Volkswagen семейство дизельных двигателей EA288. Устройство и принцип работы — часть 1
Введение
Модульная платформа дизельных двигателей (MDB)
Новое семейство дизельных двигателей EA288
Суть концепции модульной платформы дизельных
называют также модульной платформой дизельных
двигателей заключается в том, что отдельные
двигателей, сокращённо — MDB (от нем. Modularer
функциональные части (узлы, механизмы и т. д.)
Dieselbaukasten).
двигателя выполняются в виде взаимозаменяемых
модулей. В зависимости от требуемого рабочего
Модульная платформа дизельных двигателей
объёма, мощности, экологического класса и класса
станет основой для целой серии дизельных
автомобиля, двигатель можно компоновать из одних
двигателей, которые будут устанавливаться
и тех же или — при необходимости —
на автомобили разных классов
модифицированных агрегатов&модулей базового
концерна Volkswagen.
двигателя и навесных агрегатов.
1
4
2
5
3
6
7
8
9
10
S514_104
Блок цилиндров в сборе
Навесные агрегаты
1
Модульная конструкция корпуса распредвалов
7
Выпускной коллектор с турбонагнетателем
2
Головка блока цилиндров
8
Модуль впускного коллектора с интеркулером
3
Блок цилиндров
9
Модуль нейтрализации ОГ
4
Отключаемый насос ОЖ
10
Модуль рециркуляции ОГ
5
Масляный/вакуумный насос
6
Привод ГРМ и навесных агрегатов
Модульная концепция позволяет выполнить существующие требования по расходу топлива, токсичности ОГ
и мощности, а также обеспечить соответствие двигателей перспективным государственным и региональным
нормам при сравнительно небольших затратах.
4
Технические характеристики
Буквенное обозначение
CLHA
CRBC
Тип двигателя
Четырёхцилиндровый рядный
Четырёхцилиндровый рядный
Рабочий объём
1598 см3
1968 см3
Диаметр цилиндра
79,5 мм
81,0 мм
Ход поршня
80,5 мм
95,5 мм
Кол&во клапанов на цилиндр
4
4
Степень сжатия
16,2 : 1
16,2 : 1
Макс. мощность
77 кВт в диапазоне 3000-4000 об/мин
110 кВт в диапазоне 3500-4000 об/мин
Макс. крутящий момент
250 Н·м в диапазоне 1500-2750 об/мин
320 Н·м в диапазоне 1750-3000
об/мин
Система управления двигателя
Bosch EDC 17
Bosch EDC 17
Топливо
Дизельное, EN 590
Дизельное, EN 590
Нейтрализация ОГ
Рециркуляция ОГ, окислительный
Рециркуляция ОГ, окислительный
нейтрализатор, сажевый фильтр
нейтрализатор, сажевый фильтр
Экологический класс
Евро 5
Евро 5
Внешняя скоростная характеристика
1,6 л 77 кВт TDI
2,0 л 110 кВт TDI
340
90
380
110
300
80
340
100
260
70
300
90
220
60
260
80
180
50
220
70
140
40
180
60
100
30
140
50
60
20
100
40
20
10
1000
2000
3000
4000
60
30
Число оборотов, об/мин
1000
2000
3000
4000
Число оборотов, об/мин
S514_099
S514_100
5
Механическая часть двигателя
Блок цилиндров
Блок цилиндров двигателя EA288 изготовлен из серого чугуна с пластинчатым графитом.
Особенности конструкции блока цилиндров
Благодаря глубоко расположенной резьбе для длинных болтов ГБЦ, усилия от болтов лучше
перераспределяются в структуре блока цилиндров, а также достигается более равномерное прижимающее
усилие прокладки ГБЦ по всему её периметру. Расположение каналов ОЖ в блоке цилиндров обеспечивает
хорошее охлаждение «перемычек» между цилиндрами.
