Непосредственный впрыск позволяет добиться гомогенного смесеобразования во всей камере сгорания. Гомогенное смесеобразование означает, что соотношение топлива и воздуха регулируется так же, как при впрыске во впускной коллектор - стехиометрически (лямбда = 1).
(Стехиометрическим называют такое соотношение топливовоздушной смеси, при котором на 14,8 кг воздуха приходится 1 кг топлива.) Гомогенное смесеобразование позволяет использовать обычную систему доочистки ОГ.
Быстрому набору мощности способствует, в первую очередь, концепция Bi-Turbo. Вместо одного большого турбонагнетателя цилиндры снабжаются сжатым воздухом от двух маленьких агрегатов: по одному на три цилиндра. Существенным преимуществом небольших турбонагнетателей является низкий момент инерции масс. Уже малейшее задействование модуля педали акселератора влечет за собой незамедлительное увеличение давления.
В то же время система газораспределения с изменяемой фазой открытия клапанов (двойной VANOS) обеспечивает оптимальные параметры смены нагрузки, что способствует высокому крутящему моменту при низких оборотах и делает двигатель эластичным.
Краткое описание узлов
Ниже описываются следующие узлы двигателя N54:- Цифровая электронная система управления двигателем
- Блок управления EKP и топливный электронасос
- Топливный насос высокого давления
- Рампа Rail с датчиком давления
- Инжекторы (форсунки высокого давления)
- Датчик давления во впускном коллекторе
- Турбонагнетатель
- Масляный насос с регулировкой объемного расхода
- Электрический насос охлаждающей жидкости
- Система газораспределения с изменяемой фазой открытия впускных и выпускных клапанов ”Doppel-VANOS”
- Датчик состояния масла
- Алюминиевый блок-картер
DME: цифровая электронная система управления двигателем
На плате блока управления DME (MSD80) находятся 3 датчика:- Датчик температуры
- Датчик давления окружающей среды
- Датчик напряжения
Датчик давления окружающей среды (атмосферного давления) необходимо для расчета состава смеси. Атмосферное давление падает по мере увеличения высоты над уровнем моря.
Датчик напряжения контролирует электропитание через контакт 87.
Блок управления EKP и топливный электронасос
Блок управления DME рассчитывает, какое количество топлива необходимо двигателю. Сообщение об этом передается по шине PT-CAN блоку управления EKP. В блоке управления EKP оно преобразуется в выходное напряжение. С помощью этого выходного напряжения регулируется частота вращения топливного электронасоса. Этим достигается точность дозировки топлива, подаваемого к насосу высокого давления.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Система доступа в автомобиль (CAS) | 2 | Токораспределитель в JB |
| 3 | Топливный электронасос | 4 | Блок управления EKP |
| 5 | Блок управления DME | ||
| Kl. 15 WUP | Пробуждающий провод (контакт 15 Wake-up) | Kl. 30g | Контакт 30 включен |
| PT-CAN | Шина Powertrain-CAN |
Топливный электронасос находится в топливном баке.
Он включается при включении контакта 15.
Топливный насос высокого давления
Топливный насос высокого давления сжимает топливо (в диапазоне от 50 до 200 бар) и подает его в рампу Rail.Он закреплен позади вакуумного насоса. Приводной вал топливного насоса высокого давления соединен с приводным валом вакуумного насоса.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Топливный насос высокого давления | 2 | Подсоединение напорного трубопровода к Rail |
| 3 | Клапан управления количеством | 4 | Электрический разъем |
| 5 | Подсоединение трубопровода низкого давления, идущего от топливного насоса |
Клапан управления количеством регулирует давление топлива в Rail. Клапан управления количеством приводится в действие блоком управления DME с помощью сигнала с широтно-импульсной модуляцией (сигнала ШИМ). В зависимости от сигнала ШИМ регулируется поперечное сечение дросселя и в двигатель подается необходимое для достижения той или иной нагрузки двигателя количество топлива. Имеется также возможность сброса давления в Rail.
При обнаружении в системе неисправности, например отказа датчика высокого давления, клапан регулировки количества обесточивается. В этом случае топливо поступает в Rail через байпасный клапан.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Топливный насос высокого давления | 2 | Подсоединение напорного трубопровода к Rail |
| 3 | Подсоединение трубопровода низкого давления, идущего от топливного насоса | 4 | Клапан управления количеством |
| 5 | 3 поршня, а также впускные и выпускные клапаны | 6 | Клапан избыточного давления |
| 7 | Байпасный клапан |
Клапан управления количеством является составной частью насоса высокого давления. При ремонте на СТОА его можно снять.
