Audi - двигатель 5,2 л V10 FSI


Двигатель 5,2 л V10 FSI
Программа самообучения 376
Своим новым двигателем V10 FSI Audi впервые в своей истории представляет силовой агрегат высокой мощности в виде десятицилиндрового мотора.
В моделях Audi S6 и S8 подчеркнуты такие специфические характерные особенности, как ярко выраженная спортивность и безупречный комфорт.
Благодаря подобной комбинации из десяти цилиндров и технологии FSI Audi занимает уникальное положение на рынке.
V10 относится к новому поколению V-образных двигателей от Audi, которые разработаны с унифицированными размерами: угол развала цилиндров 90° и расстояние между центрами цилиндров 90 мм. По сравнению с агрегатом Lamborghini Gallardo, у которого расстояние между центрами цилиндров составляет 88 мм, двигатель Audi представляет собой новацию в решающих областях.

376_003
Ссылка
Содержание этого SSP является дополнением
кSSP 377.
Оглавление

Мощностные характеристики
Базовый двигатель
Кривошипно-шатунный механизм
Гаситель крутильных колебаний с вискомуфтой
Цепная передача.
Головка блока цилиндров.
Вентиляция картера
Система смазки.
Система охлаждения
Система забора воздуха в Audi S8
Топливная система в Audi S8
Система выпуска ОГ
Обзор системы (Bosch MED 9.1) в Audi S8
Интерфейс шины CAN
Режимы работы
В программе самообучения описываются основные положения новых конструкций и принципов их действия, новых компонентов автомобиля или новых технологий.
Программа самообучения не является руководством по ремонту!
Приведенные значения служат только для облегчения понимания и основываются на
состоянии ПО, действующего на момент создания данной программы самообучения.
Для технического обслуживания и проведения ремонта обязательно использовать актуальную техническую документацию.

Двигатель 5,2 л V10 FSI
Мощностные характеристики
Буквенное обозначение двигателя находится спереди справа над гасителем крутильных колебаний, около датчика давления масла.

Кривая мощности и крутящего момента

376_005
360 320 280 240 200 160 120 kW
2000 4000 6000
Частота вращения в об/мин
Мощность в кВт
2000 4000 6000
Частота вращения в об/мин
Крутящий момент в Нм
Технические характеристики
Буквенное обозначение
Тип
Двигатель V10 с углом развала цилиндров 90°
Рабочий объем в см3
Мощность в кВт (л.с.)
Крутящий момент в Нм
540 Нм при 3000 - 4000 об/мин
Расстояние между цилиндрами в мм
Диаметр цилиндра в мм
Ход поршня в мм
Степень сжатия
Последовательность работы цилиндров
1-6-5-10-2-7-3-8-4-9
Вес двигателя в кг
прим. 220
Управление двигателем
Bosch MED 9.1 - принцип Master-Slave
Рециркуляция ОГ
внутренняя
Система нейтрализации ОГ
4 главных катализатора, 4 зонда до и 4 зонда после катализаторов
Норма токсичности ОГ
EU IV/LEV II
Базовый двигатель
В качестве базового для двигателя V10 FSI служит двигатель V8 FSI, который был удлинен "всего лишь" на одну пару цилиндров.
Основные концепции корпуса блока цилиндров и головок блока цилиндров, а также управляющего привода, топливной системы и концепции организации воздушного потока на впуске удалось перенять у него.
Отличительными чертами мотора V10 являются коленчатый вал с балансирным валом, двухпоточный забор воздуха с двумя дроссельными заслонками, выпускной коллектор и концепция блока управления двигателя.
Картер коленвала
Картер коленвала и цилиндров с углом развала цилиндров 90° выполнен в виде опорной плиты и при длине 685 мм и толщине 80 мм задает масштабы в области компактности и конструктивной длины. Его вес, включая вкладыши и болты, составляет всего прим. 47 кг Верхняя часть картера коленвала и цилиндров, предствляющая собой гомогенный моноблок из AlSi17Cu4Mg, изготовлена методом литья в кокиль под низким давлением.
Особенностью такой композиции материалов является высокая прочность, очень малое искривление цилиндров и хороший теплоотвод. Использование такой технологии позволило отказаться от отдельных гильз для цилиндров, так как рабочая поверхность цилиндров может быть реализована непосредственно в легированном алюминии путем механической обработки, высвобождающей твердые кристаллы кремния.

