4-цилиндровый двигатель FSI рабочим объемом 2,0 л с турбонаддувом Audi A3 Sportback

Статья (21.02.2012)
4-цилиндровый двигатель FSI рабочим объемом 2,0 л с турбонаддувом Audi A3 Sportback
4-цилиндровый двигатель FSI рабочим объемом 2,0 л с турбонаддувом Audi A3 Sportback

На основе 4-цилиндрового двигателя FSI рабочим объемом 2,0 л с послойным смесеобразованием был разработан двигатель FSI с турбонаддувом, в котором преимущества непосредственного впрыска топлива дополняется динамикой, обеспечиваемой благодаря турбонагнетателю. Результатом стало создание исключительного силового агрегата, придающего автомобилю прекрасную эластичность и позволяющего водителю получить огромное удовольствие от езды.

Номер двигателя находится с левой задней стороны блока цилиндров рядом с фланцем для крепления коробки передач.

Номер двигателя

 

Внешняя скоростная характеристика

Внешняя скоростная характеристика

 

Технические данные 4-цилиндрового двигателя FSI рабочим объемом 2,0 л с турбонаддувом

Обозначение двигателя

AXX

Конструкция

Рядный 4-цилиндровый бензиновый двигатель

Рабочий объем, куб см

1984

Мощность

147 кВт (200 л.с.)

Крутящий момент

280 Н·м при 1800-4700 об/мин

Диаметр цилиндра

82,5 мм

Ход поршня

92,8 мм

Степень сжатия

10,5:1

Масса

примерно 152 кг

Порядок зажигания

1 - 3 - 4 - 2

Система управления двигателем

Bosch Motronic MED 9.1

Диапазон регулировки распредвала

42° поворота коленвала

Система рециркуляции отработавших газов

Внутренняя рециркуляция отработавших газов

Токсичность отработавших газов

Соответствует нормам EU 4 / ULEV

 

Коленчатый вал

Коленчатый вал

Для соответствия высоким требованиям, предъявляемым двигателем FSI с турбонаддувом, конструкция коленвала была изменена. Благодаря этому улучшились прочностные и акустические характеристики вала. Благодаря увеличению размера буртиков, расположенных у коренных и шатунных шеек, удалось повысить прочность коленвала, несмотря на увеличение хода поршня, которое составило 6,4 мм.

 

Балансировочный механизм

Балансировочный механизм

Принцип работы и место расположения балансировочного механизма были взяты из конструкции, использованной на атмосферном двигателе. Тем не менее, для работы на двигателе с турбонаддувом в механизм были внесены некоторые изменения:

  • Разделение зубчатой передачи и балансировочных масс для повышения качества балансировки
  • Масляный насос с увеличенной шириной шестерен
  • Встроенный в корпус балансировочного механизма управляемый очищенным маслом редукционный клапан со сливной магистралью, выходящей перед фильтром вблизи от масляного насоса
  • Изготовленный литьем под давлением корпус, имеющий оптимизированные прочностные характеристики
  • Подшипники балансирных валов находятся непосредственно в алюминиевом корпусе
  • Подпружиненная звездочка цепи механизма привода балансирных валов

 

Подпружиненная звездочка

Подпружиненная звездочка

Повышенные требования к равномерности вращения коленвала двигателя с турбонаддувом в диапазоне низких оборотов двигателя приводят к заметному увеличению сил, действующих на цепь привода балансирных валов. У атмосферного двигателя относительный угол вибраций равен 0,8° поворота коленвала, а у двигателя с турбонаддувом эта величина заметно больше и равна 2° поворота коленвала.

Если не принять специальных мер, скорость износа цепи будет повышенной из-за резко изменяющейся нагрузки на детали цепного привода. По этой причине в ступице звездочки устанавливаются изогнутые пружины. Они  разъединяют входной вал балансировочного механизма и коленчатый вал. Работа такого устройства подобна работе маховика с двойной массой.

