Audi - двигатель TDI V8 4,2л с системой впрыска Common Rail

Service Training

Двигатель Audi 4,2 л V8 TDI
с системой впрыска Common Rail
Программа самообучения 365
Двигатель V8 TDI рабочим объемом 3,3 л впервые был установлен в 1999 году на модель A8 (1994). Модификация этого двигателя для новой модели A8 имеет рабочий объем 4,0 л и цепной привод ГРМ.
4,2-литровый агрегат V8 TDI дополнил линейку V-образных двигателей с углом развала 90°, расстоянием между осями цилиндров 90 мм и расположенным в задней части цепным приводом ГРМ.
Он представляет собой модернизированный вариант двигателя V8 TDI и развивает мощность 240 кВт и крутящий момент 650 Н-м.

365_001
Двигатель 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail
Отличия двигателя 4,0 л от двигателя 4,2 л V8 TDI............................4
Характеристики ......................................................... 5
Кривошипно-шатунный механизм.........................................6
Головка блока цилиндров и клапанный механизм............................ 9
Цепной привод ГРМ и дополнительных агрегатов........................... 11
Система смазки........................................................ 12
Система вентиляции картера............................................ 14
Система охлаждения.................................................... 15
Подача воздуха......................................................... 16
Система рециркуляции ОГ............................................... 19
Топливная система..................................................... 22
Схема системы......................................................... 28
Интерфейсы шины CAN.................................................30
Система выпуска ОГ с сажевым фильтром.................................31
Специнструмент........................................................32
Программа самообучения содержит базовую информацию об устройстве новых моделей автомобилей, конструкции и принципах работы новых систем и компонентов.
Она не является руководством по ремонту!
Приведенные данные предназначены только для облегчения понимания учебного материала
и соответствуют состоянию программного обеспечения, действительному на момент составления
программы самообучения.
При проведении работ по техническому обслуживанию и ремонту необходимо использовать актуальную техническую литературу.

Двигатель 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail
Отличия двигателя 4,0 л от двигателя 4,2 л V8 TDI
регулируемый радиатор системы рециркуляции ОГ, подключенный к системе охлаждения двигателя
система впрыска Common Rail с пьезофорсунками третьего поколения
система рециркуляции ОГ с электрическими регуляторами (клапанами)
блок цилиндров с расстоянием между осями цилиндров 90 мм и диаметром цилиндров 83 мм

литой выпускной коллектор
конструкция головки блока цилиндров от 3,0 л V6 TDI
365_001
ременная передача с торсионным гасителем крутильных колебаний, муфтой свободного хода в приводе генератора и дополнительным роликом успокоителя
модернизированный турбокомпрессор
Характеристики
Буквенное обозначение, крутящий момент и мощность
Номер двигателя расположен в торцевой части II ряда цилиндров, слева.



Технические характеристики

Буквенное обозначение двигателя
Конструктивное исполнение
Дизельный двигатель V8, угол развала цилиндров 90°
Рабочий объем, см3
Мощность, кВт (л.с.)
Крутящий момент, Н«м
650 при частоте вращения 1600-3500 об/мин
Диаметр цилиндра, мм
Ход поршня, мм
Степень сжатия
Расстояние между осями цилиндров, мм
Порядок работы цилиндров
1-5-4-8-6-3-7-2
Масса двигателя, кг
Управление двигателем
Bosch EDC-16CP + система впрыска Common Rail до 1600 бар, пьезофорсунки с 8 отверстиями враспылителях
Рециркуляция ОГ
регулируемая система рециркуляции ОГ с жидкостным охлаждением ОГ
Система нейтрализации ОГ
два окислительных катализатора,
два необслуживаемых сажевых фильтра
Норма токсичности
Евро IV
Двигатель 4,2 л V8 TDI
с системой впрыска Common Rail
Кривошипно-шатунный механизм
Блок цилиндров с расстоянием между осями цилиндров 90 мм отлит из чугуна с вермикулярным графитом (GJV450). Как и у 4,0-литрового двигателя V8 TDI, блок цилиндров соединяется с помощью болтов с прочной опорной рамой коленвала на уровне оси коленвала. Использование такого материала позволило за счет изменения конструкции снизить массу блока цилиндров примерно на 10 кг
Кованый коленвал изготовлен из стали марки 42 Cr Mo S4, его конструкция позволяет избежать возникновения неуравновешенных моментов от сил инерции первого и второго порядка. Коленвал установлен в блоке цилиндров на 5 опорах, в целях повышения прочности шатунные шейки обработаны накаткой роликом.
Компактность конструкции позволила обеспечить полную балансировку кривошипно-шатунного механизма только за счет противовесов. Оптимальная балансировка была достигнута при помощи дополнительных масс, закрепленных на демпфере крутильных колебаний и ведомом диске. Высокий алюминиевый масляный поддон максимально изолирован от вибраций кривошипно-шатунного механизма, что положительно сказалось на акустике двигателя.
Дополнительную функцию выполняет контур опор­ной рамы коленвала. Он играет роль маслоотража­теля в области противовесов коленвала и шатунов. Таким образом, стекающее масло не разбрызгивается по стенкам всего блока двигателя, а улавливается и отводится непосредственно вподдон.

