1.9 TDI PD від VAG Group. Сімейство дизельних двигунів з впорскуванням насос-форсунка
AvtoAd
26/05/2022
1.9 TDI — дизельный двигатель с турбонаддувом с прямым внедрением, установленный в автомобильных группах Volkswagen, изготовлен и постоянно модернизирован в 1991—2011 годах. Впоследствии 1,9 TDI также появился в Форд Galaxy, вблизи VW Sharan и Seat Alhambra.
Более мощные двигатели 1.9 TDI имеют массовую максимальную мощность и мощность, что на десять процентов более интенсивно, чем указано производителем.
Совместно с Bosch Volkswagen удалось разработать дизельный двигатель с системой впрыска насоса, управляемой электромагнитным клапаном, пригодным для использования в легковых автомобилях.
Электромагнитный клапан:
1,9-литровый двигатель TDI с новой помпой системы впрыска отвечает строгим требованиям для повышения производительности и более чистых отходов.
Разработка 1,9-литрового двигателя TDI с системой впрыска насоса
Новый 1,9-литровый TDI двигатель мощностью 100 л. с. (74 кВт) с системой впрыска насос-форсунка был разработан на основе 1,9-литрового двигателя TDI мощностью 109 л. с. (81 кВт) с распределительным насосом и без промежуточного вала. Эта программа самообучения касается конструкции и функционирования новой системы впрыска насоса, а также модификаций топливной системы, системы управления двигателем и механических компонентов двигателя для размещения системы.
Дизельный двигатель с системой впрыска насоса имеет следующие преимущества перед двигателем с распределительным ТНВД:
• низкий шум горения;
• низкий расход топлива;
• чистые выбросы;
• Высокая эффективность.
Эти преимущества связаны с высоким давлением впрыска, а именно до 27846 фунтов на квадратный дюйм (192000 кПа / 1920 бар), а также с фазой перед инъекцией.
Технические данные 1,9-литрового двигателя TDI с системой впрыска насоса
- Код двигателя: BEW;
- Тип: четырёхцилиндровый двигатель с двумя клапанами на цилиндре;
- Смещение: 115,7 куб. дюймов (1896 см3);
- Погружение: 3,13 дюйма (79,5 мм);
- Расширение: 3,76 дюйма (95,5 мм);
- Сжатие: 19,0:1;
- Максимальная выходная мощность: 100 л. (74 кВт) при 4000 об/мин;
- Максимальный крутящий момент: 177 lbs-ft (240 Нм) при 1800–2400 об/мин;
- Управление двигателем : EDC 16;
- Последовательность стрельбы: 1-3-4-2;
- Контроль выбросов: Bin 10. Федеральная концепция выбросов EPA, OBD II, каталитический нейтрализатор, водяное охлаждение, система EGR.
Трапециевидный поршень и шатун
Ступица поршня и ушко шатуна имеют трапециевидную форму. Это обеспечивает высокое давление горения в 1,9-литровом двигателе.
По сравнению с обычным звеном в форме параллелограмма между поршнем и шатуном, трапециевидное ушко шатуна и ступица поршня имеют большую площадь контактной поверхности на поршневом пальце благодаря своей форме.
Процесс горения происходит на большей площади и это снимает нагрузку на поршневой палец и шатун.
Зубчатый ремень
Для создания высокого давления впрыска до 27 846 фунтов на квадратный дюйм (192 000 кПа/1920 бар) требуются значительные усилия насоса. Эти усилия истощают компоненты зубчатого ременного привода.
Чтобы снять нагрузку с зубчатого ремня, существует несколько модификаций:
• Вибрационный амортизатор, встроенный в шестеренку распределительного вала, уменьшает вибрацию в приводе зубчатого ремня;
• Зубчатый ремень примерно на 0,20 дюйма (5 мм) шире зубчатого ремня, используемого в базовом двигателе. Большие силы могут передаваться по большей площади поверхности;
• Гидравлический натяжитель удерживает зубчатый ремень равномерно натянутым в разных состояниях нагрузки;
• Некоторые зубья на зубчатом ремне коленчатого вала имеют больший зазор, чтобы уменьшить износ зубчатого ремня.
Для снятия нагрузки на зубчатый ремень во время цикла впрыска шестерня ремня ГРМ коленчатого вала имеет две пары зубов с большим промежутком, чем другие зубы.