Блок цилиндров двигателя
1,6 л TDI
Блок цилиндров двигателя 1,6 л TDI выпускается
только без балансирных валов. Уменьшение
рабочего объёма с 2,0 л до 1,6 л достигается
за счёт сокращения диаметра цилиндра на 1,5 мм
и рабочего хода поршня на 15 мм.
S514_004
Блок цилиндров двигателя
2,0 л TDI
Блок цилиндров двигателя 2,0 л TDI может быть
выполнен с балансирными валами или без них —
в зависимости от модели автомобиля, на которую
двигатель устанавливается.
S514_005
6
Кривошипно-шатунный механизм
Коленвал
Шатунно-поршневая группа
Двигатели семейства EA288 оснащаются
Поршни двигателей EA288 не имеют выемок
пятиопорным кованым коленчатым валом,
под клапаны. Благодаря этому, уменьшается объём
способным выдерживать значительные
камеры сгорания и улучшаются условия
механические нагрузки. Коленчатый вал имеет
для вихреобразования в цилиндре.
только четыре противовеса для компенсации
Для охлаждения области поршневых колец внутри
центробежных сил инерции вращающихся масс
поршня имеется кольцевой канал, в который
вместо привычных восьми. Благодаря этому,
с помощью специальных форсунок впрыскивается
снижается нагрузка на подшипники коленвала.
масло. Крышка шатунов отделяется отламыванием.
Кроме того, при этом снижается уровень шума,
создаваемого колебаниями и вибрацией двигателя.
Зубчатый шкив привода масляного насоса
и зубчатый венец привода балансирных валов
запрессованы на коленвал в горячем состоянии.
Балансирный вал
Поршень
Шкив привода масляного насоса
Шатун
Зубчатый венец
привода
балансирных
валов
Зубчатый шкив
привода ГРМ
на коленчатом валу
S514_006
Балансирный вал
7
Механическая часть двигателя
Балансирные валы
В одном из исполнений двигателя 2,0 л TDI на нём
устанавливается система балансирных валов,
которые компенсируют колебания в кривошипно&
шатунном механизме и обеспечивают более
ровную работу двигателя.
В систему входят два противовращающихся
балансирных вала с соответствующими
противовесами и их зубчатый привод с косозубыми
шестернями.
Принцип действия
S514_007
Вследствие возвратно&поступательного движения
поршней и шатунов, а также вращательного
движения кривошипов коленвала, возникают
периодические силы, вызывающие колебания
Замена компонентов системы
двигателя. Чтобы компенсировать эти колебания,
балансирных валов на сервисной
два балансирных вала вращаются
станции невозможна, так как в этих
в противоположных направлениях с удвоенным
условиях нельзя отрегулировать зазор
числом оборотов коленвала. Привод
в зубчатом зацеплении привода.
осуществляется косозубой зубчатой передачей
Соблюдайте соответствующие указания
от коленчатого вала. Для снижения потерь
руководства по ремонту.
на трение в приводе упорные и радиальные
подшипники балансирных валов и промежуточной
шестерни выполнены как подшипники качения.
Смазка этих подшипников качения обеспечивается
масляным туманом в блоке цилиндров.
Для изменения направления вращения одного из
двух балансирных валов его привод от коленвала
осуществляется через промежуточную шестерню.
Подшипники
Балансирные
качения
валы
Подшипники
качения
Коленвал
Промежуточная шестерня
для изменения направления
вращения
S514_016
8
Зубчатая ремённая передача
Привод ГРМ от коленвала осуществляется зубчатым ремнём. От шкива коленвала зубчатый ремень идёт
сначала к натяжному ролику, затем охватывает шкив распредвала, идёт к шкиву ТНВД (системы впрыска
Common Rail) и далее к шкиву насоса системы охлаждения. Направляющие ролики увеличивают охват
приводных шкивов зубчатым ремнём.
