Volkswagen двигатель TSI 1,4 л/90 кВт с турбонаддувом. Устройство и принцип работы

Введение

Технические особенности

В отличие от обоих устанавливаемых до этого двига$

телей TSI наддув на двигателе TSI 1,4 л/90 кВт осу$

ществляется исключительно турбонагнетателем. Его

конструкция предназначена специально для дости$

жения высокого крутящего момента в часто исполь$

зуемом диапазоне низких частот вращения. При

этом максимальный крутящий момент в 200 Нм

достигается при частоте вращения от 1500 до

4000 об/мин.

Другой особенностью является встроенный во впуск$

ной коллектор охладитель наддувочного воздуха с

жидкостным охлаждением. За счёт изменения формы

всасывающего канала в ГБЦ и на поршнях удалось

отказаться от переключающих заслонок впускного

коллектора.

S405_003

Технические особенности

● Bosch Motronic MED 17.5.20;

● бесступенчатая регулировка фаз распредели$

● гомогенный режим (лямбда 1);

тельного вала впускных клапанов;

● запуск двигателя в режиме послойного смесеоб$

● блок цилиндров из серого чугуна;

разования (высокое давление впрыска);

● стальной коленчатый вал;

● двойной впрыск для прогрева катализатора;

● масляный насос Duo$Centric;

● турбонагнетатель с перепускным клапаном;

● 2$контурная система охлаждения;

● жидкостная система охлаждения наддувочного

● топливная система с регулировкой объёмной

воздуха;

подачи в зависимости от расхода;

● необслуживаемый цепной привод;

● ТНВД со встроенным клапаном ограничения

● пластиковый впускной коллектор со встроенным

давления.

охладителем наддувочного воздуха;

Технические характеристики

Диаграмма мощности и крутящего момента

Двигатель TSI 1,4 л/90 кВт

Нм

кВт

S405_004

об/мин

Технические характеристики

Буквенное обозначение двигателя

CAXA

Тип

Однорядный 4$цилиндровый двигатель

Рабочий объём в см3

1390

Диаметр цилиндра в мм

76,5

Ход поршня в мм

75,6

Количество клапанов на цилиндр

Степень сжатия

10 : 1

Максимальная мощность

90 кВт при 5000-5500 об/мин

Максимальный крутящий момент

200 Нм при 1500-4000 об/мин

Управление двигателя

Bosch Motronic MED 17.5.20

Топливо

Super Bleifrei с октановым числом 95

Нейтрализация ОГ

Основной катализатор, лямбда$регулирование

Норма токсичности ОГ

EU 4

Подробная информация по различным буквенным обозначениям двигателя приведена в

программе самообучения 400 „Golf Variant“.

Механика двигателя

Система впуска

Система впуска начинается от воздушного фильтра, включает в себя турбонагнетатель, модуль дроссельной

заслонки и, проходя по впускному коллектору, заканчивается у впускных клапанов.

Она имеет максимально компактную конструкцию,

В системе впуска установлено два датчика давления

чтобы улучшить характеристику отклика турбонагне$

с датчиками температуры воздуха на впуске. Они

тателя ОГ уже на низких диапазонах частоты

расположены перед модулем дроссельной заслонки

вращения.

и во впускном коллекторе за охладителем наддувоч$

ного воздуха.

Турбонагнетатель ОГ

Впускной коллектор

с охладителем

наддувочного воздуха

Воздушный фильтр

Датчик давления во впускном

коллекторе G71 с датчиком

температуры воздуха на впуске G42

Датчик давления наддува G31 с

Модуль дроссельной

датчиком температуры воздуха на

заслонки J338

впуске G299

S405_045

Впускной коллектор с охладителем наддувочного воздуха

Из$за того, что засасываемый свежий воздух сжимается с помощью турбонагнетателя, давление и температура

воздуха на впуске сильно возрастают. Для достижения максимально возможной степени наполнения цилиндров

наддувочный воздух охлаждается. На устанавливаемых раньше двигателях TSI с двойным наддувом этот процесс

осуществлялся воздушным охладителем наддувочного воздуха, расположенным в передней части кузова. На

двигателе TSI 1,4 л/90 кВт используется охладитель наддувочного воздуха с жидкостным охлаждением. Для этого

во впускной коллектор установлен охладитель наддувочного воздуха, через который проходит охлаждающая

жидкость.