Функции
При цикле впрыска происходит нагрузка на зубчатый ремень. Зубчатая шестерня ремня газораспределительного вала замедляется под действием сил закачки. В то же время процесс горения ускоряет ременную передачу коленчатого вала. Зубчатый ремень растягивается, вследствие чего шаг временно увеличивается. Через порядок срабатывания двигателя этот процесс растяжения происходит через регулярные промежутки времени, и одни и те же зубы на шестерни ремня ГРМ каждый раз находятся в сцеплении с зубчатым ремнем.
Неравномерный промежуток между зубами
На 1,9-литровом двигателе TDI с системой впрыска насосом зубья зубчатого ремня коленчатого вала имеют больший промежуток в определенных точках, чтобы компенсировать изменение шага зубцов ремня и таким образом уменьшить износ зубчатого ремня.
Схема поставки топлива
ч1.
ч2.
Топливный насос
Топливный насос расположен непосредственно сзади вакуумного насоса на головке цилиндров. Он перемещает топливо из топливного бака в насос-форсунки. Оба насоса вместе двигаются к распределительному валу. Их еще называют тандемным насосом.
Топливный насос является блокирующим лопастным насосом. Блокирующие лопатки прижаты к ротору насоса давлением пружины. Этот дизайн позволяет топливному насосу равномерно подавать топливо на низких оборотах двигателя.
Система топливных каналов внутри насоса сконструирована так, что ротор всегда остается смоченным топливом, даже если бак высох.
Функции
Всего есть 4 камеры: 2 втягивают, а 2 откачивают топливо. Топливный насос работает, накапливая напиво в камерах. При этом объем камер сначала увеличивается, а затем уменьшается. Это соответственно выталкивает топливо с давлением. Камеры втягивания и откачки отделены друг от друга пружинными блокирующими лопатками и лопастями ротора насоса. Топливо, вовлекаемое в камеру 1, выталкивается из камеры 2. Топливо, вовлекаемое в камеру 3, выталкивается из камеры 4. Вращение ротора увеличивает объем камеры 1, а объем камеры 4 одновременно уменьшается. Топливо выталкивается из камеры 4 к магистрали подачи топлива в головку цилиндров.
Вращение ротора увеличивает объем камеры 3 и уменьшает объем камеры 2. Втягивающееся в камеру 1 топливо вытесняется из камеры 2 до линии подачи топлива в головке цилиндра.
Система охлаждения топлива
Высокое давление нагревает неиспользованное топливо настолько, что его нужно охладить, прежде чем вернется в топливный бак. Топливный охладитель расположен на топливном фильтре. Он охлаждает возвращаемое топливо и предотвращает попадание чрезмерно горячего топлива в топливный бак и предохраняет датчик уровня топлива G от повреждения.
Контур охлаждения топлива
Нагретое топливо возвращается от насоса-форсунки через топливный охладитель. Его тепло передается охлаждающей жидкости в контуре охлаждения топлива, также проходит процесс охлаждения. Вспомогательный водяной охладитель понижает температуру охлаждающей жидкости в топливе.
Насос для охладителя топлива V166 – это электрический рециркуляционный насос. Он циркулирует охлаждающую жидкость в контуре охлаждения топлива через вспомогательный водяной охладитель и охладитель топлива. Включается модулем управления с прямым впрыском топлива J248 через реле и охлаждает топливо J445 при температуре топлива 158°F (70°C).
Контур охлаждения топлива в значительной степени отделен от контура охлаждения двигателя. Это необходимо, поскольку температура охлаждающей жидкости в контуре охлаждения двигателя слишком высока, чтобы охладить топливо, когда двигатель работает при рабочей температуре. Контур охлаждения топлива подключается к контуру охлаждения двигателя у расширительного бака. Это позволяет пополнить охлаждающую жидкость для охлаждения топлива в расширительный бачок охлаждающей жидкости. Также это позволяет компенсировать изменения объема из-за колебаний температуры.
Насос-Форсунка
Насос-форсунка – это насос, создающий давление; работает с блоком управления электромагнитным клапаном и инжектором. Каждый цилиндр двигателя имеет отдельный насос-форсунку. Это автоматически лишает системы потребности в магистрали высокого давления или в распределительном инжекторном насосе.
