AutoSoftos.com

AutoSoftos.com
Литература по ремонту автомобилей, Програмы для диагностики авто

Всегда свежий софт и автомобильная литература

• Доллар — 64.64
• Евро — 71.70

Volkswagen. Двухлитровый дизель TDI. Устройство и принцип действия Скачать

• Разместил: klays067;
• Прочитано: 6 540;
• Дата: 21-02-2014, 18:55;
• 

Устройство и принцип действия двухлитровый дизельного двигателя TDI.

Двухлитровый двигатель TDI – это первый 4-х цилиндровый дизель концерна Volkswagen с 4-х клапанной системой газораспределения, предназначенный для установки на автомобили Touran и Golf модели 2004 года. В дальнейшем он должен найти применение также на других автомобилях концерна.

Содержание:
Введение
Механизмы и системы двигателя
Система управления двигателем
Электрическая схема
Техническое обслуживание
Контрольные вопросы

Издательство: VOLKSWAGEN AG.
Год издания: 2003
Язык: русский
Формат: PDF
Страниц: 44
Размер: 12,2 Мб

Устройство и принцип действия Двухлитрового дизеля TDI

Пособие по программе самообразования 316

Двухлитровый дизель TDI

Устройство и принцип действия

Устройство и принцип действия Двухлитрового дизеля TDI

Прошли времена, когда дизели считались инертными агрегатами, способными разбудить всех соседей при утреннем пуске и выпускающими облака черного дыма при работе с полной нагрузкой.

Последовательное совершенствование всех компонентов двигателей, их рабочих процессов, конструкционных материалов, технологии изготовления деталей, а также существенное повышение давлений впрыска привели к созданию дизелей с повышенными мощностными параметрами, хорошей динамикой и высокой экономичностью.

Чтобы удовлетворить ужесточенные экологические нормы и обеспечить снижение расхода топлива при дальнейшем повышении мощности, концерн Volkswagen сделал ставку на дизели с непосредственным впрыском топлива и турбо-наддувом (TDI), оснастив их 4-клапанной системой газораспределения.

Двухлитровый двигатель TDI — это первый 4-цилиндровый дизель концерна Volkswagen с 4-клапанной системой газораспределения, предназначенный для установки на автомобили Touran и Golf модели 2004 года. В дальнейшем он должен найти применение также на других автомобилях концерна.

В пособиях по программе самообразования описываются вновь разработанные конструкции агрегатов автомобиля и разъясняются принципы их действия! Содержание пособий не обновляется.

Текущие указания по проверке, регулировке и ремонту содержатся в предназначенной для этого литературе по техническому обслуживанию и ремонту автомобиля.

Двухлитровый дизель TDI мощностью 103 кВт с 4-клапанной системой газораспределения

Двухлитровый двигатель TDI мощностью 103 кВт представляет собою головную модель нового ряда дизелей концерна VOLKSWAGEN. Основным отличием дизелей нового поколения является 4-клапанная система газораспределения. Модификация этого двигателя мощностью 100 кВт уже применяется на автомобиле Volkswagen Touran.

Новый двигатель создан на базе дизеля TDI рабочим объемом 1,9 л и мощностью 96 кВт. Прирост рабочего объема получен за счет увеличения диаметра цилиндра.

Двухлитровый двигатель TDI мощностью 1 03 кВт получил вновь разработанную головку цилиндров из алюминиевого сплава, отличающуюся выводом впускных и выпускных каналов на противоположные стороны и установкой двух впускных и двух выпускных клапанов на каждый цилиндр.

К особенностям конструкции двигателя относятся также отключаемый охладитель перепускаемых газов, корпус уплотнения коленчатого вала с встроенным датчиком частоты вращения и новая система облегчения пуска со свечами накаливания.

