新一代V6 TDI发动机上带博世共轨喷射系统、带压电式喷油器(200MPa的蓄压管压力)、带催化转化器、带柴油颗粒过滤器、带废气涡轮增压器(HTT)、带新型热量管理系统(ITM)、带按需调节的内置燃油泵、并且链条传动装置具有新的链条布局。
1.链条传动装置
位于变速器一侧的双轨道链条传动装置在新型V6发动机上继续得到优化,如图2-3-1所示。新的链条布局使链条和链条张紧器数量由4个减为2个。同时,取消两个中间轮,并采用新驱动方案,即不带额外的正时带传动装置的高压泵,使安装得到简化,重量减轻,磨损降低。
图2-3-1 双轨道链条传动装置
在正时传动链上,为驱动两个进气凸轮轴和平衡轴,安装了一根相当于206个链节长的套筒式链条。链条上涂有一层耐磨材料。因此,在使用时间延长的情况下,可防止链条伸长。辅助传动链的链条也是套筒式链条,它用于驱动高压喷射泵以及位于壳体内的机油泵和真空泵。
2.进气导管
进气管道吸入的空气从前端经过一系列塑料件到达节气门。一个短的塑料空气导向件与节气门相连。在此,再循环的废气随着气流通过一个热耦合的板材结构流入进气通道。通过该几何形状,在导入废气时,可防止在任何运行状态下塑料内壁的增厚,同时实现良好的混合性能。与上一代发动机的六个单独阀门相比,新一代发动机的涡流调节仅通过一个中央涡流阀进行。进气管设置在涡流阀后,每个气缸列有两个管道。上部件将空气流引入涡流通道,下部件将空气流引入充气通道。优化进气管的几何形状,减少了压力流失,有利于改善功率、油耗。塑料进气管由三个斜面摩擦焊接而成。如图2-3-2所示。
图2-3-2 进气导管的组成
3.废气再循环系统(EGR)
为减少废气排放,废气再循环系统起到了至关重要的作用。废气再循环系统的组成如图2-3-3所示,其中EGR冷却器旁路阀,集成在EGR模块内,如图2-3-4所示。
EGR控制段吸收废气涡轮增压器壳体上的废气。为实现较高的再循环率,对压力损失进行了优化。系统提高制冷功率,因此,即使取消了单独的低温冷却循环回路,也可达到与以前的发动机相同的EGR制冷功率。EGR冷却器与气缸盖循环回路相连。不再用水冷式主冷却器中的冷水供应EGR冷却器,因此EGR冷却器系统中的进水温度升高。EGR冷却器的制冷功率升高约1kW,因此整个系统的制冷功率得到少许升高。新型EGR冷却系统的优势在于它大大地降低了复杂性,这是因为EGR冷却循环回路归入了新的双回路冷却系统的气缸盖循环回路中。另外,废气再循环系统(EGR)也明显减轻了重量。
新研发的电控EGR阀位于发动机较热的一侧,为减少压力流失,新一代发动机上的气门底座直径从27mm增大到30mm。拥有管式结构的、性能增强的EGR冷却器由不锈钢制成,内置于EGR模块的铝质壳体中,如图2-3-4所示。为了在泄漏情况下绕开冷却器,安装一个气动提升阀,取代了翻板。与始终有缝隙的翻板相比,提升阀可在冷却运行时提供更有保证的密封性,这有利于达到最大制冷功率。在EGR模块的废气出口,安装了一个EGR温度传感器(G98),通过该温度传感器使传送至冷却器的废气温度调节至最低值。使再循环废气尽可能冷却的目的是最大程度减少氮氧化物的排放,同时避免形成冷凝水。
图2-3-3 废气再循环系统的组成
图2-3-4 废气再循环冷却器
4.废气涡轮增压器
废气涡轮增压器结构如图2-3-5所示,它可以满足新一代3.0L V6发动机提高功率的要求。两种功率类型的发动机,安装了霍尼韦尔增压技术公司(HTT)不同的涡轮增压器。150kW的发动机采用涡轮增压器GT2256,而180kW的发动机采用涡轮增压器GT2260。涡轮增压器的多个方面得到了优化,它的压气机叶轮和涡轮叶片得到了极大的改善,并且转子的轴承结构在减少摩擦消耗方面得到进一步发展。因此,可实现较快的响应特性和稳定的转矩变化过程。
图2-3-5 废气涡轮增压器结构
5.发动机(第2代)创新型热量管理系统
3.0L V6 TDI发动机(第2代)特别考虑到热平衡的问题,因此设计了创新型热量管理系统,其组成如图2-3-6所示。热量管理系统的作用是缩短发动机的预热时间或提高在部分负荷范围内的温度,并由此使发动机在合适的磨损水平上运行。冷却循环回路采用的是分体冷却方案,即分别对气缸体和气缸盖进行单独冷却。因此,即使对于达到工作温度的气缸体和气缸盖机组,也可以分别调节合适的温度水平。位于发动机内的冷却液泵,将冷却液不断地输送至气缸体曲轴箱内。