Как и обычная система с распределительным инжекторным насосом и отдельными форсунками, новая система впрыска насоса выполняет следующие функции:
- Создание высокого давления, необходимого для впрыска;
- Подача топлива в цилиндры в необходимом количестве в конкретный момент.
Насос-форсунка установлен прямо в головку цилиндров.
Важно: носос-форсунки крепятся к головке цилиндров с помощью отдельных зажимных блоков. Важно убедиться, что насос-форсунки правильно расположены после установки. Так как если насос-форсунки установлены не перпендикулярно головкам цилиндров, крепления могут ослабнуть. Это, вероятно, спровоцирует повреждение.
Дизайн
Приводной механизм
Распределительный вал имеет четыре дополнительных камеры для управления насосом-форсунками. Это активирует поршни с помощью коромысла роликового типа.
Кулачок впрыска имеет крутой передний край и постепенный наклон к задней кромке. В результате крутого переднего края поршень насоса выталкивается вниз с высокой скоростью. Высокое давление подачи топлива достигается быстро.
Постепенный наклон задней кромки кулачка позволяет поршню насоса двигаться медленно и равномерно вверх. Топливо поступает в камеру высокого давления насоса-форсунки без пузырьков воздуха.
Требования к образованию смеси и горению
Удачный процесс образования смеси является жизненно важным фактором для эффективного горения. Соответственно топливо необходимо впрыскивать в нужном количестве в нужное время и под высоким давлением. Даже минимальные отклонения могут привести к повышению уровня выбросов загрязняющих веществ, шумному горению или чрезмерной потере топлива. Короткая задержка зажигания важна для последовательности горения дизельного двигателя. Задержка зажигания – это период между началом впрыска топлива и началом повышения давления в камере горения. Если в этот период впрыскивается большой объем топлива, давление резко повышается и вызывает громкий шум горения.
Фаза перед впрыском
Для смягчения процесса горения перед началом фазы основного впрыска под низким давлением впрыскивается небольшое количество топлива. Это фаза перед инъекцией. Сгорание этого небольшого количества топлива вызывает повышение давления и температуры камеры горения. Это отвечает требованиям быстрого зажигания основного количества впрыска, таким образом уменьшая задержку зажигания. Фаза перед инъекцией, «интервал введения» между фазой перед инъекцией и фаза основного впрыска провоцируют постепенное повышение давления в камере горения, а не внезапное повышение давления. Последствия низкий уровень шума горения и меньшие выбросы оксида азота.
Основная фаза впрыска
Главное требование к фазе основного впрыска – образование хорошей смеси. Цель состоит в том, чтобы, по возможности, полностью сжечь топливо. Высокое давление впрыска тонко распыляет топливо, чтобы топливо и воздух могли хорошо смешиваться друг с другом. Полное горение уменьшает выброс загрязняющих веществ и обеспечивает высокую эффективность двигателя.
Конец впрыска
В конце процесса впрыска важно, чтобы давление быстро падало, а игла инжектора быстро закрывалась. Это предотвращает попадание топлива в камеру горения при низком давлении впрыска и с большим диаметром капель. В таких условиях топливо не сгорает полностью и это провоцирует увеличение выбросов загрязняющих веществ.
Процесс впрыска
1. Заполнение камеры высокого давления.
Во время фазы наполнения поршень насос движется вверх под действием пружины поршня и таким образом увеличивает объем камеры высокого давления. Электромагнитный клапан насоса-форсунки не активирован. Игла электромагнитного клапана находится в состоянии покоя. От линии подачи топлива к камере высокого давления путь открыт. Давление топлива в трубопроводе вынуждает топливо поступать в камеру высокого давления.
2. Фаза перед впрыском.
Кулачок впрыска толкает поршень насоса вниз с помощью коромысла роликового типа. Это вытесняет часть топлива из высокого давления камеры обратно в магистраль подачи топлива. Модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива J248 инициирует цикл впрыска активируя электромагнитный клапан насоса-инжектора. Игла электромагнитного клапана вдавливается в седло клапана и закрывает путь от высокого давления камеры до линии подачи топлива. Это и провоцирует повышение давления в камере высокого давления. При давлении 2611 фунтов на квадратный дюйм (18 000 кПа/180 бар) игла инжектора поднимается из своего гнезда, и начинается цикл перед впрыском.
