Главная
База знаний
Двигатель Audi 2.0 л TDI с системой впрыска Common Rail

Двигатель Audi 2.0 л TDI с системой впрыска Common Rail

AvtoAd

11/08/2022

Двигатель Audi 2.0 л TDI с системой впрыска Common Rail

Двигатель 2.0 л TDI мощностью 105 кВт (143 л. с.) с системой впрыска Common Rail (CR) знаменует начало перехода в новое поколение мощных и экономичных дизельных двигателей. Он демонтирует новые возможности схемы TDI и делает ее пригодной для требований завтрашнего дня, которые определяются прежде всего необходимостью минимизации воздействия на окружающую среду.

Двигатель 2.0 л TDI-CR базируется на успешном 2.0 л TDI с насос-форсунками, но при этом комбинация двухлитрового агрегата TDI с системой впрыска Common Rail позволяет вывести его на новый уровень. Новый двигатель 2.0 л TDI-CR выпускает завод Audi Hungaria Motor в венгерском Дери (Gyr) и уже сегодня отвечает строгим требованиям нормы Евро 5, которая вступила в силу только в 2010 году.

Применение техники впрыска Common Rail дает двигателю 2.0 л TDI-CR очень существенные преимущества в отношении токсичности ОГ, шумности, массы и размеров (конструктивной высоты).

Важнейшим новшеством является переход на аккумуляторную систему впрыска Common Rail. При оснащении сажевым фильтром новый двигатель выполняет требования действующей нормы Евро 4. На некоторых рынках двигатель предлагают также без сажевого фильтра, выполняя в этом случае требования нормы Евро 3.

Содержание

1. Технические особенности.

2. Технические свойства.

3. Схема буквенного обозначения двигателя.

4. Блок цилиндров.

5. Кривошипно-шатунный механизм.

6. Коленчатый вал.

7. Поршни.

8. Блок балансирных валов.

9. Головка блока цилиндров.

10. Привод распределительного вала впускных клапанов.

11. 4 клапана на цилиндр.

12. Зубчатый ремерный привод ГРМ.

13. Привод навесных агрегатов.

14. Заслонки впускных каналов.

15. Принцип работы заслонок впускных каналов.

16. Система смазки.

17. Система вентиляции картера.

18. Грубое отделение масла.

19. Общая схема пути картерных газов.

20. Тонкое отделение масла. Малая разница давления.

21. Тонкое отделение масла. Большая разность давления.

22. Клапан регулировки давления.

23. Система охлаждения.

24. Низкотемпературное охлаждение ОГ во время рециркуляции.

25. Радиатор системы рециркуляции ОГ.

26. Система впрыска Common Rail.

27. Топливная система (общая схема).

28. Дополнительный топливный насос.

29. Дополнительный топливный насос V393 и топливный фильтр.

30. Клапан предварительного подогрева топлива.

31. Управляющий термоэлемент.

32. Технические особенности системы впрыска.

33. Форсунки.

34. ТНВД CP 4.1.

35. Схема устройства.

36. Зона высокого давления.

37. Впуск.

38. Рабочий ход.

39. Клапан дозировки топлива N290.

40. Зона низкого давления.

41. Управление давлением в топливной рампе.

42. Регулирование с помощью регулятора давления топлива N276.

43. Регулировка с помощью клапана дозировки топлива N290.

44. Регулировка с помощью обоих клапанов.

45. Регулятор давления топлива N276.

46. Регулятор в свободном состоянии (когда двигатель выключен).

47. На регулятор распространяется сигнал управления (двигатель включен).

48. Датчики.

49. Система управления двигателем.

50. Интерфейсы шины CAN (CAN-привод).

51.Турбонагнетатель.

52. Замедлитель потока воздуха.

53. Регулирование давления наддува.

54. Электромагнитный клапан ограничения давления наддува N75.

55. Датчик давления наддува G31/ датчик температуры воздуха на впуске G42.

56. Датчик температуры воздуха на впуске G42.

57. Датчик положения регулятора давления наддува G581.

58. Рециркуляция ОГ.

59. Клапан рециркуляции ОГ N18.

60. Потенциометр системы рециркуляции ОГ G212.

61. Переключатель радиатора системы рециркуляции ОГ N345.

62. Блок дроссельной заслонки J338.

63. Потенциометр дроссельной заслонки G69.

64. Сажевой фильтр.

65. Степень заполнения и виды регенерации сажи фильтра двигателя 2.0 л TDI-CR.

66. Система предварительного накаливания.

67. Управляющие сигналы свечей накаливания со смещением по фазе.

68. Техническое обслуживание.

Технические особенности

Система впрыска Common Rail с форсунками с пьезокристаллическими клапанами.
Сажевой фильтр с предварительным окислительным катализатором.
Впускной коллектор с заслонками впускных каналов.
Электрический клапан рециркуляции ОГ.
Турбонагнетатель с регулируемой геометрией турбины и датчиком положения регулятора.

Технические характеристики

Буквенное обозначение двигателя: CAGA.
Конструктивное исполнение: 4 цилиндра, порядковый.
Рабочий объем, см3:1968.
Мощность, кВт (л. с.): 105 (143) при 4200 об/мин.
Крутящий момент, Нм: 320 при от 1750 до 2500 об/мин.
Число клапанов на цилиндр: 4.
Диаметр цилиндра, мм: 81.
Ход поршня, мм: 95,5.
Степень сжатия: 16,5:5.
Система управления двигателя: Bosch EDC 17.
Нейтрализация токсичных веществ в ОГ: Окислительный катализатор, рециркуляция ОГ с жидкостным охлаждением, необслуживаемый сажевой фильтр.
Соответствие нормам токсичности ОГ: Евро 4.

Схема буквенного обозначения двигателя

Для уменьшения числа и систематизации буквенных обозначений двигателя к трехзначным буквенным обозначениям добавляется новый, четвертый знак. Соответствующие характеристики мощности и крутящего момента задает программное обеспечение блока управления двигателя. Двигателям, соответствующим разным нормам токсичности ОГ, измененное буквенное обозначение не присваивается.

Наклейка на блоке управления двигателя:

Стикер с данными автомобиля:

Наклейка с буквенным обозначением двигателя:

Табличка изготовителя:

Буквенное обозначение двигателя в блоке цилиндров:

Блок цилиндров

Блок цилиндров двигателя 2,0 л TDI-CR изготовлен из серого чугуна с пластинчатым графитом, расстояние между осями цилиндров составляет 88 мм. По своим геометрическим размерам он базируется на двигателе 2,0л TDI с насос-форсунками.

