Двигатель N57TU Super расширил линейку дизельных двигателей класса большой мощности. Он задал новые стандарты динамики, расхода и мощности для рабочего объема три и более литра.
За основу был взят двигатель N57TU, который уже предлагался на рынке в вариантах N57D30O1 и N57D30T1. Для получения чрезвычайных данных мощности и крутящего момента потребовались определенные изменения и новшества.
3-литровый Tri-turbo дизельный мотор известен так же как N57D30S1 и использует три турбонагнетателя, два меньшего размера с переменной геометрией и один большего с фиксированной геометрией.
Данная версия мотор была установлена только на 5 (F10, F11) и 7 серии (F01, F02), а так же на кроссоверы X5 (E70, F15) и X6 (E71 и F16).
Изменения в моторе N57TU Super
- Механическая часть двигателя
- Новый блок-картер с резьбовым соединением головки блока цилиндров и подшипников коленчатого вала с помощью шпилек с резьбой по всей длине (принцип стяжного болта)
- Переработанный контур системы охлаждения в головке блока цилиндров с каналами охлаждающей жидкости в уплотнительной прокладке головки блока цилиндров
- Переработанная головка блока цилиндров с большими диаметрами клапанов
- Новые поршни с бронзовыми втулками
- Поршневые пальцы с покрытием DLC
- Ременный привод
- Новый демпфер в комбинации с 8-ступенчатой коробкой передач
- Система подачи масла
- Переработанная и адаптированная система подачи масла
- Система впуска
- Вновь разработанная система впуска с тремя турбонагнетателями ОГ и новыми заслонками для управления давлением наддува во всех рабочих состояниях
- Система выпуска ОГ
- Система выпуска отработавших газов, которая обеспечивает соблюдение нормы EURO 6. Новые или адаптированные датчики и исполнительные органы вследствие использования трех турбонагнетателей. Использование расположенного рядом с двигателем сажевого фильтра накопительного катализатора Nox и блокирующего нейтрализатора HS
- Система подготовки рабочей смеси
- Новая топливная система высокого давления с давлением впрыска до 2200 бар, насос высокого давления, магистраль Rail и форсунки адаптированы к более высоким давлениям
- Электрооборудование двигателя
- Новые входы и выходы для подсоединения новых датчиков и исполнительных органов
Максимальная мощность после технических нововведений увеличилась до 381 л.с., а крутящий момент до 740 Нм. Что-бы мотор выдерживал такие нагрузки, необходимо было принять новые меры безопасности, такие как как зажимной винт для головки цилиндров и коренных подшипников.
Этот двигатель устанавливается на:
Видео – двигатель BMW N57S
Параметры двигателя BMW N57S
| N57D30S1 | |
| Рабочий объем, см³ | 2993 |
| Диаметр цилиндра/ход поршня, мм | 84/90 |
| Мощность, л.с. (кВт)/об.мин | 381 (280)/4000-4400 |
| Крутящий момент, Нм/об.мин | 740/2000-3000 |
| Литровая мощность, л.с./литр | 127,23 |
| Степень сжатия, :1 | 16,0 |
| Система управления | DDE7.31 |
| ∅ впускного клапан, мм | 29,2 |
| ∅ выпускного клапан, мм | 26,0 |
| Максимальный ход клапана, мм | 8,5 |
| Угол изменения положения распредвала, ºКВ | 105 |
| Клапан открывается, ºКВ | 140,7 |
| Клапан закрывается, ºКВ | 363,9 |
| Продолжительность открытого состояния клапана, ºКВ | 223,1 |
Механическая часть двигателя
Блок-картер
Алюминиевый блок-картер двигателя N57TU Super является новой разработкой на основе блок-картера двигателя N57TU. Новая конструкция потребовалась вследствие новых дополнительных точек крепления для кронштейнов опор двигателя, нового расположения выключателя индикатора давления масла и новой системы подачи масла и охлаждающей жидкости к модулю масляного фильтра. Кроме того, увеличенная мощность двигателя N57TU Super приводит к повышенным нагрузкам на блок-картер. Для соответствия этим нагрузкам была изменена геометрия детали, в результате чего увеличилась ее прочность.
Как показано на следующем рисунке, блок цилиндров имеет два отверстия (6) в перемычке и одно отверстие к рубашке охлаждения, чтобы лучше отводить тепло из области перемычки.
Еще одним новшеством является резьбовое соединение головки блока цилиндров и подшипников коленчатого вала. При этом болты крепятся не непосредственно в блоке цилиндров, а в шайбе с резьбой по всей длине, которая устанавливается в блок цилиндров сбоку. Причиной такого решения стала высокая нагрузка при растяжении, которую не выдержал бы алюминиевый блок цилиндров. Кроме того крышки коренных подшипников спечены и стали более прочными.
Блок-картер мотора N57TU Super в разрезе:
1 – Болт крепления головки блока цилиндров; 2 – Болт коренного подшипника; 3 – Крышка коренного подшипника; 4 – Канал охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров; 5 – Уплотнительная прокладка головки блока цилиндров; 6 – Канал охлаждающей жидкости в блок-картере; 7 – Рубашка охлаждения в блок-картере; 8 – Заглушка; 9 – Шайба с резьбой по всей длине;
Блок-картер претерпел и другие изменения. Так, были усовершенствованы и переработаны каналы подвода/отвода различных жидкостей и картерных газов.
Общий вид блок-картера мотора Н57 ТУ Супер:
1 – Отверстие под болт крепления головки блока цилиндров; 2 – Смазочный канал к масляной форсунке смазки направляющих планок приводной цепи; 3 – Смазочный канал к натяжителю цепи; 4 – Канал картерных газов; 5 – Канал слива масла; 6 – Каналы охлаждающей жидкости (отверстия в перемычке); 7 – Главный смазочный канал к головке блока цилиндров; 8 – Смазочное отверстие, перекрывается уплотнительной прокладкой головки блока цилиндров; 9 – Рубашка охлаждения; 10 – Канал охлаждающей жидкости от жидкостно-масляного теплообменника в головку блока цилиндров; 11 – Канал охлаждающей жидкости от головки блока цилиндров к насосу охлаждающей жидкости; 12 – Смазочный канал к элементам системы компенсации клапанного зазора и для смазывания распределительного вала; 13 – Канал слива масла из системы вентиляции картера в масляный картер;
Головка блока цилиндров
Головку блока цилиндров пришлось адаптировать вследствие высокого давления сгорания и увеличенного потока газов. Теперь она изготавливается по технологии HIP. HIP – это аббревиатура «Heiß Isostatisch Pressen» (Горячее изостатическое прессование). Головка блока цилиндров изготавливается в специальных установках под высоким давлением и высокой температуре в вакууме. Высокое давление и высокая температура препятствуют образованию полостей и пор в материале и благодаря этому он приобретает свойства, как у кованых деталей.
Технология HIP дает следующие преимущества:
- высокая прочность
- большое относительное удлинение
- большой срок службы
- отсутствие пор в поверхностях
Уплотнительная прокладка головки блока цилиндров
Уплотнительная прокладка головки блока цилиндров имеет известную конструкцию в виде трехслойной прокладки из пружинной стали. В области уплотнения головки блока цилиндров используется приваренная нажимная пластина для создания давления прижима, достаточного для уплотнения. Все слои имеют покрытие, причем поверхности контакта с головкой блока цилиндров и блоком цилиндров имеют антипригарное покрытие.
Конструкция уплотнительной прокладки ГБЦ:
1 – Покрытие; 2 – Антипригарное покрытие; 3 – Верхний слой из пружинной стали; 4 – Средний слой из пружинной стали; 5 – Приваренная нажимная пластина; 6 – Нижний слой из пружинной стали; 7 – Антипригарное покрытие;
Если посмотреть на уплотнительную прокладку головки блока цилиндров между слоями из пружинной стали, то видно, что в средней части имеются каналы охлаждающей жидкости.
Можно заливать только аттестованную охлаждающую жидкость. При использовании неправильных или недопущенных добавок или герметиков эти тонкие каналы могут закупориться и это может привести к повреждениям двигателя.
Уплотнительная прокладка ГБЦ в N57TU Super:
1 – Уплотнительная прокладка головки блока цилиндров; 2 – Слой из пружинной стали; 3 – Средний слой из пружинной стали; 4 – Каналы подачи охлаждающей жидкости; 5 – Антипригарное покрытие; 6 – Средний слой из пружинной стали с обозначением толщины с помощью отверстий;
Кривошипно-шатунный механизм
Коленчатый вал
Коленчатый вал новый и рассчитан на высокие нагрузки двигателя N57TU Super. Коленчатый вал имеет четыре противовеса. Коренные подшипники имеют диаметр 55 мм и диаметр пальца шатуна 50 мм.