Число клапанов на цилиндр

103 кВт при 4000 об/мин

Максимальный крутящий момент

320 Н*м при 1750-2500 об/мин

Система управления двигателем

EDC 16 в сочетании с насос-форсунками

Дизельное топливо c ЦЧ 49, не менее

Система снижения токсичности

Рециркуляция отработавших газов и нейтрализатор окислительного типа

Соответствие нормам выбросов вредных веществ

Внешняя характеристика двигателя

Максимальный крутящий момент двухлитрового дизеля TDI мощностью 103 кВт равен 320 Н*м в диапазоне частот вращения от 1750 об/мин до 2500 об/мин.

Максимальная мощность равна 103 кВт при 4000 об/мин.

1000 2000 3000 4000 5000 Частота вращения, об/мин S316_012

Расположенная по оси цилиндра насос-форсунка

Роликовое коромысло привода насос-форсунки

Алюминиевая головка цилиндров отличается выводом впускных и выпускных каналов на противоположные стороны и установкой двух впускных и двух выпускных клапанов на каждый цилиндр. Клапаны газораспределения установлены вертикально.

На головке цилиндров установлены два распределительных вала, приводимых через один общий зубчатый ремень.

Выпускной распределительный вал служит для привода не только выпускных клапанов, но и насос-форсунок.

От впускного распределительного вала приводятся впускные клапаны и сдвоенный насосный агрегат.

Клапаны приводятся через роликовые рычаги (рокеры), качающиеся на вставных осях.

Корпус подшипников распределительных валов

Корпус подшипников распределительных валов представляет собою компактную деталь, отливаемую под давлением из алюминиевого сплава.

На нем расположены:

Опора оси роликовых рычагов

• крышки подшипников распределительных валов,

• подшипники осей роликовых рычагов, служащих для привода насос-форсунок,

• разъем центрального кабеля, служащего для подвода электропитания,

• кабельный канал для прокладки проводов к насос-форсункам и к штифтовым свечам накаливания.

Конструкция корпуса подшипников распределительных валов с пятью поперечинами не только позволяет увеличить жесткость головки цилиндров, но и способствует снижению шумности двигателя.

Концепция соединений типа»Болт в болте»

Корпус подшипников распределительных валов притягивается к головке цилиндров посредством коротких болтов, которые вворачиваются в расположенные в два ряда болты крепления головки к блоку цилиндров. Эти соединения позволяют увеличить компактность совместной конструкции головки цилиндров и корпуса подшипников распределительных валов и создают условия для уменьшения межцилиндровых расстояний.

Корпус подшипников распределительных валов

4-клапанная система газораспределения

На каждый цилиндр приходятся два впускных и два выпускных клапана. Клапаны расположены вертикально (параллельно осям цилиндров).

Форма, размеры и расположение впускных и выпускных каналов выбраны из условий достижения максимального наполнения цилиндров и снижения потерь на газообмен.

Установленная по оси цилиндра насос-форсунка расположена точно над центром размещенной в поршне камеры сгорания.

При этом создаются благоприятные условия для смесеобразования, способствующие снижению расхода топлива и уменьшению выброса вредных веществ.

Чтобы улучшить газодинамические параметры каналов, образованный клапанами четырехугольник развернут на 45° по отношению к продольной оси двигателя.

Повернутый на 45° четырехугольник клапанов

Традиционное расположение клапанов

Продольная ось двигателя

Привод впускных и выпускных клапанов

Оба распределительных вала приводятся через один общий зубчатый ремень.

Клапаны приводятся от распределительных валов посредством роликовых рычагов (рокеров), качающихся на общей вставной оси.

Ввиду специфической компоновки головки цилиндров применяются рычаги клапанов четырех типов, отличающихся формой и размерами.

Впускной распределительный вал

Выпускной распределительный вал

Роликовые рычаги клапанов

Эти рычаги качаются на вставных осях. Гидрокомпенсатор зазора в приводе находится в каждом рычаге непосредственно над стержнем клапана.

Масло подводится к гидрокомпенсатору от вставной оси через продольное сверление в рычаге клапана. Равномерное распределение давления в зоне контакта рычага с клапаном обеспечивается подпятником.