Зубчатый шкив привода
распредвалов
Направляющий ролик
Зубчатый шкив ТНВД
Натяжной ролик
Зубчатый шкив насоса
системы охлаждения
Направляющий ролик
Зубчатый шкив коленвала
S514_041
Привод навесных агрегатов
Генератор
Оба навесных агрегата — генератор и компрессор
климатической установки — приводятся
Натяжной
поликлиновым ремнём от коленвала, в шкиве
ролик
которого установлен гаситель колебаний.
Натяжение поликлинового ремня обеспечивается
подпружиненным роликом.
Шкив с гасителем
колебаний
Компрессор климатической
установки
S514_008
9
Механическая часть двигателя
Головка блока цилиндров
Головка блока цилиндров на двигателях EA288
изготовлена из алюминиевого сплава и выполнена
по схеме с поперечным потоком ОЖ. Клапаны
приводятся двумя распредвалами, несъёмно
установленными в корпусе распредвалов, который
находится на головке блока цилиндров.
Конфигурация впускных и выпускных каналов в ГБЦ
Головка блока
такова, что каждый из распредвалов активирует
цилиндров
как впускные, так и выпускные клапаны. Привод
Корпус распредвалов
ГРМ осуществляется от коленвала с помощью
зубчатого ремня и зубчатого шкива на одном
из распредвалов. Оба распредвала соединены друг
с другом цилиндрическим зубчатым зацеплением.
S514_042
Корпус распредвалов
Распредвалы установлены в корпусе распредвалов
На одном из распредвалов размещён задающий
с помощью термической технологии и образуют
ротор датчика Холла G40. Его сигнал позволяет
с ним единый неразборный узел. Такое решение
блоку управления двигателя регистрировать
обеспечивает исключительно высокую жёсткость
текущее положение распредвалов.
всего узла при незначительной массе. Чтобы
уменьшить трение, в качестве первой от зубчатого
шкива наиболее нагруженной опоры распредвала
установлен игольчатый подшипник.
Задающий ротор
Цилиндрические шестерни
Игольчатый подшипник
Рама
распредвалов
с распредвалами
Датчик Холла G40
S514_043
При ремонте корпус распредвалов с распредвалами заменяется только в сборе.
10
Расположение клапанов
С учётом требований будущих экологических классов уже в исполнении для Евро 5 четыре клапана каждого
цилиндра повёрнуты на 90°. За счёт этого оба впускных и оба выпускных канала каждого цилиндра
расположены один за другим по направлению газового потока. При этом каждый распредвал открывает
и закрывает по одному впускному и одному выпускному клапану в каждом цилиндре. Благодаря такому
расположению клапанов, и впускные, и выпускные каналы пропускают максимальный поток воздуха/газов
при хорошем их завихрении.
Воздух из впускного коллектора
Первый выпускной
клапан
Первый впускной
Цилиндр 2
клапан
Цилиндр 2
Второй впускной
клапан
Второй выпускной
Цилиндр 2
клапан
Цилиндр 2
Цилиндр 1
ОГ
S514_059
Рубашка охлаждения
Верхняя часть рубашки охлаждения
Рубашка охлаждения в ГБЦ разделена на верхнюю
Выход к патрубку
и нижнюю части. Нижняя часть имеет больший объём,
чтобы обеспечить лучший отвод тепла из зоны камер
сгорания в ГБЦ. Обе части отделены друг от друга
в литом теле ГБЦ. Верхний и нижний потоки
соединяются только на торце ГБЦ в общем штуцере.
На холодном двигателе ОЖ из верхней и нижней
частей рубашки охлаждения проходит через фланец
отопителя к теплообменнику отопителя салона.
S514_047
Патрубок для
подключения
Нижняя часть рубашки
шлангов ОЖ
охлаждения
11
Механическая часть двигателя
Система вентиляции картера
Детали системы вентиляции картера, наряду
Очистка картерных газов от масла производится
с маслозаливной горловиной и ресивером
в несколько ступеней с целью повышения её
вакуумной системы двигателя, смонтированы
эффективности. Сначала картерные газы
в клапанной крышке.
из картера и области распредвалов попадают
При работе двигателя продукты сгорания и частицы
в успокоительную камеру в клапанной крышке. Там
несгоревшего топлива прорываются между
более крупные капли масла оседают на стенках
поршневыми кольцами и стенками цилиндров
и стекают обратно в ГБЦ. После этого сохраняющие
в картер (т. н. картерные газы). Система вентиляции
ещё остатки масла газы поступают для дальнейшей
картера служит для удаления этих газов из картера
очистки в маслоотделители центробежного типа.
и направления их в камеры сгорания. Тем самым
Очищенные газы через клапан регулирования
предотвращается загрязнение атмосферы
давления направляются во впускной коллектор
содержащими масло газами.
и оттуда, вместе со всасываемым воздухом,
попадают в цилиндры двигателя.
Для стран с холодным климатом в системе охлаждения картера дополнительно устанавливается
нагревательный элемент. Этот нагревательный элемент предотвращает замерзание трубопроводов, ведущих
от ГБЦ к впускному коллектору, в холодное время года.
Нагревательный резистор
системы вентиляции
картера двигателя
Клапан
регулирования
давления
Вакуумный ресивер
Тонкое отделение
масла
(центробежного
типа)
Успокоительная
камера
Обратный канал от
маслоотделителя тонкой очистки
S514_011
Гравитационный клапан стока
масла
12
Контур системы смазки
Необходимое для смазки механизмов двигателя давление масла создаётся масляным насосом с регулируемой
производительностью. Он приводится от коленвала отдельным зубчатым ремнём. Масляный насос может
работать в двух режимах: с высоким или с низким давлением масла.
Подача масла
Масляный канал распредвалов
к турбокомпрессору
Масляный канал
Узел масляного фильтра
гидрокомпенсаторов
S514_044
Датчик давления
масла F1
Датчик низкого давления
Двухступенчатый
масла F378
масляный насос
Датчик уровня и температуры
масла G266
Форсунка для охлаждения
поршня
Масляный канал коленвала
13
Механическая часть двигателя
Комбинированный масляный/вакуумный насос
Место установки и привод
Масляный и вакуумный насосы размещены в одном
корпусе и образуют единый узел. Нижняя часть
корпуса насоса крепится винтами к блоку
цилиндров. Оба насоса используют один общий
приводной вал, который приводится зубчатым
ремнём от коленвала. Необслуживаемый зубчатый
ремень работает прямо в масле и натягивается
только изменением межосевого расстояния между
шкивами.
S514_009
Коленвал
Зубчатый
ремень
Масляный/вакуумный
Шкив привода
насос
масляного/вакуумного
насоса
Подключение насосов
Клапан регулирования давления масла N428 установлен над масляным поддоном в блоке цилиндров. Прямо
рядом с ним находится штуцер для подключения к вакуумной магистрали двигателя. Вакуумная магистраль
соединена с вакуумным насосом через отверстие в блоке цилиндров.
Вакуумный канал от блока
цилиндров к вакуумной
системе
Клапан регулирования давления
масла N428
Канал к масляному контуру
двигателя
Масляный/вакуумный
насос
S514_010
14
Вакуумный насос
Вакуумный насос отводит воздух из усилителя тормозов и вакуумной системы двигателя. Затем этот воздух
подаётся через пластинчатые клапаны в картер двигателя. В итоге засосанный вакуумным насосом воздух
вместе с картерными газами отводится системой вентиляции картера и подаётся во впускной тракт и далее
в цилиндры двигателя. Масло, используемое для смазки вакуумного насоса, из рабочей камеры насоса через
пластинчатые клапаны попадает в масляный поддон.
Устройство
Корпус
Предохранительный
Управляющий
Шкив
Крышка вакуумного
клапан
плунжер
насоса
Регулирующее
кольцо
Ротор вакуумного
насоса с заслонкой
S514_012
Ротор с пластинами
Предохранительный
Маслозаборник Пружина
Крышка масляного
клапан давления масла
регулирующего кольца
насоса
Масляный насос
Масляный насос — это шиберный насос с переменной производительностью, характеристика
производительности которого может изменяться посредством эксцентрично установленного регулирующего
кольца. При изменении положения регулирующего кольца изменяется объём подачи насоса, соответственно,
потребляемая насосом мощность адаптируется к условиям работы двигателя.
