Двигатель TDI 2,0 л с системой впрыска Common Rail
Устройство и принцип работы
Двигатель TDI 2,0л с системой впрыска Common Rail является первым представителем нового поколения дизельных двигателей Volkswagen, обеспечивающих отличную динамику
и имеющих высокий КПД. Благодаря сочетанию удачного и испытанного двигателя TDI 2,0 л и технологии Common Rail Volkswagen улучшил такие показатели, как
динамичность, экономичность, надёжность и удовольствие от вождения автомобиля. Эти признанные достоинства двигателей TDI подняты у TDI 2,0 л с системой впрыска Common Rail на
новую высоту, отвечающую грядущим требованиям по шумности, комфорту и нейтрализации отработавших газов. С 1993 года, когда компания освоила производство первого дизельного двигателя с турбонаддувом и непосредственным впрыском для легковых автомобилей, Volkswagen играет роль новатора в дизелестроении. Новый двигатель TDI 2,0л продолжается главные традиции новаторства и закрепляет за Volkswagen репутацию лидера в области дизельных технологий. Уже в настоящее время этот двигатель удовлетворяет требованиям по нейтрализации
токсичности отработавших газов Евро 5,которые предполагается ввести только в конце 2009 года, и располагает потенциалом для дальнейшего развития в этом направлении.
Двигатель 2,0 л TDI с системой впрыска Common!Rail создан на базе двигателя 2,0 л TDI с насос-форсунками. Этот базовый двигатель является одним из самых распространённых дизельных двигателей в мире. Он широко представлен в гамме продукции концерна Volkswagen—от легковых автомобилей до коммерческого автомобиля Transporter. Для того чтобы удовлетворить растущие требования, касающиеся шумовых характеристик, расхода топлива и токсичности ОГ, потребовалось переработать целый ряд конструктивных узлов двигателя. Наиболее важное
значение при этом имеет переход на систему впрыска Common Rail. Двигатель оснащён сажевым фильтром и уже в настоящее время по токсичности ОГ удовлетворяет
требованиям норматива Евро 5, который предполагается ввести только в конце 2009 года. Поскольку требования Евро 5 к токсичности ОГ пока не вступили в законную силу, двигатель регистрируется как отвечающий нормативу Евро 4. На некоторые рынки поставляются двигатели без сажевого фильтра, соответствующие нормативу Евро 3.
Особенности конструкции
● Система впрыска Common!Rail
с пьезофорсунками.
● Сажевый фильтр с предварительным
окислительным катализатором.
● Впускной коллектор заслонками впускных
каналов.
● Электрический клапан рециркуляции ОГ.
● Регулируемый турбонагнетатель с обратной
связью.
● Система охлаждения рециркулирующих ОГ до
низких температур.
Коленчатый вал
Двигатель 2,0 л TDI CRоснащён кованным коленчатым валом, способным выдерживать значительные механические нагрузки. Вместо обычных восьми противовесов у коленвала
данного двигателя имеется только четыре противовеса. Благодаря этому снижается нагрузка на подшипники коленвала. Кроме того, при этом снижается уровень шума, создаваемого
колебаниями и вибрацией двигателя.
Поршни
Как и у двигателя TDI 2,0 л/125 кВт с насос-форсунками, эти поршни не имеют проточек для клапанов. Благодаря этому уменьшается объём камеры сгорания и улучшаются условия для вихреобразования в цилиндре. Под вихреобразованием понимается круговое движение потока вокруг оси цилиндра. Это движение оказывает значительное влияние на процесс смесеобразования. Для охлаждения области поршневых колец внутри поршня имеется кольцевой канал, в который с помощью специальных форсунок впрыскивается масло.
Камера сгорания поршня, в которой впрыскиваемое топливо перемешивается с воздухом, согласована с расположением форсунок и, по сравнению с поршнем для двигателя с насос-форсунками, имеет увеличенную ширину и более плоскую форму. Тем самым улучшается однородность топливной смеси и снижается образование сажи.
Головка блока цилиндров
Головка блока цилиндров двигателя 2,0 л TDI с системой впрыска Common!Rail изготовлена из алюминия и имеет конструкцию с поперечным протоком газов, двумя впускными и двумя выпускными клапанами на цилиндр. Клапаны расположены вертикально и направлены вниз. Два распредвала расположены сверху и соединены зубчатой передачей с цилиндрической шестернёй, имеющей встроенный компенсатор зазора между зубьями шестерён. Привод ГРМ осуществляется от коленвала с помощью зубчатого ремня и зубчатого шкива на распредвале выпускных клапанов. Привод клапанов осуществляется с помощью роликовых рычагов с малым трением, снабжённых гидрокомпенсаторами.