Обратный клапан I Полость низкого

Роликовый рычаг клапана (рокер)

Устройство и принцип действия гидрокомпенсатора

Гидрокомпенсатор состоит из двух перемещающихся относительно друг друга деталей:

поршня и цилиндра. Пружина поршня раздвигает эти детали до полного устранения зазора между распределительным валом и роликом рычага. Предусмотренный в гидрокомпенсаторе обратный клапан служит для наполнения его маслом и герметизации полости высокого давления.

Рычаг клапана (рокер)

Стержень впускного или выпускного клапана

Действие гидрокомпенсатора при подъеме клапана

При воздействии кулачка распределительного вала на ролик рычага обратный клапан гидрокомпенсатора закрывается, после чего давление масла в полости высокого давления повышается. В процессе подъема клапана гидрокомпенсатор действует как неподатливый элемент, так как масло в его полости практически не сжимается.

Компенсация зазора в приводе клапана

В периоды, когда кулачок распределительного вала не воздействует на рычаг клапана, последний находится в закрытом положении. При этом давление в полости гидрокомпенсатора снижается, а пружина разжимает поршень и цилиндр до полного устранения зазора между кулачком распределительного вала и роликом рычага клапана. Обратный клапан открывается, пропуская масло в полость высокого давления.

Седло клапана должно предотвращать утечку воздуха и газов из камеры сгорания.

Седло клапана Тарелка клапана

Чтобы повысить герметичность клапана, увеличивают удельное давление на его запорной фаске, уменьшая ее ширину за счет дополнительной фаски. Эта дополнительная фаска способствует помимо всего прочего закрутке воздуха на впуске его в цилиндр двигателя.

При ремонте не допускается фрезерование седел клапанов, так как при этом может измениться интенсивность закрутки входящего в цилиндр воздуха, которая в значительной степени влияет на процесс смесеобразования. Разрешается ремонтировать седла клапанов только шлифованием их запорных фасок.

В центральной части днища поршня двухлитрового двигателя TDI расположена выемка, образующая камеру сгорания. При перетекании воздуха в камеру сгорания интенсивность его вращения увеличивается до оптимального для смесеобразования уровня.

Уменьшением глубины подклапанных выемок и снижением высоты жарового пояса до 9 мм удалось уменьшить «вредные» объемы в пространстве сжатия и тем самым снизить выброс вредных веществ с отработавшими газами.

Высота жарового пояса

«Вредными» называются объемы, воздух в которых практически не используется в процессе сгорания. Поэтому при их увеличении снижается полнота сгорания топлива.

«Вредный» объем в подклапанной выемке

«Вредный» объем над поршневым кольцом

В днище поршня предусмотрен охлаждающий канал волнообразной формы. Благодаря этому каналу снижается температура поршня в зоне уплотнительных колец и в средней части днища.

Волнообразная форма канала обеспечивает увеличение его поверхности и способствует тем самым отводу тепла от поршня в масло. Таким образом улучшается охлаждение поршня.

Смещение оси поршневого пальца

В результате смещения оси пальца с оси цилиндра центр опоры поршня оказывается сдвинутым в сторону от его оси. Это мероприятие применяется для снижения шума, вызываемого перекладкой поршня при движении его в цилиндре вблизи ВМТ.

Смещенная ось пальца

При положении шатуна под углом к оси цилиндра на поршень действует усилие, прижимающего его то к одной, то к другой стенке цилиндра,

При прохождении поршня через ВМТ изменяется направление этого прижимающего усилия на противоположное. При этом поршень перекладывается с ударом с одной стороны цилиндра на другую. Чтобы предотвратить резкую перекладку поршня, смещают ось его пальца с оси цилиндра.

Благодаря этому смещению поршень переходит с одной стенки цилиндра на другую еще до прихода его в ВМТ и, прежде всего, до момента резкого повышения давления в цилиндре.

Привод распределительных валов

Оба распределительных вала, а также насос охлаждающей жидкости приводятся от коленчатого вала через один общий зубчатый ремень.