376_006
Несущая плита из AlSi12Cu1 усилена залитыми i нее вкладными деталями из GGG50, каждая из которых крепится четырьмя болтами, и через которые передается основная часть силового потока.
Одновременно эти вкладные детали снижают тепловое расширение при высоких температурах и уменьшают зазор во вкладышах коленвала при нагреве.
Двигатель 5,2 л V10 FSI
Кривошипно-шатунный механизм
Из-за того, что угол развала цилиндров составляет 90°, коленчатый вал выкован по технологии Split-Pin со смещением шатунных шеек вала на 18°, чтобы суметь реализовать равномерное следование импульсов зажигания через 72° по углу поворота коленвала.
Подобное смещение шатунных шеек требует особой прочностной обработки, так как в этих зонах сопряжения коленчатый вал особенно подвержен разрушению.
Это достигается при помощи таких упрочняющих технологий, как обкатка* коренных шеек и индукционная закалка ТВЧ* шатунных шеек коленвала.
Гаситель крутильных колебаний на основе вискомуфты уменьшает передачу крутильных колебаний от свободного конца коленвала на приводной ремень.
* обкатка: Обкатка вращающейся обрабатываемой детали роликом
с большим усилием прижима. Это придает высокую чистоту обрабатываемой поверхности при одновременном упрочнении материала.
* индукционная закалка ТВЧ: Нагрев индуцируемыми токами Фуко внешней зоны обрабатываемой детали, сердцевина при этом не нагревается и остается мягкой и вязкой.
Split-Pin 18° коленчатого вала смещение шатунных шеек

Закаленные токами Фуко шатунные шейки

376_008
Обкатанные коренные шейки
376_007
Свободные моменты инерции первого порядка компенсируются вращающимся в противоположном направлении балансирным валом.
Этот балансирный вал, вращающийся на сдвоенных подшипниках и изготовленный из чугуна со сферическим графитом, оказывает существенное влияние на повышение культуры вращения двигателя. Он интегрирован в цепной привод D вспомогательных агрегатов и расположен внутри развала между рядами цилиндров.
Гаситель крутильных колебаний с вискомуфтой
Для того чтобы гасить крутильные колебания свободного конца коленчатого вала, вызванные очередностью работы цилиндров, применяются так называемые гасители крутильных колебаний.
Чаще всего они состоят из двух металлических колец, соединенных друг с другом через гасящую среду (эластомер - резина). В двигатель V10 FSI встроен гаситель на основе вискомуфты, который и снижает крутильные колебания коленчатого вала.
В качестве гасящей среды используется вязкотекучее масло, закаченное в одно из металлических колец ременного шкива. Это вискомасло и сглаживает относительные колебания между демпфирующим элементом и корпусом ременного шкива.
Благодаря этому снижаются крутильные колебания коленчатого вала, а вместе с этим и неравномерность вращения ременного шкива.
Одновременно это приводит к снижению нагрузки на приводной ремень.
Ручей для ремня

Противовес к коленчатому валу
376_011
Корпус гасителя крутильных колебаний
Круглая крышка
Фиксирующий штифт j
376_010

Двигатель 5,2 л V10 FSI
Шатун
Имеющие трапецевидную форму шатуны изготавливаются из материала с высокой стойкостью против излома (36MnVS4) и в ходе процесса производства разделяются в определенном месте.
Это придает месту разделения характеристики структурного излома и высокую точность соединения, причем только эти две части точно подходят друг к другу.
Смазка шатунов и их вкладышей производится через масляные отверстия от коренных шеек коленчатого вала к шатунным шейкам.