В этом двигателе, как и в уже известном 3,0 л V6 TDI, хонингование производится ультрафиолетовым лазером.
Данная технология позволяет снизить расход масла. Благодаря этому достигается значительное улучшение характеристик скольжения рабочих поверхностей.

365_011b
без обработки лазером с обработкой лазером
Поршни
Для уменьшения степени сжатия с 17,3 : 1
до 16,4 : 1 глубина и диаметр камеры сгорания
в днище поршня были увеличены.
Для того чтобы снизить температуру в области поршневых колец и краев камеры сгорания в днище, внутри поршня проходит кольцевой канал масляного охлаждения.
Масляная форсунка постоянно впрыскивает масло в кольцевой канал, охлаждая днище поршня.
Сравнение размеров камер сгорания в днищах поршней
,___52 ±0,1
новый поршень
кольцевой канал
масляного
охлаждения


365_016
50 ±0,1

предыдущая модель
масляная форсунка
365_025
Двигатель 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail
Демпфер крутильных колебаний коленвала
Двигатель 4,2 л V8 TDI оснащен торсионным демпфером крутильных колебаний (ранее применялся демпфер крутильных колебаний иной конструкции). Для того чтобы снизить вибрацию поликлинового ремня, возникающую при ускорениях поршня в процессе сгорания, ременная передача была дополнена муфтой свободного хода в шкиве генератора и еще одним успокоительным роликом.
Конструкция торсионного демпфера крутильных колебаний позволяет примерно на 13 % снизить величину колебаний крутящего момента, возникающих в диапазоне средних оборотов, по сравнению с демпфером старого образца. Благодаря этому достигается снижение нагрузки на коленвал и улучшение акустических характеристик двигателя. Новая ременная передача используется для привода генератора и компрессора кондиционера.
демпфер
крутильных
колебаний
старого
образца
торсионный демпфер крутильных колебаний
I ±
............
итуд
и л п
365_035
1000     1500     2000     2500     3000     3500     4000     4500 5000
Число оборотов коленвала, об/мин

прослойка  / наружная резины часть шкива
Головка блока цилиндров и клапанный механизм
В основу головки блока цилиндров положена конструкция, примененная в двигателе 3,0 л V6 TDI. Ее отличительными особенностями являются:
- четыре клапана на цилиндр,
- верхнее расположение распредвалов,
- гидрокомпенсаторы зазоров клапанов,
- рычаги клапанов с роликами и
- прямозубые шестерни привода распредвалов с механизмом устранения люфта.
Распредвалы удерживаются внутри головки блока цилиндров при помощи рамы, имеющей ровную привалочную плоскость. Герметизация головки блока цилиндров обеспечивается шумоизолирующей пластмассовой клапанной крышкой.
клапанная крышка

рама
распредвалов


пьезофорсунки, расположенные по центру камеры сгорания
365_004
неподвижно закрепленная
на валу часть цилиндрического
зубчатого колеса
Конструкция
Цилиндрическое зубчатое колесо распредвала выпускных клапанов левой головки блока цилиндров состоит из двух частей. Цилиндрическое зубчатое колесо распредвала впускных клапанов правой головки блока цилиндров также состоит из двух частей.
Более широкая (неподвижная) часть цилиндрического зубчатого колеса жестко закреплена на распределительном валу. В ее передней части располагаются шесть выступов. Более узкая (подвижная) часть цилиндрического зубчатого колеса может перемещаться в радиальном и осевом направлениях и компенсирует таким образом зазор в зацеплении. С обратной стороны узкой части находятся углубления для шести выступов.
подвижная часть цилиндрического зубчатого колеса