Насос охлаждающей жидкости

Зубчатый ремень шириной 30 мм имеет основание из полиамидной ткани. Эта ткань эффективно противостоит износу по краям ремня.

Основание зубьев из резины

Основание ремня из полиамидной ткани

Покрытие из полиамидной ткани

Защитная крышка зубчатого ремня

На защитную крышку зубчатого ремня нанесено с внутренней стороны ворсистое покрытие из полиамидных волокон, препятствующее излучению шума от двигателя.

При переходе на новую головку цилиндров пришлось изменить конструкцию двухнасос-ного агрегата.

Двухнасосный агрегат объединяет в одном блоке вакуумный и топливоподкачивающий насосы.

Забор воздуха из вакуумной системы

Вакуумный насос содержит эксцентрично установленный ротор с перемещающейся в нем пластмассовой лопастью, которая разделяет рабочую полость насоса на две части. При вращении ротора и перемещении в нем лопасти объем одной части рабочей полости увеличивается, а объем другой ее части уменьшается.

На стороне всасывания производится забор воздуха из вакуумной системы, который затем вытесняется через лепестковый клапан в головку цилиндров. Через специальный канал от головки цилиндров к насосу подается масло, которое используется не только для смазки, но и для уплотнения лопасти в рабочей полости.

Топливоподкачивающий насос — это насос с внутренним зацеплением шестерен. Процессы всасывания и нагнетания топлива отображаются на рисунках посредством помеченной красным цветом дозы топлива, перемещаемой внутри насоса.

Давление подаваемого насосом топлива регулируется редукционным клапаном.

При частоте вращения коленчатого вала 4000 об/мин давление топлива может повышаться до 11,5 бар.

Установленный в системе возврата топлива редукционный клапан поддерживает в ней давление порядка 1 бар. Благодаря этому снижаются пульсации потока топлива, действующего на электромагнитные клапаны насос-форсунок.

Возврат топлива в бак

Подача топлива к насос-форсункам

Возврат топлива от насос-форсунок

Подвод топлива из бака

На двухлитровый дизель TDI с 4-клапанной системой газораспределения устанавливаются насос-форсунки усовершенствованной конструкции.

Особенности конструкции модернизированной насос-форсунки:

• утоненный корпус и уменьшенные габариты,

• крепление в головке цилиндров посредством двух болтов,

• повышенные давления впрыска на частичных режимах работы двигателя,

• компенсационный поршень, снижающий шум при впрыске топлива,

• измененная опорная часть насос-форсунки с посадкой на конус.

Место установки насос-форсунки

Насос-форсунка расположена в головке цилиндров по оси цилиндра и непосредственно над центром камеры сгорания.

головку цилиндров. Болты крепления

Посадка насос-форсунки на конус

Вновь разработанная конструкция опорной части насос-форсунки рассчитана на посадку на конус, благодаря чему обеспечивается надежное центрирование форсунки в колодце головки цилиндров. При этом обеспечивается необходимая плотность соединения без применения прокладки, которая обычно необходима при посадке на плоскую поверхность.

В результате изменения конструкции насос-форсунки отпала необходимость в ранее применяемых теплоизолирующей прокладке и нижнем уплотнительном кольце круглого сечения.

Компенсационный поршень с демпфером

Компенсационный поршень расположен между плунжерной парой и распылителем насос-форсунки. Он влияет на величину запальной дозы топлива и продолжительность ее подачи.

Чтобы снизить шум, возникающий при впрыске топлива, насос-форсунку оснастили устройством, замедляющим движение компенсационного поршня в конце его хода. При работе насос-форсунки возникает шум вследствие:

• резкого подъема и спада давления в полости высокого давления форсунки,

• кавитации при снижении давления,

• механических ударов при посадке на седло

— сердечника электромагнитного клапана и

Одним из самых эффективных и легко реализуемых способов снижения шума является торможение компенсационного поршня в конце его хода. Предназначенное для этого устройство называют «демпфером компенсационного поршня».

