содержание .. 1 2 ..
Volkswagen двигатель 2,0 л 176 кВт TDI-Biturbo семейства EA288. Устройство и принцип работы - часть 1
Введение
Двигатель 2,0 л 176 кВт TDI Biturbo
Двигатель 2,0 л 176 кВт TDI Biturbo разработан на базе принятой в 2012 году модульной дизельной
платформы EA288.
Высокая мощность обеспечивается, помимо прочего, двумя включёнными последовательно
турбонагнетателями.
Технические особенности
Двухступенчатая система турбонаддува с турбонагнетателями низкого и высокого давления;
два балансирных вала;
система терморегулирования с отключаемым насосом ОЖ;
интеркулер с жидкостным охлаждением;
модуль нейтрализации ОГ с окислительным нейтрализатором и сажевым фильтром;
двухконтурная система рециркуляции ОГ, с контурами высокого и низкого давления;
система селективной каталитической нейтрализации (SCR) для нейтрализации ОГ;
система впрыска Common Rail с максимальным давлением впрыска до 2500 бар.
s547_070
4
ɨɝɪɨɦɧɵɣ ɚɪɯɢɜ ɞɨɤɭɦɟɧɬɚɰɢɢ ɩɨ ɚɜɬɨɦɨɛɢɥɹɦ Volkswagen, Skoda, Seat, Audi
Технические данные
Буквенное обозначение двигателя
CUAA
Тип
4 цилиндровый, рядный
Рабочий объём
1968 см3
Диаметр цилиндра
81,0 мм
Ход поршня
95,5 мм
Число клапанов на цилиндр
4
Степень сжатия
15,5 : 1
Порядок работы цилиндров
1
3
4
2
Макс. мощность
176 кВт при 4000 об/мин
Макс. крутящий момент
500 Н·м в диапазоне 1750-2500 об/мин
Система управления двигателя
Bosch EDC 17
Топливо
дизельное по DIN EN590
Нейтрализация ОГ
двухконтурная система рециркуляции ОГ,
окислительный катализатор, сажевый фильтр,
система SCR
Экологический класс
Евро 6
Внешняя скоростная характеристика
>Н·м@
>кВт@
520
180
500
170
480
160
460
150
440
140
420
130
400
120
380
110
360
100
340
90
2000
4000
6000
>об/мин@
5
Механическая часть двигателя
Блок цилиндров
Конструкция блока цилиндров базируется на двигателях 2,0 л TDI семейства EA288
(с одним турбонагнетателем).
Блок цилиндров изготовлен из серого чугуна с пластинчатым графитом. Модификация рёбер жёсткости
на блоке цилиндров позволила повысить жёсткость блока и улучшить его акустические характеристики.
Балансирные валы
Рёбра жёсткости
s547_003
Блок цилиндров из серого чугуна
В связи с увеличившимися нагрузками болты крышек коренных подшипников имеют большую длину
и вкручиваются на большую глубину в блок цилиндров.
Коленчатый вал
Крышки коренных
подшипников
Крышки коренных
подшипников
Болт крышки коренного
s547_102
подшипника
Крышки шатунных подшипников
6
Кривошипно шатунный механизм
Коленчатый вал
Кованый пятиопорный коленвал с четырьмя противовесами изготовлен из конструкционной легированной
стали (42CrMoS4). На коленчатый вал напрессованы горячим методом шестерня для привода балансирных
валов и зубчатый шкив привода масляного насоса.
Поршни
Поршни изготавливаются из алюминиевого сплава
Масляные форсунки имеют повышенную
и имеют модифицированную камеру сгорания.
пропускную способность для улучшения
Расположенная по центру днища камера сгорания
охлаждения поршней. Кольцевой канал также был
для двигателя Biturbo была увеличена для снижения
оптимизирован и располагается теперь выше
степени сжатия до 15,5:1 (на двигателе с одним
в головке поршня, благодаря чему улучшается
турбонагнетателем 110 кВт — 16,2:1). Внутри
охлаждение днища поршня и камеры сгорания
поршня имеется кольцевой канал, в который
в нём.
впрыскивается масло из форсунок, установленных
в блоке цилиндров.