Подогретый наддувочный воздух проходит через охладитель и отдаёт тепло в охладитель наддувочного воздуха.

ОЖ подаётся к охладителю наддувочного воздуха при помощи рециркуляционного насоса ОЖ. После этого

ОЖ вновь поступает к охладителю наддувочного воздуха в передней части кузова. Система охлаждения надду$

вочного воздуха имеет отдельный контур охлаждения, в который также включён и турбонагнетатель.

Охлаждённый

Омываемый ОЖ охладитель

наддувочный воздух

наддувочного воздуха

Обратный поток ОЖ

S405_006

Подогретый

Подача ОЖ

Насос рециркуляции

наддувочный воздух

ОЖ V50

охлаждённый наддувочный воздух

холодная ОЖ

подогретый наддувочный воздух

горячая ОЖ

Механика двигателя

Охладитель наддувочного воздуха

Охладитель наддувочного воздуха установлен во

Охладитель наддувочного воздуха

впускном коллекторе и закреплён шестью болтами.

На обратной стороне охладителя установлена

уплотнительная пластина. Эта пластина служит для

уплотнения охладителя наддувочного воздуха по

отношению к впускному коллектору и одновременно

является опорой самого охладителя.

При установке охладителя наддувоч$

ного воздуха следить за правильным

положением уплотнительной пластины.

При неправильной установке возни$

кают вибрации, приводящие к проявле$

Впускной коллектор

S405_046

нию трещин в охладителе

наддувочного воздуха и потере герме$

тичности.

Уплотнительная

пластина

Крепление трубки наддувочного

Крепёжная скоба

воздуха

Трубка наддувочного воздуха вставлена в турбонаг$

нетатель ОГ и в модуль дроссельной заслонки.

Трубка закреплена на модуле дроссельной

заслонки при помощи адаптера, а на турбонагнета$

теле - крепёжной скобой.

S405_023

Трубка наддувочного Адаптер

воздуха

Головка блока цилиндров

Распределительные валы, корпус

распределительных валов

Головка блока цилиндров по своему устройству

За счёт применения кулачков с четырьмя выступами

идентична ГБЦ двигателей TSI 1,4 л с двойным

для привода ТНВД ход плунжера уменьшился. Это

наддувом.

позволило также уменьшить диаметр подшипников

За счёт доработанного способа сжигания топливно$

распределительного вала и размер корпуса рас$

воздушной смеси удалось отказаться от переклю$

пределительного вала.

чающих заслонок впускного коллектора. Чтобы,

Снижение веса составило ок. 450 г.

несмотря на это, суметь достичь сильного цилиндри$

ческого потока воздуха в цилиндре, впускной канал

выполнен более плоским. Кромка седла впускного

клапана обеспечивает целенаправленное движение

цилиндрического воздушного потока над верхней

кромкой тарелки клапана в цилиндр.

Распределительный вал впускных клапанов

Корпус распределительного вала

Впускной канал

Головка блока

цилиндров

Кромка седла

клапана

S405_008

Поршни

Выпускные клапаны

Камера сгорания литого поршня облегчённой кон$

Из$за более низкой температуры ОГ по сравнению

струкции адаптирована к способу сжигания топ$

с двигателями TSI 1,4 л с двойным наддувом устанав$

ливно$воздушной смеси без переключающих

ливаются полнотелые клапаны без натриевого

заслонок впускного коллектора и с использованием

наполнителя.

кромки седла впускного клапана. Выемки под кла$

паны выполнены в процессе литья, толщина стенок

минимизирована с учётом требований по весу и

нагрузке.

Механика двигателя

Одинарный наддув с помощью турбонагнетателя

Как и на большинстве двигателей с наддувом, в этом

Турбонагнетатель

двигателе TSI наддув осуществляется только турбо$

нагнетателем. Поскольку для достижения макси$

мальной мощности в 90 кВт необходимо лишь

небольшое давление наддува, то турбонагнетатель

можно настроить таким образом, что он будет обес$

печивать высокий крутящий момент в диапазоне низ$

ких частот вращения при оптимальном расходе

топлива.

