
с верхней частью масляного поддона
7
Механическая часть двигателя
Цепная передача
Принципиальная конструкция цепного привода была перенята от предыдущей модели, подвергшись при этом
дальнейшей модернизации. Меньшая потребность двигателя в масле для смазки позволила снизить мощность,
передаваемую цепной передачей к масляному насосу. Соответственно, натяжители цепного привода были
адаптированы к меньшему давлению масла.
Распредвал выпускных клапанов
с переключением хода клапанов
Топливный
насос высокого давления
Регулятор фаз
газораспределения
выпускных клапанов
Регулятор фаз газо-
распределения
впускных клапанов
Цепной привод
Насос системы
охлаждения
Натяжитель цепи
Ремённый привод
насоса системы
охлаждения
Цепь привода
масляного насоса
Балансирный вал
с подшипниками качения
Шестерённый масляный
s522_007
насос регулируемой
производительности
с наружным зацеплением
8
Для нового двигателя предусмотрена программа диагностики удлинения цепи.
Диагностика удлинения цепи позволяет своевременно распознавать удлинение цепи привода ГРМ.
Программное распознавание удлинения цепи производится на основании изменения положения
распредвалов относительно коленвала, которое определяется в результате сравнения сигналов датчиков
положения распредвала и коленвала.
После того как угловой сдвиг распредвалов многократно превысит определённое граничное значение,
в регистраторе событий формируется запись.
После появления записи в регистраторе событий производится визуальный контроль натяжителя цепи.
Чтобы после проведения ремонта функция диагностики работала правильно, её необходимо актуализировать
после выполнения следующих работ:
- замена блока управления двигателя;
- замена деталей/узлов двигателя, примыкающих к цепному приводу;
- замена цепи привода ГРМ или двигателя в сборе.
Видны 2 зуба =
Сервисное
цепь исправна
отверстие
для контроля
удлинения цепи
Видны 7 зубьев =
цепь подлежит замене
Обратите внимание: процедура установки цепи изменилась по сравнению с предшествующей
моделью. После проведения работ с цепным приводом теперь необходимо выполнять адаптацию
функции контроля удлинения цепи с помощью тестера.
При выполнении работ с цепным приводом всегда в точности следуйте указаниям в ELSA.
9
Механическая часть двигателя
Балансирные валы
Для узла балансирных валов также удалось добиться уменьшения массы по сравнению с предшествующей
моделью.
В опорах балансирных валов частично используются подшипники качения. За счёт этого снижаются потери
на трение в балансирных валах, особенно при работе непрогретого двигателя, то есть при низких
температурах масла.
Подшипники качения
Зубчатая цепь
Балансирный вал
Башмак успокоителя
Башмак натяжителя
и вкручиваемый
Балансирный вал
натяжитель
Подшипник скольжения
Промежуточная шестерня
Звёздочка коленвала
Башмак успокоителя
s522_006
Для ремонта балансирных валов предусмотрен ремонтный комплект. Он состоит из обоих
распредвалов и их подшипников качения. Заменяться вместе с распредвалами могут только
средние (большие) подшипники качения. Задние (малые) подшипники качения установлены
в блоке цилиндров и не могут заменяться по отдельности.
10
Головка блока цилиндров с переключением хода клапанов
Головка блока цилиндров нового двигателя 2,0 л TSI является полностью новой разработкой. Выпускной
коллектор выполнен как часть ГБЦ, так что отработавшие газы могут теперь охлаждаться системой охлаждения
двигателя. Как на впускном, так и на выпускном распредвалу имеется механизм регулирования фаз
газораспределения. На выпускном распредвалу имеется также механизм переключения хода клапанов,
позволяющий по выбору активировать каждый клапан одним из двух разных по профилю кулачков.
Датчик температуры охлаждающей жидкости G62 вкручивается в ГБЦ со стороны коробки передач.
Он установлен в самой горячей точке ГБЦ и поэтому позволяет регистрировать температурный режим
с большой достоверностью, эффективно предотвращая закипание охлаждающей жидкости.
Исполнительные механизмы
переключения хода клапанов
Распредвал впускных клапанов
Регулятор фаз впускных клапанов
плавно, до 60° поворота
коленчатого вала
Датчик
температуры ОЖ
G62
Распредвал выпускных клапанов
с блоками кулачков для
s522_008
переключения хода клапанов
Выпускной
коллектор
Корпус ГБЦ
Регулятор фаз выпускных клапанов
плавно, от 33° до 34° поворота коленчатого вала
Исполнительные механизмы переключения хода клапанов имеют в сервисной литературе
следующие обозначения:
Регулятор кулачка выпускного клапана A для цилиндра 1 N580, Регулятор кулачка выпускного
клапана B для цилиндра 1 N581, Регулятор кулачка выпускного клапана A для цилиндра 2 N588,
Регулятор кулачка выпускного клапана B для цилиндра 2 N589, Регулятор кулачка выпускного
клапана A для цилиндра 3 N596, Регулятор кулачка выпускного клапана B для цилиндра 3 N597,
Регулятор кулачка выпускного клапана A для цилиндра 4 N604, Регулятор кулачка выпускного
клапана B для цилиндра 4 N605.
11
Механическая часть двигателя
Встроенный выпускной коллектор
Использование выпускного коллектора,
встроенного («интегрированного») в ГБЦ,
позволило заметно снизить температуру ОГ,
входящих в турбину турбонагнетателя. В сочетании
со стойким к самым высоким температурам
турбонагнетателем это позволило практически
полностью отказаться, прежде всего в диапазоне
высоких оборотов, от обогащения смеси при полной
нагрузке, выполняемого для защиты турбины
от перегрева. Это ведёт к снижению расхода
топлива и уменьшению выбросов CO2.
Выпускной
коллектор
Каналы выпуска ОГ попарно объединены таким
s522_009
образом, что в одной паре такты выпуска никогда
не следуют один за другим. В результате поток ОГ
в такте выпуска одного из цилиндров не оказывает
негативного влияния на процесс «продувки»
в завершающей части фазы выпуска другого
цилиндра. Тем самым вся энергия потока ОГ
направляется на привод турбины турбонагнетателя.
Ещё одно преимущество выполнения выпускного
коллектора внутри ГБЦ — более высокая скорость
нагрева охлаждающей жидкости в фазе прогрева
двигателя. За счёт этого уже после очень быстрого
прогрева система терморегулирования двигателя
переходит в режим регулируемого охлаждения.
Поскольку лямбда-зонд установлен
непосредственно за встроенным выпускным
Каналы
коллектором, он также быстрее выходит на свою
системы
рабочую температуру.
охлаждения
s522_080
12
Переключение хода клапанов с электрическим приводом
Переключение хода выпускных клапанов в сочетании с регуляторами фаз ГРМ на обоих распредвалах
позволяет оптимизировать управление наполнением каждого из цилиндров рабочей смесью. Малый
кулачковый профиль используется только при низких оборотах.
По заложенной в блоке управления характеристике определяется, когда должен использоваться тот или иной
кулачковый профиль.
Это позволяет:
- оптимизировать наполнение цилиндров;
- предотвратить перетекание ОГ в фазе выпуска в цилиндр, в котором фаза выпуска произошла за 180°
перед этим;
- добиться лучшего наполнения цилиндров за счёт более раннего открывания впускных клапанов;
- более качественно удалять ОГ из камеры сгорания за счёт создания положительной разности давлений
на впуске и выпуске;
- улучшить реакцию двигателя;
- достичь более высокого крутящего момента в режимах низких оборотов и высокой нагрузки.
Большой кулачковый профиль
Распредвал выпускных
клапанов
Малый кулачковый профиль
Роликовый рычаг
Выпускной клапан
Малый подъём клапанов
Поршень
Большой подъём клапанов
s522_118
13
Механическая часть двигателя
Устройство
Для переключения выпускных клапанов между малым и большим ходом на выпускном распредвалу имеется
четыре шлицевых участка, по которым могут скользить в осевом направлении четыре блока кулачков.
На каждом блоке кулачков расположено две пары кулачковых профилей, в каждую пару входит один большой
и один малый профиль. Переключение между большим и малым ходом осуществляется с помощью
электромагнитных исполнительных механизмов. Из каждого такого механизма может выдвигаться
переключающий стержень. Выдвигаясь, этот стержень входит в спиральную управляющую канавку на блоке
кулачков, так что при вращении распредвала блок кулачков сдвигается в нужную сторону. На каждом блоке
кулачков имеется по две спиральных канавки, активируемых двумя исполнительными механизмами. Один
исполнительный механизм смещает блок кулачков в одну сторону, а другой — в обратную.
Фиксация блоков кулачков в их конечных положениях осуществляется шариковыми фиксаторами,
установленными в распредвалу. Перемещение блоков кулачков в осевом направлении ограничивается
спиральными направляющими канавками и осевыми опорами распредвала. Для работы с двойным кулачковым
профилем роликовые рычаги оснащаются более тонкими роликами.
Сдвижные блоки кулачков
Распредвал выпускных
клапанов со шлицевыми
участками
s522_111
s522_082
Шариковый фиксатор блока кулачков
(подпружиненный шарик)
Механизм изменения хода клапанов с электрическим приводом имеет много общего с системой
отключения цилиндров (АСТ) в отношении устройства и принципа действия. Дополнительную
информацию по этой теме можно найти в программе самообучения 510 «Активная система
отключения цилиндров ACT в двигателе 1,4 л 103 кВт TSI».
Шарик и пружина шарикового фиксатора будут поставляться в качестве запасных частей.
14
Исполнительные механизмы переключения хода клапанов
Каждый блок кулачков перемещается
Исполнительные механизмы
по распредвалу выпускных клапанов из одного
фиксированного положения в другое и обратно
с помощью двух электромагнитных исполнительных
механизмов (регулятор кулачка выпускного
клапана A/B для цилиндров 1-4). На каждый
цилиндр приходится по одному исполнительному
механизму, переключающему его выпускные
клапаны с малого хода на большой, и по одному,
переключающему его выпускные клапаны
с большого хода на малый.
Каждый из исполнительных механизмов
активируется блоком управления двигателя J623
по отдельности. Напряжение питания подаётся
s522_084
Распредвал
Металлический стержень
через главное реле J271.
выпускных
Сдвижной блок кулачков
Потребляемый исполнительными механизмами
клапанов
ток составляет прим. 3 A.
Плавно поднимающееся дно канавки
Устройство
В каждом исполнительном механизме (регулятор
кулачка выпускного клапана A/B для цилиндров 1-4)
имеется электромагнитная катушка, выталкивающая
вниз металлический стержень, скользящий
в направляющей трубке. В каждом из двух крайних
Корпус
положений (когда стержень выдвинут и когда он
втянут) металлический стержень фиксируется
постоянным магнитом внутри корпуса
исполнительного механизма.
Электромагнит
Постоянный магнит
Металлический стержень
Направляющая трубка
s522_079
15
Механическая часть двигателя
Принцип действия
При подаче на обмотку электромагнита рабочего
напряжения металлический стержень очень быстро
(за 18-22 миллисекунды) выдвигается
из исполнительного механизма.
Выдвигаясь, металлический стержень входит
в соответствующую ему направляющую канавку
на блоке кулачков. Благодаря спиральной форме
Постоянный
канавки, при вращении кулачка (вместе
магнит
с распредвалом выпускных клапанов) он сдвигается
в противоположное положение. Возврат стержня
в исходное положение (вверх) происходит чисто
механически, за счёт постепенно поднимающегося
профиля дна направляющей канавки.
s522_128
Исполнительные механизмы одного блока кулачков
Металлический
Металлический
никогда не используются вместе, в каждый момент
стержень втянут
стержень
времени металлический стержень выдвигается
выдвинут
только у одного из двух исполнительных
механизмов.
Фактическое текущее положение металлического
стержня блок управления двигателя определяет
по сигналу возврата стержня. Сигнал возврата
стержня возникает в электромагнитной катушке,
когда металлический стержень выталкивается
поднимающимся дном канавки вверх, то есть внутрь
исполнительного механизма. По тому, от какого
из двух исполнительных механизмов пришёл
последний сигнал возврата стержня, система
управления двигателя определяет, в каком
фактическом положении находится сейчас
соответствующий блок кулачков.
Сигнал возврата стержня
Последствия отказа
При отказе даже одного исполнительного элемента переключение хода клапанов выполняться больше
не может. Система управления двигателя пытается в этом случае переключить все цилиндры на тот ход
клапанов, который был успешно реализован последним. Если сделать этого не удаётся, все цилиндры
переключаются на малый ход клапанов.
Число оборотов двигателя в этом случае ограничивается значением 4000 об/мин, в регистраторе событий
делается соответствующая запись. Включается контрольная лампа электропривода акселератора (EPC).
Если системе управления двигателя удастся произвести переключение на большой ход клапанов,
в регистраторе событий также делается запись.
Но ограничение числа оборотов при этом не происходит, и контрольная лампа электропривода акселератора
(EPC) не включается.
16
Положение блоков кулачков в диапазоне
Металлический стержень
Исполнительный механизм
низких оборотов
Чтобы улучшить наполнение цилиндров в этом
диапазоне нагрузок, система управления двигателя
поворачивает с помощью механизма
регулирования фаз ГРМ распредвал впускных
клапанов в сторону «рано», а распредвал
выпускных клапанов — в сторону «поздно».
Система регулирования хода клапанов включает
малый кулачковый профиль. Для этого активируется
Блок кулачков
правый исполнительный механизм. Выдвинувшийся
Направляющая
металлический стержень входит в спиральную
Роликовый
канавка
канавку и сдвигает блок кулачков в направлении
рычаг
малого кулачкового профиля.
Клапан
s522_085
Клапаны теперь открываются и закрываются
с малым ходом. Малые кулачковые профили слегка
повёрнуты относительно друг друга, так что
моменты открывания обоих выпускных клапанов
несколько сдвинуты по фазе. Обе эти меры
приводят к снижению пульсаций давления
потока ОГ на входе турбонагнетателя, в результате
чего уже в диапазоне низких оборотов может
создаваться значительное давление наддува.
Ролик
роликового
рычага
прокатывается
по малому
кулачковому
профилю
s522_086
Малый подъём клапанов
17
Механическая часть двигателя
Положение блоков кулачков в диапазоне
Металлический стержень
Исполнительный механизм
частичных и высоких нагрузок
Водитель нажимает педаль акселератора —
двигатель переходит в режим частичной или
высокой нагрузки. Процесс наполнения цилиндров
должен быть адаптирован к более высокой
мощности и крутящему моменту, которые требуются
от двигателя.
Система управления двигателя поворачивает
с помощью механизма регулирования фаз ГРМ
распредвал впускных клапанов в сторону «рано»,
Блок кулачков
Направляю-
а распредвал выпускных клапанов в сторону
щая канавка
Роликовый
«поздно». Для обеспечения оптимального
рычаг
наполнения цилиндров выпускные клапаны должны
открываться теперь с максимально возможным
ходом. Для этого система управления активирует
левый исполнительный механизм, выдвигая
металлический стержень слева.
Клапан
s522_087
Металлический стержень входит в спиральную
канавку и смещает блок кулачков в направлении
большого кулачкового профиля. Выпускные
клапаны открываются и закрываются
с максимальным подъёмом.
В этом крайнем положении блоки кулачков тоже
удерживаются шариковыми фиксаторами
в распредвалу.
Ролик ролико-
вого рычага
прокатывается
по большому
кулачковому
профилю
Функция диагностики для этих
исполнительных механизмов
не предусмотрена.
s522_088
Большой подъём клапанов
18
Система вентиляции картера
Система вентиляции картера нового двигателя 2,0 л TSI рассчитана на работу с более высокой разницей
давлений. Это положительно сказывается на расходе масла двигателем. Кроме того, особое внимание
при разработке уделялось тому, чтобы картерные газы проходили внутри блока цилиндров двигателя,
поскольку это позволяет уменьшить количество деталей системы. Так, на этих двигателях необходим всего лишь
один патрубок для отвода очищенных картерных газов перед турбиной турбонагнетателя.
В систему вентиляции картера входят следующие компоненты:
- маслоотделитель грубой очистки в блоке цилиндров;
- маслоотделитель тонкой очистки, крепящийся в клапанной крышке;
- трубопровод для подачи очищенных картерных газов ко входу насосной части турбонагнетателя;
- обратный масляный канал в блоке цилиндров с запорным клапаном в ячеистой вставке в масляном поддоне;
- клапан регулирования давления, рассчитанный на разницу давлений минус 100 мбар по отношению
к атмосферному давлению;
- штуцер подключения системы адсорбера на маслоотделителе тонкой очистки.
Подача картерных газов во впускной коллектор
Маслоотделитель тонкой очистки
Отвод масла
Маслоотделитель грубой
очистки
s522_016
Запорный клапан в канале отвода масла
19
содержание .. 1 2 ..