Трапецевидный шатун
Нижняя часть шатуна
Смазочные отверстия шатунных вкладышей
Трапецевидный шатун

Трехслойные шатунные вкладыши
Поперечное сверление от коленчатого вала
376_046
376_012
Выборки для клапанов
Поршни
Применяемые алюминивые литые поршни фирмы Kolben Schmidt имеют специальную, приспособленную для процесса непосредственного впрыска топлива (FSI) форму днища поршня, которая поддерживает движение заряда и придает засасываемой в гомогенном режиме работы смеси вращательное движение.
Поршни имеют противоизносное металлизированное покрытие, что снижает повышенный износ нагруженных высоким давлением рабочих поверхностей поршня.Масляные форсунки охлаждают днище поршня снизу и одновременно смазывают поршневой палец в бобышках поршня.

376_024
Металлизированное покрытие
Цепная передача
Привод распределительных валов цепью, расположенной со стороны маховика, по причине своих конструктивных преимуществ является важным системным элементом в семействе V-образных моторов Audi.
Цепная передача осуществляется на двух уровнях и при помощи четырех 3/8" роликовых цепей. Цепная передача A представляет собой распределительный привод от коленчатого вала к промежуточным шестерням, цепные передачи B и C - это приводы головок блоков цилиндров от промежуточных шестерен к соответствующим распределительным валам.
Цепная передача D, как привод вспомогательных агрегатов, приводит в действие не только масляный насос и насос ОЖ, компрессор кондиционера и вспомогательный насос рулевого управления, но и балансирный вал.
Последний расположен внутри развала двигателя и вращается с частотой вращения коленчатого вала, но в противоположном направлении, чтобы скомпенсировать моменты инерции первого порядка. Они проявляются в виде вибраций, шумов и неровной работы двигателя в определенном диапазоне оборотов.
Балансирный вал рассчитан для V-образного 10-ти цилиндрового двигателя и вносит существенный вклад в культуру вращения мотора, и при ремонтных работах в системе цепного привода он должен устанавливаться в правильном положении. В системе натяжения используются гидравлические натяжители с обратным клапаном, которые так же, как и цепи, имеют ресурс, равный ресурсу всего агрегата.

- компрессора 3/8" роликовые цепи Simplex кондиционера для всех цепных приводов
- гидравлического насоса усилителя руля
Двигатель 5,2 л V10 FSI
Головка блока цилиндров
Головка блока цилиндров нового двигателя V10 FSI базируется на концепции головки блока цилиндров Audi 4V-FSI; они сходны в базовых основах конструкции.
Эти конструктивные особенности заключаются в расположенных в центре цилиндра свечах зажигания, размещенных на стороне впуска форсунок впрыска с электромагнитным управлением. Подшипники встроенных полых распределительных валов выполнены непосредственно в головке блока цилиндров, и распределительные валы крепятся при помощи рамы с резьбовым креплением.

Они приводят в действие рокеры с гидрокомпенсаторами зазоров для впускных клапанов и охлаждаемые натрием выпускные клапаны.
Во впускных каналах расположены разделительные пластины, которые предназначены для поддержки эффекта закручивания заряда.


Для снижения веса вращающихся деталей распределительные валы выполнены в виде полой трубы с монтируемыми на нее кулачками.

Элементы гидравлических компенсаторов зазоров запитываются маслом под давлением через поперечные сверления в ГБЦ и обеспечивают беззазорный привод клапанов.

Дополнительный воздух подается в каждый выпускной канал по специальному каналу в ГБЦ для того, чтобы дожигать
богатую топливо-воздушную смесь в режиме холодного старта (катализаторный пуск).
376_013
Двигатель 5,2 л V10 FSI
Вентиляция картера
Образующиеся в процессе сгорания смеси картерные газы (Blow-by газы) через головки блока цилиндров отводятся в крышки ГБЦ. Обе крышки ГБЦ пропускают картерные газы внутри себя через лабиринт, который служит грубым гравитационным маслоотделителем, и дальше они поступают по системе шлангов к маслоотделителю тонкой очистки.
В качестве маслоотделителя тонкой очистки используется трехступенчатый регистровый циклон с байпасом, после которого содержание масла в картерных газах составляет прим. 0,1 г/такт. Маслоотделитель тонкой очистки может эффективно противодействовать закоксовыванию впускных клапанов.
Картерные Blow-by-газы вводятся в зону горения после дроссельной заслонки через сдвоенный клапан ограничения давления. Точка их ввода подогревается от контура ОЖ, чтобы предотвратить замерзание при низких температурах.
Дополнительный воздух для системы вентиляции PCV (Positive Crankcase Ventilation) отбирается после воздушного фильтра и подается в картер коленчатого вала через обратный клапан, расположенный внутри развала цилиндров. Смешивание картерных газов со свежим воздухом гарантирует низкое содержание влаги и топлива в моторном масле и снижает уровень содержания в нем азотистных соединений.