Поршень с центрально расположенной
камерой сгорания в днище
Шатун с трапециевидной головкой
и отделяемой отламыванием крышкой
Балансирный вал
Кольцевой канал охлаждения
Поступление/
выход масла
Поступление/
выход масла
s547_103
Противовес
Коренная
шейка
Балансирный вал
коленвала
Шестерня для привода балансирных валов
s547_104
7
Механическая часть двигателя
Головка блока цилиндров
Головка блока цилиндров с 4 клапанами на цилиндр
Клапаны расположены в классической
выполнена из алюминиевого сплава.
конфигурации, то есть впускные клапаны с одной
Привод клапанов осуществляется роликовыми
стороны, со стороны впуска, а выпускные
рычагами с гидрокомпенсаторами. Для уменьшения
клапаны — с другой, со стороны выпуска.
потерь давления наддувочного воздуха
и увеличения пропускной способности сечение
впускных каналов увеличено, а сами каналы
сделаны более прямыми.
Роликовый рычаг клапана
Выпускной канал
Гидрокомпенсатор
Впускной канал
Выпускной клапан
s547_115
Впускной клапан
Верхняя рубашка охлаждения
Поперечный проток охлаждающей жидкости
Для охлаждения ГБЦ используется схема
с поперечным протоком охлаждающей жидкости
и разделением на верхнюю и нижнюю рубашки
охлаждения.
Каналы охлаждающей жидкости между впускными
каналами улучшают охлаждение ГБЦ.
Нижняя рубашка
охлаждения
Каналы охлаждающей жидкости
между впускными каналами
8
Корпус распредвалов
Оба распредвала, впускных и выпускных клапанов,
На распредвале впускных клапанов установлен
установлены в одном, общем корпусе
задающий ротор датчика Холла G40. Датчик Холла
распредвалов. Распредвал выпускных клапанов
вставляется в корпус распредвалов сбоку и крепится
приводится зубчатым ремнём от коленвала (привод
к нему винтом.
ГРМ). Распредвал впускных клапанов приводится
от распредвала выпускных клапанов через пару
цилиндрических шестерён.
Задающий ротор
датчика Холла G40
Датчик Холла G40
Распредвал впускных
клапанов
s547_072
Распредвал выпускных
клапанов
Корпус распредвалов
Цилиндрические шестерни
9
Механическая часть двигателя
Привод ГРМ зубчатым ремнём
Зубчатый ремень привода ГРМ приводит распредвал выпускных клапанов, двухплунжерный ТНВД системы
Common Rail и насос охлаждающей жидкости. В связи с более высокими нагрузками в приводе зубчатый
ремень был усилен.
Зубчатый шкив распредвала
Распредвал выпускных
клапанов
Распредвал впускных
клапанов
Ролик успокоителя
Автоматический
натяжной ролик
Зубчатый ремень
Зубчатый шкив ТНВД
Шкив насоса
охлаждающей жидкости
Ролик успокоителя
Зубчатый шкив
коленчатого вала
s547_105
Необслуживаемый зубчатый
Зубчатый шкив
ремень масляного насоса
привода масляного
и вакуумного насосов
на коленвале
Зубчатый шкив масляного и вакуумного насосов
Зубчатый шкив коленчатого вала
Большой
В результате использования двухплунжерного
диаметр
ТНВД максимальное усилие передаётся зубчатым
ремнём четыре раза за один оборот коленвала.
Для уменьшения максимальных нагрузок
на зубчатый ремень на коленвале устанавливается
так называемый биовальный зубчатый шкив.
Такой шкив фактически реализует переменное
передаточное отношение ремённой передачи,
уменьшая тем самым максимальные нагрузки
в зубчатом ремне.
Малый диаметр
s547_113
10
Система смазки
Давление масла в системе смазки создаётся шиберным масляным насосом с регулируемой
производительностью, который может работать с двумя уровнями давления. Масляный насос приводится
необслуживаемым зубчатым ремнём от коленвала. Масляный насос обеспечивает подачу достаточного
количества масла к кривошипно шатунному и газораспределительному механизмам, а также
к турбонагнетателям высокого и низкого давления.
Датчик давления масла F1
Датчик низкого давления масла
F378
s547_011
Регулирование давления масла
Работа масляного насоса регулируется с помощью
Высокий уровень давления
двух уровней давления. Переход от низкого уровня
3,3-3,8 бар
давления (2,0-2,3 бар) к высокому (3,3-3,8 бар)
Низкий уровень давления
происходит при достижении 3000 об/мин.
2,0-2,3 бар
Требуемое давление
3000 об/мин
s547_042
Для улучшения процесса обкатки нового двигателя в первую 1000 км пробега масляный насос
работает только с высоким уровнем давления. После установки новых узлов, например двигателя,
блока цилиндров, ГБЦ, корпуса распредвалов и турбонагнетателей, регулирование давления масла
также необходимо установить на высокий уровень давления в течение первой 1000 км пробега.
Режим только высокого уровня давления устанавливается с помощью диагностического тестера.
11
Механическая часть двигателя
Система охлаждения с терморегулированием
Контур системы охлаждения состоит из трёх подконтуров:
микроконтур;
высокотемпературный контур;
низкотемпературный контур.
12
Условные обозначения
1
Расширительный бачок
2
Теплообменник отопителя
3
Радиатор системы рециркуляции ОГ
4
Насос ОЖ высокотемпературного контура V467
5
Форсунка восстановителя N474
6
Корпус насосной секции турбонагнетателя низкого давления
7
Корпус подшипников турбонагнетателя низкого давления
8
Головка блока цилиндров
9
Масляный радиатор коробки передач
10
Блок цилиндров
11
Отключаемый насос охлаждающей жидкости
12
Клапан контура ОЖ головки блока цилиндров N489
13
Датчик температуры охлаждающей жидкости G62
14
Интеркулер
15
Датчик температуры G18
16
Масляный радиатор двигателя
17
Термостат
18
Блок воздушной заслонки GX3
19
Исполнительный электродвигатель системы рециркуляции ОГ GX5
20
Насос ОЖ низкотемпературного контура V468
21
Исполнительный механизм системы терморегулирования двигателя N493
22
Радиатор контура охлаждения наддувочного воздуха
23
Радиатор охлаждающей жидкости
24
Дополнительный радиатор ОЖ
Дроссель
Обратный клапан
Заправка системы охлаждающей жидкостью и удаление из системы воздуха
должны выполняться с помощью приспособления для заправки системы
охлаждения VW6096 и диагностического тестера, режим «Ведомые
функции»: при работах с системой охлаждения обязательно соблюдать
указания в ELSA!
Дополнительную информацию по функциям контура системы охлаждения
s547_035
можно найти в программе самообучения 514 «Новое семейство дизельных
двигателей EA288».
13
Механическая часть двигателя
Микроконтур
При холодном двигателе циркуляция охлаждающей
жидкости по микроконтуру обеспечивает быстрый
прогрев двигателя и салона автомобиля.
Охлаждающая жидкость протекает при этом через
следующие компоненты:
теплообменник отопителя (2);
радиатор системы рециркуляции ОГ (3);
насос ОЖ для высокотемпературного
контура V467 (4);
корпус подшипников турбонагнетателя низкого
давления (7);
головка блока цилиндров (8);
масляный радиатор КП (9);
блок цилиндров (10);
отключаемый насос охлаждающей
s547_055
жидкости (11);
клапан контура ОЖ головки блока цилиндров
N489 (12);
датчик температуры ОЖ G62 (13).
Высокотемпературный контур
Когда охлаждающая жидкость прогревается
до температуры примерно 92 °C, открывается
термостат. Охлаждающая жидкость протекает
при этом через следующие компоненты:
расширительный бачок (1);
теплообменник отопителя (2);
радиатор системы рециркуляции ОГ (3);
насос ОЖ для высокотемпературного
контура V467 (4);
корпус подшипников турбонагнетателя низкого
давления (7);
головка блока цилиндров (8);
масляный радиатор КП (9);
блок цилиндров (10);
отключаемый насос охлаждающей жидкости (11);
s547_056
клапан контура ОЖ головки блока цилиндров
N489 (12);
датчик температуры ОЖ G62 (13);
масляный радиатор двигателя (16);
термостат (17);
блок воздушной заслонки GX3 (18);
исполнительный электродвигатель системы
рециркуляции ОГ GX5 (19);
радиатор охлаждающей жидкости (23);
дополнительный радиатор для ОЖ (24).
14
Низкотемпературный контур
Низкотемпературный контур служит
для охлаждения в интеркулере поступающего
в цилиндры воздуха до температуры примерно
45 °C.
Охлаждающая жидкость протекает при этом через
следующие компоненты:
форсунка восстановителя N474 (5);
корпус насосной секции турбонагнетателя
низкого давления (6);
интеркулер (14);
датчик температуры G18 (15);
насос ОЖ для низкотемпературного контура
V468 (20);
исполнительный механизм системы
регулирования температуры двигателя
s547_057
N493 (21);
радиатор контура охлаждения наддувочного
воздуха (22).
Датчик температуры G18
Датчик температуры G18 установлен в контуре ОЖ непосредственно перед интеркулером.
Он измеряет температуру ОЖ на входе в интеркулер.
Интеркулер
Использование сигнала
На основании этого сигнала блок управления
двигателя рассчитывает требуемое положение
исполнительного механизма системы
терморегулирования двигателя N493.
Последствия при выходе из строя
При отсутствии сигнала исполнительный механизм
системы терморегулирования двигателя N493
приводится в положение «Интеркулер», что
означает, что вся циркулирующая в контуре ОЖ
Датчик температуры G18
s547_074
проходит через радиатор контура охлаждения
наддувочного воздуха (т. е. контура охлаждения
интеркулера).
15
Механическая часть двигателя
Исполнительный механизм системы терморегулирования
двигателя N493
В двигателях EA288 TDI с одним турбонагнетателем
Регулирование с помощью такого исполнительного
температура охлаждающей жидкости
механизма имеет следующие преимущества:
в низкотемпературном контуре регулируется
необходимая температура ОЖ может быть
с помощью электрического насоса ОЖ. В двигателе
установлена быстро и точно;
2,0 л TDI Biturbo за регулирование температуры
меньшие различия в температуре охлаждающей
охлаждающей жидкости отвечает исполнительный
жидкости и наддувочного воздуха обуславливают
механизм системы терморегулирования двигателя
и меньшие тепловые нагрузки на интеркулер;
N493.
электрический насос ОЖ в низкотемпературном
контуре включён практически всегда на полную
производительность, обеспечивая тем самым
постоянно высокий поток ОЖ через интеркулер.
Таким образом, тепло всегда отводится
от интеркулера, и предотвращается
образование «тепловой пробки».
Штуцер к перепускному каналу
Штуцер к радиатору
Поворотный канал
Интеркулер
Насос ОЖ
Датчик
низкотемпературного
температуры
контура V468
G18
Перепускной
Входной штуцер
канал
Радиатор
Исполнительный
s547_106
контура
механизм системы
охлаждения
s547_096
терморегулирования
Привод с контролирующей электроникой
наддувочного
двигателя N493
воздуха
Принцип действия исполнительного
механизма системы терморегулирования
двигателя N493
через радиатор, соответственно, не охлаждается.
Поворотный элемент исполнительного механизма
Исполнительный механизм с контролирующей
системы терморегулирования двигателя N493
электроникой N493 может бесступенчато
поворачивается в зависимости от нагрузки
устанавливать поворотный элемент в любое
двигателя и от температуры охлаждающей
положение между двумя крайними положениями.
жидкости в низкотемпературном контуре.
С помощью датчика перемещения
Чем больше поворотный элемент повёрнут
в исполнительном механизме контролирующая
в сторону перепускного канала, тем большая часть
электроника регистрирует фактическое положение
потока охлаждающей жидкости проходит, минуя
поворотного элемента и передаёт эти данные в блок
радиатор. Охлаждающая жидкость, не проходящая
управления двигателя.
16
Впускной тракт
Тракт наддувочного воздуха сконструирован таким
Тракт наддувочного воздуха подвергается действию
образом, чтобы обеспечить как можно более
достаточно высокого давления, до 3,8 бар
короткие пути и как можно большие поперечные
(абсолютное), а также высоким температурным
сечения. Это позволило свести потери давления
нагрузкам. Поэтому в его конструкции практически
к минимуму. Компактность тракта наддувочного
нет шлангов, а используются воздуховоды, стойкие
воздуха означает также его малый объём,
к воздействию температур и давлений.
что обеспечивает исключительно быстрое создание
в нём требуемого давления.
В тракт наддувочного воздуха входят следующие компоненты:
воздушный фильтр;
турбонагнетатель низкого давления;
турбонагнетатель высокого давления;
воздуховоды наддувочного воздуха;
демпфер пульсаций;
перепускной клапан нагнетателя;
блок воздушной заслонки;
впускной коллектор с интеркулером;
впускные каналы оптимизированной геометрии во впускном коллекторе;
впускные клапаны.