新一代3.0L V6 TDI发动机的创新型热量管理系统凭借分体冷却方案,在气缸体中的冷却液静止的情况下,通过气缸盖循环回路实现了自给自足的车内空间和变速器油加热。通过两个部分循环回路分别在摩擦消耗最佳的温度水平下运行,可明显降低排放量和油耗值。
6.燃油系统
(1)燃油系统组成
燃油系统的组成如图2-3-7所示。燃油系统主要由燃油输送单元、燃油滤清器、燃油温度传感器G81、双缸高压活塞泵、燃油计量阀N290、喷油器、燃油压力传感器G247、燃油压力调节阀N276、高压蓄压器(油轨)、发动机控制单元J623和燃油泵控制单元J538等组成。燃油输送单元负责源源不断地输送燃油。燃油温度传感器G81的作用是确定当前燃油温度。双缸高压活塞泵产生喷射所需的燃油高压。燃油计量阀N290,根据需要调节待压缩的燃油量。恒压阀/节流阀,将喷油器的回流压力控制在0.35~1MPa。燃油压力传感器G247,确定高压区域的当前燃油压力。燃油压力调节阀N276,调节高压区域的燃油压力。高压蓄压器(油轨)在高压下储存所有气缸喷射所需的燃油。
图2-3-6 发动机(第2代)的创新型热量管理系统的组成
1—冷却液散热器 2—散热器风扇 3—散热器出口的冷却液温度传感器G83 4—发动机冷却节温器F265 5—冷却液泵 6—发动机机油冷却器 7—油位和油温传感器G266 8—废气再循环冷却器 9—冷却液截止阀 10—气缸盖 11—冷却液温度传感器G62 12—气缸体 13—发动机温度调节装置温度传感器G694 14—储液罐 15—ATF冷却器 16—变速器冷却液阀N488 17—冷却液循环泵V50 18—辅助加热装置 19—3/2方向阀 20—加热装置热交换器
(2)燃油输送单元
燃油输送单元GX1主要由液面传感器和预供油泵G6两大区域构成,如图2-3-8所示。
液面传感器,采用三导线型技术,确定燃油箱中的燃油液面。预供油泵G6是一台电子整流式直流电动机(EC电动机)。EC电动机是一种无刷永磁同步电动机。由于电动机的无刷结构,连轴承都是无磨损的。预供油泵G6由燃油泵控制单元J538控制。发动机控制单元J623通过PWM信号控制,通过相同的线路实现故障反馈,由此确保根据需求对燃油输送进行调节。
燃油泵的预供油泵G6设计为“EC电动机”(EC:电子整流)。电动机由转子、定子、泵腔和带连接件的壳体构成,如图2-3-9所示。转子是一块永久磁铁,定子是一块电磁铁。
图2-3-7 燃油系统的组成
1—燃油输送单元 2—燃油滤清器 3—燃油温度传感器G81 4—双缸高压活塞泵 5—燃油计量阀N290 6—恒压阀/节流阀 7—气缸1-6喷油器N30、N33、N83、N84 8—燃油压力传感器G247 9—燃油压力调节阀N276 10—高压蓄压器(油轨) 11—发动机控制单元J623 12—燃油泵控制单元J538囊√麓W嫉W怄I019罱Z垦铲恶R逍是嬖l6导g菸韵尊R逍是嬖l8
燃油泵的无刷电动机包含两对永久磁铁和三对电磁铁。
转子在永久磁铁的作用下重新定向,并在磁场中运动,由此产生旋转。燃油泵通过12个单步产生一个旋转所需的电流换向(整流),因此,取消了电动机活动零件之间的触点,几乎实现无磨损运行。
(3)燃油泵功能
燃油泵控制单元J538在各个相位之间进行切换。及时进行切换,以便在定子线圈内产生一个旋转磁场,如图2-3-10所示。
转子在永久磁铁的作用下重新定向,并在磁场中运动,由此产生旋转。燃油泵通过12个单步产生一个机械转动,控制单元通过不通电的线圈对来识别转子的位置,并通过EMF(电动势)反馈信号。
图2-3-8 燃油输送单元组成
图2-3-9 预供油泵G6的结构
图2-3-10 燃油泵控制单元J538工作原理
(4)共轨燃油喷射系统
3.0L V6 TDI发动机(第2代)配备了博世公司带压电式喷油器的共轨燃油喷射系统。最大喷射压力为200MPa,根据功率类型不同配有相应的喷油器配置。
压电式喷油器通过非常短的喷射管与锻造的油轨相连。油轨压力通过一个双缸高压泵CP4.2产生。高压泵通过辅助驱动链直接由曲轴驱动。为实现与喷射同步传动,曲轴选择1∶0.75的传动比。为降低链条上承受的力,根据相位将高压泵安装在发动机上,如图2-3-11所示。