Действие этого устройства основано на снижении давления топлива, действующего на компенсационный поршень перед его подходом к механическому упору.

Хвостовик компенсационного поршня

Направляющие ребра хвостовика

Компенсационный поршень снабжен цилиндрическим хвостовиком с тремя направляющими ребрами. На цилиндрической части хвостовика предусмотрена управляющая кромка. В исходном состоянии компенсационный поршень находится в верхнем положении.

В начале движения компенсационного поршня создаваемое плунжером насос-форсунки давление топлива полностью передается на всю площадь компенсационного поршня. В результате этого создаются условия для быстрого завершения впрыска запальной дозы топлива.

Как только управляющая кромка цилиндрической части хвостовика заходит в предусмотренное для него отверстие, перекрывается поток топлива в полость над компенсационным поршнем. В результате резко снижается площадь поршня, находящаяся под действием давления топлива. При этом компенсационный поршень садится на упор с пониженной скоростью и шум от посадки поршня соответственно снижается.

G28 — датчик частоты вращения коленчатого вала

G40 — датчик Холла

G79 — датчик 1 положения педали

G185 — датчик 2 положения педали акселератора

G70 — измеритель массового расхода воздуха

G62 — датчик температуры охлаждающей жидкости

G83 — датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе из радиатора

G81 — датчик температуры топлива

G42 — датчик температуры воздуха на впуске

F — выключатель сигнала торможения, F47 — выключатель круиз-контроля на педали тормоза

Шина данных CAN

J248 — блок управления дизелем с непосредственным впрыском топлива

G476 — датчик положения педали сцепления

G31 — датчик давления наддува

с о с а н н а п а _кл

Блок электромагнитных клапанов, содержащий: N18 — клапан управления рециркуляцией газов, N345 — клапан отключения охладителя

N75 — клапан ограничения давления наддува.

V157 — двигатель привода впускной заслонки

J17 — реле топливного насоса, G6 — топливный электронасос

J293 — блок управления вентиляторами системы охлаждения

V7 — двигатель вентилятора системы охлаждения V35 — двигатель дополнительного вентилятора системы охлаждения

J370 — блок управления свечами накаливания,

Q10 — свеча накаливания 1 -го цилиндра,

Q11 — свеча накаливания 2-го цилиндра,

Q12 — свеча накаливания 3-го цилиндра,

Q13 — свеча накаливания 4-го цилиндра,

Блоки управления, подключенные к шине данных CAN

На приведенном ниже рисунке показана схема подключения к шине данных CAN блока управления дизелем с непосредственным впрыском (J248) и ряда других блоков управления.

Посредством шины CAN осуществляется обмен данными между отдельными блоками управления. Например, блок управления дизелем с непосредственным впрыском топлива получает сигнал скорости автомобиля с датчиков частоты вращения его колес через блок управления системой ABS.

J104 — блок управления системой ABS с ESP J217 — блок управления автоматической коробкой передач

J234 — блок управления подушками безопасности J248 — блок управления дизелем с непосредственным впрыском топлива J285 — блок управления с дисплеем в комбинации приборов

J519 — блок управления бортовой электросетью J527 — блок управления электронными приборами

на рулевой колонке J533 — диагностический интерфейс сопряжения шин данных

J743 — система управления Mechatronic коробкой передач DSG

■ шина данных CAN силового агрегата

■ шина данных CAN системы «Комфорт»

■ шина данных CAN информационной системы

Датчик частоты вращения коленчатого вала встроен в корпус заднего уплотнения коленчатого вала. В корпус уплотнения вставляется манжета из фторопласта.

Датчик частоты вращения коленчатого вала (G28)

Действие датчика частоты вращения коленчатого вала основано на эффекте Холла. Датчик закрепляется в корпусе заднего уплотнения посредством резьбы. В качестве задающего элемента датчика используется кольцо, которое напрессовывается на фланец коленчатого вала в точно заданном положении.