Коленчатый вал мотора Н57ТУ Супер
Подшипники коленчатого вала
Подшипники коленчатого вала также адаптированы к новым требованиям. Подшипники коленчатого вала имеют гальваническое покрытие и не содержат свинца, они используются, как со стороны шатунов, так и со стороны крышек.
Подшипники коленчатого вала в Н57ТУ Супер:
1 – Вкладыш подшипника коленчатого вала со стороны картера; 2 – Балансир; 3 – Вкладыш упорного подшипника коленчатого вала со стороны картера; 4 – Вкладыш подшипника коленчатого вала со стороны крышки; 5 – Вкладыш упорного подшипника коленчатого вала со стороны крышки;
Поршни
Поршни адаптированы к новым требованиям. Камера сгорания всегда согласуется с форсункой. Юбка поршня графитирована (2). Бобышка имеет бронзовую втулку для принятия и передачи экстремальных сил при сгорании. Через масляные форсунки в кольцевой канал в днище поршня подается масло для охлаждения днища. Смазочные отверстия (7, 8, 9) из кольцевого канала обеспечивают достаточное смазывание и охлаждение поршневого пальца.
Поршень БМВ Н57ТУ Супер:
1 – Бронзовая втулка; 2 – Графитовое покрытие; 3 – Выборка для масляной форсунки; 4 – Кольцо прямоугольного сечения; 5 – Поршневое кольцо; 6 – Маслосъемное кольцо со спиральным витым пружинным расширителем; 7 – 9 Смазочное отверстие от кольцевого канала для смазывания поршневого пальца; 10 – Смазочное отверстие к кольцевому каналу;
Поршневой палец
Поршневой палец двигателя N57TU Super должен быть рассчитан на большие силы. Поэтому он имеет известное по Формуле-1 покрытие. Это специальное покрытие впервые было использовано в двигателе N45B20S и обозначается как покрытие DLC. DLC является аббревиатурой «Diamond like Carbon», что означает «карбон как алмаз» и указывает на схожие с алмазом свойства углерода. Существенным преимуществом является то, что при этом снижается трение. Поршневой палец имеет по центру толщину стенки 7,5 мм.
Шатун с подшипником и поршневым пальцем N57TU Super:
1 – Шатунный подшипник со стороны крышки; 2 – Шатунный подшипник со стороны стержня; 3 – Шатун; 4 – Поршневой палец;
Шатун
Новая конструкция шатун двигателя N57TU Super выдерживает высокое давление сгорания. Так, верхняя неразъемная головка шатуна имеет диаметр 32 мм, нижняя неразъемная головка шатуна – 50 мм. В верхней головке имеется фасонное отверстие, выполненное по технологии уже известной по двигателю N57TU. Благодаря ей сила, действующая через поршневой палец, оптимально распределяется по поверхности втулки, и нагрузка на кромки уменьшается.
Верхняя головка шатуна в Н57ТУ Супер:
1 — Втулка; 2 — Шатун;
Шатунный подшипник
Фазы газораспределения двигателя N57TU Super во всех классах мощности аналогичны двигателю N57/N57TU. Таким образом, двигатели N57D30U0, N57D30O0, N57D30T0, N57D30O1, N57D30T1 и N57D30S1 имеют следующие фазы газораспределения.
Привод клапанов
Фазы газораспределения
Фазы газораспределения двигателя N57TU Super во всех классах мощности аналогичны двигателю N57/N57TU. Таким образом, двигатели N57D30U0, N57D30O0, N57D30T0, N57D30O1, N57D30T1 и N57D30S1 имеют следующие фазы газораспределения.
| Диаметр клапана, мм | ||||
| Макс. ход клапан, мм | ||||
| Угол изменения положения распредвала, КВ° | ||||
| Клапан открывается, КВ° | ||||
| Клапан закрывается, КВ° | ||||
| Продолжительность открытого состояния клапана, КВ° | ||||
Диаграмма фаз газораспределения в N57-N57TU
Клапаны
Двигатель N57TU Super имеет увеличенные впускные и выпускные клапаны для лучшей продувки камеры сгорания. Выпускные клапаны изготовлены из нового сплава.
Клапаны двигателя N57TU Super: 1 – Впускной клапан; 2 – Свеча накаливания; 3 – Форсунка; 4 – Выпускной клапан;
Масляный картер
Уплотнение масляного картера относительно блока цилиндров осуществляется с помощью уплотнительной прокладки из листового металла и резины. Масляный картер изготовлен из алюминия и адаптирован к соответствующей модели.
Для сохранения безупречной герметичности при выполнении сервисных работ необходимо соблюдать руководство по ремонту.
Ременный привод
Расположение ременного привода и агрегатов взято от двигателей N57TU. Для двигателя N57TU Super требуется новый гаситель крутильных колебаний, который рассчитан на требования привода.
Вариант ременного привода с насосом гидроусилителя рулевого управления в Н57ТУ:
1 – Насос охлаждающей жидкости; 2 – Односторонний поликлиновый рифленый ремень; 3 – Обводной ролик; 4 – Генератор; 5 – Компрессор кондиционера; 6 – Насос гидроусилителя рулевого управления; 7 – Обводной ролик; 8 – Натяжной ролик; 9 – Гаситель крутильных колебаний;
Гаситель крутильных колебаний
Гаситель крутильных колебаний по функции и конструкции идеально рассчитан на двигатель N57TU Super с автоматической коробкой передач. На рисунке позиция 6 показана, как цельная деталь. В действительности этот вязкий демпфер крутильных колебаний содержит маховик с высоким моментом инерции, помещенный в вязкую жидкость.
Гаситель крутильных колебаний в N57TU Супер:
1 – Вулканизируемая часть; 2 – Кронштейн; 3 – Дополнительный демпфер; 4 – Шкив; 5 – Подшипник скольжения; 6 – Вязкий демпфер крутильных колебаний; 7 – Регулировочная шайба; 8 – Вулканизируемая часть; 9 – Кронштейн; 10 – Винт; 11 – Ступица; 12 – Втулка; 13 — Кронштейн;
Система подачи масла
Масляный контур адаптирован к требованиям двигателя N57TU Super.
Масляный контур мотора Н57ТУ Супер:
A – Масляный картер; B – Блок-картер; C – Головка блока цилиндров; D – Модуль масляного фильтра; 1 – Масляный насос; 2 – Клапан ограничения давления; 3 – Жидкостно-масляный теплообменник двигателя; 4 – Перепускной клапан теплообменника; 5 – Обратный клапан; 6 – Масляный фильтр; 7 – Перепускной клапан фильтра; 8 – Места смазки коленчатого вала; 9 – Выключатель индикатора давления масла; 10 – Натяжитель верхней приводной цепи; 11 – Масляные форсунки для охлаждения днищ поршней; 12 – Подсоединение мест смазки турбонагнетателей; 13 – Масляная форсунка для смазки приводной цепи; 14 – Натяжитель верхней приводной цепи; 15 – Гидравлическая система компенсации клапанного зазора, распредвал; впускных клапанов; 16 – Места смазки распредвала впускных клапанов; 17 – Гидравлическая система компенсации клапанного зазора, распредвал; выпускных клапанов; 18 – Места смазки распредвала выпускных клапанов;
Каналы в картере двигателя
Каналы в картере двигателя N57TUSuper:
1 – Возврат охлаждающей жидкости в головку блока цилиндров; 2 – Смазочное отверстие, закрывается уплотнительной прокладкой головки; блока цилиндров; 3 – Главный смазочный канал в головку блока цилиндров; 4 – Главный смазочный канал в блок цилиндров; 5 – Смазочный канал к байпасу жидкостно-масляного радиатора; 6 – Смазочный канал от жидкостно-масляного радиатора к масляному фильтру; 7 – Масляный фильтр, сливной канал; 8 – Канал подачи масла от масляного насоса; 9 – Канал возврата охлаждающей жидкости от жидкостно-масляного; радиатора; 10 – Канал подачи охлаждающей жидкости в жидкостно-масляный радиатор; 11 – Канал подачи охлаждающей жидкости к насосу охлаждающей жидкости; (возврат от отопителя и возврат от жидкостно-масляного теплообменника; трансмиссионного масла);
Модуль масляного фильтра
Модуль масляного фильтра входит в программу унификации деталей. Таким образом, начиная с двигателя N47TU этот модуль используется и на новых дизельных двигателях. Масляный модуль двигателя N57/U необходимо было адаптировать к требованиям двигателя N57D30S1. Масляный радиатор заметно выше, а базовая плата значительно больше. Также не удалось использовать фильтрующий элемент от двигателя N57TU. Вследствие большого потока масла пришлось использовать фильтрующий элемент большего размера от предшествующего двигателя N47D20. Клапаны, фильтрующий элемент, уплотнения и элементы крепления аналогичны.