Во время фазы перед впрыском ход иглы инжектора гасится гидравлической подушкой. В результате можно точно отмерить объем впрыска. В первой трети общего процесса игла инжектора открывается без гашения. Объем предварительного впрыска впрыскивается в камеру горения.
Как только амортизирующий поршень погружается в отверстие корпуса форсунки, топливо над иглой инжектора вытесняется в камеру пружины только через отверстие утечки. Это создает агидравлическую подушку, ограничивающую ход иглы инжектора во время фазы перед впрыском.
3. Конец фазы перед впрыском.
Фаза перед впрыскиванием заканчивается сразу после открытия иглы инжектора. Повышение давления вынуждает втягивающий поршень двигаться вниз, тем самым увеличивая объем камеры высокого давления. В результате давление на мгновение падает, и игла инжектора закрывается. На этом этапе движение поршня втягивается вниз сильнее и нагружает пружину инжектора. Чтобы снова открыть иглу инжектора во время следующей фазы основного впрыска, давление топлива должно быть больше, чем во время фазы перед впрыском.
4. Начало основной фазы впрыска.
Давление в камере высокого давления снова увеличивается вскоре после закрытия иглы инжектора. Электромагнитный клапан насоса-инжектора остается закрытым, а поршень насоса двигается вниз. Приблизительно 4351 фунт/кв.дюйм (30 000 кПа/300 бар) давление топлива превышает силу, оказываемую предварительно нагруженной пружиной инжектора. Игла инжектора снова поднимается со своего места и вводят основное количество инъекции. Давление повышается до 27121 фунтов на квадратный дюйм (187 000 кПа/1870 бар) до 27 846 фунтов на квадратный дюйм (192 000 кПа/1920 бар). Максимальное давление топлива достигается при максимальной мощности двигателя. Это происходит на высоких оборотах двигателя, когда впрыскивается большой объем топлива.
5. Основная фаза впрыска.
Цикл впрыска заканчивается, когда модуль управления двигателем J248 с прямым впрыском топлива перестает активировать электромагнитный клапан насоса-форсунки. Пружина электромагнитного клапана открывает иглу электромагнитного клапана и топливо, вытесненное поршнем насоса, может попасть в магистраль подачи топлива. Давление падает. Игла инжектора закрывается и пружина форсунки прижимает поршень байпаса в исходное положение. На этом основная фаза инъекции истекает.
6. Возврат топлива насосом-форсункой.
Возврат топлива насосом-форсункой происходит в следующем порядке:
- Охлаждение насоса-инжектора путем промывки топлива по трубопроводу подачи топлива через каналы насоса-инжектора в обратный топливный трубопровод;
- Выпуск утекающего топлива через поршень насоса;
- Разделение пузырькового пара из трубопровода подачи топлива насоса-форсунки через ограничители в обратном трубопроводе топлива.
Управление двигателем: обзор системы
Датчики
Актуаторы
Датчик положения распределительного вала G40
Датчик положения распределительного вала G40 является датчиком Холла. Он прикреплен к защите зубчатого ремня под шестерней распределительного вала; сканирует семь зубцов на колесе датчика распределительного вала, прикрепленном к шестерне распределительного вала.
Применение сигнала
Модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива J248 использует сигнал, генерирующий датчик положения распределительного вала G40, чтобы определить взаимное положение поршней в цилиндрах при запуске двигателя.
Последствия сбоя сигнала
В случае сбоя сигнала датчика положения распределительного вала G40 модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива J248 использует сигнал, который генерирует датчик скорости двигателя G28.
Электрическая схема
G40 Датчик положения распределительного вала
J248 Модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива
J317 Блок питания (клемма 30, B+) Реле.
Распознавание цилиндра при запуске двигателя
При запуске двигателя модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива J248 должен определить, какой цилиндр находится на такте сжатия, чтобы активировать правильный клапан насоса-форсунки. Чтобы достичь этого, он оценивает сигнал, созданный датчиком положения распредвала G40, который сканирует зубцы колеса датчика распределительного вала, чтобы определить положение распределительного вала.
Датчик распределительного вала.
Поскольку распределительный вал совершает один оборот на 360 градусов за рабочий цикл, на колесе датчика имеется зуб для каждого отдельного цилиндра. Эти зубы расположены на расстоянии 90 градусов друг от друга. Чтобы различать цилиндр, колесо датчика имеет дополнительный зуб с разным интервалом для каждого из цилиндров 1, 2 и 3.
Каждый раз, когда зуб проходит через датчик положения распределительного вала G40, напряжение эффекта Холла индуцируется и передается на модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива J248. Поскольку зубцы расположены на разном расстоянии друг от друга, индуцированное напряжение возникает через разные промежутки времени. Исходя из этого модуль управления дизельным двигателем с прямым впрыском топлива J248 определяет взаимное расположение цилиндров и использует эту информацию для управления электромагнитными клапанами насоса-форсунки.
Датчик оборотов двигателя G28
Датчик скорости двигателя G28 является индуктивным датчиком. Он крепится к блоку цилиндров.
Колесо датчика оборотов двигателя
Датчик скорости двигателя G28 сканирует колесо датчика 60-2-2, прикрепленное к коленчатому валу. Это означает, что колесо датчика имеет 56 зубцов с двумя промежутками шириной по два зуба каждый. Эти промежутки расположены под углом 180 градусов и являются ориентирами для определения положения коленчатого вала.
Применение сигнала
Сигнал, генерируемый датчиком скорости двигателя G28, обеспечивает как скорость двигателя, так и точное положение коленчатого вала. С помощью этой информации рассчитывается точка впрыска и объем впрыска.
Последствия сбоя сигнала
Если сигнал датчика скорости двигателя G28 выходит из строя, двигатель выключается.
Электрическая схема:
- G28 Датчик скорости двигателя;
- J248 Модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива.
Функция быстрого запуска
Чтобы обеспечить быстрый запуск двигателя, модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива J248 оценивает сигналы, генерируемые датчиком положения распредвала G40 и датчиком скорости двигателя G28. Модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива J248 использует сигнал, генерирующий датчик положения распределительного вала G40, чтобы определить взаимное положение поршней в цилиндрах при запуске двигателя. Поскольку на колесе датчика коленчатого вала есть два промежутка, модуль управления двигателем J248 с прямым впрыском топлива дизельного двигателя получает ответный сигнал от датчика скорости двигателя G28 только после половины оборота коленчатого вала. Интерпретируя сигналы от этих двух датчиков, модуль управления дизельным двигателем с прямым впрыском топлива J248 определяет положение коленчатого вала в соответствии с распределительным валом и, таким образом, положение поршней в цилиндрах на ранней стадии. Имея эту информацию, он может активировать правильный электромагнитный клапан в подходящее время, чтобы инициировать цикл впрыска в следующем цилиндре и достигнуть стадии сжатия. Функция быстрого запуска обеспечивает ранний запуск двигателя, поскольку синхронизация с первым цилиндром не требуется.
Датчик температуры топлива G81
Датчик температуры топлива G81 расположен в обратном трубопроводе между топливным насосом и топливным охладителем. Он описывает текущую температуру горючего в данной точке. Датчик температуры топлива G81 имеет отрицательный температурный коэффициент. Сопротивление датчика уменьшается с повышением температуры топлива.
Применение сигнала
Сигнал, генерируемый датчиком температуры топлива G81, используется модулем управления дизельным двигателем с прямым впрыском топлива J248 для определения температуры топлива. Этот сигнал необходим для расчета начала точки впрыска и количества впрыска, чтобы можно было учесть плотность топлива при разных температурах. Этот сигнал используется для определения момента включения топливного насоса охлаждения.
Последствия сбоя сигнала
В случае неисправности сигнала датчика температуры топлива G81, модуль управления двигателем J248 с прямым впрыском топлива вычисляет новое значение на основе сигнала, созданного датчиком температуры охлаждающей жидкости двигателя G62.
Электрическая схема
G81 Датчик температуры.
J248 Модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива.
Датчик массового расхода воздуха G70
Датчик массовой потери воздуха G70 с распознаванием обратного потока расположен во впускной трубе. Он определяет массу всасываемого воздуха. Действие открывания и закрытия клапана вызывает обратные потоки в приведенной массе воздуха во впускном трубопроводе. Датчик массового расхода воздуха G70 распознает и учитывает возвращаемую массу воздуха в сигнале, который он посылает на модуль управления двигателем с прямым впрыском топлива J248. Воздушную массу измеряют точно.