Кривошипно-шатунный механизм

Коленчатый вал

В связи с высокими механическими нагрузками на двигатель 2,0 л TDI-CR устанавливается кованый коленчатый вал. Для снижения нагрузки на опоры конструкции коленчатого вала предусмотрены только 4 противовеса вместо обычных 8. Это способствует также снижению вибраций двигателя и уменьшению шума его работы.

Поршни

Как и на предшественнике, двигатели 2,0 л 125 кВт TDI с насос-форсунками, выемки под клапаны в днищах поршней отсутствуют. Благодаря этому достигается уменьшение объема сгорающей камеры. Для охлаждения зоны поршневых колец в поршне предусмотрен кольцевой охлаждающий канал, который через специальные форсунки впрыскивается масло.
Камера сгорания в поршне, в которой происходит завихрение и перемешивание воздуха и топлива, точно подобрана в соответствии с формой факелов форсунок и имеет широкую и плоскую форму. (Тем самым облегчается гомогенное смесеобразование, и это предотвращает возникновение сажевых частиц).

Блок балансирных валов

На двигателе 2,0 л 105 кВт TDI-CR устанавливается блок балансирных валов, находящийся под коленчатым валом в масляном поддоне. Блок балансирных валов работает от коленчатого вала с помощью шестерни привода. В блоке балансирных валов вместе с ним расположен насос Duocentric.

Блок балансирных валов состоит из корпуса, отлитого из серого чугуна, двух балансирных валов, вращающихся в противоположные стороны, косозубой зубчатой передачи, а также встроенного в блок масляного насоса Duocentric. Вращение коленчатого вала передается на промежуточное зубчатое колесо, расположенное с наружной стороны корпуса блока. Это зубчатое колесо запускает, в свою очередь, балансирный вал I. Балансирный вал I через расположенную внутри корпуса блока зубчатую пару совершает движению балансирный вал II и через него - масляный насос Duocentric. Зубчатая передача сконструирована таким образом, что балансирные валы вращаются со скоростью вдвое больше скорости вращения коленвала. Боковое отверстие зубчатого зацепления регулируется с помощью специального покрытия промежуточного зубчатого колеса. Сначала эксплуатации двигателя это покрытие стирается.

Важно: после снятия или ослабления крепления промежуточного зубчатого колеса или балансирного вала I промежуточное зубчатое колесо необходимо заменить новым.

Головка блока цилиндров

В двигателе 2.0 л TDI-CR установлена алюминиевая ГБЦ с поперечным протоком ОЖ и двумя впускными и двумя выпускными клапанами на цилиндр. Топливные форсунки расположены вертикально. Распределительные валы впускных и выпускных клапанов с верхним расположением соединены друг с другом с помощью зубчатого цилиндрического пара с компенсацией боковых зазоров. Приводятся распределительные валы с помощью зубчатого ремня от коленчатого вала и через зубчатый шкив на распределительном вале выпускных клапанов. Клапаны приводятся с помощью роликовых коромысел, обеспечивающих минимальные потери на трение с гидрокомпенсаторами. Форсунки зафиксированы в ГБЦ с помощью прижимных пластин. Доступ к ним обеспечивается через лючки клапанной крышки.

Привод распределительного вала впускных клапанов

Впускной и выпускной распределительные валы соединены между собой с помощью цилиндрического зубчатого пара с компенсацией боковых зазоров. При этом зубчатое колесо впускного распределительного вала является второстепенным, а выпускного – главным (ведущим). Компенсация боковых зазоров обеспечивает бесшумную работу зубчатого пара привода распределительного вала впускных клапанов.

Более широкая (неподвижная) часть цилиндрического зубчатого колеса жестко закреплена на распределительном валу выпускных клапанов. В ее передней части располагаются шесть выступов. Более узкая (подвижная) часть цилиндрического зубчатого колеса может перемещаться в радиальном и осевом направлениях и таким образом компенсирует зазор в зацеплении. На обороте узкой части находятся углубления для шести выступов.

Обе части цилиндрического зубчатого колеса прижимаются друг к другу (в осевом направлении) тарелчатой пружиной. При этом, благодаря наклонным плоскостям выступов и впадин, они стремятся вернуться друг к другу (по продольной оси).

4 клапана на цилиндр

Для каждого цилиндра в головке блока вертикально установлены по 2 впускных и по 2 выпускных клапана.
Вертикально (по оси цилиндра) расположенная форсунка установлена точно по центру сгорания камеры в поршне.

Форма, размер и расположение впускных и выпускных каналов обеспечивают хорошее наполнение и оптимальный газообмен в камере сгорания.

Один из впускных каналов выполнен как винтовой, другой как прямой канал всасывания. Использование винтового канала позволяет предоставлять впускаемому воздуху необходимое завихрение.

Прямой канал обеспечивает хорошую заполняемость камеры сгорания, особенно на высоких оборотах.

Зубчатый ремень привода ГРМ

Через зубчатую ременную передачу производится привод распределительного вала, насоса системы охлаждения и ТНВД системы Common Rail.

Привод навесных агрегатов

Такие навесные агрегаты как генератор и компрессор климатической установки приводятся от коленчатого вала с помощью поликлинового ремня. На рабочую поверхность ремня нанесено покрытие, которое улучшает его сцепление со шкивами. Это, кроме того, способствует уменьшению шумов, возникающих обычно в условиях сырой или холодной погоды.

Заслонки впускных каналов

В каналах впускного коллектора установлены бесступенчато переставляемые заслонки. Изменением положения заслонок впускных каналов можно изменять в зависимости от оборотов двигателя степень завихрения воздуха, попадающего в камеру сгорания.
Заслонки впускных каналов приводятся с помощью штока электродвигателя привода воздушных заслонок V157. Этот исполнительный электродвигатель управляется, в свою очередь, блоком управления двигателя. В исполнительный электродвигатель встроен датчик (потенциометр) положения заслонок впускных каналов G336, который передает блоку управления двигателя информацию о текущем фактическом положении заслонок.