S405_011

Модуль турбонагнетателя

Масляные патрубки

Как и на прежних двигателях TSI, турбонагнетатель и

Модуль

Перепускной клапан

турбонагнетателя

турбонагнетателя N249

выпускной коллектор образуют единый модуль. Для

поддержания низкой температуры на опорах вала

после остановки двигателя этот модуль был включён

в контур охлаждения наддувочного воздуха.

Для смазки и охлаждения подшипников вала модуль

также подключён и к масляному контуру.

На модуле турбонагнетателя расположен электри$

ческий перепускной клапан турбонагнетателя и

вакуумный исполнительный элемент ограничения

давления наддува с перепускным клапаном ОГ.

Патрубки ОЖ

Электромагнитный клапан

ограничения давления

наддува N75

Вакуумный

исполнительный элемент

S405_027

ограничения давления

наддува

Модуль турбонагнетателя ОГ

Конструкция турбонагнетателя направлена на достижение динамических характеристик и оптимизацию рас$

хода топлива. То есть максимально возможный крутящий момент достигается уже в часто используемом диапа$

зоне низких частот вращения. Это достигается за счёт максимально возможного снижения инерции

вращающихся деталей турбонагнетателя. Общая сбалансированность конструкции приводит к тому, что уже

при частоте вращения 1250 об/мин достигается как минимум 80%, а начиная уже с 1500 об/мин - 100% макси$

мального крутящего момента в 200 Нм. Номинальная мощность достигается при частоте вращения от 5000 до

5500 об/мин.

Материал выпускного коллектора выдерживает температуру до 950 °C.

Группа вращения с

Заслонка перепускного

корпусом подшипников

клапана ОГ

Электромагнитный клапан

принудительного холостого хода

Корпус турбины /

модуль выпускного

Корпус компрессора

коллектора

S405_014

Вакуумный исполнительный

элемент ограничения

давления наддува

Изменения модуля турбонагнетателя

Изменения заслонки перепускного

клапана ОГ

Наружный диаметр колеса турбины и колеса комп$

рессора были уменьшены с 45 мм до 37 мм и с 51 мм

Заслонка перепускного клапана ОГ с диаметром

до 41 мм по сравнению с обычными двигателями TSI

26 мм и диаметр мембраны в вакуумном исполни$

с двойным наддувом. Благодаря этому ОГ должны

тельном элементе ограничения давления наддува

приводить в движение меньшие вращающиеся

выполнены с запасом. Благодаря этому для открыва$

массы. Турбонагнетатель быстрее создаёт необхо$

ния заслонки перепускного клапана ОГ достаточно

димое давление наддува.

даже незначительного управляющего давления. За

счёт этого на низких оборотах устанавливается

высокое давление наддува, что обеспечивает хоро$

шую динамику движения, а в диапазоне частичных

нагрузок - низкое давление наддува для низкого

расхода топлива.

Механика двигателя

Схема системы наддува при помощи турбонагнетателя

На схеме представлен обзор принципиальной схемы системы наддува при помощи турбонагнетателя и прохож$

дение всасываемого свежего воздуха.

Самым существенным отличием от двигателей TSI с двойным наддувом является отсутствие компрессора и

использование охладителя наддувочного воздуха с жидкостным охлаждением.

Датчик давления во впускном

коллекторе G71 с датчиком

Охладитель

температуры воздуха на впуске G42

наддувочного воздуха

Впускной коллектор

Модуль дроссельной

заслонки J338

Выпускной коллектор

Датчик давления наддува

G31 с датчиком температуры

воздуха на впуске G299

Электромагнитный

клапан ограничения

давления наддува N75

Перепускной клапан

Вакуумный

турбонагнетателя N249

исполнительный элемент

турбонагнетателя ОГ

Воздушный

Катализатор

фильтр

Отработавшие

Свежий

газы

воздух

S405_013

Заслонка

Турбонагнетатель ОГ

перепускного

клапана ОГ

Свежий воздух всасывается через воздушный фильтр

Регулирование давления наддува осуществляется

и сжимается рабочим колесом компрессора турбо$

главным образом на основании сигналов, поступа$

нагнетателя. Максимальное давление наддува

ющих от датчика давления наддува G31 и датчика

составляет 1,8 бар абсолютного давления.