Трехступенчатый регистровый циклон - маслоотделитель тонкой очистки
Объем картерных Blow-by газов зависит от нагрузки и оборотов двигателя. Тонкое отделение масла осуществляется с помощью трехступенчатого регистрового циклонного отделителя.
Поскольку циклонный маслоотделитель может хорошо работать только при небольших потоках, то в зависимости от объема проходящих газов в параллельную работу включаются один, два или три циклона.

Вентиляция картера через крышку ГБЦ слева
376_018
При повышении оборотов двигателя растет и поток картерных газов. Чем выше
поток газа, тем больше сила, воздействующая на управляющий поршень.
Управляющий поршень, преодолевая сопротивление пружины, смещается и открывает дополнительные каналы к одному или большему количеству циклонов.

376_035
При очень больших оборотах и небольшой нагрузке могут возникнуть вибрации поршневых колец, из-за чего повышается давление в картере коленчатого вала и газовый поток может сильно возрасти. Циклоны не в состоянии пропустить через себя такой прирост давления, а из-за обратного подпора давление может возрасти еще больше. При возрастании давления открывается байпасный клапан в маслоотделителе тонкой очистки. Через байпас часть картерных газов может быть направлена в обход циклонов и через клапан ограничения давления непосредственно во впускной коллектор.
Собранный объем отделенного от газов масла через клапан, открывающийся под весом масла, попадает во внутренний развал блока двигателя.

376_036
Двигатель 5,2 л V10 FSI
Система смазки Устройство — обзор деталей
Система смазки двигателя V10 FSI выполнена как классическая компоновка с мокрым поддоном. При помощи оптимизации зазора в подшипниках скольжения объем требуемой подачи масла был уменьшен до прим. 55 л/мин при 7000 об/мин и при температуре 120 °C, что привело к снижению мощности, отбираемой для работы масляного насоса.
Подача масла к регуляторам фаз и к натяжителям цепей
Подача масла для смазки распределительных валов, к гидравлическим компенсаторам зазоров и к осям коромысел

Масляный фильтр обходной канал
Масляный радиатор Обходной клапан

Подача масла к регуляторам фаз газораспределения и к цепным модулям на головках блока цилиндров осуществляется отдельно от подачи масла к подшипникам распределительных валов и гидравлическим элементам, чтобы дросселировать давление масла в ГБЦ и оптимизировать подачу масла к регуляторам фаз газораспределения.

376_015
Двигатель 5,2 л V10 FSI
Система охлаждения
Контур системы охлаждения двигателя 5,2 л V10 FSI конструктивно выполнен как система охлаждения продольным потоком жидкости. Нагнетаемая насосом охлаждающая жидкость распределяется направо и налево по блоку двигателя и омывает цилиндры. Поднимаясь в головку блока цилиндров, она течет в продольном направлении к цепным приводам, где попадает в трубу обратной магистрали. В зависимости от положения термостата она возвращается либо сразу к насосу ОЖ , либо проходя через радиатор для ОЖ.
Из-за высокой плотности мощности сильно термически нагруженные впускные клапаны охлаждаются через дополнительные сверления между ними.
К отопительному теплообменнику
К радиатору

Здесь находится ответвление в большой круг контура охлаждения, если термостат открыт.
К правой стороне
двигателя
Регулировка температуры охлаждающей жидкости в диапазоне от 90 °C до 105 °C производится при помощи термостата с электрическим подогревом, управляемого блоком управления двигателя.


Термостат обесточен, ОЖ холодная
Термостат полностью перекрывает поток к радиатору и открывает обратный канал, малый круг контура охлаждения активирован.

