Сердце моей Шкоды — это то, что делает её другой, не похожей на прежние машины. О нем и мой рассказ (материалы взяты из источников программ самообучения VW AG SSP)

С внедрением модульной платформы с поперечным расположением силового агрегата (Modularer Quer Baukasten, сокращённо MQB) марка Volkswagen приступила к реализации модульной стратегии при разработке и создании автомобилей. Согласно этой стратегии, для всех моделей автомобилей класса Polo, Golf и Passat используются единые стандартные компоненты и модули.
Начиная с нового семейства двигателей EA211 схожая стратегия начинает использоваться при создании бензиновых двигателей. Речь идёт о модульном семействе бензиновых двигателей (Modularer Ottomotoren Baukasten) EA211. Они имеют рабочий объём от 1,0 до 1,6 л.
Базовым двигателем является при этом TSI 1,4 л 103 кВт.

Двигатель 1,4 л 110 кВт TSI

До настоящего времени монтажное положение двигателей, например в Golf 2009 модельного года, было очень различным. В то время как прежние двигатели 1,4 л семейства EA111 были наклонены вперёд, а система выпуска направлена к радиатору, другие бензиновые и дизельные двигатели были наклонены назад. Система выпуска при этом была направлена к перегородке моторного отсека. Чтобы полностью реализовать потенциал экономии, с переходом к модульной платформе с поперечным расположением двигателя монтажное положение двигателей следовало сделать одинаковым. Новое монтажное положение двигателей семейства EA211 потребовало изменения общей компоновки двигателя.

Преимущества новой модульной стратегии:
— одинаковое установочное положение;
— унификация присоединительных размеров КП, элементов системы охлаждения и системы выпуска ОГ;
— небольшие габариты двигателя;
— уменьшение выступания двигателя вперёд на 50 мм за счёт установки с наклоном на 12° назад.

Новое семейство бензиновых двигателей EA211

При разработке новых двигателей требуется выполнить целый ряд требований. Одновременно появляется возможность использовать технологии, применение которых в существующих двигателях было бы слишком затратным.
К выполненным требованиям относятся:
— модульная конструкция;
— установка двигателей в наклонном положении;
— компактная конструкция;
— снижение расхода топлива и тем самым выбросов CO2 на 10–20 %;
— снижение массы двигателя на 30 %;
— соответствие перспективному экологическому классу Евро 6.

Модульная конструкция двигателя TSI 1,4 л 110 кВт

Общие признаки всех двигателей семейства EA211:
• одинаковое установочное положение;
• крепление компрессора климатической установки и генератора без дополнительного кронштейна
непосредственно на масляном поддоне или на блоке цилиндров резьбовым соединением;
• четыре клапана на цилиндр;
• алюминиевый блок цилиндров;
• встроенный в головку блока цилиндров выпускной коллектор;
• привод ГРМ посредством зубчатого ремня.

Особенности конструкции двигателя TSI 1,4 л 110 кВт
• ГБЦ с встроенным выпускным коллектором;
• привод ГРМ посредством зубчатого ремня;
• насос системы охлаждения объединён
с корпусом термостатов;
• привод насоса системы охлаждения с помощью
зубчатого ремня от распредвала выпускных
клапанов;
• модуль турбонагнетателя с электроприводом
регулятора давления наддува;
• регуляторы фаз ГРМ на впускном и выпускном
распредвалах;
• шестерённый масляный насос с двумя ступенями
давления масла.

Характеристики двигателя 1,4 л 110 кВт TSI

Привод зубчатым ремнём
Привод распределительных валов осуществляется зубчатым ремнём. Ремень натягивается автоматическим натяжным роликом, который одновременно направляет его с помощью буртиков. Направляющий ролик на стороне растягивающего усилия и специальная форма зубчатых шкивов распредвалов у 3-цилиндрового двигателя или зубчатого шкива коленчатого вала у 4-цилиндрового двигателя обеспечивают ровный ход ремня.

Блок цилиндров
Блок цилиндров изготовлен из алюминия методом литья под давлением и выполнен с открытой рубашкой охлаждения (Open>Deck). Open Deck означает, что рубашка охлаждения цилиндров со стороны ГБЦ открыта, т. е. перемычки между гильзами цилиндров и внешними стенками блока цилиндров в верхней части блока отсутствуют, цилиндры соединяются с остальным блоком только в своей нижней части.
Это даёт следующие преимущества:
— невозможность образования в этой области воздушных пузырей, которые могли бы создать проблемы с удалением воздуха из системы и охлаждением;
— меньшая деформация цилиндров при установке ГБЦ на блок цилиндров; поршневые кольца лучше прилегают к менее деформированным цилиндрам, и расход масла сокращается. В блоке цилиндров отлиты масляные каналы для смазывания под давлением, обратные масляные каналы и каналы системы вентиляции картера. Это сокращает количество дополнительных деталей, а также затраты на обработку

Гильзы цилиндров из серого чугуна
Блок цилиндров отлит с предварительно установленными отдельными гильзами цилиндров из серого чугуна. Их наружная поверхность очень шершавая, благодаря чему площадь поверхности увеличивается и теплопередача к блоку цилиндров улучшается.

Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм спроектирован так, чтобы обеспечить уменьшение подвижных масс и меньшее трение. Коленчатые валы, шатуны и поршни настолько оптимизированы по массе, что даже в трёхцилиндровых двигателях удалось отказаться от применения обычного в таких случаях балансирного вала.

Шатун
Шатун и шатунная крышка изготавливаются методом разлома. В области, подверженной меньшим нагрузкам, верхняя головка шатуна имеет трапециевидную форму. Благодаря этому, дополнительно снижена масса и уменьшено трение.

Поршни, поршневые кольца, поршневые
пальцы
Поршни изготовлены из алюминия методом литья под давлением. Днище поршня выполнено плоским, поскольку от выемок в днище, способствующих лучшему внутреннему смесеобразованию, которые обычны для двигателей семейства EA111, решено отказаться. Наряду с меньшей массой, это обеспечивает более равномерное распределение тепла от сгорания топлива по днищу поршня и предупреждает перебои в зажигании. У пакета поршневых колец увеличен монтажный зазор и, таким образом, уменьшено трение.

Коленчатые валы
На двигателях MPI, подверженных меньшим нагрузкам, используются литые коленчатые валы, а на двигателях TSI — кованые коленчатые валы. Кроме того, они отличаются числом опор, противовесов и диаметром коренных и шатунных шеек. В более нагруженном двигателе TSI 1,4 л 103 кВт используется, к примеру, кованый стальной коленвал. Он имеет пять опор, четыре противовеса, а диаметр коренных и шатунных шеек составляет 48 мм. Чтобы ещё больше снизить массу, в щеках коленвала высверлены полости. Все эти меры снижают силы инерции движущихся частей коленвала и, таким образом, нагрузку на коренные подшипники.

Головка блока цилиндров
При разработке ГБЦ из алюминия внимание уделялось прежде всего более широкому использованию энергии
отработавших газов для ускорения прогрева двигателя.

У ГБЦ с охлаждением поперечным потоком охлаждающей жидкости ОЖ поступает со стороны впуска, омывая камеры сгорания, к стороне выпуска. Под выпускным коллектором поток ОЖ разделяется на два контура. Он протекает через множество каналов и при этом поглощает тепло. Из ГБЦ поток поступает в корпус термостатов и смешивается с остальной охлаждающей жидкостью.

Встроенный выпускной коллектор
У встроенного выпускного коллектора четыре выпускных канала внутри ГБЦ сходятся к центральному фланцу. Непосредственно к этому фланцу привинчивается турбонагнетатель.
Такая схема имеет несколько преимуществ:
— Охлаждающая жидкость нагревается отработавшими газами во время прогрева двигателя. Двигатель быстрее нагревается до рабочей температуры. Благодаря этому, снижается расход топлива и обогрев салона может начинаться раньше.
— Вследствие меньшей площади поверхности стенок выпускного тракта на стороне выпуска до каталитического нейтрализатора, отработавшие газы во время прогрева двигателя отдают меньше тепла. За счёт этого нейтрализатор, несмотря на охлаждение охлаждающей жидкостью, быстрее нагревается до рабочей температуры.
— В режиме полной нагрузки встроенный выпускной коллектор и выпускные газы охлаждаются сильнее, двигатель может эксплуатироваться в более широком диапазоне нагрузок при значении лямбда, равном 1, с оптимальными показателями расхода топлива и токсичности отработавших газов.

Корпус распредвалов

Корпус распредвалов изготовлен из алюминия методом литья под давлением и образует вместе с двумя распредвалами единый модуль. При модульной конструкции распредвалы интегрированы непосредственно в корпус распредвалов. Поскольку кулачки больше не требуется пропускать сквозь подшипниковые опоры, подшипники могут быть очень компактных размеров.

Преимущества подшипниковых опор меньшего размера:
— меньшее трение в подшипнике;
— более высокая жёсткость.

Радиальные шарикоподшипники
Для уменьшения потерь на трение в передних опорах обоих распредвалов, воспринимающих наибольшую нагрузку от зубчатого ремня, используются радиальные шарикоподшипники.

Газораспределительный механизм

Все двигатели семейства EA211 имеют четыре клапана на цилиндр. При этом впускные клапаны размещены в своде камеры сгорания в подвешенном состоянии под углом 21°, а выпускные — под углом 22,4°. Привод клапанов осуществляется роликовыми рычагами с гидрокомпенсаторами.