Управление давлением масла
5
Масляный насос работает на одной из двух ступеней
4
2
давления в зависимости от нагрузки на двигатель,
частоты вращения двигателя и температуры масла.
3
В результате в циклах нагрузки, возникающих
2
1
при движении в городских или загородных условиях,
1
мощность, затрачиваемая на привод насоса,
существенно уменьшается.
0
1000
2000
3000
4000
5000
1
Низкий уровень: давление масла 1,8-2,0 бар
Число оборотов двигателя, об/мин
S514_013
Высокий уровень: давление масла 3,8-4,2 бар
2
15
Механическая часть двигателя
Переключение уровней давления
Низкая ступень давления — малый объём подачи
В диапазоне низкой нагрузки и частоты вращения для обеспечения нормального смазывания компонентов
двигателя достаточно низкого давления в системе смазки. В этом режиме работы объём подачи насоса
уменьшается, чтобы снизить потребляемую насосом мощность.
Принцип действия
Блок управления двигателя включает клапан
Управляющая кромка плунжера открывает большее
регулирования давления масла N428, для этого он
сечение, направляя в управляющую камеру насоса
коммутирует находящийся под напряжением
значительное количество масла. Как только
(кл. 15) клапан с массой. В результате клапан
давление масла в управляющей камере превысит
открывает управляющий канал контура смазки
силу пружины регулирующего кольца,
двигателя к управляющей плоскости 2
регулирующее кольцо повернётся против часовой
управляющего плунжера.
стрелки. Как следствие, объём подачи между
Давление масла действует на обе плоскости
пластинами уменьшается, в систему смазки
плунжера и таким образом увеличивает силу,
подаётся меньшее количество масла.
которая сдвигает плунжер, преодолевая усилие
пружины.
Контур системы смазки
Пружина плунжера
Клапан регулирования давления
масла N428
Регулирующее
Маленькая рабочая
кольцо
камера
Управляющая
камера насоса
Пружина
Управляющий
Управляющая
Управляющая
регулирующего кольца
плунжер
поверхность 2
поверхность 1
S514_015
Поток масла без давления
Давление масла прим. 2 бар
16
Высокая ступень давления — большой объём подачи
В высоком диапазоне частот вращения или при высокой нагрузке на двигатель (например, резкое ускорение)
для смазывания узлов двигателя необходимо высокое давление масла. В этом режиме работы масляный насос
обеспечивает большую производительность.
Принцип действия
Клапан регулирования давления масла N428
Регулирующее кольцо отклоняется по часовой
не задействуется блоком управления двигателя.
стрелке, и перекачиваемый объём масла между
Давление в системе смазки действует только
пластинами (лопастями) насоса увеличивается.
на управляющую плоскость 1 плунжера. Сила,
Соответственно, в систему смазки подаётся больше
с которой плунжер давит на пружину, меньше.
масла. Масло, сливаемое из управляющей
Как следствие, кромка плунжера оставляет
камеры 2 плунжера, попадает через управляющий
свободным небольшое проходное сечение
канал и клапан регулирования давления в масляный
к управляющей камере насоса, и в управляющую
картер.
камеру попадает меньшее количество масла.
Давление масла на плоскость плунжера меньше,
чем усилие пружины регулирующего кольца.