Форсунки крепятся на головке блока цилиндров с помощью прижимных пластин. Их можно демонтировать, сняв маленькие крышки на кожухе головке блока цилиндров
Вентиляционный канал в головке блока цилиндров
При утечке в области медного уплотнительного кольца форсунки воздух из камеры сгорания может выходить через такой канал. Вентиляционный канал расположен в головке блока
цилиндров над выпускным коллектором.
Он предотвращает попадание находящихся под давлением газов из камеры сгорания через систему вентиляции картера в насосную секцию турбонагнетателя, что могло бы привести
к нарушению его нормального функционирования.
4 клапана на цилиндр
На каждый цилиндр приходится два впускных и два выпускных клапана. Клапаны установлены вертикально тарелками вниз. Форсунка установлена вертикально и расположена точно по середине камеры сгорания поршня. Форма, размеры и расположение впускных и выпускных каналов обеспечивают хорошее наполнение и последующую замену смеси в камере
сгорания. Впускные каналы разделяются на вихревые каналы и каналы наполнения. Воздух, поступающий через вихревой канал, обеспечивает интенсивное
перемешивание смеси. Канал наполнения способствует хорошему наполнению камеры сгорания, особенно при высоких оборотах двигателя.
Впускной коллектор с заслонками впускных каналов Во впускном коллекторе находятся заслонки впускных каналов с плавной регулировкой. Посредством установки положения заслонок впускных
каналов, в зависимости от числа оборотов двигателя и нагрузки, регулируется вихреобразование в потоке всасываемого воздуха. Заслонки впускных каналов управляются посредством
тяги от электродвигателя привода заслонок впускных каналов. Управление электродвигателем осуществляется от блока управления двигателя. В электродвигатель
привода заслонок впускных каналов V157 встроен потенциометр G336, служащий для подачи в блок управления сигнала обратной связи, характеризующего
расположение заслонок впускных каналов
Назначение заслонок впускных каналов
На холостом ходу и при низких оборотах двигателя заслонки впускных каналов закрыты. В результате возникает интенсивное вихревое движение, обеспечивающее хорошее смесеобразование.
При эксплуатации двигателя положение заслонок впускных каналов плавно регулируется в зависимости от нагрузки двигателя и числа оборотов. Благодаря этому в каждом режиме
работы двигателя в камере сгорания формируется оптимальное вихревое движение воздуха. При оборотах свыше 3000 об/мин заслонки впускных каналов полностью открыты. Благодаря
повышению пропускной способности заслонок обеспечивается хорошее наполнение камер сгорания.
Привод распредвалов
Распредвалы впускных и впускных клапанов соединены зубчатой передачей с цилиндрической
шестернёй, имеющей встроенный компенсатор зазора между зубьями шестерён. При этом привод
шестерни впускного распредвала осуществляется от шестерни выпускного распредвала.
Компенсатор зазоров между зубьями шестерён способствует снижению шумности работы
распредвалов.
Конструкция
Более широкая (неподвижная) часть цилиндрической шестерни жёстко закреплена на выпускном распредвале.
В её передней части имеются выступы. Более узкая (подвижная) часть цилиндрического зубчатого
колеса может перемещаться в радиальном и осевом направлениях. С обратной стороны узкой части
находятся углубления для выступов.
Принцип работы
Под действием тарельчатой пружины обе части шестерни смещаются относительно друг друга
в осевом направлении. При этом благодаря форме выступов они проворачиваются друг относительно
друга.
Это вращение приводит к взаимному смещению зубьев составных частей шестерни, который
компенсирует зазор в зацеплении между шестернями впускного и выпускного распредвалов.
Прокладка головки блока
цилиндров
Прокладка головки блока цилиндров состоит из 4 слоёв и обладает двумя отличительными
особенностями, способствующими улучшению качества уплотнения:
Профилированная по высоте уплотнительная кромка камеры сгорания
Уплотнительная кромка камеры сгорания располагается вокруг отверстия цилиндра.
В поперечном сечении она профилирована по высоте. Иначе говоря, профиль кольца вокруг
камеры сгорания имеет переменную высоту. Благодаря этому достигается равномерное
распределение прижимного усилия по краям камеры сгорания. Кроме того, при этом компенсируются неровности по краям цилиндров и связанные с ними колебания толщины уплотняемого зазора.