Особенности
— Диаметр стержней клапанов сокращён до 5 мм. За счёт этого уменьшены движущиеся массы и снижены потери на трение благодаря меньшей упругости пружины клапана.
— Угол седла клапана на стороне впуска и выпуска равен 120° для повышения износостойкости при использовании альтернативных видов топлива, например природного газа.

Регулирование фаз газораспределения
Все двигатели семейства EA211 оборудованы регулятором фаз газораспределения впускных клапанов, а начиная с мощности 103 кВт — также регулятором фаз газораспределения выпускных клапанов. Регулирование фаз ГРМ осуществляется в зависимости от нагрузки и оборотов двигателя с помощью регуляторов фаз газораспределения, размещённых непосредственно на распредвалах. Поворот регуляторов осуществляется с помощью клапанов регуляторов фаз газораспределения, которые интегрированы непосредственно в контур системы смазки. Углы отклонения определяются обоими датчиками Холла.

Фазы газораспределения
Благодаря применению регуляторов фаз газораспределения впускных и выпускных клапанов, фазы газораспределения можно ещё лучше адаптировать к потребностям двигателя, поскольку в зависимости от режима работы различное время открытия и закрытия клапанов может давать большие преимущества.

Подача воздуха

Приточный воздух через размещённый непосредственно на двигателе воздушный фильтр, турбонагнетатель, блок дроссельной заслонки, впускной коллектор со встроенным интеркулером, впускные каналы и впускные клапаны направляется в цилиндры.

Особенности подачи воздуха
— Впускной коллектор имеет резонаторные камеры, с помощью которых уменьшаются колебания во впускном тракте, возникающие в процессе впуска воздуха. В зависимости от частоты, такие колебания могут приводить к различным шумам.
— Впускные каналы выполнены таким образом, что обеспечивают хорошее движение потока при незначительном сопротивлении течению.
— Охлаждение наддувочного воздуха осуществляется с помощью находящегося во впускном коллекторе интеркулера, через который протекает охлаждающая жидкость.

Турбонаддув

У двигателей TSI семейства EA211 система наддува реализована на основе турбонагнетателя. При этом конструкция рассчитана на обеспечение высокого крутящего момента при низких оборотах и быстрое срабатывание. К примеру, двигатель TSI 1,4 л 103 кВт развивает свой максимальный крутящий момент 250 Н·м уже при 1500 об/мин.

Особенностью тракта наддувочного воздуха является его компактная конструкция. Благодаря ей, турбонагнетателю приходится сжимать меньший объём воздуха, и требуемое давление наддува достигается быстрее.

Турбонагнетатель

Каждый турбонагнетатель для соответствующего двигателя и соответствующей мощности разработан заново. В то время как базовая конструкция с воздуховодом, системой смазки или охлаждения у всех вариантов одинаковая, они различаются в основном размерами турбинного и насосного колёс. Ещё одним отличием являются регуляторы давления наддува. Они могут заменяться отдельно, однако, в зависимости от двигателя, различаются креплением на перепускном клапане, а также базовой установкой после замены.

Особенности турбонагнетателя
— Малый диаметр турбинного и насосного колёс с соответствующим меньшим моментом инерции.
— Материал способен выдержать максимальную температуру ОГ до 950 °C.
— Интеграция системы охлаждения наддувочного воздуха в контур циркуляции ОЖ, чтобы после выключения двигателя не допустить перегрева подшипниковых опор вала.
— Подсоединение в контур смазки двигателя для охлаждения и смазки подшипниковых опор.
— Управление перепускным клапаном для регулирования давления наддува с помощью электрического регулятора давления наддува со встроенным датчиком положения.

Система смазки

Шестерённый масляный насос с внешним зацеплением шестерён

На двигателях TSI 1,4 л применяется шестерённый масляный насос с внешним зацеплением шестерён. Он работает в очень экономичном режиме и, таким образом, способствует снижению расхода топлива и выбросов CO2. Масляный насос привинчен к верхней части масляного поддона и работает с двумя ступенями давления масла (примерно 1,8 и 3,3 бар) в зависимости от нагрузки и оборотов двигателя. Привод осуществляется от коленвала, необслуживаемым цепным приводом без натяжителя цепи.Давление масла регулируется в соответствии с производительностью насоса.

Преимущества двухступенчатого регулирования давления и подачи масла
— Приводная мощность масляного насоса уменьшается, потому что насос подаёт только то количество масла, которое требуется.
— Старение масла уменьшается, потому что по контуру циркулирует меньшее количество масла.

Заключение

В целом двигатель нагруженный и сложный. Очень надеюсь, что проблем с надежностью не будет

Спасибо за внимание!