Модуль масляного фильтра в N57TU Super:
1 – Места подсоединения маслопроводов трансмиссионного масла; 2 – Жидкостно-масляный теплообменник коробки передач; 3 – Подсоединительный элемент радиатора охлаждающей жидкости; 4 – Соединительный патрубок для трубопровода отвода жидкости от; отопителя; 5 – Корпус модуля масляного фильтра; 6 – Крышка масляного фильтра;
Охлаждение трансмиссионного масла
На автомобилях с автоматической коробкой передач используется охлаждение трансмиссионного масла. В двигателе N57D30S1 используется тот же радиатор трансмиссионного масла (корпус термостата и жидкостно-масляный теплообменник), что и в двигателях N57D30O1 и N57D30T1. На следующем рисунке показан примерный вид конструкции. Рисунок основан на двигателе N47TU.
Клапаны и термостат в N57TU Super:
1 – Перепускной клапан фильтра; 2 – Термостат системы охлаждения трансмиссионного масла; 3 – Перепускной клапан теплообменника; 4 – Термостат подогрева трансмиссионного масла; 5 – Обратный клапан; 6 – Выпускной клапан;
Перепускной клапан фильтра
При засоренном фильтре перепускной клапан обеспечивает поступление моторного масла к местам смазки двигателя. Он открывается при перепаде давлений перед и после масляного фильтра 3,5 бар ± 0,35 бар.
Термостат для трансмиссионного масла
Термостат для регулировки температуры трансмиссионного масла также интегрирован в модуль масляного фильтра. Термостат обтекается трансмиссионным маслом. При увеличении температуры масла до значения ≥ 79 °C термостат открывается и охлаждающая жидкость свободно протекает от радиатора системы охлаждения в жидкостно-масляный теплообменник для трансмиссионного масла. Одновременно термостат перекрывает охлаждающий контур от блока цилиндров через термостат подогрева трансмиссионного масла. Трансмиссионное масло охлаждается.
Обратный клапан
Обратный клапан обеспечивает заполнение маслом смазочных каналов двигателя и корпуса масляного фильтра при выключенном двигателе. Он открывает подводящий трубопровод масляного насоса при давлении 0,1 ± 0,03 бар.
Термостат подогрева трансмиссионного масла
Важным новшеством является встроенный в корпус масляного фильтра термостат для быстрого нагрева трансмиссионного масла. Термостат подогрева трансмиссионного масла закрыт при температуре охлаждающей жидкости двигателя < 80 °C. Охлаждающая жидкость не течет через жидкостно-масляный теплообменник для трансмиссионного масла.
При температуре охлаждающей жидкости двигателя ≥ 80 °C термостат подогрева трансмиссионного масла открывается и дает потоку охлаждающей жидкости свободно течь от двигателя через термостат для трансмиссионного масла. Так теплая охлаждающая жидкость нагревает трансмиссионное масло.
Преимущества для коробки передач:
- Нагрев масла избыточным теплом двигателя
- Быстрый прогрев
- Небольшие потери на трение
- Быстрее достигается мягкость переключения
Перепускной клапан теплообменника
Перепускной клапан теплообменника имеет ту же функцию, что и перепускной клапан фильтра. При увеличении давления масла вследствие засорения жидкостно-масляного теплообменника перепускной клапан открывается при давлении 3,5 ± 0,3 бар и неохлажденное смазочное масло подается к местам смазки.
Выпускной клапан
Выпускной клапан интегрирован в масляный фильтр и поэтому заменяется при замене фильтра.
Система охлаждения
Система охлаждения двигателя N57TU Super имеет более сложную конструкцию из-за появления новых деталей и функций. Также используется специальная программа прокачивания системы охлаждения.
Эта программа прокачивания необходима и на автомобилях с запорным клапаном вентиляционного трубопровода. Запорный клапан вентиляционного трубопровода в стадии прогрева закрывается, чтобы охлаждающая жидкость быстрее нагревалась в малом контуре. При прогретом до рабочей температуры двигателе запорный клапан вентиляционного трубопровода открыт. Находящаяся в расширительном бачке и соответствующих трубопроводах охлаждающая жидкость при этом также нагревается. В автомобилях M550d xDrive запорный клапан вентиляционного трубопровода не используется.
Общий вид контура охлаждающей жидкости мотора N57TUSuper:
1 – Радиатор охлаждающей жидкости, низкая температура; 2 – Радиатор охлаждающей жидкости, область низких температур; 3 – Электровентилятор; 4 – Электрический насос охлаждающей жидкости; 5 – Соединительный трубопровод; 6 – Термостат; 7 – Насос охлаждающей жидкости; 8 – Радиатор системы рециркуляции отработавших газов; 9 – Промежуточный теплообменник наддувочного воздуха; 10 – Датчик температуры охлаждающей жидкости, низкотемпературный контур; 11 – Турбонагнетатель, ступень низкого давления; 12 – Вентиляционный трубопровод, секция низкой температуры; 13 – Теплообменник наддувочного воздуха; 14 – Двигатель N57TU Super; 15 – Термостат подогрева трансмиссионного масла; 16 – Теплообменник отопителя; 17 – Жидкостно-масляный теплообменник двигателя; 18 – Жидкостно-масляный теплообменник коробки передач; 19 – Клапан охлаждающей жидкости; 20 – Термостат для трансмиссионного масла; 21 – Датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе из двигателя; 22 – Электрический дополнительный насос охлаждающей жидкости; 23 – Расширительный бачок; 24 – Вентиляционный трубопровод; 25 – Радиатор охлаждающей жидкости; 26 – Радиатор системы охлаждения наддувочного воздуха;
Программа прокачивания
Программа прокачивания необходима, т. к. контур охлаждающей жидкости был дополнен электрическим насосом охлаждающей жидкости и определенными компонентами.
Теперь наряду с известными процедурами вентиляции, необходимы еще другие этапы работы. Так, блок DDE должен запускать программу прокачивания. В ходе ее выполнения установленные дополнительные компоненты, как например электрический насос ОЖ, приводятся в оптимальное для вентиляции рабочее состояние. Это состояние автоматически удерживается после запуска программы прокачивания в течение определенного времени. В течение этого времени непрерывно проверяются граничные условия и программа прокачивания автоматически
прерывается в случае ошибки.
Программа прокачивания необходима, если имеется один или несколько из следующих узлов:
- запорный клапан вентиляционного трубопровода
- охлаждение наддувочного воздуха с помощью охлаждающей жидкости
- система рециркуляции отработавших газов, область низких температур
Цифровая электронная система управления дизельным двигателем непрерывно контролирует следующие условия, необходимые для правильного выполнения программы прокачивания:
- автоматическая коробка передач в положении «N» или «P»
- при механической коробке переключения передач не выжато сцепление
- двигатель работает на холостом ходу (возможны нажатия на педаль акселератора)
- скорость движения ниже 3 км/ч
- температура охлаждающей жидкости при пуске двигателя < 50 °C
Программу прокачивания можно запустить двумя способами.
- Запуск программы вентиляции через диагностику
- Запуск программы прокачивания вручную:
- включить зажигание
- полностью утопить педаль акселератора и удерживать в течение 10 секунд
- запустить двигатель в течение 30 секунд
- если двигатель не запускается в течение 30 секунд, функция отменяется
- смена контактов сбрасывает все счетчики
- возможна только одна попытка на смену контактов
После запуска функции работает счетчик (10 мин) до тех пор, пока выполняются названные выше граничные условия. По истечении этого времени или в случае нарушения названных выше граничных условий функция автоматически переключается в нормальный режим. Если программа прокачивания выполняется на автомобиле без расширенного контура охлаждающей жидкости, то это никак не влияет на какие-либо компоненты.
Новая программа прокачивания меняет прежний порядок вентиляции системы охлаждения не очень существенно. Лишь запускается дополнительная программа прокачивания.
Система впуска и система выпуска ОГ
Система впуска и система выпуска отработавших газов получили заметные изменения вследствие установки трех турбонагнетателей.