365_023
шесть выступов
Двигатель 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail
Вентиляционный канал в головке блока цилиндров
При возникновении утечек в области медного уплотнительного кольца пьезофорсунки раскаленные газы, давление которых достигает 165 бар, отводятся из камеры сгорания через этот канал наружу. Вентиляционный канал расположен в головке блока цилиндров над выпускным коллектором.
Он предотвращает попадание находящихся под давлением газов из камеры сгорания через систему вентиляции картера в насосную секцию турбокомпрессора, которое могло бы привести к нарушению работы турбокомпрессора и повреждению уплотнительных колец форсунок.
пьезофорсунка

Цепной привод ГРМ и дополнительных агрегатов
Цепной привод был позаимствован у модели 4,0 л V8 TDI и модернизирован для уменьшения крутильных колебаний и потерь на трение. Часть направляющих цепной передачи D заменена новым натяжителем цепи, что позволило обвести цепь непосредственно вокруг промежуточного вала и сократить ее длину.
Цепная передача В также была модернизирована. В результате было увеличено число зубьев и обхват звездочек, а расстояние между натяжителем и успокоителем уменьшено.
Навесные агрегаты — масляный насос, гидронасос и насос охлаждающей жидкости — приводятся цепной передачей D через зубчатую передачу.




Ссылка
Более подробную информацию см. в программе самообучения SSP 325 -Audi A6 05 Агрегаты.
Двигатель 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail
Система смазки
Масляный контур имеет первичный объем заправки 11,5 л. Подача масла начинается от шестеренчатого масляного насоса. В масляный насос встроен редукционный клапан. От насоса масло поступает в радиатор жидкостного охлаждения (объединен с системой охлаждения двигателя), установленный между головками блока цилиндров. Масло поступает в масляный фильтр через внутренние каналы модуля масляного фильтра. Модуль масляного фильтра прост в обслуживании и снабжен сменным бумажным фильтрующим элементом. При извлечении фильтрующего элемента остатки масла через сливной клапан вытекают из корпуса фильтра в масляный поддон. Из фильтра масло под давлением направляется в главную масляную магистраль, расположенную в развале блока. От нее отходят магистрали подачи масла к коленвалу, коренным вкладышам и масляным форсункам.
дополнительный масляный трубопровод к вакуумному насосу от проходящей через подшипник распредвала масляной магистрали
Дополнительные маслопроводы, идущие от главной магистрали, направляют находящееся под давлением масло к турбокомпрессорам. Через трубопроводы со встроенными дросселями масло под давлением поступает в головки блока цилиндров и далее — к распредвалам, коромыслам и гидрокомпенсаторам зазоров клапанов. Особенность системы — смазка вакуумного насоса, привод которого, а также подача масла осуществляется от распредвала впускных клапанов правой головки блока цилиндров. Необходимое для этого дополнительное масло под давлением подается по отдельному маслопроводу, идущему от главной масляной магистрали.
Вид сзади

модуль масляного фильтра с узлами системы вентиляции картера
масляный радиатор жидкостного охлаждения
обратная магистраль от турбокомпрессоров
масляный поддон
слив масла от ГБЦ
главная масляная магистраль
подача масла ктурбокомпрессорам


напорная магистраль обратная магистраль
обратная магистраль, находящаяся в развале блока цилиндров под маслоотделителем системы вентиляции картера
масляный насос
Масляный насос
Шестеренчатый масляный насос приводится от цепного привода D через вал с шестигранным наконечником и зубчатую передачу. В масляный насос встроен редукционный клапан, начинающий перепускать масло в насосную секцию по достижении им давления примерно 5,1 бара. На масляном насосе расположена еще одна зубчатая передача привода насоса ОЖ.

365_046
ведущая шестерня насоса ОЖ
ведущая шестерня, приводимая от цепного привода D

поршень редукционного клапана
выходной вал привода насоса ОЖ
ведущая шестерня масляного насоса
подача масла под давлением
шестерни масляного насоса
365_045

Двигатель 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail
Система вентиляции картера
Между головками блока цилиндров расположен модуль масляного фильтра с фильтрующим элементом, масляный радиатор жидкостного охлаждения и маслоотделитель системы вентиляции картера. Конструкция масляного радиатора жидкостного охлаждения позволяет даже в экстремальных условиях поддерживать температуру масла значительно ниже предельного значения 150°C. Картерные газы, поступающие из передней и задней частей блока цилиндров, направляются в расположенную между головками блока успокоительную камеру, а из нее — в тройной циклонный маслоотделитель. Из успокоительной камеры картерные газы поступают в тройной циклонный маслоотделитель, в котором происходит сепарация частиц масла.
Через клапан регулировки давления практически не содержащие масла картерные газы направляются к насосным секциям обоих турбокомпрессоров. Сепарированное масло направляется вниз по масляному каналу в картере и сливной трубке со встроенным обратным клапаном.
тройной циклонный маслоотделитель
газы из картера

клапан регулировки давления картерных газов
канал слива масла с проходящей внутри двигателя масляной трубкой
успокоительная камера
365_031
Система охлаждения
Насос охлаждающей жидкости и термостат расположены в общем корпусе снаружи двигателя. Насос ОЖ приводится зубчатой передачей масляного насоса от цепной передачи D через два вала.
Прошедшая контур двигателя охлаждающая жидкость собирается в полости между головками блока, откуда она, в зависимости от положения термостата, направляется либо к радиатору, либо закачивается насосом обратно в двигатель.
Корпус насоса имеет два выходных патрубка, шланги от которых ведут к наружным частям блока цилиндров. С обеих сторон блока цилиндров проходят распределительные магистрали охлаждающей жидкости, каждая из которых имеет по четыре отверстия, через которые охлаждающая жидкость поступает в рубашки охлаждения цилиндров.
Каждая половинка блока цилиндров имеет свою систему каналов охлаждения. Жидкость в каждой из них циркулирует перпендикулярно продольной оси двигателя. Охлаждающая жидкость поступает из блока цилиндров вверх, в головки блока, проходит через них в поперечном направлении и возвращается в блок цилиндров с внутренней стороны рядов цилиндров. Через небольшие отверстия в перемычках между цилиндрами часть охлаждающей жидкости со стороны напорной магистрали направляется непосредственно к обратной магистрали, что позволяет ускорить отвод тепла от цилиндров.

подача ОЖ к двигателю к распределительной магистрали правого ряда цилиндров
радиатора
обратная магистраль от двигателя к насосу ОЖ
радиатору
блок цилиндров с разделенной на две части системой охлаждения
распределительная магистраль левого ряда цилиндров
термостат '
Двигатель 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail
Подача воздуха
Схема двухпоточной системы подачи воздуха с двумя воздушными фильтрами, двумя расходомерами воздуха и двумя интеркулерами «воздух-воздух» позаимствована у модели 4,0 л V8 TDI. Воздух поступает через две электронно управляемые воздушные заслонки. Поскольку оба ряда цилиндров соединены перемычкой, воздух распределяется равномерно, а давление в обоих рядах цилиндров и канале рециркуляции ОГ выравнивается.
Поскольку в выполняющий функцию перемычки воздушный коллектор подаются отработавшие газы, он подвержен воздействию высоких температур, а потому выполнен из алюминия. Сами впускные коллекторы изготовлены из пластмассы. Внутри расположены заслонки впускных каналов. Они управляют подачей воздуха по винтовым каналам и используются для регулирования вихревого потока в камерах сгорания в зависимости от термодинамических условий. На каждый ряд цилиндров приходится по реверсивному электродвигателю, приводящему заслонки при помощи тяг. В зависимости от режима возможны открытое, закрытое и промежуточные положения.

Процесс сгорания
Основные факторы, влияющие на процесс сгорания в дизельных двигателях с наддувом:
- форма камеры сгорания, -степень сжатия,
- топливная аппаратура,
- образование вихревого потока в камере сгорания,
- наличие турбонаддува.
Все они взаимосвязаны. Поэтому оптимизация по этим факторам производилась методом последовательного приближения, в первую очередь, с помощью изменения различных параметров системы Common Rail.
Для того чтобы решить поставленные перед ними сложные задачи, разработчики взяли за основу успешно примененный в двигателе 3,0 л V6 TDI рабочий процесс, рассчитанный для новой камеры сгорания с четырьмя клапанами, и адаптировали его к 8-цилиндровому двигателю.
Геометрия каналов в сочетании с электронным управлением заслонок впускных каналов позволила обеспечить широкий диапазон изменения величины вихревого потока в цилиндрах. Регулируемый радиатор системы рециркуляции ОГ значительно снижает токсичность выхлопа, поскольку он позволяет добавлять горячие или охлажденные отработавшие газы в зависимости от режима работы двигателя и его температуры.

Двигатель 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail
Заслонки впускных каналов Заслонка открыта:
Через открытые впускные каналы в камеру сгорания может подаваться значительный объем воздуха, обеспечивающий оптимальное наполнение камеры.
365_015

Заслонка в промежуточном положении:
Для того чтобы свести к минимуму количество вредных выбросов, необходима точная адаптация вихревого потока в камере сгорания, а следовательно, и процесса сгорания, в зависимости от режима работы двигателя. Условием этого является непрерывное управление заслонками впускных каналов.
1200 об/мин
"г" т
с о р б ы

ч" т
365_034

ч с о р б ы
Положение заслонки впускного канала
365_018
--- Сажа
Заслонка закрыта:
Сильный вихревой поток в камере сгорания при низкой нагрузке позволяет достичь оптимального сгорания, а следовательно, снижения вредных выбросов.
365_014

Система рециркуляции ОГ
Отработавшие газы направляются от выпускных коллекторов через внутренние каналы в головках блока цилиндров к клапанам рециркуляции ОГ, расположенным в развале блока цилиндров. Предварительное охлаждение отработавших газов производится в дополнительном канале головки блока цилиндров, где тепло отводится при помощи охлаждающей жидкости.
Вместо пневматического привода клапанов рецир­куляции ОГ теперь используется электропривод с обратной связью, сообщающей о положении клапана. Защиту от воздействия высоких температур обеспечивает жидкостное охлаждение.
Далее предварительно охлажденные отработавшие газы поступают в пневматический регулируемый охладитель системы рециркуляции ОГ, что позволяет адаптировать их охлаждение в зависимости от режима работы двигателя.
Из радиатора системы рециркуляции отработавшие газы направляются снизу вверх, в канал перемычки впускного коллектора, из которого они попадают в поток подаваемого в цилиндры воздуха непосредственно за воздушными заслонками.
При разработке конструкции каналов и определе­нии точек ввода особое значение придавалось оптимальному смешиванию газовых потоков.
клапан рециркуляции ОГ, левый ряд цилиндров

радиатор системы рециркуляции ОГ склапаном обходного канала

365_037
канал отвода ОГ от выпускного коллектора через головку блока к клапану рециркуляции ОГ
каналы рециркуляции ОГ в перемычке
клапан рециркуляции ОГ, правый ряд цилиндров
поперечный канал в головке блока
Двигатель 4,2 л V8 TDI с системой впрыска Common Rail
Выпускной коллектор
Сокращение пути, проходимого отработавшими газами между ГБЦ и турбокомпрессором, позволило вместо выпускного коллектора с изолирующим воздушным зазором использовать обычный литой коллектор. В данном случае не возникает заметных теплопотерь в потоке, направляемом к окислительному катализатору. Более высокая жесткость выпускного коллектора позволила упростить конструкцию опоры турбокомпрессора, что положительно сказалось на величине собственных колебаний узлов.
забор ОГ в систему рециркуляции ОГ

обратная масляная магистраль от турбокомпрессора
Турбокомпрессоры
Наддув обеспечивается двумя турбокомпрессорами Garrett GT17 последнего поколения с электронным управлением. Оптимизация геометрии турбинного колеса и направляющих лопаток, а также изоляция направляющего аппарата турбины от корпуса турбины позволили повысить частоту вращения турбины (до 226000 об/мин), температуру отработавших газов (примерно 860°C) и давление наддува (примерно 2,5 бар абс.) и, соответственно, увеличить мощность двигателя.
Уплотнение турбокомпрессора со стороны турбинного колеса теперь осуществляется не одинарным, а двойным уплотнительным кольцом. Благодаря этому достигается хорошая герметичность даже при кратковременном повышении противодавления ОГ при заполнении сажевого фильтра.
Оценивая работу турбокомпрессоров с помощью двух расходомеров воздуха, система управления двигателя обеспечивает их работу с одинаковой частотой вращения, а следовательно, и одинаковой производительностью.

<<< 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