Турбонагнетатель низкого
давления
Впускной клапан
Всасываемый
воздух
Впускной коллектор
Интеркулер с жидкостным
охлаждением
Блок воздушной
заслонки
Перепускной клапан
нагнетателя
(закрыт)
s547_077
Демпфер пульсаций
Турбонагнетатель
высокого давления
17
Механическая часть двигателя
В двигателе 2,0 л TDI Biturbo давление наддува создаётся двумя последовательно включёнными
турбонагнетателями.
При низких оборотах двигателя всасываемый воздух сначала предварительно сжимается турбонагнетателем
низкого давления, а затем доводится до окончательного давления турбонагнетателем высокого давления
(двухступенчатый режим). На высоких оборотах двигателя необходимое давление создаётся одним
только турбонагнетателем низкого давления (одноступенчатый режим).
Условные обозначения
1
Воздушный фильтр
2
Расходомер воздуха G70
3
Насосное колесо турбонагнетателя низкого давления
4
Датчик давления наддува 2 G447
5
Насосное колесо турбонагнетателя высокого давления
6
Перепускной клапан нагнетателя
7
Блок воздушной заслонки GX3
8
Датчик давления наддува G31
9
Датчик температуры воздуха на впуске G42
10
Интеркулер
s547_076
11
Датчик температуры наддувочного воздуха после
интеркулера G811
12
Исполнительный электродвигатель системы
23
Лямбда зонд 1 перед нейтрализатором GX10
рециркуляции ОГ GX5
24
Датчик NOx G295
13
Датчик температуры ОГ 1 G235
25
Датчик температуры ОГ 2 G448
14
Заслонка перепускного канала ОГ
26
Окислительный нейтрализатор
15
Пневматический привод с датчиком положения
27
Датчик температуры ОГ 3 G495
регулятора давления наддува G581
28
Форсунка восстановителя N474
16
Клапан переключения турбонагнетателей N529
29
Датчик перепада давления G505
17
Турбинное колесо турбонагнетателя высокого
30
Сажевый фильтр
давления
31
Радиатор системы рециркуляции ОГ
18
Блок турбонагнетателя 1 J724
32
Исполнительный электродвигатель системы
19
Перепускной клапан (т. н. клапан вестгейт)
рециркуляции ОГ GX6
20
Пневматический привод для перепускного клапана
33
Датчик температуры ОГ 4 G648
вестгейт
34
Датчик давления 2 в системе рециркуляции ОГ G692
21
Электромагнитный клапан ограничения давления
35
Нейтрализатор NH3
наддува N75
36
Блок заслонки ОГ J883
22
Турбинное колесо турбонагнетателя низкого давления
18
Система турбонагнетателей
Вновь разработанная система турбонагнетателей
Благодаря высокому давлению наддува, до 3,8 бар
обеспечивает быстрое создание давления уже
(абсолютное), достигается высокая удельная
при низких оборотах двигателя, быструю реакцию
мощность при высоких оборотах двигателя.
на увеличение нагрузки и высокий крутящий момент.
Особенности системы турбонагнетателей:
турбонагнетатель высокого давления с турбинным и насосным колёсами малого диаметра и с поворотными
направляющими лопатками с электроприводом. Он обеспечивает быструю реакцию турбонаддува
при малых оборотах двигателя;
турбонагнетатель низкого давления с турбинным и насосным колёсами большого диаметра.
Он обеспечивает высокое давление наддува при высоких оборотах двигателя. Тем самым при высоких
оборотах достигается высокая мощность двигателя;
компактность: оба турбонагнетателя, высокого и низкого давления, установлены непосредственно
на выпускном коллекторе;
в случае ремонта турбонагнетатели, пневматический привод с датчиком положения регулятора давления
наддува и блок турбонагнетателя 1 J724 могут заменяться отдельно.
Насосное колесо
Турбонагнетатель низкого давления
Пневматический привод
с датчиком положения
Турбинное колесо
регулятора давления наддува
G581
Турбонагнетатель высокого
давления
Выпускной коллектор
Пневматический привод
для перепускного клапана
вестгейт
Блок турбонагнетателя 1
J724
s547_101
Турбинное колесо
Регулируемые направляющие лопатки
Названия турбонагнетателей высокого и низкого давления базируются на их ролях в создании
давления наддува в двухступенчатом режиме, когда турбонагнетатель низкого давления работает
как первая ступень создания давления («низкое давление»), а турбонагнетатель высокого —
как вторая ступень («высокое давление»).
19
содержание .. 1 2 ..