Система впуска и выпуска ОГ выполняющая нормы EURO 6 на F10:
1 – Цифровая электронная система управления дизельным двигателем; 2 – Регулятор вихревых заслонок; 3 – Двигатель N57TU Super; 4 – Датчик давления наддува; 5 – Дроссельная заслонка; 6 – Датчик температуры наддувочного воздуха; 7 – Теплообменник наддувочного воздуха; 8 – Датчик температуры системы рециркуляции отработавших газов; 9 – Радиатор системы рециркуляции отработавших газов; 10 – Электропневматический преобразователь давления, заслонка байпасного канала; 11 – Мембранный механизм вакуумного регулятора байпасной заслонки; 12 – Клапан возврата отработавших газов и датчик положения клапана; 13 – Мембранный механизм вакуумного регулятора клапана регулировки турбины, ступень высокого давления 2; 14 – Электропневматический переключающий клапан клапана регулировки турбины, ступень высокого давления 2; 15 – Электропневматический переключающий клапан заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2; 16 – Мембранный механизм вакуумного регулятора заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2; 17 – Ступень высокого давления 1; 18 – Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1; 19 – Ступень высокого давления 2; 20 – Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2; 21 – Мембранный механизм вакуумного регулятора заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2; 22 – Электропневматический переключающий клапан заслонки рециркуляции воздуха, ступень высокого давления 2; 23 – Датчик давления наддува между ступенью низкого давления и ступенью высокого давления; 24 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана; 25 – Электропневматический преобразователь давления для перепускного клапана; 26 – Ступень низкого давления; 27 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана ступени низкого давления; 28 – Электропневматический переключающий клапан перепускного клапана, ступень низкого давления; 29 – Глушитель шума всасывания; 30 – Пленочный термоанемометрический расходомер воздуха; 31 – Лямбда-зонд перед накопительным катализатором NOx; 32 – Датчик температуры отработавших газов перед накопительным катализатором NOx; 33 Накопительный катализатор NOx и сажевый фильтр; 34 – Датчик температуры отработавших газов за накопительным катализатором NOx; 35 – Датчик перепада давления накопительного катализатора NOx и сажевого фильтра; 36 – Лямбда-зонд после сажевого фильтра; 37 – Блокирующий нейтрализатор HS; 38 – Средний глушитель; 39 – Левый задний глушитель; 40 – Правый задний глушитель;
Система впуска и выпуска ОГ мотора N57TU Супер выполняющая нормы EURO 6:
1 – Правый задний глушитель; 2 – Левый задний глушитель; 3 – Средний глушитель; 4 – Блокирующий нейтрализатор HS; 5 – Накопительный катализатор NOx и сажевый фильтр;
Система впуска
Система впуска двигателя N57TU Super заметно отличается от двигателя N57TU Top. В качестве единственной похожей детали можно упомянуть глушитель шума всасывания. Он расположен на двигателе сбоку. Благодаря изменению системы впуска удалось уменьшить длину каналов, несмотря на три турбонагнетателя, т. к. наддувочный воздух от охладителя теперь подается прямо к передней части двигателя через дроссельную заслонку в систему впуска. Существенным основанием для этого является высокое давление наддува, которое привело к необходимости сделать охладитель наддувочного воздуха с жидкостным охлаждением. Все детали системы впуска, которые могут вследствие наддува находится под воздействием повышенного давления, изготовлены из алюминия.
На следующем рисунке показана конструкция системы впуска.
Система впуска мотора N57TU S:
A – Неочищенный воздух; B – Очищенный воздух; C – Нагретый наддувочный воздух; D – Охлажденный наддувочный воздух; 1 – Охладитель наддувочного воздуха; 2 – Дроссельная заслонка; 3 – Глушитель шума всасывания с фильтрующим элементом; 4 – Впускной коллектор; 5 – Трубопровод наружного воздуха; 6 – Всасывающий патрубок наружного воздуха; 7 – Трубопровод очищенного воздуха; 8 – Перепускной клапан ступени низкого давления; 9 – Всасывающее отверстие ступени низкого давления; 10 – Промежуточный охладитель наддувочного воздуха; 11 – Ступень низкого давления; 12 – Ступень высокого давления 1; 13 – Трубопровод наддувочного воздуха к ступени высокого давления 2; 14 – Ступень высокого давления 2; 15 – Трубопровод наддувочного воздуха от ступени высокого давления 1 к охладителю наддувочного воздуха; 16 – Трубопровод наддувочного воздуха от ступени высокого давления 2 к охладителю наддувочного воздуха;
Впускной коллектор
Впускной коллектор полностью изготовлен из алюминия, чтобы выдерживать давление наддува ок. 3 бар избыточного давления. Вихревые заслонки встроенные и изготовлены из пластмассы.
Впускной коллектор двигателя N57TU:
1 – Соединительный патрубок к смесительной трубке с вводом системы рециркуляции отработавших газов; 2 – Вихревая заслонка; 3 – Вихревой канал; 4 – Уплотнение; 5 – Датчик давления наддува; 6 – Регулятор вихревых заслонок;
Система выпуска ОГ
На следующем рисунке показана конструкция системы выпуска отработавших газов.
Система выпуска отработавших газов в N57TU S:
1 – Выпускной коллектор; 2 – Ступень высокого давления 1; 3 – Ступень высокого давления 2; 4 – Ступень низкого давления; 5 – Накопительный катализатор NOx и сажевый фильтр; 6 – Блокирующий нейтрализатор HS; 7 – Средний глушитель; 8 – Правый задний глушитель; 9 – Левый задний глушитель;
Двигатель N57TU Super можно рассматривать, как доработку двигателя N57TU Top. Поэтому многие инновации и технологии известны по двигателю N57TU Top. В двигателе N57TU Super также используется известный по двигателю N57TU Top перепускной клапан ступени низкого давления для охлаждения на стороне свежего воздуха ступени низкого давления. Он имеет две ступени высокого давления, которые внутри, собственно турбина, идентичны. Трудоемкая доочистка отработавших газов с помощью накопительного катализатора NOx, блокирующего нейтрализатора HS и сажевого фильтра позволяет выполнять нормы EURO 6 для отработавших газов.
Узел нагнетателя
Узел нагнетателя имеет очень сложную конструкцию и при снятии и установке в случае ремонта требует тщательного соблюдения инструкций в руководстве по ремонту.
Узел нагнетателя двигателя N57TU TOP:
1 – Теплообменник наддувочного воздуха; 2 – Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2; 3 – Ступень высокого давления 2; 4 – Датчик перепада давления накопительного катализатора NOx и сажевого фильтра; 5 – Датчик противодавления отработавших газов за накопительным катализатором NOx; 6 – Ступень высокого давления 1; 7 – Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1; 8 – Промежуточный теплообменник наддувочного воздуха; 9 – Ступень низкого давления; 10 – Лямбда-зонд перед накопительным катализатором NOx; 11 – Датчик температуры отработавших газов перед накопительным катализатором NOx; 12 – Датчик температуры отработавших газов за накопительным катализатором NOx; 13 – Накопительный катализатор NOx и сажевый фильтр; 14 – Лямбда-зонд после сажевого фильтра; 15 Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2; 16 – Клапан регулировки турбины; 17 – Заслонка подключения компрессора ступени высокого давления 2;
Узел нагнетателя мотора N57TU TOP:
1 – Теплообменник наддувочного воздуха; 3 – Ступень высокого давления 2; 6 – Ступень высокого давления 1; 9 – Ступень низкого давления; 11 – Датчик температуры отработавших газов перед накопительным катализатором NOx; 13 – Накопительный катализатор NOx и сажевый фильтр; 14 – Лямбда-зонд после сажевого фильтра; 16 – Мембранный механизм вакуумного регулятора клапана регулировки турбины; 18 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана ступени низкого давления; 19 – Дроссельная заслонка; 20 – Вакуумный трубопровод с вакуумным распределителем; 21 – Вакуум-ресивер; 22 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана; 23 – Мембранный механизм вакуумного регулятора байпасной заслонки; 24 – Выпускной коллектор; 25 – Радиатор системы рециркуляции отработавших газов;
Функции
Ступень высокого давления 1
Ступень высокого давления 1 постоянно приводится в действие малым турбонагнетателем. Он закреплен на выпускном коллекторе сверху. Для ступени высокого давления 1 используется турбонагнетатель с переменной геометрией турбины (VNT).
Ступень высокого давления 1 двигатель N57TU Super
Ступень высокого давления 2
Ступень высокого давления 2 приводится в действие подключаемым малым турбонагнетателем. Он закреплен на выпускном коллекторе сверху. Для ступени высокого давления 2 также используется турбонагнетатель с переменной геометрией турбины (VNT).