 

Нагрузка на цепь

 

Нагрузка на цепь без подпружиненной звездочки

Нагрузка на цепь без подпружиненной звездочки

 

Нагрузка на цепь с подпружиненной звездочкой

Нагрузка на цепь с подпружиненной звездочкой

 

Ременной привод

Ременной привод

Как и на всех 4-цилиндровых рядных двигателях Audi, привод газораспределительного механизма осуществляется с помощью зубчатого ремня, который передает вращение с коленчатого вала на распредвал выпускных клапанов. К ременному приводу газораспределительного механизма предъявляются повышенные требования:

  •  Повышенное усилие клапанных пружин из-за наличия турбонаддува 
  •  Специфические фазы газораспределения вследствие наличия турбонаддува и плавной работой регулятора положения распредвала для впускных клапанов в диапазоне, равным 42° поворота коленвала
  •  Привод топливного насоса высокого давления с помощью трехпрофильного кулачка, расположенного на распредвале для впускных клапанов.

Перечисленные требования сделали необходимой модернизацию конструкции системы ременного привода газораспределительного механизма, взятой от атмосферного двигателя. В результате модернизации на коленвал был установлен эллиптический шкив для зубчатого ремня. Впервые примененный шкив CTC (CTC = crankshaft torsionals cancellation - снижение крутильных колебаний коленвала) позволил существенно уменьшить амплитуду крутильных колебаний распредвала и усилие растяжения, действующее на зубчатый ремень.

 

Работа

На рисунке выше показан зубчатый шкив коленвала в положении ВМТ для первого цилиндра. Когда начинается такт рабочего хода, на зубчатый ремень будет действовать очень высокое растягивающее усилие. Благодаря эллиптической форме зубчатого шкива усилие на ремень будет снижено из-за того, что уменьшившееся расстояние до оси коленчатого вала допускает легкое ослабление зубчатого ремня. Возникающие при этом крутильные колебания будут действовать в противофазе крутильным колебаниям второго порядка на частоте резонанса системы привода газораспределительного механизма, не возбуждая сильных колебаний в других диапазонах оборотов двигателя.

 

Головка блока цилиндров

С появлением турбонаддува головка блока цилиндров двигателя FSI рабочим объемом 2,0 л претерпела следующие изменения:

  • Выпускные клапаны, заполненные натрием
  • Впускные клапаны, упрочненные в области прилегания к седлам
  • Оптимизированные по прочности рычаги клапанов с роликами с уменьшенной шириной области контакта между кулачком и роликом
  • Клапанные пружины с увеличенным усилием (для впускных и выпускных клапанов используются одинаковые клапанные пружины)

Кроме этого, была доработана форма впускных каналов. Благодаря этому стало возможным снизить завихрение подаваемого воздуха и, соответственно, улучшить устойчивость двигателя к детонации и снизить шум от его работы. Насос высокого давления, установленный на головке блока цилиндров, повернут на 90° от своего прежнего положения.

 

Двигатель FSI рабочим объемом 2,0 л и 4 клапанами на цилиндр

Двигатель FSI рабочим объемом 2,0 л и 4 клапанами на цилиндр

 

Двигатель FSI рабочим объемом 2,0 л, 4 клапанами на цилиндр и турбонаддувом

Двигатель FSI рабочим объемом 2,0 л, 4 клапанами на цилиндр и турбонаддувом

 

Система вентиляции картера двигателя

Система вентиляции картера двигателя

Так как система вентиляции картера двигателя и головки блока цилиндров соединена с впускным трубопроводом, постоянно присутствующее внутри разрежение гарантирует ее работу без выброса вредных веществ в атмосферу. Газы из картера двигателя направляются в головку блока цилиндров через маслоотделитель, находящийся в модуле масляного фильтра. Здесь картерные газы смешиваются с газами из головки блока цилиндров и проходят через лабиринт, в котором установлен еще один маслоотделитель.

Так как для двигателя с турбонаддувом необходима более сложная система регулировки давления, на его клапанной крышке установлен двухступенчатый клапан регулировки давления, который направляет поток картерных газов во впускной трубопровод или к турбонагнетателю. Если во впускном трубопроводе имеется разрежение, картерные газы направляются непосредственно во впускной трубопровод.