температуры воздуха на впуске G299.

Регулирование давления наддува

Система регулировки давления наддува предназначена для регулирования массы воздуха, сжимаемого турбо$

нагнетателем. Для максимально точной регулировки каждый из двух датчиков давления скомбинирован с датчи$

ком температуры воздуха на впуске.

Датчик давления наддува G31 с датчиком

Датчик давления во впускном коллекторе G71

температуры воздуха на впуске G299

с датчиком температуры воздуха на впуске G42

При помощи датчика G31 осуществляется регулиро$

На основании сигналов датчика давления во впуск$

вание давления наддува. Датчик температуры воз$

ном коллекторе и датчика температуры воздуха на

духа на впуске G299 служит в качестве

впуске блок управления двигателя рассчитывает

корректирующего значения для давления наддува,

массу воздуха во впускном коллекторе за охладите$

поскольку температура оказывает влияние на плот$

лем наддувочного воздуха. В зависимости от рассчи$

ность наддувочного воздуха. Кроме того, давление

танной массы воздуха происходит адаптация

наддува при высоких температурах снижается для

давления наддува в соответствии с характеристикой

защиты узлов.

и увеличение его значения до 1,8 бар абсолютного

давления.

Датчик давления

Датчик давления во

наддува G31 с

впускном коллекторе

датчиком температуры

G71 с датчиком

воздуха на впуске

температуры воздуха

S405_018

G299

на впуске G42

Датчик давления окружающего воздуха

Электромагнитный клапан ограничения давления

наддува N75

Датчик, расположенный в блоке управления двига$

теля, измеряет давление окружающего воздуха. Это

Управление электромагнитным клапаном ограниче$

значение служит для корректировки значения при

ния давления наддува осуществляется непосредс$

регулировании давления наддува, поскольку плот$

твенно блоком управления двигателя, он же

ность всасываемого воздуха с уменьшением высоты

переключает управляющее давление в вакуумном

снижается.

исполнительном элементе турбонагнетателя. С

помощью этого элемента производится открывание

заслонки перепускного клапана турбонагнетателя и

перенаправление части ОГ мимо турбины в систему

выпуска ОГ. За счёт этого осуществляется регулиро$

вание мощности турбины и давления наддува.

Механика двигателя

Системы охлаждения

Двигатель TSI 1,4 л/90 кВт имеет две независимые системы охлаждения. Одна из них обеспечивает охлаждение

двигателя, а другая предназначена для охлаждения наддувочного воздуха.

Обе системы соединены только в двух точках. Эти две точки соединения позволяют использовать общий расши$

рительный бачок.

Разница температур между системой охлаждения двигателя и системой охлаждения наддувочного воздуха

может составлять до 100 °C.

Особенности системы охлаждения

двигателя

наддувочного воздуха

$ двухконтурная система охлаждения для различных

$ насос рециркуляции ОЖ

температур ОЖ в ГБЦ и в блоке цилиндров

$ расположенный во впускном коллекторе охлади$

$ корпус распределителя ОЖ с одноступенчатым

тель наддувочного воздуха с жидкостным охлаж$

термостатом

дением

$ охлаждение турбонагнетателя ОГ

Расширительный бачок

Насос циркуляции ОЖ V50

Охладитель наддувочного

воздуха во впускном коллекторе

Обратный клапан

Обратный

клапан закрывается в

зависимости от давления и

предотвращает попадание

подогретой ОЖ из системы

охлаждения двигателя в

систему охлаждения

наддувочного воздуха.

Дроссель

ограничивает обмен

ОЖ между системой

охлаждения двигателя и

Турбонагнетатель

системой охлаждения

наддува воздуха до

минимума.