Ступень высокого давления 2 двигатель N57TU Super
Ступень низкого давления
Большой турбонагнетатель включен последовательно со ступенями высокого давления и имеет перепускной клапан. Он закреплен на выпускном коллекторе снизу и дополнительно опирается на блок-картер. Ступень низкого давления, как и у двигателей N47TU Top и N57TU Top, охлаждается со стороны корпуса турбонагнетателя с помощью охлаждающей жидкости. Благодаря охлаждению корпуса турбонагнетателя удалось повысить его мощность. В корпус ступени низкого давления ввернут лямбда-зонд перед накопительным катализатором NOx.
Ступень низкого давления мотора Н57ТУ Супер
Теплообменник наддувочного воздуха
Вследствие высокого давления наддува наддувочный воздух при сжатии сильно нагревается. Для получения необходимой интенсивности охлаждения используется воздушно-жидкостный теплообменник. Этот теплообменник эффективно охлаждает наддувочный воздух, не занимая много места.
Теплообменник наддувочного воздуха мотора N57TU S
Промежуточный теплообменник наддувочного воздуха
Двигатель N57TU Super «дышит» с помощью ступенчатого турбонаддува. Так, в режиме наддува наддувочный воздух уже нагревается компрессором низкого давления. Затем этот предварительно сжатый наддувочный воздух сжимается в ступени высокого давления до необходимого давления наддува и за счет сжатия нагревается еще сильнее. Чтобы наддувочный воздух, получаемый в конце наддува, не был слишком сильно нагрет, он дополнительно охлаждается в промежуточном воздушно-жидкостном теплообменнике перед ступенью высокого давления. Это позволяет получать высокое давление наддува при приемлемой температуре наддувочного воздуха.
Промежуточный теплообменник наддувочного воздуха N57TUS
Перепускной клапан ступени низкого давления
Перепускной клапан ступени низкого давления позволяет быстро наращивать давление наддува, начиная с холостого хода. Благодаря перепускному клапану ступени низкого давления путь всасывания значительно сокращается и динамика создания давления наддува улучшается. Управление перепускным клапаном ступени низкого давления осуществляется с помощью мембранного механизма вакуумного регулятора. Электромагнитный переключающий клапан подает разрежение на мембранный механизм вакуумного регулятора и открывает заслонку. Перепускной клапан ступени низкого давления в исходном положении закрыт (при отсутствии разрежения).
Перепускной клапан ступени низкого давления мотора Н57ТУ Супер
Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2
При необходимости перейти из рабочего состояния с двумя ступенями высокого давления в рабочее состояние с наддувом с помощью одной ступени высокого давления ступень высокого давления 2 работает с еще более высокой частотой вращения. При выключении ступени высокого давления 2 наблюдалось бы повышение давления воздуха за ступенью высокого давления 2. Через заслонку рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 воздух может направляться после компрессора снова на его вход: так получается замкнутый контур и турбина не тормозится. Активизация осуществляется блоком DDE с помощью электромагнитного переключающего клапана, через который на мембранный механизм вакуумного регулятора подается разрежение, и заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 открывается. Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 в исходном положении закрыта (при отсутствии разрежения).
Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2
Заслонка подключения компрессора ступени высокого давления 2
С помощью заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2 закрывается канал к теплообменнику наддувочного воздуха. Это необходимо, т. к. в противном случае в режиме работы только со ступенью высокого давления 1 сжатый воздух мог бы через ступень высокого давления 2 снова вернуться в зону всасывания ступени 1. Заслонка подключения компрессора ступени высокого давления 2 в исходном положении закрыта (при отсутствии разрежения).
Заслонка подключения компрессора ступени высокого давления 2
Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2
Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 открывает канал со стороны ОГ к ступени высокого давления 2 и уменьшает поток ОГ к ступени высокого давления 1. Он приводится в движение пневматически с помощью мембранного механизма вакуумного регулятора и может быть закрыт или открыт. Электромагнитный переключающий клапан подает разрежение на мембранный механизм вакуумного регулятора, закрывая его. С помощью клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2 ступень высокого давления 2 подключается или отключается. Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 в исходном положении открыт (при отсутствии разрежения).
Клапан регулировки турбины на N57TU Super
Перепускной клапан
Перепускной клапан в районе перехода постепенно открывается для того, чтобы предотвратить слишком высокое давление наддува и давление в турбине. Через перепускной клапан часть ОГ проходит мимо турбины ступени низкого давления. Перепускной клапан приводится в движение пневматически с помощью мембранного механизма вакуумного регулятора, и его положение может меняться. Активизация осуществляется с помощью электропневматического преобразователя давления. Перепускной клапан в исходном положении закрыт (при отсутствии разрежения).
Перепускной клапан мотора N57TUSuper
Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1
Регулятор давления наддува позволяет регулировать давление по потребности благодаря изменяемой геометрии турбины ступени высокого давления. Турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины начинает работать уже на малых оборотах двигателя и оптимально подстраивается под поток отработавших газов путем изменения положения направляющих лопаток турбины.
Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1
Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2
Регулятор давления наддува позволяет регулировать давление по потребности благодаря изменяемой геометрии турбины ступени высокого давления. Турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины начинает работать уже при малых потоках ОГ и оптимально подстраивается под поток отработавших газов путем изменения положения направляющих лопаток турбины. Ступень высокого давления 2 активизируется только начиная с частоты вращения коленвала
двигателя ок. 2700 об/мин.
Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2
Моменты переключения
Для оптимального наддува во всем рабочем диапазоне двигателя управление узлами осуществляет цифровая электронная система управления дизельным двигателем. Моменты переключения содержатся в поле характеристик, в основу которого заложены частота вращения коленвала и нагрузка двигателя. Переход между моментами переключения плавный. Кроме того, гистерезис предотвращает постоянное пороговое переключение. Изображения (сильно упрощенные) показывают различные положения переключения ступенчатого турбонаддува при полной нагрузке.
Схематическое изображение
На следующих рисунках рассматриваются моменты переключения двигателя N57TU Super.
Упрощенное изображение системы наддува мотора N57TU TOP:
A – Ступень низкого давления; B – Ступень высокого давления 2 (подключаемая); C – Ступень высокого давления 1 (работает постоянно); 1 – Перепускной клапан ступени низкого давления; 2 – Промежуточный теплообменник наддувочного воздуха; 3 – Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2; 4 – Заслонка подключения компрессора ступени высокого давления 2; 5 – Теплообменник наддувочного воздуха; 6 – Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2; 7 – Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1; 8 – Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2; 9 – Перепускной клапан;
Рабочие диапазоны
На следующем рисунке показаны рабочие диапазоны при полной нагрузке в виде зависимости эффективного среднего давления в цилиндре (P) от частоты вращения коленвала двигателя (n).
Рабочие диапазоны в Н57:
1 – Рабочий диапазон 1; 2 – Рабочий диапазон 2; 3 – Рабочий диапазон 3; 4 – Рабочий диапазон 4; 5 – Рабочий диапазон 5;
| Детали | Диапазон 1 | Диапазон 2 | Диапазон 3 | Диапазон 4 | Диапазон 5 |
| Перепускной клапан ступени низкого давления | o (при работающем двигателе) | + | + | + | + |
| Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 | o | o | o | + | + |
| Заслонка нагнетателя ступени высокого давления 2 | + | + | + | o | o |
| Клапан регулировки турбины | + | + | + | o | o |
| Перепускной клапан | + | + | * | + | * |
| Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1 | * | * | * | * | * |
| Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2 | + | + | + | * | * |
o - открыт(-а); + - закрыт(-а); * - регулируется
Рабочий диапазон 1
Рабочий диапазон 1 включает трогание с места и разгон, начиная с низких частот вращения коленвала двигателя.
Частота вращения прим. до 1700 об/мин.
- Положение заслонок и VNT
- Перепускной клапан ступени низкого давления при высоком запросе мощности кратковременно открывается, а при низкой нагрузке закрывается
- Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 открыта
- Заслонка нагнетателя ступени высокого давления 2 закрыта
- Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 закрыт
- Перепускной клапан закрыт
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1 регулируется и направляющие лопатки турбины открыты прим. на 25 %
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2 закрыт
- Описание процесса наддува
- Поток отработавших газов направляется через турбинные колеса обеих турбин. При низкой частоте вращения наддув осуществляется, прежде всего, ступенью высокого давления 1. С увеличением массопотока отработавших газов регулятор давления наддува открывает проходное сечение для того, чтобы турбина работала в оптимальном диапазоне. Турбонагнетатель низкого давления при высоком запросе мощности обходится до тех пор, пока соотношение давлений может быть получено без него. При этом разрежение в зоне всасывания турбонагнетателя высокого давления уменьшается и давление наддува создается быстрее. Благодаря обходу ступени низкого давления можно достичь лучшего разгона с места
- Режим работы турбонагнетателей
- Ступень высокого давления спонтанно ускоряет в своем оптимальном диапазоне. Ступень низкого давления начинает свою работу.