Термостат обесточен, ОЖ горячая — термостат находится в промежуточном положении
Путь потоку от радиатора частично открыт и обратная подача от двигателя частично закрыта, происходит регулирование температуры ОЖ в диапазоне частичных нагрузок до прим. 105 °C, чтобы дать возможность агрегату вращаться с меньшими потерями на трение (масло разогревается).
радиатора

От обратной магистрали двигатель
Термостат при полной нагрузке управляется ШИМ-сигналом.
Термостат, полностью открываясь, освобождает путь потоку от радиатора и одновременно полностью перекрывает обратную магистраль от двигателя. Благодаря большой площади поверхности радиатора температура охлаждающей жидкости в диапазоне полной нагрузки может быть снижена до 90 °C, чтобы снизить склонность двигателя к детонации (температура горения ниже). Вследствие этого достигается лучшее наполнение из-за сниженной температуры воздуха на впуске.
К всасывающей стороне насоса охлаждающей жидкости

радиатора Электрические подключения
376_038
Обратная магистраль от теплообменника отопителя
Двигатель 5,2 л V10 FSI
Система забора воздуха в Audi S8
Система забора воздуха
Из-за высокой мощности система забора воздуха у агрегата V10 выполнена двухпоточной. Воздушные фильтры справа и слева оснащены переключаемыми заслонками, чтобы при высоких расходах воздуха забирать дополнительный воздух из моторного отсека и тем самым снижать потери давления в системе.
Для того чтобы подчеркнуть типичную для V10 акустику при высоких нагрузках, устанавливается элемент акустического тюнинга - "звуковая трубка". Эта "звуковая трубка" при помощи специальной мембраны и пенопластового устройства согласования направляет в салон шумы, возникающие в процессе изменения нагрузки.
Выходя из оптимизированных по потоку воздушных фильтров, воздушный поток проходит через два термоанемометрических расходомера воздуха, которые расположены непосредственно на воздушных фильтрах, и через две дроссельные заслонки диаметром 68 мм попадает в центральный воздушный рессивер.
Основной рессивер системы впуска
Дроссельная заслонка 2

"Звуковая трубка"
Дроссельная заслонка 1
Система забора воздуха слева
в передней части
Датчик массового расхода воздуха
Система забора воздуха справа в передней части
Заслонка впускного коллектора
Так же, как и впускной коллектор с изменяемой геометрией, заслонки впускного коллектора в обоих вариантах двигателя управляются в зависимости от параметрических характеристик. У обоих двигателей заслонки впускного коллектора активируются в нижней зоне диапазона нагрузок и частот вращения.
При этом они смещаются в направлении разделительной пластины в головке блока цилиндров и перекрывают таким образом нижнюю часть впускного канала. Всасываемая воздушная масса движется только по верхней части впускного канала и вызывает этим круговое движение заряда в цилиндре.
Неактивированные заслонки впускного коллектора остаются открытыми и открывают полное сечение канала. Все заслонки одного ряда цилиндров закреплены на одном общем валу.
У базового двигателя заслонки впускного коллектора управляются электрическим актуатором.
Положение заслонок впускного коллектора каждого ряда цилиндров контролируется датчиком Холла. У высокооборотистых моторов заслонки впускного коллектора переключаются одним вакуумным исполнительным элементом на каждый ряд цилиндров. Но и в этом случае положение заслонок определяется датчиком Холла.

376_045
Двигатель 5,2 л V10 FSI
Впускной коллектор
с изменяемой геометрией
Двигатель V10 FSI оснащен литым магниевым впускным коллектором с изменяемой геометрией, состоящим из четырех частей. Переключающий вал перемещается с помощью электромотора, при этом переключение геометрии коллектора зависит от параметрических характеристик.
Для минимизации внутренних утечек переключающие заслонки снабжены уплотнительными кромками из силиконового каучука.
Система заслонок интегрирована в верхнюю часть впускного коллектора. Перемещение заслонок впускного коллектора производится блоком управления двигателя посредством электромотора в зависимости от параметрических характеристик.
При небольших нагрузках/оборотах впускной коллектор переключается на короткую длину. Заслонки лежат заподлицо с каналом впускного коллектора, чтобы избежать потерь потока на завихрения.
Переключающие заслонки впускного коллектора с уплотнительными кромками

376_016
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я