Если во впускном трубопроводе появляется избыточное давление, создаваемое наддуваемым воздухом, то запорный обратный клапан, находящийся в корпусе клапана регулировки давления, закрывается, и картерные газы поступают к турбонагнетателю через канал в клапанной крышке. Чтобы определить неправильную установку клапана регулировки давления, в клапан встроен так называемый диагностический канал. При неправильной установке неучтенный воздух будет поступать в клапанную крышку через область прокладки клапана регулировки давления. Наличие этого неучтенного воздуха будет определено с помощью лямбда-зонда.

 

Модуль «турбонагнетатель-выпускной коллектор»

Модуль «турбонагнетатель-выпускной коллектор»

По соображениям экономии места был разработан модуль, объединяющий в себе выпускной коллектор и турбонагнетатель, предназначенный для моделей с любым вариантом привода, а также продольным или поперечным расположением двигателя. При его разработке были приняты во внимание рекомендации специалистов из службы технического обслуживания, касающиеся простоты снятия и установки выпускного коллектора, а также установки катализатора в непосредственной близости от двигателя.

Подшипники вала турбины встроены в корпус турбонагнетателя. К впускному воздухозаборнику подсоединены трубопроводы системы вентиляции картера двигателя и AKF. На нагнетательном патрубке находится специально отрегулированный глушитель, служащий для уменьшения шумов, связанных с пульсациями нагнетаемого воздуха.

Необходимое значение давления наддува регулируется с помощью электромагнитного клапана N75, ограничивающего давление нагнетаемого воздуха (при этом управление давлением осуществляется так же, как и на двигателе 1,8 Turbo), и заслонки, регулирующей поток ОГ. Для того чтобы не очень сильно затормаживать турбонагнетатель и не ограничивать еще имеющееся давление наддува на режиме принудительного холостого хода с закрытой дроссельной заслонкой, используется электромагнитный перепускной клапан N249. Электромагнитный клапан для ограничения давления наддува N75 и перепускной клапан N249 установлены на турбонагнетателе.

 

 Зажимная планка, цилиндр №1, разделительное ребро

 

Благодаря использованию зажимного фланца на головке блока цилиндров и небольшого количества резьбовых соединений этот модуль легко снимается и устанавливается. При этом нет необходимости ослаблять зажимные планки.

Конструкция выпускного коллектора рассчитана таким образом, что он работает в соответствии с порядком зажигания. В коллекторе имеются разделительные ребра, которые направляют на турбину турбонагнетателя  равномерный поток отработавших газов. Это происходит в соответствии с порядком зажигания благодаря отделению каналов 1 и 4 цилиндров от 2 и 3. Разделительные ребра препятствуют проникновению давления отработавших газов в каналы для других цилиндров.

Благодаря всем этим мерам было достигнуто постоянство необходимых оборотов турбины и оптимизирована реакция турбонагнетателя.

 

Давление наддува

Давление наддува

С помощью синхронизирующего электромагнитного клапана N75, служащего для ограничения давления наддува, из давления наддува и давления поступающего воздуха образуется управляющее давление. Это управляющее давление воздействует на диафрагменную камеру, которая через тягу приводит в действие заслонку, регулирующую поток ОГ. Заслонка открывает перепускной канал, через который часть потока отработавших газов направляется мимо турбины в выпускную систему. Благодаря этой регулировке можно управлять числом оборотов турбины и регулировать максимальное давление наддува.

При выходе регулировочного устройства из строя давление наддува будет воздействовать непосредственно на диафрагменную камеру, преодолевая усилие ее пружины. Благодаря этому максимальное давление наддува будет ограничено базовым значением.

 

Подача воздуха на принудительном холостом ходу

Подача воздуха на принудительном холостом ходу

Если в режиме принудительного холостого хода дроссельная заслонка закрывается, под действием давления наддува в корпусе турбонагнетателя возникает динамическое давление. Из-за этого турбина турбонагнетателя будет сильно затормаживаться, что приводит к снижению давления наддува (эффект «турбоямы»). Для предотвращения этого эффекта электрический исполнительный механизм открывает перепускной клапан турбонагнетателя N249. Клапан, в свою очередь, открывает отводной канал, через который сжатый воздух от турбины снова направляется к входному контуру турбонагнетателя. Благодаря этому обороты турбины поддерживаются на требуемом уровне. При открытии дроссельной заслонки перепускной клапан N249 закрывается, и давление наддува, которое обеспечивается раскрученной турбиной, может использоваться для работы двигателя.