1)高压泵
①高压泵的结构。高压泵的外形如图2-3-12所示。高压泵的结构如图2-3-13所示,高压泵通过两个活塞工作,并由辅助驱动链驱动。它产生的最大喷射压力为200MPa。
图2-3-11 喷油器和高压泵的安装
图2-3-12 高压泵的外形
图2-3-13 高压泵的结构
注:图示仅通过一个泵活塞,展示了双缸活塞高压泵的截面。
②高压泵的工作原理。高压泵的工作原理如图2-3-14所示,通过活塞相互错开90°,依次进行进气行程和排气行程。通过排气行程将燃油交替压入左侧和右侧油轨。燃油计量阀将燃油均匀分配到两个泵活塞的进气通道。
2)燃油计量阀N290。燃油计量阀是高压泵的组成部分并调节产生高压所需的燃油量。它的优点在于高压泵只需产生当前运行状态所需的压力。从而减小高压泵的功率消耗,并且避免燃油不必要的加热。
燃油计量阀N290的工作原理如图2-3-15所示,在无电流状态,燃油计量阀打开。为减少进入压缩室的油量,发动机控制单元通过脉宽调制(PWM)信号控制阀门。燃油计量阀通过脉宽调制(PWM)信号间歇性关闭。控制活塞位置根据占空比发生变化,由此控制分别输入泵活塞1和2压缩室的燃油量。
图2-3-14 高压泵的工作原理
图2-3-15 燃油计量阀N290的工作原理
3)溢流阀。高压泵低压区的燃油压力通过溢流阀调节,溢流阀的工作原理如图2-3-16所示,预供油泵G6将燃油箱中的燃油在大约0.5MPa的压力下输送至高压泵,从而确保了在任何工作状态下高压泵的燃油供给。溢流阀将高压泵中的燃油调节至约0.43MPa。由预供油泵G6输送的燃油反作用于活塞和溢流阀的活塞弹簧。当燃油压力超过0.43MPa时,溢流阀开启并且打开燃油回流通道。输送的多余燃油通过燃油回流管流入燃油箱。
图2-3-16 溢流阀的工作原理
4)高压油的产生
①进油行程。进油行程工作原理如图2-3-17所示,各个泵活塞向下运动时,附属的压缩室体积变大,这样高压泵中的燃油与压缩室之间形成压差。进气阀打开,燃油流入压缩室。
图2-3-17 进油行程
②排油行程。排油行程工作原理如图2-3-18所示,各个泵活塞开始向上运动时,附属的压缩室中的压力上升,进气阀关闭。一旦压缩室内的燃油压力超过高压区的压力,排气阀(止回阀)打开,燃油进入高压蓄压器(油轨)。
图2-3-18 排油行程
7.发动机管理系统
发动机管理系统的组成如图2-3-19所示。
8.尾气二次处理系统
(1)排气装置结构
在新一代3.0L V6 TDI发动机的排气装置上,采用了优化的催化转化器和涂层柴油微粒滤清器,如图2-3-20所示。催化转化器和柴油微粒滤清器根据结构特点分别独立安装在排气管路中,通过一根较短的进气管法兰将催化转化器连接到发动机附近的废气涡轮增压器上,在催化转化器上连接一根中间管、退耦元件和柴油微粒滤清器,通过柴油微粒滤清器处的排气管和后置消声器的入口管与后置消声器相连。该后置消声器配有两个尾管,为使吸收的声波频谱尽可能宽,排气装置由反射式消声器和吸收式消声器组合而成。反射式消声器利用声波反射原理主要减弱低频率的声音,吸收式消声器主要吸收高频率的声音,这里将声能转化为热量。
(2)催化转化器和柴油微粒滤清器
催化转化器和柴油微粒滤清器如图2-3-21所示,催化转化器的容量为1.67L。柴油微粒滤清器的容量为4.08L。带有钛酸铝涂层的柴油微粒滤清器使再生间隔明显延长。在3.0L V6 TDI发动机上第一次采用三次额外喷射,以便在微尘滤清器再生期间提高低负荷运行时的废气温度,第三次额外喷射的喷射量非常少。通过这三次额外喷射,即使在废气温度较低的情况下,也可确保柴油微粒滤清器的再生。同时,使机油稀释最小化并延迟了催化转化器的老化。
图2-3-19 发动机管理系统的组成
图2-3-20 排气装置结构
图2-3-21 催化转化器和柴油微粒滤清器
9.带恒温控制旁路通道的发动机冷却器
为辅助热量管理系统,发动机冷却器配备了一个恒温控制的机油冷却器旁路,如图2-3-22所示。
图2-3-22 带恒温控制旁路通道的发动机冷却器
当机油温度低于103℃时,通过弹性材料节温器中弹性元件打开连接发动机冷却器的旁路通道。由此,使大部分油流从发动机机油冷却器旁流过。
节温器安装在冷却液泵下方、气缸体附近。