Рабочий диапазон 1
Частота вращения прим. до 1700 об/мин.
- Положение заслонок и VNT
- Перепускной клапан ступени низкого давления при высоком запросе мощности кратковременно открывается, а при низкой нагрузке закрывается
- Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 открыта
- Заслонка нагнетателя ступени высокого давления 2 закрыта
- Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 закрыт
- Перепускной клапан закрыт
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1 регулируется и направляющие лопатки турбины открыты прим. на 25 %
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2 закрыт
- Описание процесса наддува
- Поток отработавших газов направляется через турбинные колеса обеих турбин. При низкой частоте вращения наддув осуществляется, прежде всего, ступенью высокого давления 1. С увеличением массопотока отработавших газов регулятор давления наддува открывает проходное сечение для того, чтобы турбина работала в оптимальном диапазоне. Турбонагнетатель низкого давления при высоком запросе мощности обходится до тех пор, пока соотношение давлений может быть получено без него. При этом разрежение в зоне всасывания турбонагнетателя высокого давления уменьшается и давление наддува создается быстрее. Благодаря обходу ступени низкого давления можно достичь лучшего разгона с места
- Режим работы турбонагнетателей
- Ступень высокого давления спонтанно ускоряет в своем оптимальном диапазоне. Ступень низкого давления начинает свою работу
Рабочий диапазон 1
Рабочий диапазон 2
Частота вращения холостого хода прим. до 2600 об/мин.
- Положение заслонок и VNT
- Перепускной клапан ступени низкого давления закрыт
- Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 открыта
- Заслонка нагнетателя ступени высокого давления 2 закрыта
- Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 закрыт
- Перепускной клапан закрыт
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1 регулируется и направляющие лопатки турбины открываются на 100 %
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2 закрыт
- Описание процесса наддува
- Поток отработавших газов полностью проходит через ступень высокого давления 1 и через ступень низкого давления. Наружный воздух попадает через ступень низкого давления и ступень высокого давления 1 во впускной коллектор. В этом диапазоне ступень высокого давления достигает своей полной мощности и доходит до предела регулирования регулятора давления наддува
- Режим работы турбонагнетателей
- Ступень высокого давления 1 с увеличением частоты вращения достигает своей максимальной мощности, направляющие лопатки турбины при этом открываются. Ступень низкого давления работает в этом диапазоне со средней мощностью.
Рабочий диапазон 2
Рабочий диапазон 3
Частота вращения прим. 2200–2600 об/мин.
- Положение заслонок и VNT
- Перепускной клапан ступени низкого давления закрыт
- Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 открыта
- Заслонка нагнетателя ступени высокого давления 2 закрыта
- Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 закрыт
- Перепускной клапан начинает регулироваться
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1 регулируется и направляющие лопатки турбины открыты на 100 %
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2 закрыт
- Описание процесса наддува
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1 открывает проходное сечение до максимального значения. При достижении максимального значения давление наддува больше не может удерживаться, иначе оно превысило бы допустимое значение. Начинается регулирование перепускного клапана для ограничения давления наддува в ступени низкого давления
- Режим работы турбонагнетателей
- Ступень высокого давления 1 подходит к своему пределу регулирования. Перепускной клапан ступени низкого давления ограничивает предварительно сжимаемую на участке ступени высокого давления 1 воздушную массу и, тем самым, давление наддува
Рабочий диапазон 3
Рабочий диапазон 4
Частота вращения прим. с 2600 об/мин.
- Положение заслонок и VNT
- Перепускной клапан ступени низкого давления закрыт
- Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 закрыта
- Заслонка нагнетателя ступени высокого давления 2 открыта
- Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 открыт
- Перепускной клапан закрыт
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1 регулируется
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2 регулируется
- Описание процесса наддува
- Ступень низкого давления предварительно сжимает наддувочный воздух и подает его в обе ступени высокого давления. Обе ступени высокого давления повышают давление наддува и подают наддувочный воздух через теплообменник наддувочного воздуха во впускной коллектор и в камеру сгорания. Таким образом, наддувочный воздух поступает в двигатель от ступени низкого давления и от обеих ступеней высокого давления
- Режим работы турбонагнетателей
- Ступень высокого давления 1 доходит до предела регулирования и регулировка давления наддува осуществляется с помощью ступени низкого давления и перепускного клапана. Теперь подключается клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 и начинает работать ступень высокого давления 2. Перепускной клапан закрывается вместе с клапаном регулировки турбины ступени высокого давления 2, и давление наддува регулируется с помощью обеих ступеней высокого давления. Обе ступени высокого давления ограничивают максимальное давление наддува и обеспечивают двигатель наддувочным воздухом до достижения максимальной частоты вращения коленвала двигателя. Ступень низкого давления достигает своей максимальной производительности
Рабочий диапазон 4
Рабочий диапазон 5
Частота вращения прим. с 4000 об/мин.
- Положение заслонок и VNT
- Перепускной клапан ступени низкого давления закрыт
- Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 закрыта
- Заслонка нагнетателя ступени высокого давления 2 открыта
- Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 открыт
- Перепускной клапан регулируется
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1 регулируется
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2 регулируется
- Описание процесса наддува
- Ступень низкого давления предварительно сжимает наддувочный воздух и подает его в обе ступени высокого давления. Обе ступени высокого давления повышают давление наддува и подают наддувочный воздух через теплообменник наддувочного воздуха во впускной коллектор и в камеру сгорания. Таким образом, наддувочный воздух поступает в двигатель от ступени низкого давления и от обеих ступеней высокого давления
- Режим работы турбонагнетателей
- С увеличением частоты вращения коленвала двигателя ступень низкого давления подает все больше наддувочного воздуха и под все более высоким давлением наддува. Давление наддува в обеих ступенях высокого давления ограничивается максимальным значением. Чтобы иметь возможность ограничения давления наддува активизируются регуляторы давления наддува и увеличивается поперечное сечение направляющих лопаток турбинного колеса. Т. к. это изменение положения направляющих лопаток турбинного колеса здесь достигает упора и дальнейшее уменьшение давления наддува невозможно, также активизируется перепускной клапан ступени низкого давления и, таким образом, осуществляется регулирование давления наддува
Рабочий диапазон 5
Аварийный режим
В случае отказа вакуумной системы группа наддува приводится за счет силы сжатия пружины в следующее положение аварийного режима:
- Перепускной клапан ступени низкого давления закрыт
- Заслонка рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2 закрыта
- Заслонка нагнетателя ступени высокого давления 2 закрыта
- Клапан регулировки турбины ступени высокого давления 2 открыт
- Перепускной клапан закрыт
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1 регулируется
- Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2 регулируется
Это соответствует положению для среднего диапазона частоты вращения (от 1500 до 3000 об/мин), т. е. диапазону, в котором дизельный двигатель работает при нормальном режиме движения. И хотя это противоречит стратегии BMW – обеспечивать в аварийном режиме условия для максимальной мощности – однако, является более целесообразным, т. к. автомобиль лучше сохраняет свои ходовые качества. При больших частотах вращения коленвала двигателя и уровнях нагрузки в случае отказа вакуумной системы давление наддува ступени высокого давления 2 оказывает воздействие на байпасную заслонку нагнетателя в направлении потока. Непосредственное повреждение узла невозможно. Защита от повреждений из-за закрытого перепускного клапана заключается в том, что электронная система управления двигателем контролирует давление наддува и в случае слишком высокого давления снижает мощность двигателя до некритической величины
Накопительный катализатор NOx
На M550d xDrive используется накопительный катализатор NOx . Накопительный катализатор NOx устанавливается перед сажевым фильтром.
Сажевый фильтр
На M550d xDrive используется известный сажевый фильтр. Сажевый фильтр располагается непосредственно после ступени низкого давления.
Блокирующий нейтрализатор HS
На M550d xDrive используется блокирующий нейтрализатор HS. Блокирующий нейтрализатор HS устанавливается после сажевого фильтра.
Вакуумная система
Вакуумная система двигателя N57TU Super имеет очень сложную конструкцию. Так, для управления турбонаддувом отработавших газов, в общей сложности, используется пять узлов с вакуумным управлением. Кроме того, для системы рециркуляции отработавших газов и управления переключаемыми подушками крепления двигателя необходимы дополнительные узлы. Вакуумная система двигателя N57TU Super предъявляет новые требования к прокладке и контактам. На следующих рисунках дается обзор, как и через какие узлы должны быть связаны между собой вакуумные трубопроводы.
Обзор вакуумной системы мотора N57TU Super:
1 – Вакуумный насос; 2 – Обратный клапан; 3 – Обратный клапан; 4 – Усилитель тормозов; 5 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки байпасного канала системы рециркуляции ОГ; 6 – Мембранный механизм вакуумного регулятора байпасной заслонки система рециркуляции ОГ; 7 – Вакуум-ресивер; 8 – Электромагнитный переключающий клапан перепускного клапана ступени низкого давления; 9 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана ступени низкого давления; 10 – Электромагнитный переключающий клапан клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2; 11 – Мембранный механизм вакуумного регулятора клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2; 12 – Электропневматический преобразователь давления для перепускного клапана; 13 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана; 14 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2; 15 – Мембранный механизм вакуумного регулятора заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2; 16 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2; 17 – Мембранный механизм вакуумного регулятора заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2; 18 – Электромагнитный переключающий клапан подушки крепления двигателя; 19 – Регулируемая правая подушка крепления двигателя; 20 – Регулируемая левая подушка крепления двигателя;
Для наглядности вакуумные трубопроводы показаны различными цветами. Все показанные на следующем рисунке трубопроводы в реальности черного цвета.
Вакуум-ресивер с вакуумной магистралью мотора N57TUS:
A – Присоединение вакуумного шланга для электромагнитного переключающего клапана подушки крепления двигателя Ø 0,5 мм; B – Присоединение вакуумного шланга для вакуум-ресивера Ø 0,5 мм; C – Присоединение вакуумного шланга для вакуум-ресивера Ø 0,5 мм; D – Присоединение вакуумного шланга для электромагнитного переключающего клапана заслонки байпасного канала системы рециркуляции ОГ; 1 – Вакуумный трубопровод (черный, для наглядности окрашен в зеленый); 2 – Вакуум-ресивер; 3 – Вакуумный трубопровод (черный); 4 – Электромагнитный переключающий клапан подушки крепления двигателя; 5 – Вакуумный распределитель; 6 – Вакуумный трубопровод (черный, для наглядности окрашен в оранжевый); 7 – Вакуумный трубопровод (черный, для наглядности окрашен в светло-синий); 8 – Вакуумный трубопровод (красный); 9 – Обратный клапан;
Вакуум-ресивер с вакуумной магистралью в N57TU Super:
1 – Электромагнитный переключающий клапан перепускного клапана ступени низкого давления; 2 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки байпасного канала системы рециркуляции ОГ; 3 – Электромагнитный переключающий клапан клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2; 4 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2; 5 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2; 6 – Вакуумный трубопровод (черный, для наглядности окрашен в светло-синий) между вакуумной магистралью и электромагнитным переключающим клапаном заслонки байпасного канала системы рециркуляции ОГ; 7 – Вакуумный трубопровод (черный, для наглядности окрашен в зеленый) от вакуум-ресивера для подачи разрежения на узлы 4, 5 и 9; 8 – Вакуумный трубопровод от вакуум-ресивера для подачи разрежения на узлы 1 и 3; 9 – Электропневматический преобразователь давления для перепускного клапана; 10 – Вакуумный распределитель с четырьмя местами подсоединения; 11 – Вакуумный распределитель с тремя местами подсоединения;
Прокладка вакуумных трубопроводов в N57TU Super:
1 – Электромагнитный переключающий клапан перепускного клапана ступени низкого давления, черный вакуумный трубопровод (для наглядности окрашен в зеленый); 2 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки байпасного канала системы рециркуляции ОГ, красный вакуумный трубопровод; 3 – Электромагнитный переключающий клапан клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2, черный вакуумный трубопровод; 4 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2, синий вакуумный трубопровод; 5 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2, красный вакуумный трубопровод; 6 – Электропневматический преобразователь давления для перепускного клапана, белый вакуумный трубопровод;
Вакуумная система мотора N57TU S:
1 – Электромагнитный переключающий клапан перепускного клапана ступени низкого давления, черный вакуумный трубопровод (для наглядности окрашен в зеленый); 2 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки байпасного канала системы рециркуляции ОГ, красный вакуумный трубопровод; 3 – Электромагнитный переключающий клапан клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2, черный вакуумный трубопровод; 4 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2, синий вакуумный трубопровод; 5 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2, красный вакуумный трубопровод; 6 – Электропневматический преобразователь давления для перепускного клапана, белый вакуумный трубопровод; 7 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана ступени низкого давления, черный вакуумный трубопровод (для наглядности окрашен в зеленый); 8 – Белый вакуумный трубопровод от электропневматического преобразователя давления для перепускного клапана; 9 – Мембранный механизм вакуумного регулятора заслонки байпасного канала системы рециркуляции ОГ, красный вакуумный трубопровод; 10 – Вакуумный соединитель; 11 – Черный вакуумный трубопровод (для наглядности окрашен в оранжевый) от электропневматического преобразователя давления для перепускного клапана; 12 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана, черный вакуумный трубопровод (для наглядности окрашен в оранжевый); 13 – Мембранный механизм вакуумного регулятора заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2, синий вакуумный трубопровод; 14 – Мембранный механизм вакуумного регулятора клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2, черный вакуумный трубопровод; 15 – Мембранный механизм вакуумного регулятора заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2, красный вакуумный трубопровод;
На следующем рисунке показана фотография, которая дает реальную картину прокладки вакуумных трубопроводов.
Прокладка вакуумных трубопроводов Н57ТУ Супер:
1.1 – Электромагнитный переключающий клапан перепускного клапана ступени низкого давления; 1.2 – Черный вакуумный трубопровод; 1.3 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана ступени низкого давления; 2.1 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки байпасного канала системы рециркуляции ОГ; 2.2 – Красный вакуумный трубопровод; 2.3 – Мембранный механизм вакуумного регулятора байпасной заслонки система рециркуляции ОГ; 3.1 – Электромагнитный переключающий клапан клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2; 3.2 – Черный вакуумный трубопровод; 3.3 – Мембранный механизм вакуумного регулятора клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2; 4.1 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2; 4.2 – Синий вакуумный трубопровод; 4.3 – Мембранный механизм вакуумного регулятора заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2; 5.1 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2; 5.2 – Красный вакуумный трубопровод; 5.3 – Мембранный механизм вакуумного регулятора заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2; 6.1 – Электропневматический преобразователь давления для перепускного клапана; 6.2 – Белый вакуумный трубопровод; 6.3 – Мембранный механизм вакуумного регулятора перепускного клапана;
Система подготовки рабочей смеси
Система подготовки рабочей смеси переработана и адаптирована к требованиям двигателя N57TU Super. Давление впрыска топлива увеличено до 2200 бар, чтобы обеспечивать достаточное количество топлива и его распыление при полной нагрузке и повышенной максимальной частоте вращения коленвала двигателя.
Существенные изменения претерпели:
- магистраль высокого давления Rail
- насос высокого давления
- форсунки
Система впрыска высокого давления N57TU Super:
1 – Трубопровод высокого давления от магистрали Rail к форсунке цилиндра 1; 2 – Обратная магистраль; 3 – Трубопровод высокого давления от магистрали Rail к форсунке цилиндра 2; 4 – Трубопровод высокого давления от магистрали Rail к форсунке цилиндра 3; 5 – Трубопровод высокого давления от магистрали Rail к форсунке цилиндра 4; 6 – Трубопровод высокого давления от магистрали Rail к форсунке цилиндра 5; 7 – Трубопровод высокого давления от магистрали Rail к форсунке цилиндра 6; 8 – Датчик давления в магистрали Rail; 9 – Магистраль высокого давления Rail; 10 – Держатель ресивера (Rail); 11 – Трубопровод высокого давления от насоса высокого давления к магистрали Rail; 12 – Трубопровод высокого давления от насоса высокого давления к магистрали Rail;
Магистраль высокого давления Rail
Магистраль Rail адаптирована под более высокое давление и изготавливается методом горячей ковки. Обозначение фирмы Bosch HFR-22; это аббревиатура «Hot Forged Rail», а 22 – давление 2200 бар. Наряду с магистралью Rail также были адаптированы под высокое давление до 2200 бар датчик давления в магистрали Rail и клапан регулировки давления в магистрали Rail.