«Краевое усиление»
«Краевое усиление» обеспечивает профиль уплотнительной прокладки в области обоих
крайних цилиндров. Краевое усиление в этих местах способствует равномерному распределению прижимного усилия. Тем самым снижается влияние прогиба головки блока цилиндров и перекосов в расположении крайних
цилиндров.
Привод посредством зубчатого ремня
Посредством ременной передачи осуществляется привод распредвалов, насоса системы охлаждения и насоса высокого давления системы впрыска Common!Rail
Блок балансирных валов
Двигатель 2,0л 103 кВт TDI для Tiguan снабжён блоком балансирных валов, расположенным под коленвалом
в масляном картере. Привод блока балансирных валов осуществляется от коленвала посредством зубчатого
ремня. Масляный насос Duocentric встроен в блок балансирных валов.
Конструкция
Блок балансирных валов состоит из корпуса, отлитого из серого чугуна, двух балансирных валов,
вращающихся в противоположные стороны, косозубой зубчатой передачи и встроенного
масляного насоса Duocentric. Вращение от коленвала передается на промежуточную шестерню,
расположенную снаружи корпуса. Эта шестерня, в свою очередь, приводит балансирный вал I. От этого
балансирного вала вращение передаётся через пару шестерён, расположенных внутри корпуса, на
балансирный вал II и на масляный насос Duocentric. Привод балансирных валов обеспечивает их
вращение с частотой, в два раза превышающей частоту вращения коленвала. Зазор в зацеплении шестерён регулируется с помощью специального покрытия на на зубьях промежуточной шестерни. Это покрытие при начале эксплуатации двигателя стирается, формируя определённую величину зазора.
Система смазки
Необходимое давление масла в двигателе создаёт масляный насос Duocentric. Он встроен в блок балансирных валов и приводится от балансирного вала II. Клапан избыточного давления является предохранительным. Он защищает детали двигателя от повреждений по причине слишком высокого давления масла, например, при низкой температуре окружающей среды и высоких оборотах двигателя.
Регулировочный клапан служит для регулировки давления масла в двигателе. Он открывается, когда давление масла достигает максимального допустимого значения. Перепускной клапан открывается и обеспечивает смазку двигателя при засорении масляного фильтра.
Система вентиляции картера
В двигателях внутреннего сгорания вследствие перепада давления между камерой сгорания и картером между поршневыми кольцами и поверхностью цилиндров образуются газовые потоки, так называемые «картерные газы».
Принцип работы дизельной системы.
Система впрыска топлива находится в самом сердце дизельного двигателя. Система нагнетает и впрыскивает топливо в камеру сгорания с воздухом под большим давлением.
Система впрыска дизельного топлива включает в себя:
• ТНВД – нагнетает давление топлива
• Топливопровод высокого давления – подает топливо в топливную форсунку
• Топливная форсунка – впрыскивает топливо в цилиндр
• Топливоподкачивающий насос – подает топливо из бака
• Топливный фильтр – фильтрует топливо
В некоторых баках на дне фильтра находится седиметр, отделяющий воду от топлива.
Функции системы
Четыре основные функции системы впрыска дизельного топлива:
Подача топлива
Такие элементы насоса как цилиндр и плунжер встроены в корпус впрыскивающего насоса. Когда плунжер под воздействием кулачка поднимается, топливо под высоким давлением подается в инжектор.
Регулировка количества топлива
В дизельных двигателях забор воздуха происходит практически постоянно, вне зависимости от скорости вращения или нагрузки. Если количество впрыска меняется вместе со скоростью двигателя, а регулировка впрыска остается неизменной, то мощность и расход топлива изменятся. Эффективная мощность двигателя почти пропорциональна количеству впрыска, и это регулируется при помощи педали газа.
Установка момента впрыска
Задержка впрыска – это время между моментом впрыска топлива, зажигания и сгорания и моментом достижения максимального давления сгорания. Вне зависимости от скорости двигателя этот период времени остается постоянной величиной. Для изменения момента впрыска используется таймер, что помогает достичь оптимального сгорания.
Распыление топлива
Когда впрыскивающий насос нагнетает давление топлива, которое потом распыляется через распылитель форсунки, то топливо полностью смешивается с воздухом, что улучшает зажигание. Результат – полное сгорание.