Северный полюс Южный полюс

На стальном задающем кольце предусмотрено покрытие из резины с распределенными в ней металлическими частицами. Эти частицы намагничены таким образом, что северные и южные полюса чередуются по окружности кольца. В качестве начала отсчета датчика используется зона магнитной дорожки с расположенными рядом северными полюсами, ширина которых больше, чем у прочих полюсов. Таким образом получен задающий диск типа «60-2-2».

Использование сигнала датчика

По сигналам датчика блок управления определяет не только частоту вращения коленчатого вала, но и его точное положение. Эта информация используется при расчете дозы впрыскиваемого топлива и опережения его подачи.

Последствия при отсутствии сигнала

При выходе из строя датчика частоты вращения коленчатого вала двигатель продолжает работать в аварийном режиме. При этом частота вращения коленчатого вала поддерживается в пределах от 3200 до 3500 об/мин.

Датчик Холла (G40)

Датчик Холла расположен на головке цилиндров под впускным распределительным валом. Он взаимодействует с задающим диском для ускоренного пуска двигателя, с помощью которого определяется положение этого распределительного вала.

Конструкция задающего диска на распределительном валу была разработана заново. Датчик Холла (G40) обеспечивает работу двигателя в аварийном режиме при выходе из строя датчика частоты вращения коленчатого вала.

По окружности задающего диска расположены 4 сегмента, ширина которых соответствует 6°, 12°, 18° и 24° по углу поворота распределительного вала. Различная ширина сегментов необходима для определения порядка работы цилиндров двигателя. Еще один сегмент, ширина которого соответствует 45° по углу поворота распределительного вала, служит для определения последовательности работы цилиндров в аварийном режиме.

Использование сигнала датчика

При пуске двигателя сигнал датчика Холла позволяет определять точное положение распределительного вала относительно коленчатого вала. В совокупности с сигналом датчика частоты вращения коленчатого вала G28 сигнал датчика Холла позволяет определять, в каком цилиндре поршень подошел к ВМТ на такте сжатия.

Последствия при отсутствии сигнала датчика

При отсутствии сигнала датчика Холла используется только сигнал датчика частоты вращения коленчатого вала. При этом пуск двигателя может происходить с некоторой задержкой из-за отсутствия информации о положении распределительного вала, по которому определяется последовательность работы цилиндров.

Работа двигателя в аварийном режиме

В противоположность к ранее выпускавшимся двигателям TDI новый дизель способен работать после выхода из строя датчика частоты вращения коленчатого вала или при поступлении с него сигналов неопределенной формы.

При работе в аварийном режиме блок управления двигателем использует только сигналы датчика, получаемые при прохождении задних кромок сегментов задающего диска мимо датчика Холла. Это объясняется тем, что возникающие при пуске двигателя колебания коленчатого вала являются причиной поступления на вход блока управления большого числа излишних сигналов, которые затрудняют правильное определение последовательности работы цилиндров.

В качестве начала отсчета в данном случае служит ВМТ сжатия в 3-ем цилиндре, определяемая по сигналу, генерируемому при прохождении мимо датчика задней кромки 45-градусного сегмента.

При работе в аварийном режиме:

• частота вращения коленчатого вала ограничивается диапазоном от 3200 до 3500 об/мин,

• доза впрыскиваемого в цилиндры топлива уменьшается,

• период пуска двигателя увеличивается.

Вид сигналов датчика Холла G40 (на распределительном вале) и датчика частоты вращения коленчатого вала G28 при работе двигателя в нормальном режиме

Полный оборот распределительного вала 18° по р.в. 45° по р.в. 6° по р.в. 24° по р.в. 12° по р.в. 18° по р.в.

ВМТ 1 ВМТ 3 ВМТ 4 ВМТ 2 ВМТ 1

Полный оборот коленчатого вала

Вид сигналов датчика Холла G40 (на распределительном вале) и датчика частоты вращения коленчатого вала G28 при работе двигателя в аварийном режиме