Принцип работы заслонок впускных каналов

На холостом ходу и в диапазоне низких оборотов заслонки впускных каналов закрыты. Воздух поступает в цилиндры только через винтовые каналы, что обеспечивает хорошее смесеобразование. При запуске двигателя, при работе в аварийном режиме или при полной погрузке заслонки впускных каналов открыты.

При движении автомобиля положение заслонок непрерывно регулируется в соответствии с изменением оборотов двигателя и нагрузкой. Тем самым в каждом режиме работы двигателя обеспечивается оптимальное наполнение цилиндров.

Начиная с оборотов ок. 3000 об/мин, заслонки впускных каналов полностью открываются. Тем самым обеспечивается максимальная подача воздуха и оптимальное наполнение камеры сгорания.

Система смазки

Компоненты:

1. Масляный поддон.
2. Датчик уровня и температуры масла G266.
3. Масляный насос Duocentric.
4. Клапан регулировки давления масла.
5. Масляный радиатор.
6. Масляный фильтр.
7. Перепускной клапан.
8. Обратный масляный клапан.
9. Датчик давления масла F1.
10. Коленчатый вал.
11. Форсунки для охлаждения поршня.
12. Распределительный вал выпускных клапанов.
13. Распределительный вал впускных клапанов.
14. Вакуумный насос.
15.¦Турбонагнетатель.
16. Возврат масла.
17. Сетчатый фильтр.
18. Дроссель.

Для создания масляного контура требуемого давления используется масляный насос Duocentric (3). Он встроен в блок балансирных валов и от одного из балансирных валов. Клапан регулирования давления масла (4) играет роль предохранительного клапана. Он предотвращает повреждение деталей двигателя вследствие слишком высокого давления масла, например, при работе с высокими оборотами при низкой температуре воздуха. Перепускной клапан (7) открывается при засорении/непроходимости масляного фильтра, обеспечивая тем самым смазку деталей и узлов двигателя.

A. Подшипники распределительных валов.
B. Гидрокомпенсатор клапанов.
C. Коренные подшипники.

Система вентиляции картера

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в его картер через поршневые кольца прорываются газы - картерные. Для удаления этих смешанных с масляным туманом газов служит система вентиляции картера, после которой они снова подаются во впускной тракт, чтобы избежать загрязнения окружающей среды. Требования к экологичности выросших в последние годы двигателей делают необходимым применение эффективных методов маслоотделения. Применение нескольких степеней маслоотделения позволяет свести к минимуму подачу остатков масла в камеры сгорания двигателя, а тем самым и сажеобразование.

Отделение масла осуществляется по следующему принципу:
- грубое отделение масла,
- тонкое отделение масла,
- отделение в исходном успокоителе.

Компоненты системы вентиляции картера встроены (вместе с маслозаливной горловиной и ресивером вакуумной системы) в клапанную крышку ГБЦ.

Грубое отделение масла

Из зон работы коленчатого вала и распредвалов картерные газы попадают во входной успокоитель. Камера входящего успокоителя выполнена как одно целое с клапанной крышкой. Во входном успокоителе движение картерных газов замедляется, и большие капли масла оседают на стенках и скапливаются на дне камеры. Через отверстия в дни камеры входного успокоителя масло стекает в головку блока цилиндров.

Общая схема пути картерных газов

Тонкое отделение масла. Малая разница давления

Тонкое отделение масла осуществляется с помощью четырех маслоотделителей центробежного типа. В зависимости от разности давлений между картером и впускным коллектором клапанки из пружинной стали включают в работу два или четыре центробежных маслоотделителя. Благодаря форме центробежного маслоотделителя воздух, проходящий через него, приходит в вращательное движение.

Тонкое отделение масла. Большая разница давления

Клапан регулирования давления управляет давлением в системе вентиляции картера. Он состоит из мембраны и пружины. Клапан регулировки давления позволяет отводить картерные газы к впускному каналу, не создавая излишнего разрежения в картере. Слишком низкое давление (большое разрежение) в картере может привести к повреждению уплотнений двигателя.

Клапан регулировки давления

При незначительном разжижении во впускном канале пружина открывает клапан.
При значительном разжижении во впускном канале клапан закрывается.

Клапан регулировки давления открытый

Выходной успокоитель

Для предотвращения образования турбулентностей при введении картерных газов во впускной тракт газа проходят через выходной успокоитель. В камере выходного успокоителя поток газов освобождается от завихрений, сообщенных ему центробежными маслоотделителями. Кроме того, в этой камере также отделяется определенное остаточное количество масляной суспензии.

Система охлаждения

Принудительная циркуляция жидкости в системе охлаждения создается механическим насосом, приводимым в работу от коленчатого вала двигателя зубчатым ремнем. Установленный в системе охлаждения термостат с твердым наполнителем переключает циркуляцию ОЖ большому или малому кругу.

Компоненты:

1. Теплообменник обогревателя.
2. Обратный клапан.
3. Термоклапан.
4. Расширительный бачок.
5. Датчик температуры охлаждающей жидкости G62.
6. Датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе из радиатора G83.
7. Масляный радиатор.
8. Насос радиатора системы рециркуляции ОГ V400.
9. Радиатор системы рециркуляции ОГ.
10. Термостат.
11. Насос системы охлаждения.
12. Радиатор.

Низкотемпературное охлаждение ОГ во время рециркуляции

Для снижения выбросов NOx двигатель оснащен низкотемпературным охлаждением рециркулируемых ОГ. До достижения двигателем рабочей температуры рециркулируемый контур охлаждения ОГ образует в системе охлаждения отдельный круг.

Принцип работы:

При закрытом термостате радиатор рециркуляционной системы ОГ получает охлажденную ОЖ непосредственно от основного радиатора системы охлаждения с помощью насоса радиатора системы рециркуляции ОГ V400. Благодаря охлаждению рециркулированных ОГ до достаточно низкой температуры, большее их количество может быть направлено в камеры сгорания двигателя. Этим достигается снижение температуры сгорания и, как следствие, снижение содержания оксидов азота в ОГ при прогреве двигателя. Дополнительный электрический насос системы охлаждения (насос радиатора рециркуляционной системы ОГ V400) управляется блоком управления двигателя и при двигателе постоянно включен. Начиная с температуры примерно 70°C открывается термоклапан и закрывается обратный клапан. Обратный клапан предотвращает возникновение встречного тока ОЖ и, тем самым, образование «тепловой пробки» в радиаторе системы рециркуляции ОГ.