S405_037

Система дополнительного жидкостного

охлаждения наддувочного воздуха

Для обеспечения производительности системы охлаждения наддувочного воздуха после каждого

открывания она нуждается в прокачке. Прокачка осуществляется либо с помощью устройства для

наполнения системы охлаждения VAS 6096, либо при помощи ведомой функции „Заполнение и про$

качка системы охлаждения“. Соблюдать указания, приведённые в ELSA.

Охлаждение наддувочного воздуха

Впервые на автомобилях Volkswagen применена жидкостная система охлаждения наддувочного воздуха. При

этом наддувочный воздух охлаждается при помощи расположенного во впускном коллекторе охладителя, омы$

ваемого ОЖ. За счёт этого объём системы наддува от турбонагнетателя до форсунок впрыска был уменьшен

более чем вдвое: с 11 л для двигателей TSI 1,4 л с двойным наддувом до 4,8 л для двигателей TSI 1,4 л с турбонад$

дувом. Турбонагнетатель должен сжимать меньший объём воздуха, за счёт чего требуемое давление наддува

достигается быстрее. Для обеспечения сильного охлаждения наддувочного воздуха производительность насоса

рециркуляции ОЖ изменяется в зависимости от требуемого объёмного расхода. Он всасывает ОЖ из дополни$

тельного радиатора в передней части автомобиля и подаёт его к охладителю наддувочного воздуха и к турбо$

нагнетателю. Разница между температурой воздуха за охладителем и температурой наружного воздуха при

высокой нагрузке в самом неблагоприятном случае составляет от 20 до 25 °C.

Система дополнительного жидкостного

Турбонагнетатель

охлаждения наддувочного воздуха

S405_005

Насос рециркуляции ОЖ V50

Охладитель

наддувочного воздуха

Механика двигателя

к охладителю наддувочного воздуха и

турбонагнетателю

Насос рециркуляции ОЖ V50

Сигналы управления на насос рециркуляции ОЖ

подаются при необходимости. Насос всасывает ОЖ

из дополнительного радиатора ОЖ и направляет её

к охладителю наддувочного воздуха во впускном

коллекторе и к турбонагнетателю.

S405_019

Насос рециркуляции

от дополнительного

ОЖ V50

радиатора

Охладитель наддувочного воздуха

Охладитель наддувочного воздуха состоит из

нескольких алюминиевых пластин, через которые

проходит трубчатая магистраль ОЖ. Поток нагре$

того воздуха направляется через пластины и отдаёт

им тепло. Пластины в свою очередь отдают тепло

охлаждающей жидкости. Затем ОЖ с помощью

насоса подаётся обратно в дополнительный радиа$

тор ОЖ в передней части автомобиля и охлажда$

ется там.

S405_049

Подающий контур ОЖ Обратный контур ОЖ

Турбонагнетатель

Обратный контур ОЖ

Турбонагнетатель

Во время работы двигателя охлаждение турбонагне$

тателя происходит в основном при помощи мотор$

ного масла. ОЖ подаётся в турбонагнетатель

только при необходимости. При выключении нагре$

того двигателя сигналы управления на насос рецир$

куляции ОЖ подаются в течение максимум

480 секунд. Это помогает предотвратить образова$

ние паровых пробок в турбонагнетателе.

Подающий контур ОЖ

S405_027

Топливная система с регулированием подачи в зависимости от расхода

Топливная система с регулированием объёмной подачи в зависимости от расхода во многом повторяет конс$

трукцию в существующих двигателях TSI с двойным наддувом. И топливный электронасос, и топливный насос

высокого давления всегда подают только то количество топлива, которое требуется двигателю в данный

момент. Это обеспечивает максимально возможное уменьшение электрической и механической отбираемой

для привода мощности и экономию топлива.

В отличие от контура низкого давления, контур высокого давления топливной системы претерпел некоторые

изменения.

Изменения в контуре высокого давления топливной системы

Топливный насос высокого давления приводится в

Блок управления

Датчик давления топлива G247

двигателя J623

действие с помощью четырехгранного кулачка с

ходом 3 мм на распределительном вале впускных

клапанов.

В топливный насос высокого давления встроен пре$

дохранительный клапан. Это позволило устранить

Топливная рампа

необходимость установки магистрали утечек, соеди$

няющей топливную рампу с контуром низкого

давления.

Изменилась концепция привода топливного насоса

высокого давления. В обесточенном состоянии кла$

пан регулятора давления топлива закрыт, и топливо

подаётся в топливную рампу. Это позволяет обеспе$

чить быстрое нагнетание давления при холодном

запуске.

S405_022

4$гранный кулачок

насоса

Топливный насос

Форсунки

высокого давления

цилиндров 1-4 N30-N33

50-100 бар

Во время прекращения подачи топлива давление

топлива также может увеличиваться больше чем до

100 бар за счёт нагревания и вызываемого этим

нагреванием расширения.

Механика двигателя

Форсунки высокого давления

Форсунка

высокого давления

Было оптимизировано расположение выпускных

отверстий 6$струйных форсунок высокого давления.

До этого выпускные отверстия форсунок высокого

давления располагались в форме круга или овала.

Теперь выпускные отверстия расположены так,

чтобы максимально предотвратить смачивание дна

поршня при максимальной нагрузке или во время

двойного впрыска для нагрева катализатора.

S405_043

Струя впрыскиваемого под

высоким давлением топлива

Топливный насос высокого давления

Одноплунжерный топливный насос высокого давления

с регулированием количества впрыскиваемого топ$

лива закреплён под углом к картеру распределитель$

ного вала. Он приводится в действие с помощью 4$

гранного кулачка на распределительном валу впуск$

ных клапанов. Ход каждого кулачка составляет 3 мм.

Ещё одним нововведением является то, что при

отсутствии напряжения питания на ТНВД он подаёт

топливо в контур высокого давления топливной

системы.

S405_021

Топливный насос высокого давления

Клапан ограничения давления

Предохранительный клапан встроен в топливный

насос высокого давления и защищает узлы от слиш$

ком высокого давления топлива при термическом

расширении или в случае неисправности.

Он представляет собой механический клапан и

открывается при давлении выше 140 бар. Он соеди$

няет контур высокого давления с контуром низкого

давления внутри топливного насоса. Оттуда топливо

снова подаётся в контур высокого давления топлив$

ной системы.

S405_024

Клапан ограничения

давления

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Клапан регулятора

давления топлива

Ход всасывания топлива

N276

Во время хода всасывания за счёт движения плун$

жера вниз возникает всасывающий эффект. Это при$

водит к открытию впускного клапана и всасыванию

топлива в рабочую полость насоса. Когда плунжер

насоса проходит последнюю треть всего хода, то на

клапан регулятора давления подаётся напряжение

питания. Это позволяет удерживать впускной клапан

открытым для хода обратной подачи топлива

Рабочая полость

Впускной клапан

даже в начале подъёма плунжера.

насоса

S405_025

Плунжер насоса

Демпфер пульсаций

давления топлива

Ход обратной подачи топлива

Чтобы привести количество впрыскиваемого топ$

лива в соответствие с фактическим расходом, впуск$

ной клапан остаётся открытым даже при начале

подъёма плунжера насоса. Лишнее топливо вытал$

кивается плунжером обратно в контур низкого

давления.

Возникающие при этом пульсации гасятся демпфе$

ром пульсаций давления топлива.

Впускной клапан

Плунжер насоса

S405_040

Ход нагнетания давления топлива

Пружина иглы

клапана

В расчётный момент начала нагнетания давления

отключается подача напряжения питания на клапан

регулятора давления топлива. Это приводит к закры$

тию впускного клапана под воздействием нагнетае$

мого в рабочей полости насоса давления и усилия

пружины иглы клапана.

За счёт подъёма плунжера насоса давление в рабо$

чей полости насоса увеличивается. Если давление в

рабочей полости насоса становится выше давления

в топливной рампе, то открывается выпускной кла$

Впускной клапан

Выпускной клапан

пан. Топливо перекачивается в топливную рампу.

S405_041

Volkswagen двигатель TSI 1,4 л/90 кВт с турбонаддувом. Устройство и принцип работы - часть 1