 

Система охлаждения

Система охлаждения

Для предотвращения коксования масла в подшипниках вала турбонагнетателя при выключении горячего двигателя дополнительный насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости продолжительностью до 15 минут. Этот насос прокачивает холодную охлаждающую жидкость в направлении, противоположном нормальному направлению ее потока при работающем двигателе. При этом охлаждающая жидкость, всасываемая дополнительным циркуляционным насосом из радиатора, прокачивается через турбонагнетатель и блок цилиндров, а затем  возвращается обратно в радиатор, отводя при этом тепло от места локального нагрева.

 

Управление подачей воздуха

Управление подачей воздуха

Так как двигатель работает по принципу послойного смесеобразования, для его улучшения используются заслонки, управляющие потоком впускаемого воздуха.

Назначение этих заслонок состоит в следующем:

  • улучшение качества работы холодного двигателя на холостом ходу
  • улучшение наполнения цилиндров при запуске двигателя
  • облегчение работы двигателя в режиме принудительного холостого хода
  • обеспечение послойного смесеобразования (HOSP)

  

Режим работы двигателя

HOSP

Послойное смесеобразование для быстрого прогрева катализатора

Значение коэффициента «лямбда»

Примерно 1,05

Заслонка во впускном трубопроводе

Наполовину закрыта (для усиления завихрения потока воздуха)

Дроссельная заслонка

Открыта полностью

Момент впрыска

Первый впрыск происходит примерно за 300° до ВМТ перед началом рабочего хода, второй впрыск меньшей порции топлива происходит примерно за 60° до ВМТ перед началом рабочего хода

Момент зажигания

Позднее зажигание, топливовоздушная смесь воспламеняется с большим запозданием, выпускные клапаны уже открыты, температура отработавших газов быстро возрастает. Катализатор очень быстро прогревается до рабочей температуры.

 

Система подачи топлива

Система подачи топлива

В новые бензиновые двигатели с непосредственным впрыском топливо подает насос с регулируемым режимом работы. Это необходимо для поддержания низкого уровня энергопотребления топливного насоса и экономии топлива.

При этом топливный насос подает только необходимое двигателю количество топлива, которое регулируется в зависимости от заранее определенного системного давления. Это делается с помощью блока управления двигателя (ECU) и силовых полупроводниковых приборов, которые управляют оборотами топливного насоса по принципу широтно-импульсной модуляции.

 

Управление подачей топлива

Управление подачей топлива

 

Исполнительные устройства и датчики

Исполнительные устройства и датчики


Теги: Двигатель, Детали, Инструкция, Легковой автомобиль, Система охлаждения, Хетчбэк, Электроника,





Acura
ALF
Alfa_Romeo
Alpina
Aston_Martin
Audi
BAW
BelAZ
Bentley_
Berliet_
BMW
Bugatti
Buick
BYD
Cadillac
Caterpillar
Chery
Chevrolet
Chrysler
Citroen
Dacia
Daewoo
DAF
Datsun
Dodge
FAW
Ferrari
Fiat
Ford
GAZ
Geely
Goldhofer
Great_Wall
Honda
Hyundai
IG
Infiniti
Isuzu
Iveco
Jaguar
Jeep
Kamaz
Kawei
Kia
Lamborghini
Lancia
Land_Rover
Lexus
Lifan
Lincoln
Magirus
Mahindra
MAN
Maserati
Maybach
MAZ
Mazda
Mercedes-Benz
Mini
Mitsubishi
Moscwich
Nissan
Opel
Packard
Peugeot
Porsche
Renault
Rolls-Royce
SAAB
Scania
Scheuerle
SEAT_
Simba_
Skoda
Smart
SsangYong
Subaru
Suzuki
Tata
Tatra
Tesla_
Toyota
UAZ
Ural
VAZ
Vema
Volkswagen
Volvo
Youxia
ZAZ
ZIL



 

 





Наши баннеры

© 2008-2018autoholding.net



Яндекс.Метрика
Автомобиль Спецавтомобиль Зеленый автомобиль Устройство автомобиля Автохимия Тюнинг Темы Архив Контакты