Układy zasilania silników wysokoprężnych koncernu V.A.G cz. 7.

Volkswagen

Koncern Volkswagena we współpracy z firmą Continental w 2009 roku opracował układ wtryskowy typu Common Rail (PCR2) trzeciej generacji przeznaczony do gamy nowych czterocylindrowych silników 1.6 TDI. Jednostkę 1.6 TDI skonstruowano na bazie silnika 2.0 TDI o mocy 103 kW, który w początkowej fazie produkcji osiągał normę Euro 4.

Konfiguracja silnika 1.6 TDI pozwala na uzyskanie trzech zróżnicowanych stopni mocy: 55 kW, 66 kW i 77 kW w oparciu o układ sterujący silnikiem typu Simos PCR2 wraz z zasobnikowym systemem zasilania i piezoelektrycznymi wtryskiwaczami. System oczyszczania spalin silnika z układem ich recyrkulacji, filtrem cząstek stałych i katalizatorem utleniającym umożliwił spełnienie normy Euro 5.

Cechą charakterystyczną silnika 1.6 TDI jest modułowa konstrukcja układu recyrkulacji spalin, w którym chłodnica spalin jak i zawór recyrkulacji wraz z klapą dławiącą przepływ spalin stanowią zwarty podzespół zabudowany od strony kolektora wydechowego. Regulacja strumienia spalin doprowadzanego do kolektora ssącego jest uzależniona od dawki wtrysku, obrotów silnika, temperatury i ciśnienia powietrza. Silniki 1.6 TDI o oznaczeniach i mocach: CAYA (55kW),CAYB (66kW) ,CAYC (77kW) posiadają zasobnikowy układ wtryskowy trzeciej generacji, w którym pompa wysokiego ciśnienia zawiera zawór dozowania paliwa oraz pompę wstępnego tłoczenia. Napęd pompy wysokiego ciśnienia realizowany jest poprzez pasek rozrządu, który zmodyfikowano, ograniczając jego szerokość do 25 mm. Wtryskiwacze piezoelektryczne osadzane są w głowicy silnika z wykorzystaniem specjalnej płytki dociskowej mocującej po dwa wtryskiwacze jedną centralną śrubą. Wszystkie silniki wyposażono w turbosprężarkę, kolektor ssący z tworzywa sztucznego, moduł filtra oleju. Konstrukcja głowicy silnika 1.6 TDI wykonana została w technice czterozaworowej, sterowanie zaworami realizują dwa wałki rozrządu napędzane paskiem zębatym. Bardziej wydajne zawirowanie powietrza dostarczanego do komór spalania zapewniają spiralne kanały dolotowe oraz owalne kanały wylotowe umieszczone w głowicy silnik 1.6 TDI.

Zasobnikowy układ zasilania z piezoelektrycznymi wtryskiwaczami trzeciej generacji

Zastosowanie układu zasilania typu Common Rail w silnikach 1.6 TDI pozwoliło na zoptymalizowanie ich pracy, podniesienie wydajności oraz obniżenie generowanego przez nie hałasu. Dzięki wysokiemu maksymalnemu ciśnieniu wtrysku wynoszącemu 1600 barów, uzyskano możliwość wytworzenia korzystnej mieszanki paliwowej. Schemat układu zasilania silnika 1.6 TDI został przedstawiony na ilustracji 1 (indeksy w nawiasach odnoszą się do schematu na ilustracji 1).

Elektryczna pompa paliwa (1) o oznaczeniu G6 przetłacza olej napędowy ze zbiornika paliwa do obwodu zasilania. Filtr paliwa (2) z wbudowanym zaworem podgrzewającym ma za zadanie zapobiegać procesowi wytrącania się parafiny przy niskich temperaturach otoczenia. Pompa zębata wstępnego tłoczenia (3) o uzębieniu wewnętrznym (ilustracja 2) stanowi wspólny zespół z pompą wysokiego ciśnienia. Napędzana jest przez pasek rozrządu silnika za pośrednictwem wałka napędowego pompy wysokiego ciśnienia. Jej rolą jest przetłaczanie oleju napędowego ze zbiornika paliwa do pompy wysokiego ciśnienia (5) przez zawór dozowania paliwa (6) N290. Kontrolę ciśnienia paliwa w pompie wstępnego tłoczenia zapewnia zawór regulacyjny ustawiony na ciśnienie wynoszące 5 barów. Przekroczenie granicznego pułapu ciśnienia (5 barów) powoduje otwarcie przez zawór regulacyjny bypassu i przekierowanie strumienia paliwa z powrotem na stronę ssącą pompy wstępnego tłoczenia.