Рампа Rail с датчиком давления
В рампе Rail сжатое топливо накапливается и распределяется по инжекторам.Датчик давления в Rail измеряет текущее давление топлива.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Электрический разъем | 2 | Электронная схема обработки данных |
| 3 | Мембрана с сенсорным элементом | 4 | Штуцер высокого давления |
Топливо под давлением подается через штуцер высокого давления на мембрану с сенсорным элементом. Деформация мембраны преобразуется сенсорным элементом в электрический сигнал. Электронная схема обрабатывает этот сигнал и выдает на DME аналоговый сигнал напряжения. Напряжение сигнала линейно возрастает по мере увеличения давления топлива.
Сигнал датчика давления в Rail является важным входным сигналом, который используется блоком DME для задействования клапана управления количеством (часть насоса высокого давления).
Когда клапан давления в Rail выходит из строя, DME управляет клапаном в аварийном режиме.
Инжекторы (форсунки высокого давления)
Инжектор впрыскивает топливо под высоким давлением в камеру сгорания. Кончик иглы инжектора открывается наружу. При этом образуется кольцевой зазор в несколько микрометров. Через этот зазор впрыскивается топливо, которое образует равномерный конус.По сравнению с электромагнитными катушками пьезоэлектрическое управление имеет следующие преимущества:
- быстрое срабатывание оптимизирует возможности многократного впрыска.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Электрический разъем | 2 | Подсоединение топливопровода |
| 3 | Слои пьезоэлементов | 4 | Игла инжектора, кончик открывается наружу |
| 5 | Тефлоновое кольцо (для уплотнения зазора с камерой сгорания) |
Пьезо-элемент представляет собой электромеханический преобразователь. Пьезоэлемент - это керамическая деталь, которая непосредственно преобразует электрическую энергию в механическую (сила/путь). Пьезоэлемент расширяется, когда на него подается напряжение. Расширяющийся пьезоэлемент приводит в движение иглу инжектора.
Для увеличения хода иглы пьезоэлемент составляется из нескольких слоев.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Обесточенный пьезоэлемент | 2 | Слои пьезоэлементов |
| 3 | Пьезоэлемент под напряжением |
Датчик давления во впускном коллекторе
Этот датчик измеряет разрежение в системе впуска. Разрежение в системе впуска
служит резервной величиной для сигнала нагрузки. Датчик давления во впускном
коллекторе установлен позади дроссельной заслонки.Турбонагнетатель
Двигатель комплектуется 2 турбонагнетателями (расположены на выпускном коллекторе, один для цилиндров 1 - 3, а второй для цилиндров 4 - 6). Турбины позволяют достичь очень высокой температуры отработавших газов (1050 °C), что ведет, особенно при высокой нагрузке, к значительному снижению расхода топлива.Давление наддува регулируется блоком DME с помощью байпасных клапанов (перепускные клапаны). Через байпасный клапан часть ОГ проходит мимо турбины.
Блок DME управляет байпасными клапанами через электропневматический преобразователь давления. При этом клапаны регулируются свободно.
Для охлаждения и смазки турбонагнетателя на корпусе имеются 2 патрубка контура охлаждения двигателя и 2 патрубка масляного контура.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Выпускной коллектор, с двумя стенками (цилиндры 1 - 3), приварен к корпусу турбины | 2 | Трубопровод подвода масла |
| 3 | Выпуск охлаждающей жидкости | 4 | Мембранный механизм байпасного клапана |
| 5 | Обратный маслопровод | 6 | Ввод охлаждающей жидкости |
| 7 | Турбонагнетатель с байпасным клапаном (перепускным клапаном) |
8 | Выпускной коллектор, с двумя стенками (цилиндры 4 - 6), приварен к корпусу турбины |
Масляный насос с регулировкой объемного расхода
Двигатель оснащен масляным насосом с регулировкой объемного расхода. Этот
насос подает ровно столько масла, сколько необходимо для достижения требуемого
давления регулировки. Масляный насос имеет цепной привод от коленчатого
вала.Электрический насос охлаждающей жидкости
Насос охлаждающей жидкости с приводом от электродвигателя. Мощностью электродвигателя (400 Вт) управляет электроника. Она соединена с DME интерфейсом для передачи данных последовательным двоичным кодом. По нагрузке, рабочему диапазону и данным датчиков температуры DME определяет требуемую интенсивность охлаждения. Для регулировки насоса охлаждающей жидкости DME посылает управляющей электронной схеме соответствующие сигналы.Электродвигатель насоса омывается охлаждающей жидкостью. При этом охлаждаются как сам электродвигатель, так и управляющая электронная схема. Охлаждающая жидкость одновременно смазывает подшипники насоса.