Контур системы
Пружина плунжера
Клапан регулирования давления
смазки
масла N428
Регулирующее
Большая рабочая
кольцо
камера
Управляющая
камера насоса
Пружина
Управляющий
Управляющая
Управляющая
регулирующего кольца
плунжер
поверхность 2
поверхность 1
S514_018
Поток масла
Давление масла
Давление масла
Незначительное
без давления
прим. 2 бар
прим. 4 бар
давление масла
17
Механическая часть двигателя
Узел масляного фильтра
Пластмассовый корпус масляного фильтра и алюминиевый масляный радиатор образуют вместе единый узел
масляного фильтра, который крепится винтами к блоку цилиндров. Подача ОЖ в масляный радиатор
осуществляется напрямую из блока цилиндров. В состав узла масляного фильтра входит также перепускной
клапан масляного фильтра. При забивании масляного фильтра этот клапан открывается, обеспечивая
смазывание двигателя.
Датчики давления масла
Датчики давления масла служат для контроля давления масла в двигателе. Масляный насос может
обеспечивать два разных уровня давления масла: высокое и низкое. Анализ сигналов датчиков давления
масла осуществляется непосредственно блоком управления двигателя.
Датчик низкого давления масла F378
Датчик давления масла F1
Сигнал датчика низкого давления масла F378
Датчик давления масла F1 используется
используется для предупреждения водителя
для контроля давления масла, превышающего
о слишком низком давлении масла в двигателе.
предел срабатывания клапана регулирования
Датчик представляет собой выключатель, который
давления масла N428.
размыкается, когда давление масла становится
Датчик, также представляющий собой выключатель,
ниже 0,3-0,6 бар. В этом случае блок управления
замыкается, когда давление масла находится
двигателя включает контрольную лампу давления
в допустимом диапазоне 2,3-3,0 бар. По сигналу
масла в комбинации приборов.
этого датчика блок управления двигателя
распознаёт, что давление масла превышает
уровень низкого давления.
Масляный
радиатор
Поступление ОЖ
от масляного
радиатора
Датчик давления
масла F1
Перепускной клапан
Подача масла к местам
масляного фильтра
смазки в двигателе
Датчик низкого
давления масла F378
ОЖ к масляному
радиатору
S514_019
Фильтрующий элемент
Масло от масляного насоса
18
Датчик уровня и температуры масла G266
В масляном поддоне двигателей EA288
Текущая температура масла регистрируется
устанавливается электронный датчик уровня
встроенным датчиком температуры (PTC).
и температуры масла. Текущий уровень масла
в масляном поддоне определятся
по ультразвуковому принципу. Ультразвук
представляет собой акустические волны, частота
Основание
которых выше слышимого человеком диапазона.
датчика
с измерительной
В зависимости от материала/плотности
Измерительный
электроникой
препятствия, ультразвуковые волны
узел
распространяются в нём по&разному или
отражаются. Плотности воздуха и масла сильно
отличаются. В масле ультразвуковые волны
Уплотнение
распространяются с малым затуханием.
В воздухе же затухание ультразвуковых волн
выражено намного сильнее. Поэтому на границе
двух сред, воздуха и масла, ультразвуковые волны
3&контактный разъём
S514_020
отражаются. На основании этого явления
измеряется уровень масла.
Устройство и принцип действия
В основании установлены электронные измерительные устройства для определения уровня и температуры
масла, а также электронная схема, анализирующая получаемые данные. Электронное измерительное
устройство для определения уровня масла излучает ультразвуковые волны в находящееся в поддоне масло.
Ультразвуковые волны отражаются от границы масло&воздух и снова улавливаются электронным устройством.
На основании разницы во времени между излучаемым и принимаемым сигналом анализирующая электронная
схема рассчитывает уровень масла. Одновременно с измерением уровня масла датчик температуры PTC
регистрирует температуру масла. Оба значения передаются в блок управления двигателя с помощью одного
сигнала с широтно&импульсной модуляцией (ШИМ).
Датчик уровня масла
Выход сигнала с широтно&
импульсной модуляцией
Температура
Цифровой
преобра&
Уровень
зователь
Анализ
масла
S514_021
19
Большое спасибо!
Ваше мнение очень важно для нас.
Нет комментариевНе стесняйтесь поделиться с нами вашим ценным мнением.
Текст