Pompa wysokiego ciśnienia (5) zasilana jest więc paliwem pod ciśnieniem około 5 barów bez względu na zmienne parametry pracy jednostki napędowej. Awaria sekcji pompy wstępnego tłoczenia uniemożliwia dalszą pracę silnika, jak i jego ponowne uruchomienie. Paliwo z obszaru pompy wstępnego tłoczenia przez wysterowany zawór N290 kierowane jest do pompy wysokiego ciśnienia. Zastosowanie zaworu dozowania paliwa N290 umożliwiło kontrolę nad wydajnością pompy wysokiego ciśnienia z poziomu obiegu niskiego ciśnienia. Taki sposób regulacji efektywności tłoczenia pompy wysokiego ciśnienia pozwolił ograniczyć moc potrzebną do jej napędu dostosowując generowane ciśnienie do chwilowego zapotrzebowania silnika. Wysterowanie elektromagnesu zaworu dozowania paliwa N290 powoduje przesunięcie tłoczka i otwarcie kanału, którym paliwo z pompy wstępnego tłoczenia dopływa do pompy wysokiego ciśnienia. W fazie braku wysterowania elektromagnes zaworu N290 pozwala na szczelne zamknięcie kanału, przez tłoczek dociskany sprężyną, i odcięcie dopływu paliwa do pompy wysokiego ciśnienia. Uszkodzenie zaworu N290 lub przerwa w jego zasilaniu spowodują, iż silnika nie będzie można uruchomić. Tłokowa pompa wysokiego ciśnienia (ilustracja 2) typu promieniowego składa się z dwóch tłoków sterowanych mimośrodem rozmieszczonych względem siebie o 180°.

Maksymalne ciśnienie wtrysku wynoszące 1600 barów może być generowane przez pompę wysokiego ciśnienia bez względu na obroty silnika, jak i ilość wtryskiwanego paliwa. W czasie suwu sprężania (ilustracja 3) obracający się mimośród przesuwa tłok w górę, co powoduje wzrost ciśnienia paliwa w górnej komorze sprężania. Następuje zamknięcie zaworu wlotowego na skutek oddziaływania sprężyny i narastającego ciśnienia. Z kolei zawór wylotowy zostaje otwarty, ponieważ ciśnienie w zasobniku ma mniejszą wartość aniżeli ciśnienie w komorze sprężania. W tym samym czasie ruch tłoka w kierunku osi mimośrodu (ilustracja 3) wywołuje powstanie podciśnienia w dolnej komorze sprężania. Zawór wlotowy otwiera się i komora sprężania zostaje napełniona zassanym strumieniem paliwa płynącym z zaworu dozowania N290. Zawór wylotowy zamyka się, gdyż ciśnienie w zasobniku jest znacznie większe od ciśnienia w dolnej komorze sprężania.

Czujnik temperatury paliwa G81 (4) przesyła do sterownika silnika dane dotyczące temperatury oleju napędowego. Sygnał z czujnik ciśnienia paliwa G247 (9) pozwala określić dokładną wartość ciśnienia paliwa w zasobniku. Półprzewodnikowy element pomiarowy przekształca ciśnienie na sygnał napięciowy i sygnał ten zostaje wysłany do sterownika silnika. Aby pomiar ciśnienia paliwa odpowiadał kryteriom sterownika i był wiarygodny, musi być dokonywany z dużą dokładnością i szybkością. Sterownik analizuje sygnał z sensora G247 do procesu regulacji wysokiego ciśnienia dokonywanego przez zawór dozowania N290 oraz do sterowania czasem wtrysku. W przypadku uszkodzenia czujnika G247 sterownik silnika aktywuje program awaryjny, ograniczając moc i prędkość obrotowa silnika do pułapu 3000 obr/min. W wysokociśnieniowym zasobniku paliwa (8) gromadzone jest paliwo dla wszystkich wtryskiwaczy i utrzymywane na możliwie stabilnym poziomie co pozwala na stałe ciśnienie wtrysku w fazie wysterowania wtryskiwacza (otwarcia). Ciśnienie paliwa w zasobniku regulowane jest za pośrednictwem elektromagnetycznego zaworu regulacyjnego N276 (7). W fazie gdy zawór N276 nie jest wysterowany (silnik nie pracuje) w zasobniku wysokociśnieniowy utrzymywane jest niewielkie ciśnienie spoczynkowe. Podczas pracy jednostki napędowej sterownik silnika zasila cewkę elektromagnesu, która steruje położeniem iglicy zaworu regulującego przepływ paliwa pomiędzy obiegiem wysokiego ciśnienia w zasobniku a obiegiem powrotnym. Awaria zaworu regulacji ciśnienia paliwa N276 nie pozwala na dalszą pracę silnika. W silniku 1.6 TDI zastosowano wtryskiwacze piezoelektryczne trzeciej generacji (11), zasadniczo różniące się od wtryskiwaczy użytych w zasobnikowym układzie zasilania silnika 2.0 TDI typu CBAB (opis systemu Common Rail silnika 2.0 TDI – „autoEXPERT” 2/2018).

O Autorze

Mariusz Leśniewski

Inżynier mechanik, autor materiałów szkoleniowych dla branży motoryzacyjnej, audytor branży motoryzacyjnej

Tagi artykułu

autoExpert 7–8 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę