В конструкции вновь разработанного дизеля V10 TDI воплощен ряд новых решений, которые позволяют реализовать большую мощность при относительно небольших массе и габаритах. Два ряда цилиндров, расположенных под углом 900, образуют блок, изготовляемый из алюминиевого сплава. Механизм газораспределения и вспомогательные агрегаты приводятся через зубчатые передачи. Зарекомендовавшая себя топливная система с насос -форсунками способствует получению высокой мощности при минимальных выбросах вредных веществ. Мощный дизель V10 TDI устанавливается на автомобили Phaeton и Touareg концерна Volkswagen.

Особенности конструкции двигателя

- Алюминиевый блок цилиндров соединен с чугунным модулем подшипников коленчатого вала.

- Головки цилиндров притягиваются к блоку цилиндров анкерными болтами.

- Привод распределительных валов и вспомогательных агрегатов производится через зубчатые передачи.

- Вибрации двигателя снижены с помощью уравновешивающих валов.

Особенности системы управления двигателем

- Двигатель обслуживают два электронных блока управления.

- Наддув осуществляется двумя турбокомпрессорами с регулируемым направляющим аппаратом турбины.

- Рециркуляция отработавших газов осуществляется посредством клапанов с вакуумным приводом и впускных заслонок с электроприводом.

- Регулирование рециркуляции производится по сигналам датчиков кислорода.

Технические характеристики

Модель двигателя AYH  (Touareg)

AJS (Phaeton)

Конструкция V-образный двигатель с углом развала 900

Рабочий объем 4921 см3

Диаметр цилиндра 81 мм

Ход поршня 95,5 мм

Число клапанов на цилиндр 2

Степень сжатия 18

Максимальная мощность 230 кВт при 4000 об/мин

Максимальный крутящий

момент

750 Н·м при 2000 об/мин

Система управления двигателем Bosch EDC 16

Топливо Дизельное с ЦЧ не менее 49 или биологическое топливо

Система очистки ОГ Рециркуляция ОГ и нейтрализаторы окислительного типа

Последовательность работы цилиндров

1-6-5-10-2-7-3-8-4-9

Токсичность ОГ В соответствии с нормами Евро III

Максимальный крутящий момент двигателя

V10 TDI равен 750 Н·м, он достигается уже

при 2000 об/мин.

Номинальная мощность равна 230 кВт.

Она достигается при 4000 об/мин.

Блок цилиндров

Блок цилиндров состоит из верхней части и модуля подшипников коленчатого вала. Верхнюю часть блока цилиндров изготовляют из алюминиевого сплава, благодаря чему снижается масса двигателя. Цилиндры расположены в два ряда с углом развала 900, что обеспечивает общую компактность двигателя.

Плазменное напыление цилиндров

Впервые на рабочие поверхности цилиндров дизеля наносится износостойкое покрытие с помощью плазматрона. В результате можно обойтись без установки в алюминиевый блок гильз цилиндров. Это мероприятие также способствует снижению массы двигателя и уменьшению его размеров за счет сокращения перемычек между цилиндрами.

Модуль подшипников коленчатого вала

Состоящий из двух частей модуль подшипников коленчатого вала изготовляется из высокопрочного чугуна. Нижняя часть модуля соединена с его верхней частью посредством прессовой посадки и дополнительно притянута к нему болтами. Благодаря этому придается достаточная прочность опорам коленчатого вала и создаются благоприятные условия для передачи на них значительных усилий, создаваемых при сгорании топлива в цилиндрах двигателя.

Головка цилиндров

Двигатель V10 TDI оснащен двумя головками цилиндров, отливаемых из алюминиевого сплава. Впускные и выпускные каналы выведены на противоположные стороны головок, направляя потоки воздуха и газов поперек их. Это расположение каналов способствует газообмену, обеспечивая хорошее наполнение цилиндров. Впускные каналы начинаются в развале цилиндров, а выпускные каналы выходят на наружные стороны двигателя.

Принцип анкерных связей

Чтобы уменьшить деформации блока цилиндров, он стягивается с головками цилиндров и модулем подшипников коленчатого вала анкерными болтами.

Коленчатый вал

Коленчатый вал двигателя V10 TDI изготовляется из улучшаемой стали. Он представляет собою цельную кованую деталь. На коленчатом вале закрепляются ведущая шестерня раздаточного механизма, задающий диск датчика частоты вращения и противовесы,

притягиваемые к нему болтами.

 Смещение шатунных шеек

Рабочий цикл четырехтактного двигателя осуществляется при повороте коленчатого вала на 7200. Чтобы обеспечить равномерное чередование вспышек у десятицилиндрового двигателя, необходимо их производить через 720 поворота коленчатого вала.

Коленчатый вал

Коленчатый вал двигателя V10 TDI изготовляется из улучшаемой стали. Он представляет собою цельную кованую деталь. На коленчатом вале закрепляются ведущая шестерня раздаточного механизма, задающий диск датчика частоты вращения и противовесы, притягиваемые к нему болтами.

7200 поворота коленчатого вала 10 цилиндров = 720 между вспышками

Поэтому угол между рядами цилиндров (угол развала) V-образного десятицилиндрового двигателя следовало бы выполнить равным 720. Так как угол развала двигателя V10 TDI равен 900, для обеспечения равномерного чередования работы цилиндров шатунные шейки коленчатого вала необходимо сместить на 180.

900 угла развала – 720 чередования вспышек = 180 смещения шатунных шеек

Поршень и шатун

Чтобы при высоких давлениях сгорания в цилиндрах удельные давления в бобышках поршня и во втулке шатуна оставались достаточно низкими, головке шатуна и соответствующей ей части поршня придана трапецеидальная форма. Благодаря этому передаваемые поршнем усилия распределяются по большей площади. Помимо этого в бобышках поршня установлены латунные втулки. Для отвода тепла из зоны колец в поршне

предусмотрен охлаждающий канал, по которому циркулирует масло, подаваемое через форсунки при положении поршня вблизи нижней мертвой точки.

Шатун

Нижняя головка шатуна имеет косой разъем, образуемый методом разлома.

Смещение оси поршневого пальца

Ось поршневого пальца смещена с оси поршня, чтобы снизить шум от его перекладки при движении вблизи верхней мертвой точки. При расположении шатуна под углом к оси цилиндра на поршень действует сила, прижимающая его попеременно к одной или другой стороне цилиндра. При перемещении поршня вблизи верхней мертвой точки эта сила меняет свое направление. При этом поршень с шумом перекладывается с одной стороны цилиндра на другую сторону. Чтобы предотвратить резкую перекладку поршня, ось пальца смещают с его оси. В результате этого смещения перекладка поршня происходит перед приходом его в верхнюю мертвую точку.

Уравновешивание двигателя

Чтобы снизить вибрацию двигателя при его работе, необходимо уравновесить моменты, создаваемые силами инерции. Для этого предусмотрены 6 противовесов, закрепленных на коленчатом вале болтами. Моментам сил инерции противостоят противовесы на уравновешивающем вале и в шестерне его привода. Уравновешивающий вал приводится от коленчатого вала и вращается в противоположном ему направлении. Уравновешивающий вал используется также для привода масляного насоса. Противовесы изготовляются из сплава вольфрама, высокая плотность которого позволяет уменьшить их размеры.

Гаситель крутильных колебаний

Этот гаситель служит для снижения крутильных колебаний коленчатого вала. Он заполнен силиконовой жидкостью. Гашение крутильных колебаний коленчатого вала осуществляется за счет сил сдвига, действующих в силиконовой жидкости.

Раздаточный механизм с приводами вспомогательных агрегатов

Шестерни раздаточного механизма расположены со стороны маховика. Распределительные валы и вспомогательные агрегаты приводятся от коленчатого вала через косозубые шестерни. По сравнению с зубчатым ремнем шестерни позволяют передавать большие усилия при равных габаритах механизма. При этом отсутствуют явления, связанные с вытягиванием ремня. Зубчатые передачи не нуждаются в обслуживании.

Устройство раздаточного механизма

Модуль раздаточного механизма

Модуль раздаточного механизма представляет собою комплект косозубых шестерен, установленных между двумя несущими корпусными плитами. Чтобы обеспечить одинаковое тепловое расширение всех деталей модуля и сохранение боковых зазоров в зацеплениях шестерен, несущие плиты изготовляются из термически обработанного чугуна. Модуль раздаточного механизма притянут тремя болтами к модулю подшипников коленчатого вала, который также изготовляется из чугуна. Шестерни стальные. Угол наклона зубьев равен 150, благодаря чему в зацеплении всегда находятся два зуба каждой шестерни. По сравнению с прямозубыми шестернями обеспечивается передача больших усилий и снижается шумность при их работе.

Механизмы и системы двигателя

Компенсационное устройство Шестерни распределительных валов

связаны с раздаточным механизмом через компенсационное устройство. Распределительные валы установлены в алюминиевых головках цилиндров,

а материалом несущих плит модуля раздаточного механизма является чугун. Так как при нагреве алюминий расширяется в большей степени, чем чугун, возникает необходимость в компенсации зазора в зацеплении шестерен. Для этого предусмотрена компенсационная шестерня, установленная в шарнирном корпусе между шестерней распределительного вала и ведущей шестерней раздаточного механизма.

Принцип действия

При нагреве изменяется положение оси распределительного вала относительно модуля раздаточного механизма. Компенсационная шестерня перемещается совместно с шарниром, соединяющим пластины компенсационного устройства, поэтому боковые зазоры в зацеплениях шестерен остаются неизменными.

Нажимное устройство

Пластины компенсационного устройства прижимаются друг к другу посредством нажимного устройства, в корпусе которого установлена втулка, а в ней находится пакет сжатых в осевом направлении шайб. Корпус нажимного устройства ввернут в консоль головки цилиндров. Пластины компенсационного устройства стягиваются посредством вставной оси, благодаря чему предотвращаются их колебания при работе двигателя.

Генератор

Генератор компактно расположен в развале между рядами цилиндров. Он приводится от раздаточного механизма через промежуточный вал и дисковую муфту Hardy. Благодаря передаче с промежуточным валом ротор генератора вращается в 3,6 раза быстрее коленчатого вала. В результате генератор способен отдавать повышенную мощность на всех режимах работы двигателя и в том числе на режиме холостого хода, когда электрооборудование автомобиля потребляет достаточно большой ток.

Генератор имеет жидкостное охлаждение.

Насос усилителя руля и компрессор кондиционера

Насос усилителя руля и компрессор кондиционера установлены на блоке цилиндров последовательно друг за другом. Насос усилителя руля приводится непосредственно от раздаточного механизма, а компрессор кондиционера — через общий вал и муфту с двумя дисками Hardy. В приводе компрессора кондиционера предусмотрен резиновый предохранительный элемент. Диск Hardy представляет собою резиновый

элемент с вставленными в него стальными втулками. Благодаря упругости материала этот диск обеспечивает передачу крутящего момента при небольших угловых и продольных смещениях соединенных посредством него валов. Помимо этого он способствует гашению колебаний крутящего момента.

Система смазки

Редукционные клапаны регулируют давление масла на входе в главную магистраль двигателя. Они открываются, если давление масла превышает допустимую величину.

Противодренажные клапаны предотвращают сток масла из головок цилиндров и из фильтра в поддон при неработающем двигателе.

Перепускной клапан открывается при чрезмерном сопротивлении фильтра и обеспечивает таким образом непрерывную подачу масла в двигатель.

Модуль масляного фильтра

Модуль масляного фильтра расположен компактно в развале между рядами цилиндров двигателя. В этом модуле объединены масляный фильтр, маслоналивной патрубок и жидкостно-масляный теплообменник.

Масляный насос

Масляный насос расположен в передней части масляного поддона. Он состоит из четырех героторных секций, две из которых подают масло к механизмам двигателя. Две другие секции служат для отсоса масла из зоны его слива из турбокомпрессоров. Они обеспечивают подачу масла к маслоприемнику на всех эксплуатационных режимах. Масляный насос приводится от раздаточного механизма через уравновешивающий вал.

Масляный поддон

Масляный поддон состоит из двух алюминиевых частей. Через верхнюю часть масляного поддона проходят трубопроводы откачивающих секций масляного насоса. В нижней части поддона расположен датчик уровня масла и перегородки, служащие для успокоения масла. Конструкция нижней части поддона у двигателей автомобилей Phaeton и Touareg различная. Двигатель для автомобиля Touareg оснащается более глубоким поддоном, вмещающим соответственно большее количество масла. Помимо этого в нижней его части установлены обратные заслонки, которые должны предотвращать отток масла от маслоприемника при движении автомобиля в гору.

Работа системы откачки масла в различных условиях эксплуатации

Чтобы обеспечить работу системы смазки под давлением при всех эксплуатационных состояниях и нормальном уровне масла, предусмотрены две откачивающие секции масляного насоса. Ниже приведены примеры работы системы откачки масла в трех различных случаях.

Работа системы откачки масла при горизонтальном положении автомобиля

При равномерном движении по горизонтальной дороге нагнетательные секции насоса забирают масло из поддона через маслоприемник и подают его под давлением в систему смазки двигателя. Часть стекающего масла поступает непосредственно в масляную ванну, а из турбокомпрессоров и раздаточного механизма масло сливается в заднюю часть поддона. Из задней части поддона масло забирается откачивающими секциями насоса и

возвращается через маслоотделитель в масляную ванну. Маслоотделитель работает по принципу циклона. Он обеспечивает отделение масла от воздухомасляной эмульсии. Из него масло стекает в масляную ванну.

Работа системы откачки масла при движении автомобиля в гору

При движении автомобиля в гору или при его разгоне масло скапливается в задней части поддона. При этом обратные заслонки закрываются, препятствуя оттоку всего масла в эту часть поддона. Откачивающие секции насоса отбирают масло из задней части поддона, предотвращая подпор на сливе из турбокомпрессоров и раздаточного механизма. Откачиваемое масло поступает через маслоотделитель в ванну к маслоприемнику. Благодаря этому обеспечивается постоянное поступление масла в нагнетательные секции насоса.

Работа системы откачки масла при движени