Датчик состояния масла
Датчик состояния масла измеряет следующие параметры:- Температура масла в двигателе
- Уровень масла
- Качество масла
Система газораспределения с изменяемой фазой открытия впускных и выпускных клапанов ”Двойной VANOS”
Система газораспределения с изменяемой фазой открытия клапанов служит для увеличения крутящего момента в нижнем и среднем диапазонах частоты вращения.По одному электромагнитному клапану VANOS регулируют исполнительные механизмы VANOS на стороне впускных и выпускных клапанов. Электромагнитными клапанами VANOS управляет блок DME.
Фазы газораспределения плавно регулируются исполнительными механизмами VANOS.
Большее перекрытие клапанов дает уменьшение количества остаточных газов на холостом ходу. Благодаря внутренней рециркуляции ОГ в диапазоне частичных нагрузок снижается содержание окиси азота.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Исполнительный механизм VANOS, сторона выпуска | 2 | Исполнительный механизм VANOS, сторона впуска |
| 3 | Датчик распредвала впускных клапанов | 4 | Электромагнитный клапан |
| 5 | Электромагнитный клапан | 6 | Датчик распредвала выпускных клапанов |
Внимание! Не путать исполнительные механизмы VANOS местами.
На передней стороне исполнительного механизма VANOS выгравирована сторона его установки.
Алюминиевый блок-картер
Двигатель заключен в составной алюминиевый блок-картер. Для повышения жесткости нижняя часть имеет конструкцию станины.Функции системы
Ниже описываются следующие функции:- регулировка давления наддува
- вентиляция картера двигателя
- охлаждение двигателя
- подача масла с регулировкой расхода по объему
- дозирование топлива
- защита системы
регулировка давления наддува
Давление наддува регулируется блоком DME с помощью байпасных клапанов (перепускные клапаны). DME управляет (программно) байпасными клапанами через электромагнитный преобразователь давления.Кроме байпасных клапанов имеются 2 клапана дозировки в режиме принудительного холостого хода. Без этих клапанов турбонагнетатель работал бы против подпора закрытой дроссельной заслонки.
Когда дроссельная заслонка закрывается, клапаны открывается под действием повышенного разрежения во впускном коллекторе. В открытом состоянии клапаны соединяют стороны впуска и выпуска компрессора. Это препятствует чрезмерному подпору.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Электропневматический преобразователь давления (для регулировки байпасного клапана турбонагнетателя цилиндров 4 - 6), управляется DME | 2 | Электропневматический преобразователь давления (для регулировки байпасного клапана турбонагнетателя цилиндров 1 - 3), управляется DME |
| 3 | Подогрев системы вентиляции картера двигателя | 4 | Датчик давления во впускном коллекторе |
| 5 | Датчик температуры всасываемого воздуха | 6 | Электрорегулятор дроссельной заслонки |
| 7 | Клапаны дозировки в режиме принудительного холостого хода, управляются разрежением во впускном коллекторе | 8 | Глушитель шума всасывания |
| 9 | Датчик давления наддува | 10 | Двигатель |
| 11 | Байпасные клапаны (перепускные клапаны) | 12 | Охладитель наддувочного воздуха |
| 13 | Турбонагнетатель | 14 | Обратный клапан с ограничением давления (для соединения картера двигателя с впускным каналом) |
| 15 | Обратный клапан трубопровода очищенного воздуха (для вентиляции картера двигателя) |
Вентиляция картера двигателя
Вентиляция картера двигателя регулируется давлением. В зависимости от
разрежения во впускном коллекторе и давления наддува воздух отводится либо во
впускной канал через 6-трубную распределительную магистраль, либо в трубопровод
очищенного воздуха перед турбонагнетателем (цилиндры 4 - 6). Распределительная
магистраль встроена в крышку головки блока цилиндров.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Подогрев системы вентиляции картера двигателя | 2 | Трубопровод очищенного воздуха перед турбонагнетателем (цилиндры 4 - 6) |
| 3 | Электрорегулятор дроссельной заслонки | 4 | Глушитель шума всасывания |
| 5 | Впускной коллектор | 6 | Двигатель |
| 7 | Трубопровод очищенного воздуха перед турбонагнетателем (цилиндры 1 - 3) | 8 | Турбонагнетатель |
| 9 | Обратный клапан с ограничением давления (для соединения картера двигателя с впускным каналом), встроен в крышку головки блока цилиндров |
10 | Обратный клапан трубопровода очищенного воздуха (для вентиляции картера двигателя) |
Для вентиляции картера двигателя имеются 2 клапана.
- Обратный клапан с ограничением давления
Обратный клапан с ограничением давления регулирует пропускную способность в зависимости от разрешения во впускном коллекторе и управляет отводом просачивающихся газов во впускной канал.
При определенном давлении наддува обратный клапан закрывается. - Обратный клапан с трубопроводом очищенного воздуха
Два трубопровода очищенного воздуха расположены за глушителем шума всасывания. По одному трубопроводу соединяют воздушный фильтр с турбонагнетателем. По трубопроводу очищенный в фильтре воздух подается к компрессору.
При определенном давлении в трубопроводе под действием разрежения открывается обратный клапан. Просачивающиеся газы отводятся в трубопровод очищенного воздуха, идущий к турбонагнетателю (цилиндры 4 - 6).
Вентиляционный патрубок в месте подсоединения к трубопроводу очищенного воздуха имеет подогрев, который работает по принципу положительного температурного коэффициента (ПТКС). Подогрев управляется через контакт 87.
Охлаждение двигателя
В системе охлаждения с электрическим насосом используются возможности обычной системы охлаждения. Требуемая мощность охлаждения определяется терморегулирующей системой, и система охлаждения настраивается соответствующим образом.Терморегулирующая система оказывает влияние на следующие узлы:
- Электрический насос охлаждающей жидкости
- Программируемый термостат
- Цифровая электронная система управления двигателем (DME)
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Радиатор | 2 | Датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе из радиатора |
| 3 | Радиатор коробки передач (встроен в радиатор) |
4 | Радиатор коробки передач с термостатом |
| 5 | Программируемый термостат | 6 | Электрический насос охлаждающей жидкости |
| 7 | Турбонагнетатель | 8 | Двигатель |
| 9 | Теплообменник отопителя | 10 | Датчик температуры охлаждающей жидкости на двигателе |
| 11 | Бачок системы охлаждения | 12 | Электровентилятор |
Терморегулирующая система определяет требуемую мощность охлаждения и соответствующим образом регулирует систему охлаждения. По обстоятельствам насос охлаждающей жидкости может быть вообще выключен, например, для более быстрого нагрева охлаждающей жидкости в фазе прогрева двигателя.
При разогретом выключенном двигателе насос охлаждающей жидкости продолжает работать и после полной остановки. Поэтому интенсивность охлаждения не зависит от оборотов двигателя.
Терморегулирующая система позволяет использовать для управления насосом охлаждающей жидкости различные характеристики. Таким образом блок управления двигателем может подстраивать температуру двигателя к условиям движения.
Блок управления двигателем (MSD80) регулирует следующие температурные диапазоны:
- 108 °C = экономичный режим
- 104 °C = обычный режим
- 95 °C = интенсивный режим
- 90 °C = интенсивный режим и регулировка программируемым термостатом
Когда блок управления двигателем распознает экономичный режим по условиям движения, DME настраивает более высокую температуру (108 °C).
В этом диапазоне двигатель потребляет не так много топлива. При высокой температуре уменьшается трение внутри двигателя. То есть увеличение температуры благоприятно влияет на расход топлива в низком диапазоне нагрузки.
В интенсивном режиме с регулировкой посредством программируемого термостата водитель добивается высокой мощности двигателя. Для этого температура в головке блока цилиндров снижается до 90 °C. Такое снижение температуры способствует лучшему наполнению, что ведет к увеличению крутящего момента двигателя. Теперь блок управления двигателя может настроить определенный рабочий диапазон с учетом ситуации. Этот позволяет через систему охлаждения влиять на расход и мощность.
Термостат системы смазки
Термостат системы смазки находится в масляном фильтре.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Радиатор охлаждения масла | 2 | Короткозамкнутый контур |
| 3 | Термостат системы смазки | 4 | Двигатель |
Термостат системы смазки закрывается и открывается в зависимости от температуры. Он никогда не закрывается полностью, в любом случае позволяя минимальному количеству масла просачиваться в радиатор.
До температуры масла 110 °C термостат закрыт.
Нагнетаемое масло попадает в отводящий трубопровод через термостат в короткозамкнутом контуре. Это позволяет быстро прогревать двигатель.
При температуре масла от 110 °C термостат открывается и уменьшает отверстие в короткозамкнутом контуре. При этом количество масла, которое попадает в трубопровод, ведущий к радиатору, увеличивается. При температуре от 125 °C термостат открыт полностью.
Подача масла с регулировкой расхода по объему
Масляный насос с регулировкой по объему подает ровно столько масла, сколько необходимо для достижения требуемого давления регулировки.Давление масла воздействует через линию управления на поршень, преодолевая усилие пружины.
Если потребность двигателя в масле возрастает, давление в смазочной системе, а значит и на регулировочном поршне, падает. Масляный насос увеличивает объем подаваемого масла и восстанавливает прежнее давление. Когда потребность в масле уменьшается, насос уменьшает подаваемый объем в соответствии с положением регулировочного поршня.
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Двигатель | 2 | Цифровая электронная система управления двигателем (DME) |
| 3 | Выключатель индикатора давления масла | 4 | Масляный фильтр |
| 5 | Масляный насос с регулировкой объемного расхода и регулировочным поршнем | 6 | Линия управления (давление масла) |
| 7 | Датчик состояния масла | 8 | Турбонагнетатель (цилиндры 1 - 3) |
| 9 | Турбонагнетатель (цилиндры 4 - 6) |
Датчик состояния масла сообщает блоку управления DME о температуре и уровне масла. Для расчета уровня блок DME рассчитывает продолжительность нагрева и охлаждения масла в двигателе. О давлении масла сообщает выключатель индикатора давления масла. Блок DME управляет по шине PT-CAN сигнальной лампой в комбинации приборов (красная: низкое давление масла; желтая: низкий уровень масла)
Дозирование топлива
| Индекс | Пояснение | Индекс | Пояснение |
|---|---|---|---|
| 1 | Датчик давления в рампе Rail | 2 | Насос высокого давления с клапаном управления количеством |
| 3 | Топливный электронасос | 4 | Датчик низкого давления топлива |
| 5 | Инжекторы | 6 | Rail |
| EKP | Блок управления EKP | DME | Цифровая электронная система управления двигателем |
| PT-CAN | Шина Powertrain-CAN |
В соответствии с системным давлением между топливным насосом и насосом высокого давления датчик низкого давления масла выдает блоку управления DME сигнал напряжения.
Системное давление (низкое давление топлива) определяется датчиком низкого давления, расположенным перед насосом высокого давления.
В блоке управления DME заданное давление все время сравнивается с фактическим. При отклонении фактического давления от заданного блок DME увеличивает или уменьшает напряжение сигнала для топливного электронасоса, которое передается в виде сообщения по шине PT-CAN блоку управления EKP. Блок управления EKP преобразует это сообщение в выходное напряжение для топливного электронасоса. Этим настраивается необходимое давление подачи топлива к двигателю (насосу высокого давления).
Если отсутствует сигнал (от датчика низкого давления топлива), то при включенном контакте 15 топливный электронасос работает по заданной программе.
При отказе шины CAN, на топливный электронасос через блок EKP подается напряжение бортовой сети.
Насос высокого давления сжимает топливо до давления от 50 до 200 бар. По трубопроводу высокого давления сжатое топливо подается в Rail. В рампе Rail сжатое топливо накапливается и распределяется по инжекторам.
Датчик давления в Rail измеряет текущее давление топлива. Когда в насосе высокого давления открывается клапан управления количеством, избыток топлива возвращается в подводящий трубопровод насоса высокого давления.
При отказе насоса высокого давления автомобиль остается на ходу, но с ограничениями.
Защита системы
Если при работе двигателя охлаждающая жидкость или масло нагреваются до слишком высокой температуры, принимаются меры для того, чтобы направить больше энергии для охлаждения двигателя.Эти меры подразделяются на 2 режима:
- Защита узлов
- Аварийный режим
- Защита узлов
Температура охлаждающей жидкости от 117 °C до 124 °C
Температура масла в двигателе от 150 °C до 157 °C
Мероприятие: например, снижение мощности кондиционера (до 100 %) и двигателя - Аварийный режим
Температура охлаждающей жидкости от 125 °C до 129 °C
Температура масла в двигателе от 158 °C до 163 °C
Мероприятие: например, снижение мощности двигателя (до 90 %)
Указания по сервисному обслуживанию
Общие указания
Предупреждение! Работы над системой питания проводить только
при остывшем двигателе.
При температуре охлаждающей жидкости свыше 40 °C отворачивание инжекторов
может привести к выбрасыванию топлива.Оставляем за собой право на опечатки, смысловые ошибки и технические изменения.
