Циклический характер работы двс один из его недостатков, но вместе с тем именно благодаря ему в двс реализуются высокие максимальные температуры и давления (стр. 12 из 27)

Однако уменьшение рабочего объема при сохранении мощностных показателей двигателя приводило к существенному снижению крутящего момента на низких частотах вращения, что для автомобильного двигателя является неприемлемым. Для устранения этого недостатка фирма предложила двойной наддув, что обеспечило получение максимального крутящего момента уже при низких частотах вращения с сохранением этой величины в широком диапазоне частот вращения (см. рис. 3).

Система двойного наддува

На рис. 8.13 показана схема двойного наддува нового двигателя с турбокомпрессором и приводным нагнетателем типа Рут.

Рис. 8.13. Схема наддува нового двигателя: 1 — электромагнитная муфта; 2 — ременной привод к нагнетателю; 3 — нагнетатель; 4, 6 — дроссельные заслонки (1) и (2); 5, 15 — впускной и выпускной коллекторы; 7 — воздух; 8 — воздухоочиститель; 9 — охладитель наддувочного воздуха; 10 — клапан перепуска отработавших газов; 11 — нейтрализатор; 12 — отработавшие газы; 13 — турбокомпрессор; 14 — клапан перепуска воздуха

Нагнетатель типа Рут приводится во вращение двумя клиновидными ремнями от коленчатого вала через электромагнитную муфту (ее описание см. ниже).

Рис. 8.14. Зоны работы турбокомпрессора и нагнетателя;

1 — непрерывная работа нагнетателя;

2 — периодическое подключение нагнетателя;

3 — зона работы только турбокомпрессора;

4 — безнаддувный режим работы двигателя

Существенная роль принадлежит электронной системе управления, разработанной фирмой Volkswagen. Система непрерывно фиксирует крутящий момент, ей известны величины момента, требуемые для каждого режима работы двигателя; и далее система управления при помощи дроссельной заслонки (1) подключает приводной нагнетатель, если давление наддува, создаваемое турбокомпрессором, является недостаточным, или отключает его, если давление наддува превышает необходимую величину. Таким образом, система обеспечивает поступление в турбокомпрессор того количества воздуха, которое необходимо для оптимальной работы турбокомпрессора на каждом режиме работы двигателя.

При работе только одного турбокомпрессора дроссельная заслонка (1) полностью открыта.

На рис. 8.14 показаны зоны работы турбокомпрессора и нагнетателя.

Начиная с малых частот вращения и при нагрузках, близких к максимальным, нагнетатель работает непрерывно до частоты вращения двигателя не менее 2400 мин^-1, зона 1. В зоне 2 этот же нагнетатель работает периодически при необходимости компенсировать инерционность турбокомпрессора. Полное отключение нагнетателя производится при частоте вращения не менее 3500 мин^-1. Включение и отключение нагнетателя осуществляется электромагнитной муфтой, расположенной в приводе к водяному насосу.

Выше частоты вращения 3500 мин^-1 один турбокомпрессор обеспечивает получение необходимых параметров, при этом в работе турбокомпрессора не возникают так называемые "турбо-дыры"*.

В зоне 4 необходимость наддува отпадает, двигатель работает как безнаддувный.

Полученные результаты показывают, что для достижения необходимых значений крутящего момента на малых частотах вращения, меньше 3500 мин^-1, требуется дополнительная помощь приводного нагнетателя.

На рис. 8.15 показано изменение степени повышения давления наддува в зависимости от частоты вращения двигателя. Приведенные зависимости наглядно показывают высокую эффективность применения двойного наддува. При двойном наддуве с применением нагнетателя практически решается проблема форсирования двигателя и, одновременно, его успешная работа на малых частотах вращения.

Максимальная частота вращения нагнетателя равна примерно 18 тыс. мин^-1 при частоте вращения коленчатого вала двигателя 3600 мин^-1.

Особенности конструкции

В основу проектирования нового двигателя была положена концепция модульного принципа, который был принят при создании предшественника меньшей мощности с тем же рабочим объемом 1,4 л.

Рис. 8.15. Степень повышения давления наддува при полной нагрузке при работе:

—— — турбокомпрессора и нагнетателя; — — — — только нагнетателя;

---------- — только турбокомпрессора; . . . . . _ периодическое подключение нагнетателя

Разработчики главное внимание уделили проектированию нового блок-картера и водяного насоса с электромагнитной муфтой в его приводе.

Блок-картер

Материал блок-картера — серый чугун марки GJL.

Решение применить серый чугун объясняется желанием повысить надежность блока, учитывая высокую его напряженность.

Блок-картер (рис. 8.16) имеет удлиненную нижнюю часть, верхняя — принята открытой.

В то же время разработчикам удалось спроектировать блок-картер тонкостенным, средняя толщина его стенок составляет 3 ±0,5 мм. В некоторых местах блок-картера, где нагрузка может быть больше расчетной, толщина стенок увеличена. Для повышения жесткости блок-картера его стенки усилены продольными и поперечными ребрами жесткости.

Рис. 8.16. Блок-картер нового двигателя фирмы Volkswagen

В результате масса блок-картера с удлиненной нижней частью составила всего 29 кг, без учета массы крышек коренных подшипников.

Разработчики, проектируя коленчатый вал, преследовали две основные цели: повышение его жесткости и уменьшение шума. Поэтому был выбран стальной коленчатый вал, при этом жесткость коленчатого вала повысилась на 23%, а шум от работы двигателя стал меньше.

Современные расчетные методы и опыт конструирования поршней позволили разработать для высокофорсированного двигателя с наддувом, литровая мощность 90 кВт/л, легкий поршень.

Поршень (рис. 9) оснащен тремя поршневыми кольцами высотой 1,2-; 1,5-; 2,0 мм, первое компрессионное кольцо азотированное.

В поршень был внедрен ряд мероприятий, направленных на уменьшение трения и повышение эффективности рабочего процесса:

Чтобы поршень выдерживал максимальное давление в цилиндре, равное 12 МПа, был увеличен диаметр поршневого пальца с 17 до 19 мм. В модификациях этого двигателя с меньшим давлением, до 8,5 МПа, сохранен диаметр пальца, равный 17 мм.

Масло под давлением поступает к поршневому пальцу от коленчатого вала через продольное отверстие в шатуне. Кроме того, поршни охлаждаются маслом, впрыскиваемым под давлением 0,2 МПа на его днище при помощи форсунок, установленных в нижней части каждого цилиндра. Форсунки расположены так, что впрыскиваемое масло поступает к самому горячему месту на выпускной стороне поршня.

В двигателе принято непосредственное впрыскивание топлива в цилиндры (схема FSI). Впрыскивание осуществляется в камеру сгорания форсункой, расположенной на

впускной стороне между впускным каналом и прокладкой головки цилиндров. Новый топливный насос показан на рис.8.18.

Рис.8.18. Топливный насос высокого давления;

1 — собственно насос; 2 — роликовый толкатель; 3 — впускной распределительный вал;

Наибольший интерес в системе топливоподачи нового двигателя представляют насос высокого давления и топливо-впрыскивающие форсунки.

Разработка топливного насоса производилась на базе насоса двигателя-предшественника. Был увеличен ход перемещения клапана с 5,0 до 5,7 мм, что позволило не только повысить количество впрыскиваемого топлива, но и поднять давление впрыскивания с 12 до 15 МПа.

В конструкции топливного насоса применен роликовый толкатель, который содействует получению у двигателя необходимого ресурса.

Топливная система обеспечивает вторичное впрыскивание топлива, необходимое для быстрого нагревания нейтрализатора после пуска двигателя.

Кроме того, при проектировании нового насоса разработчики сочли необходимым перейти с алюминиевого литого корпуса на корпус, изготовленный из алюминиевой поковки. Это позволило вдвое увеличить давление топлива в насосе.

Форсунка, разработанная фирмой (рис.8.19), с шестью распыливающими отверстиями была установлена впервые на двигателях TSI рабочим объемом 1,4 л.