Радиатор системы рециркуляции ОГ

Холодный двигатель

Перепускная заслонка открыта, и ОГ проходят по пропускному каналу, минуя трубки радиатора. Горячие ОГ способствуют более быстрому достижению рабочей температуры и выходу на рабочий режим катализатора.

Двигатель прогревается

При температуре ок. 37°C перепускная заслонка закрывается и ОГ начинают проходить через трубки радиатора. Поскольку охлаждающая жидкость подается в радиатор рециркуляции ОГ непосредственно из основного радиатора системы охлаждения, рециркулированные ОГ поступают в камеры сгорания охлажденными. Более холодные ОГ снижают температуру сгорания и, тем самым, образование оксидов азота (NOx).

Система впрыска Common Rail

В системе питания нового двигателя 2.0 л TDI применяется система впрыска Common Rail. Система впрыска Common Rail представляет собой систему впрыска топлива для дизельных двигателей с аккумулятором высокого давления. Английское выражение "Common Rail" буквально означает "общая балка/рампа" и предполагает, что топливо к каждой из форсунок подается с одного общего аккумулятора высокого давления. В такой системе узлы, создающие высокое давление, и узлы собственного впрыска разделены. Необходимое для впрыска высокое давление топлива создается насосом высокого давления (ТНВД). Это давление накапливается в аккумуляторе высокого давления (топливной рампе) и постоянно подается к каждой форсунке через короткие магистрали высокого давления. Управляется система впрыска Common Rail системой управления двигателя Bosch EDC 17.

Топливная система (общая схема)

1. Подкачивающий топливный насос G6. Непрерывно подает топливо в напорную магистраль.
2. Клапан предварительного подогрева топлива. Предотвращает забивание топливного фильтра кристаллизующимися парафинами при низких температурах.
3. Дополнительный топливный насос V393. Подача топлива из напорной магистрали в топливный насос.
4. Топливный фильтр.
5. Датчик температуры топлива G81. Измерение текущей температуры топлива.
6. Топливный насос высокого давления (ТНВД). Создает необходимое для впрыска топлива высокое давление.
7. Клапан дозировки топлива N290. Регулирует количество топлива, подаваемого в аккумулятор высокого давления.
8. Регулятор давления топлива N276. Управление давлением топлива в контуре высокого давления.
9. Аккумулятор высокого давления (топливная рампа). Служит накопителем требуемого для впрыска высокого давления топлива для всех цилиндров двигателя.
10. Датчик давления топлива G247 Измеряет текущее давление топлива в контуре высокого давления.
11. Редукционный клапан. Поддерживает постоянное остаточное давление в обратных магистралях форсунок примерно на 10 бар. Такое давление необходимо для нормальной работы форсунок.
12. Форсунки N30, N31, N32, N33.

Дополнительный топливный насос

Дополнительный топливный насос устанавливается в районе днища, спереди вправо и служит для подачи топлива из топливного бака в напорную магистраль ТНВД. Дополнительный топливный насос управляется блоком управления двигателя через реле и повышает давление топлива, создаваемое электрическим топливным насосом в топливном баке, примерно на 5 бар. Тем самым обеспечивается бесперебойная подача топлива в ТНВД на всех режимах работы двигателя.

При обнаружении неполадок в работе дополнительного топливного насоса функционирование двигателя невозможно.

Дополнительный топливный насос V393 и топливный фильтр

Для защиты ТНВД от загрязнений в топливе (например продуктов механического износа), в напорной магистрали перед ТНВД устанавливается топливный фильтр.

Клапан предварительного подогрева топлива

Ранее клапан предварительного подогрева топлива устанавливался в одном узле с топливным фильтром. Клапан предварительного подогрева управляет циркуляцией топлива в низком давлении. На холодном двигателе термоэлемент клапана сокращается и через золотник перекрывает канал слива обратного топлива топливный бак. Возвращаемое от двигателя теплее топливо через внутренний канал в клапане подается непосредственно в напорную магистраль (проходя топливный бак). Это теплое топливо смешивается с холодным, идущим от топливного бака, и нагревает его, что предотвращает забивание топливного фильтра парафинами при низких температурах воздуха.

Движение холодного топлива:

Управляющий термоэлемент

Термоэлемент представляет собой жесткий металлический контейнер, наполненный воскообразным веществом, расширяющимся при плавлении. Повышение температуры топлива вызывает плавление воскообразного наполнителя и значительное повышение его объема. В результате этого наполнитель выдавливает из контейнера шток, связанный с золотником, открывающим канал возврата топлива в топливный бак. Температура открывания составляет шт. 15°C, рабочий ход штока экз. 2 мм. При уменьшении температуры топлива наполнитель охлаждается и уменьшается в объеме, в результате чего золотник под воздействием пружины вновь перекрывает канал к топливному баку.

Движение теплого топлива:

Технические особенности системы впрыска

В любом режиме работы двигателя может быть создано практически любое, оптимальное для данного режима давление топлива.
Высокое давление впрыска вплоть до 1800 бар обеспечивает тонкое распыление топлива и хорошее смесеобразование.
Гибкое управление ходом впрыска и возможность нескольких предварительных и последующих впрысков.
Благодаря широкому диапазону давлений и тактов впрыска, система Common Rail предоставляет широкие возможности для оптимизации процесса впрыска в любом из режимов работы двигателя. Тем самым она создает хорошие предпосылки для выполнения постоянно растущих требований к системам питания в части снижения расхода топлива, токсичности ОГ и шумности двигателя.

Форсунки

В системе Common-Rail двигателя 2.0 л применяются пьезофорсунки. Активными элементами в таких форсунках являются пьезокристаллы. Скорость работы пьезокристаллического привода превышает скорость работы электромагнитного клапана в четыре раза. Кроме того, применение пьезотехнологии позволяет снизить подвижную массу, связанную с иглой распылителя, на 75% по сравнению с электромагнитными форсунками.

Это обеспечивает системе следующие преимущества:
- очень малое время переключения;
- возможность реализации нескольких (до 5) впрыска в одном рабочем такте;
- точная дозировка количества впрыскиваемого топлива.

ТНВД CP 4.1

ТНВД нового двигателя выполнено по одноплунжерной схеме. Он приводится в работу зубчатым ремнем от коленчатого вала двигателя и оборачивается одновременно с ним. ТНВД создает необходимое для впрыска высокое давление топлива до 1800 бар. На приводном валу насоса есть два диаметрально (под 180° друг к другу) расположенные кулачки, благодаря чему создание высокого давления всегда происходит в такте сжатия соответствующего цилиндра. Благодаря этому нагрузка на привод насоса равномерно распределяется и колебания давления в контуре высокого давления сводятся к минимуму.

Схема устройства

Зона высокого давления

Дополнительный топливный насос подает в ТНВД достаточное количество топлива под давлением шт. 5 бар вне зависимости от режима работы двигателя. Через клапан дозировки топлива N290 топливо поступает в зону высокого давления ТНВД. Набегающий кулачок приводного вала приводит плунжер насоса в радиальное движение (вверх). Для уменьшения потерь на трение в обойме в нижней части плунжера

Впуск

Когда плунжер под воздействием пружины перемещается вниз, происходит увеличение объема камеры сжатия ТНВД. Давление в камере сжатия становится ниже, чем в подводящем канале, в результате чего открывается впускной клапан, и топливо начинает поступать в рабочую зону насоса.

Рабочий ход

Когда плунжер начинает подниматься, давление в камере сжатия увеличивается и впускной клапан закрывается. Когда давление в камере сжатия становится выше давления в контуре высокого давления, открывается выпускной клапан (обратный клапан), и топливо поступает в аккумулятор высокого давления (топливную рампу).

Клапан дозировки топлива N290

Клапан дозировки топлива N290 выполнен в качестве одного узла с насосом высокого давления. Он управляет подачей топлива в контур высокого давления в зависимости от потребностей двигателя. В результате такого управления ТНВД подает в аккумулятор высокого давления точно столько топлива, сколько нужно двигателю в текущем режиме работы, и не больше. Это снижает потребляемую ТНВД мощность и позволяет избежать ненужного нагревания топлива.

Принцип работы:

Клапан дозировки топлива N290 нормально открыт, т.е. когда на него не подается напряжение, он открыт. Для уменьшения подачи топлива в камеру сжатия блок управления двигателя подает на клапан сигнал с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ). В результате подачи ШИМ-сигнала клапан дозировки топлива N290 закрывается с определенной скважностью. В зависимости от скважности сигнала меняется положение золотника и тем самым подача топлива в камеру сжатия ТНВД.

При выходе из строя мощность двигателя снижается. Управление двигателем работает в аварийном режиме.

Зона низкого давления

Функцию регулирования давления топлива в зоне низкого давления выполняет перепускной клапан.

Принцип работы:

Дополнительный топливный насос подаёт топливо из топливного бака в напорную магистраль (ТНВД) под давлением примерно 5 бар. Тем самым обеспечивается бесперебойная подача топлива к ТНВД на всех режимах работы двигателя. Перепускной клапан ограничивает внутреннее давление ТНВД примерно до 4,3 бар. Топливо, подаваемое дополнительным насосом, оказывает давление на золотник (и пружину) перепускного клапана. При превышении давления 4,3 бар клапан перепуска открывает топливу доступ в обратную магистраль. Излишки поданного по напорной магистрали топлива возвращаются обратной магистралью в топливный бак.

Управление давлением в топливной рампе

В системе впрыска Common Rail двигателя 2,0 л TDI-CR для регулировки давления в аккумуляторе высокого давления применяется т.н. Концепция двойной регулировки. В зависимости от режима работы двигателя высокое давление топлива регулируется либо регулятором топливного давления N276 в топливной рампе, либо клапаном дозировки топлива N290 в ТНВД. Для этого блок управления двигателя подаёт на указанные клапаны соответствующий ШИМ-сигнал.

Регулировка с помощью регулятора давления топлива N276

При запуске двигателя и прогреве топлива высокое давление регулируется регулятором давления топлива N276. Для ускорения прогрева топлива ТНВД подает в топливную рампу и таким образом в зону высокого давления больше топлива, чем необходимо двигателю для работы. Излишки топлива через открытый регулятор давления N276 возвращаются в низкий контур давления.

Регулировка с помощью клапана дозировки топлива N290

При необходимости большого расхода топлива для впрыска и высокого давления топливной рампы давление регулируется клапаном дозировки топлива N290. Тем самым в топливную рампу подается именно столько топлива, сколько необходимо двигателю в текущем режиме работы. Это снижает потребляемую ТНВД мощность и позволяет избежать ненужного нагревания топлива.

Регулировка с помощью обоих клапанов

В режиме холостого или принудительного холостого хода, а также при небольшом расходе топлива на впрыск высокое давление регулируется двумя клапанами. Тем самым достигается высокая точность регулирования давления, необходимая для устойчивой работы на холостом ходу, снижение токсичности ОГ и обеспечение плавного перехода в режим принудительного холостого хода.

Регулятор давления топлива N276

Регулятор давления топлива N276 установлен в аккумуляторе высокого давления (топливной рампы). Необходимая величина давления в топливной рампе устанавливается посредством открывания и закрывания клапана регулятора. Для этого на регулятор давления топлива N276 от блока управления двигателя подается ШИМ-сигнал.

Регулятор в свободном состоянии (двигатель выключен)

Если на регулятор не подается сигнал управления, его клапан под давлением пружины открыт. Топливная рампа соединяется с обратной магистралью. Тем самым обеспечивается сообщение между зонами высокого и низкого давления. Предотвращается образование пузырей паров топлива, которое могло бы происходить в топливной рампе при охлаждении топлива после остановки двигателя, и тем самым облегчается дальнейший запуск двигателя.

На регулятор распространяется сигнал управления (двигатель включен)

Для установки в топливной рампе необходимого рабочего давления в диапазоне от 230 до 1800 бар, блок управления системы впрыска диз. двигателя J248 подает на регулятор широтно-импульсно модулированный сигнал (ШИМ-сигнал). В результате в электромагнитной катушке клапана возникает магнитное поле. Сердечник притягивается к катушки и тем самым прижимает иглу клапана к седлу. Таким образом, давление топлива в рампе действует против силы магнитного тяготения сердечника. Изменяя скважность подаваемого сигнала можно изменять проходное сечение клапана и тем самым количество топлива, поступающего в обратную магистраль. Кроме того, такая схема позволяет сглаживать колебания давления, возникающие в топливной рампе.

При выходе из строя регулятора давления N276 работа двигателя невозможна, поскольку невозможно создание топливной рампы давления, достаточно высокого для впрыска топлива.

Датчики

Датчик оборотов двигателя G28-1
Датчик Холла G40-2
Датчик положения педали акселератора G79 - 3
Расходомер воздуха G70 - 4
Датчик температуры ОЖ G62 - 5
Датчик давления наддува G31 - 6
Датчик температуры воздуха на впуске G42 - 7
Датчик температуры ОЖ на выходе из радиатора G83-8
Датчик температуры топлива G81-9
Датчик давления топлива G247 - 10
Потенциометр системы рециркуляции ОГ G212 – 11
Ламбда-зонд G39 – 12
Датчик 1 давления ОГ G450 – 13
Датчик температуры ОГ 1 G235 – 14
Датчик температуры ОГ 4 G648 – 15
Датчик положения педали сцепления G476 - 16
Датчик положения регулятора давления наддува G581 - 17
Датчик положения заслонок впускных каналов G336 - 18
Потенциометр дроссельной заслонки G69 – 19
Датчик температуры ОГ 3 G495 – 20
Выключатель стоп-сигнала F-21.

Система управления двигателем

Для управления двигателем 2,0 л TDI-CR используется электронная система управления дизельным двигателем EDC 17 производства фирмы Bosch. Система управления двигателем EDC 17 представляет собой дальнейшее развитие системы EDC 16. Основные отличия от системы EDC 16 состоят в увеличении мощности процессора и увеличении объема памяти.

Интерфейсы шины CAN (CAN-привод)

Нижеследующие сообщения пересылаются блоками управления шиной CAN-привод. Общее количество возможных сообщений очень велико, и в следующем перечне указаны лишь некоторые, наиболее важные из них.

Диагностический интерфейс шин данных J533 (межсетевой интерфейс):

Информация системы адаптивного круиз-контроля (АСС).
Увеличение количества оборотов холостого хода.
Пробег в км.
Дата.
Время.
Стоп-сигнал.
Распознавание прицепа.
Информация о круиз-контроле (GRA).
Информация об уровне и температуре масла.
Погрузка генератора.
Информация Audi drive select.
Информация помощника движения по полосе.
Электромеханический стояночный тормоз.

Блок управления ABS J104:

Запрос ASR.
Запрос ABS.
Запрос EDS.
Вмешательство ESP.
Выключатель стоп-сигнала ESP.
Сигнал скорости.
Момент вмешательства MSR.
Поперечное ускорение.
Скорость вращения колес.
Момент вмешательства ASR.

Блок управления АКП J217:

Переключение активно/не активно.
Компрессор климатической установки.
Выкл..
Состояние гидротрансформатора.
Передача для включения.
Положение рычага селектора.
Крутящий момент двигателя.
Коэффициент сопротивления движению (на подъемах).
Аварийные программы (информация о самодиагностике).
Состояние OBD2.
Частота вращения турбинного колеса.
Номинальное количество оборотов холостого хода.
Датчик угла поворота рулевого колеса G85:
Угол поворота рулевого колеса (используется для управления регулятором оборотов холостого хода (как обратная связь) и расчета крутящего момента двигателя (определяется мощность, используемая усилителем рулевого управления)).

Блок управления двигателя J623:

Информация о работе на холостом ходу (MSR).
Информация о работе в режиме интенсивного разгона (Kick-Down).
Выключатель педали сцепления.
Число оборотов коленчатого вала.
Крутящий момент двигателя.
Температура охлаждающей жидкости.
Информация о состоянии выключателя стоп сигнала.
Выключатель педали тормоза.
Положение переключателя круиз-контроля.
Задана скорость круиз-контроля.
Число оборотов холостого хода.
Сообщения системы предварительного накаливания.
Угол открытия дроссельной заслонки.
Температура воздуха на впуске.
Лампа бортовой диагностики OBD2.
Контрольная лампа температуры.
Температура охлаждающей жидкости.
Расход топлива.
Управление вентилятором радиатора.
Компрессор климатической установки.
Сброс нагрузки или снижение мощности.
Контрольная лампа сажи фильтра.
Управление пуском.
Выключатель Interlock.
Снятие блокировки стартера.
Выключение стартера.
Температура растительного масла.
Регулировка давления наддува.
Информация Audi drive select.
Рекомендация переключения на более высокую или более низкую передачу.
Информация счетчика интервалов ТО (WIV).
Кодирование коробки.

Турбонагнетатель

Для создания давления наддува в двигателе 2,0 л TDI-CR используется турбонагнетатель с переменной геометрией. В нем поток направляемых на рабочее колесо турбины ОГ управляется посредством поворота направляющих лопаток. Это позволяет обеспечить во всем диапазоне оборотов оптимальное давление наддува и тем самым хорошее сгорание. Изменение положения направляющих лопаток позволяет достигать в нижнем диапазоне оборотов высокого крутящего момента и хорошего разгона с места, а в верхнем диапазоне оборотов - снижение расхода топлива и токсичности ОГ. Поворот направляющих лопаток осуществляется вакуумным приводом через шток.

Замедлитель потока воздуха

На выходе турбонагнетателя установлен успокоитель потока, выполненный из нержавеющей стали. Он предназначен для уменьшения нежелательного шума турбонагнетателей.

Устройство и принцип действия:
При необходимости разгона с максимальным ускорением турбонагнетатель должен как можно быстрее создать давление наддува. При этом турбинное и насосное колеса разгоняются до высоких оборотов, и турбонагнетатель работает в режиме, близком к предельному. Это приводит к обрывам воздушного потока и, как следствие, к образованию нежелательных шумов, распространяемых по тракту наддувного воздуха. Прохождение наддувного воздуха приводит к колебаниям воздуха в камерах успокоителя. Эти колебания примерно совпадают по частоте с шумами наддувного воздуха. В результате интерференции звуковые волны шумов наддувного воздуха и колебаний из успокаивающих камер частично гасят друг друга, приводя к уменьшению шума.

Регулировка давления наддува

Регулировка давления наддува происходит за счет изменения количества подаваемого воздуха/сжимающего турбонагнетателя.

Условные обозначения:

1 – Вакуумная магистраль.
2 – Блок управления двигателя J623.
3 – Засасываемый воздух.
4 – Интеркулер.
5 – Электромагнитный клапан ограничения давления наддува N75.
6 – Насосная часть турбонагнетателя.
7 – Вакуумный привод.
8 – Турбина с переменной геометрией.
9 – Датчик давления наддува G31,
Датчик температуры воздуха на впуске G42.

Электромагнитный клапан ограничения давления наддува N75

Электромагнитный клапан ограничения давления наддува N75 представляет собой электропневматический исполнительный механизм. Электромагнитный клапан управляет подачей вакуума в вакуумный привод, который, в свою очередь, изменяет положение направляющих лопаток турбины.

Датчик давления наддува G31/ датчик температуры воздуха на впуске G42

Датчик давления наддува G31 и датчик температуры воздуха на впуске G42 выполнены как единственный узел, который устанавливается в наддувной трубе перед воздушной заслонкой.

Датчик температуры воздуха на впуске G42

Сигнал датчика температуры воздуха на впуске G42 используется блоком управления двигателя для регулировки давления наддува. Поскольку от температуры воздуха зависит его плотность, сигнал используется блоком управления двигателя для внесения соотв. поправок.

Датчик положения регулятора давления наддува G581

Датчик положения регулятора давления наддува G581 встроен в вакуумный привод турбонагнетателя. Он представляет собой датчик перемещения и дает БУ двигателю информацию о фактическом положении направляющих лопаток. Вместе с сигналом датчика давления наддува G31 позволяет заключить текущее состояние регулировки наддува.

Рециркуляция ОГ

Рециркуляция ОГ необходима для снижения выбросов оксидов азота из ОГ. Работа системы рециркуляции ОГ заключается в подаче части ОГ снова во впускной тракт и тем самым камеры сгорания двигателя. Это приводит к снижению содержания кислорода в топливовоздушной смеси и, как следствие, замедлению процесса сгорания. В результате снижается максимальная температура сгорания и уменьшаются выбросы окислов азота.

Компоненты:

1 - Засасывающийся воздух.
2 – Блок дроссельной заслонки J338 с потенциометром дроссельной заслонки G69.
3 – Клапан рециркуляции ОГ с потенциометром системы рециркуляции ОГ G212 и клапаном рециркуляции ОГ N18.
4 – Блок управления двигателя J623.
5 – Магистраль подачи рециркулированных ОГ.
6 – датчик температуры охлаждающей жидкости G62.
7 – Лямбда-зонд G39.
8 – Выпускной коллектор.
9 - Турбонагнетатель.
10 – Радиатор системы рециркуляции ОГ.
11 – Переключатель радиатора системы рециркуляции ОГ N345.
12 – Электродвигатель привода воздушной заслонки V157 с потенциометром заслонок впускных каналов G336.

Количество рециркулированных ОГ регулируется в соответствии с заложенной в БУ двигателем многопараметрической характеристикой. В ней учитываются такие параметры, как частота вращения коленчатого вала, количество впрыскиваемого топлива, масса и температура поступающего воздуха и давление наддува. В выпускном тракте перед сажевым фильтром установлен широкополосный лямбда-зонд. Этот зонд позволяет определить содержание ОГ кислорода в широком диапазоне измерений. Система рециркуляции ОГ использует сигнал лямбда-зонда для коррекции количества рециркулируемых ОГ. Радиатор охлаждения в системе рециркуляции ОГ позволяет снизить температуру рециркулируемых газов и тем самым еще больше снизить температуру сгорания, а также увеличить количество (массу) рециркулируемых ОГ. Это действие еще больше усиливается благодаря низкотемпературной схеме охлаждения рециркулированных ОГ.

Клапан рециркуляции ОГ N18

Перемещение тарелки клапана рециркуляции ОГ N18 производится с помощью исполнительного электродвигателя. Он управляется блоком управления двигателя и может наводить тарелку клапана в любое промежуточное положение. Перемещением тарелки клапана регулируется количество рециркулированных ОГ.

Потенциометр системы рециркуляции ОГ G212

Потенциометр системы рециркуляции ОГ G212 определяет текущее положение рециркуляционной тарелки клапана ОГ. Посредством этого сигнала блок управления двигателя получает информацию о фактическом положении тарелки клапана. Она используется при регулировании количества рециркулируемых газов и тем самым содержания оксидов азота в ОГ.

Переключатель радиатора системы рециркуляции ОГ N345

Радиатор рециркуляционной системы ОГ может подключаться или выключаться. Тем самым двигатель и сажевой фильтр могут быстрее прогреваться до рабочей температуры. Радиатор системы рециркуляции ОГ переключается в режим охлаждения, начиная с температуры ОЖ шт. Ночью 37°C. Переключатель радиатора системы рециркуляции ОГ N345 электро пневматический. Перемещение перепускной заслонки радиатора производится с помощью вакуумного привода, поступление вакуума к которому управляется электромагнитным клапаном. Выход переключающего клапана из строя делает невозможным перемещение перепускной заслонки вакуумным приводом. Заслонка перекрывает канал перепуска, и радиатор постоянно работает в режиме охлаждения. В результате достижения двигателем и сажевым фильтром рабочей температуры требует больше времени.

Блок дроссельной заслонки J338

Перед клапаном рециркуляции ОГ (по направлению движения воздуха) установлен блок дроссельной заслонки J338. В блоке дроссельной заслонки J338 имеется исполнительный электродвигатель, приводящий через редуктор дроссельную заслонку. Положение дроссельной заслонки регулируется бесступенчато и может быть оптимировано для любого сочетания погрузки и оборотов двигателя. Блок дроссельной заслонки J338 служит для следующего. В определенных режимах работы дроссельная заслонка создает разность давлений между впускным и рециркуляционным трактом ОГ. Благодаря этой разности давлений достигается эффективная рециркуляция ОГ. В режиме регенерации сажевого фильтра дроссельная заслонка управляет потоком воздуха, поступающим в цилиндры. При выключении двигателя заслонка закрывается. В результате в цилиндры двигателя попадает и сжимается в них меньше воздуха, благодаря чему двигатель плавнее останавливается.

При выходе из строя правильное управление рециркуляцией ОГ становится невозможным. Активная регенерация саже фильтра не выполняется.

Потенциометр дроссельной заслонки G69

Потенциометр дроссельной заслонки G69 встроен в привод дроссельной заслонки. Чувствительный элемент датчика определяет текущее положение дроссельной заслонки.
С помощью этого сигнала блок управления двигателя получает информацию о фактическом положении дроссельной заслонки. Эти данные используются при управлении рециркуляцией ОГ и регенерацией сажевого фильтра. При выходе из строя рециркуляция ОГ отключается, активная регенерация саже фильтра не выполняется.

Сажевой фильтр

Для уменьшения образования сажиных частиц на двигателе 2.0 л TDI-CR дополнительно, кроме внутренних мероприятий, применяется сажиный фильтр. Сажевой фильтр устанавливается по катализатору. Оба узла установлены в общем корпусе в непосредственной близости от двигателя для более быстрого достижения рабочей температуры.

Компоненты:

1 – Блок управления комбинации приборов J285.
2 -¦Блок управления двигателя J623.
3 – Расходомер воздуха G70.
4 -¦Дизельный двигатель.
5 - Датчик температуры ОГ 1 G235.
6 - Турбонагнетатель.
7 —¦Лямбда-зонд G39.
8 – Окислительный катализатор.
9 - Датчик температуры ОГ 3 G495.
10 - Датчик 1 давления ОГ G450.
11 - Датчик температуры ОГ 4 G648.
12 – Сажевой фильтр.

Конструкция сажевого фильтра

Сажевой фильтр и окислительный катализатор представляют собой два отдельных узла, размещенных в общем корпусе. При этом катализатор установлен перед (в направлении газового потока) сажевым фильтром.

Установка в одном блоке с окислительным катализатором имеет вместе с системой впрыска Common Rail следующие преимущества:

– Возможность более точной регулировки температуры ОГ при регенерации по сравнению с сажевым фильтром с каталитическим напылением. Теплота, выделяемая в катализаторе в результате окисления углеводородов и окиси углерода, учитывается непосредственно перед сажевым фильтром с помощью датчика температуры. Это позволяет более точно рассчитать количество топлива, которое необходимо впрыскивать в завершающей фазе сгорания («после впрыска») для повышения температуры ОГ во время регенерации фильтра.
– Большая безопасность при восстановлении дизельного фильтра.
– В режиме принудительного холостого хода предотвращается чрезмерное охлаждение саже фильтра в результате поступления холодного воздуха, окислительный катализатор играет при этом роль «теплового аккумулятора».

Окислительный катализатор

Катализатор имеет металлический носитель, ускоряющий его прогревание до рабочей температуры. На соты носителя нанесено покрытие из оксида алюминия, поверх которого напылен тонкий слой платины, в качестве катализатора для окисления углеводородов (HC) и монооксида углерода (CO).

Окислительный катализатор превращает большую часть углеводородов (HC) и моноксида углерода (CO) в водяной пар и диоксид углерода (углекислый газ).

Сажевой фильтр

Фильтрующим элементом сажи фильтра является пористый керамический монолитный носитель, выполненный из карбида кремния. В этом керамическом носителе множество параллельных микроканалов. Каналы попеременно заглушены перегородками с входной или выходной стороны. Т.е. это впускные и выпускные каналы, разделенные фильтрующими стенками. Фильтрующие стенки имеют пористую структуру и покрыты несущим слоем из оксида алюминия (и диоксида циркония). На несущий этот слой напылено платиновое покрытие, служащее в качестве катализатора.

ОГ, содержащие сажевые частицы, поступают во входные каналы с ячеистыми стенками. При этом ОГ проходят через ячеистые стенки в выходные каналы, а части сажи остаются во впускных каналах..

Регенерация:

При длительном использовании сажи фильтр забивается сажевыми частицами и теряет свою эффективность. Для поддержания работоспособности саже фильтр должен регулярно проходить регенерацию. В процессе регенерации в фильтре сжигаются собравшиеся в нем частицы сажи.

Регенерация сажевого фильтра может иметь разные формы:

пассивная регенерация,
фаза нагрева,
активная регенерация,
регенерация во время специальной регенерационной поездки, совершаемой клиентом,
регенерация, выполняемая службой технического обслуживания.

Фаза нагрева:

Чтобы как можно быстрее нагреть катализатор и сажный фильтр и вывести их тем самым на рабочую температуру, система управления двигателя выполняет дополнительный впрыск топлива после основного. Дополнительное топливо сгорает в цилиндре и таким образом повышает температуру сгорания. Выделившаяся при этом дополнительная теплота переносится отработанными газами к катализатору и сажевому фильтру, нагревая их. Фаза нагревания завершается, как только катализатор и сажи фильтр нагрелись до рабочей температуры и сохранили ее в течение определенного времени.

Пассивная регенерация:

При пассивной регенерации части сажи постоянно сжигаются без системы управления двигателя. Это происходит преимущественно тогда, когда двигатель работает с высокой нагрузкой, например при движении по скоростной магистрали, при температурах ОГ 350°C 500°C . При этом частицы сажи путем химической реакции с диоксидом азота превращаются в углекислый газ.

Активная регенерация:

В подавляющем большинстве обычных режимов эксплуатации температура ОГ недостаточна для пассивной регенерации. Поскольку сжигание частиц сажи не происходит, эти частицы накапливаются в фильтре. Когда в фильтре скапливается определенное количество сажи, система управления двигателя запускает процедуру активной регенерации. Частицы сажи сжигаются при температуре ОГ 600-650°C, превращаясь в углекислый газ.

Степень заполнения и виды регенерации сажи фильтра двигателя 2.0 л TDI-CR

Система предварительного накаливания

Двигатель 2,0л TDI-CR оборудован системой ускоренного прогрева камер сгорания перед запуском. Она обеспечивает при практически любых климатических условиях быстрый бензиновый запуск двигателя без длительного ожидания прогрева камер сгорания.

Управление стальными свечами накаливания осуществляет БУ двигателя J623 через БО свечей накаливания J179 с помощью ШИМ-сигналов, подаваемых со смещением по фазе. При этом напряжение на отдельных свечах накаливания устанавливается за счет изменения частоты подаваемых ШИМ-импульсов. Для быстрого пуска двигателя при температурах ниже 25°C предварительное накаливание производится с напряжением 11,5 В. Этим обеспечивается разогрев свечи накаливания в кратчайшие сроки (макс. 2 сек.) до температуры 1000°C. Тем самым, время предварительного прогрева камер сгорания сокращается.

Управляющие сигналы свечей накаливания со смещением по фазе

Для предотвращения чрезмерной нагрузки на бортовую сеть при предварительном накаливании сигналы отдельные свечи накаливания подаются со смещением по фазе. При этом ниспадающий фронт сигнала одной свечи всегда включает соответствующую свечу.