Насос высокого давления
Насос высокого давления также адаптирован под высокое давление. Обозначение фирмы Bosch CP4-22/2; это «Common Rail Pump», 22 – максимальное рабочее давление 2200 бар, а последняя цифра 2 – количество плунжеров насоса.
Форсунка
Используются форсунки фирмы Bosch CRI3–22. Форсунка рассчитана на необходимое давление и количество впрыскиваемого топлива. Обозначение CRI3–22; это «Common Rail Injektor», третье поколение с давлением впрыска топлива 2200 бар. Максимальное давление впрыска топлива доходит до 2200 бар и это явилось причиной использования новых форсунок.
Для продолжительной надежной работы форсунок была оптимизирована конструкция и уменьшена нагрузка на седло клапана с помощью сбалансированного по давлению переключающего клапана. Однако, вследствие адаптаций переключающего клапана форсунка имеет постоянную течь, которая ведет к повышенному количеству топлива в трубопроводе для слива просачивающегося топлива. Т. к .пьезофорсунки работают только в определенном диапазоне отрицательного напора, в трубопровод для слива просачивающегося топлива был интегрирован клапан фиксации давления, который удерживает давление возврата топлива в диапазоне 9–11 бар. До сих пор вместо клапана фиксации давления в возвратный трубопровод устанавливался дроссель, который реализовал необходимое давление возврата топлива.
Также переработана геометрия сопла для выполнения повышенных требований законодательства к вредным выбросам. Эта адаптация всегда имеет место вместе с камерой сгорания в поршне.
Коррекция количества топлива, впрыскиваемого форсунками
Коррекция количества топлива, впрыскиваемого форсунками, проводится в известной форме и поясняется здесь на примере форсунок CRI2.5. Вследствие допуска при изготовлении форсунок фактически впрыскиваемое количество топлива немного отличается от расчетного. Это отклонение измеряется для каждой форсунки в нескольких рабочих точках. На основании измерений для каждой форсунки определяется значение коррекции (в виде кода). При сборке автомобиля после установки цифровой электронной системы управления дизельным двигателем значение коррекции каждой форсунки записывается в блок управления. Значения коррекции закрепляются за отдельными цилиндрами согласно установленным форсункам. С помощью этих значений цифровая электронная система управления дизельным двигателем корректирует рассчитанное количество впрыскиваемого топлива и, таким образом, уменьшает отклонение в каждом цилиндре.
Коррекция количества топлива впрыскиваемого пьезофорсунками EURO 6:
1 – Семизначный код (значение коррекции); 2 – Коррекция напряжения на форсунках;
При замене форсунок необходимо убедиться, что выштампованный буквенно-цифровой код каждой форсунки записан в блоке управления дизельным двигателем для соответствующего цилиндра.
Система возврата топлива
Вследствие адаптации топливной системы высокого давления потребовались изменения и в системе возврата топлива. На следующем рисунке дан обзор наиболее важных изменений.
Система возврата топлива двигателя N57TU Super:
1 – Клапан фиксации давления; 2 – Трубопровод для слива просачивающегося топлива с зеленой надписью; 3 – Разъем (отличительный признак «угловой»);
Электрооборудование двигателя
Электрооборудование двигателя было незначительно переработано. Частично используются новые датчики и исполнительные органы, однако их функция и принцип работы соответствуют двигателю N57TU Top. В обзоре системы показана комплектация системы, выполняющей требования EURO 5. DDE7.31 берет на себя активизацию и анализ датчиков и исполнительных органов.
Схема системы для автомобилей выполняющих нормы EURO 6 – N57TU Super на F10:
1 – DDE; 2 – Датчик температуры в ЭБУ DDE; 3 – Датчик давления окружающей среды в ЭБУ DDE; 4 – Стартер; 5 – Система доступа в автомобиль; 6 – Компрессор кондиционера; 7 – Датчик давления хладагента; 8 – Электронно-управляемый токораспределитель; 9 – Реле контакта 30B; 10 – Главное реле системы DDE; 11 – Реле контакта 15N; 12 – Подогрев топливного фильтра; 13 – Электромагнитный переключающий клапан подушки крепления двигателя; 14 – Датчик уровня масла (датчик состояния масла); 15 – Реле контакта 15N; 16 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки байпасного канала системы рециркуляции ОГ; 17a – Лямбда-зонд пред накопительным катализатором NOx (регулировочный, с непрерывной характеристикой); 17b – Разъем лямбда-зонда; 18a – Лямбда-зонд после сажевого фильтра (регулировочный, с непрерывной характеристикой); 18b – Разъем лямбда-зонда; 19 – Пленочный термоанемометрический расходомер воздуха; 20 – Клапан регулировки давления в магистрали Rail; 21 – Клапан регулировки количества; 22 – Электромагнитный переключающий клапан перепускного клапана ступени низкого давления; 23 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки рециркуляции воздуха ступени высокого давления 2; 24 – Электромагнитный переключающий клапан заслонки подключения компрессора ступени высокого давления 2; 25 – Электропневматический преобразователь давления для перепускного клапана; 26 – Электромагнитный переключающий клапан клапана регулировки турбины ступени высокого давления 2; 27 – Датчик положения распредвала; 28 – Регулятор давления наддува ступени высокого давления 1; 29 – Регулятор давления наддува ступени высокого давления 2; 30 – Воздушные заслонки; 31 – Интеллектуальный датчик аккумуляторной батареи; 32 – Электронный блок управления топливным насосом; 33 – Топливный электронасос; 34 – Свечи накаливания; 35 – ЭБУ системы предпускового подогрева; 36 – Штекер диагностического разъема; 37 – Генератор; 38 – Соединение с массой; 39 – Преобразователь постоянного напряжения; 40 – Реле электрического насоса охлаждающей жидкости (низкотемпературный контур); 41 – Электрический насос охлаждающей жидкости (низкотемпературный контур); 42 – Пьезофорсунки; 43 – Подогрев системы вентиляции картера двигателя (исполнение для стран с холодным климатом); 44 – Реле электровентилятора; 45 – Электровентилятор; 46 – Датчик температуры и давления топлива; 47 – Датчик давления наддува между ступенью низкого давления и ступенью высокого давления; 48 – Датчик положения коленвала; 49 – Регулятор и датчик дроссельной заслонки; 50 – Регулятор и датчик положения вихревых заслонок; 51 – Клапан рециркуляции отработавших газов и датчик положения клапана рециркуляции отработавших газов; 52 – Датчик температуры AGR; 53 – Модуль педали акселератора; 54 – Датчик давления в магистрали Rail; 55 – Датчик давления наддува; 56 – Датчик противодавления отработавших газов перед турбонагнетателем; 57 – Датчик температуры охлаждающей жидкости, низкотемпературный контур; 58 – Датчик температуры охлаждающей жидкости на выходе из двигателя; 59 – Датчик температуры отработавших газов перед сажевым фильтром; 60 – Датчик температуры отработавших газов перед катализатором окисления; 61 – Датчик температуры наддувочного воздуха; 62 – Датчик перепада давления перед и после сажевого фильтра; 63 – Выключатель индикатора давления масла; 64 – Система динамического контроля устойчивости (DSC); 65 – Интегрированная система управления ходовой частью (ICM); 66 – Центральный межсетевой преобразователь (ZGM);
ЭБУ системы предпускового подогрева
ЭБУ системы предпускового подогрева из соображений экономии места закреплен на блок-картере и расположен рядом с насосом высокого давления.
ЭБУ системы предпускового подогрева в Н57ТУ Супер
При замене ЭБУ системы предпускового подогрева или свечей накаливания необходимо выполнить распознавание свечей накаливания.
Новые датчики и исполнительные органы
Свеча накаливания
Сервисная функция предлагает две функции, которые необходимы при ремонте системы предпускового подогрева:
- Перед заменой свечей накаливания нужно с помощью сервисной функции активизировать набор данных безопасности.
Это необходимо для того, чтобы ЭБУ системы предпускового подогрева при переключении контактов активизировал новые свечи накаливания с помощью набора данных безопасности. - После замены свечей накаливания или ЭБУ системы предпускового подогрева необходимо с помощью сервисной функции выполнить распознавание свечей накаливания.
Сервисная функция активизирует в ЭБУ системы предпускового подогрева соответствующий набор данных для установленных свечей накаливания. При невыполнении распознавания свечей накаливания может остаться активным неверный набор данных. Это может привести к функциональным ограничениям при накаливании или к повреждениям свечей накаливания.
При этом проверяется следующее:- ЭБУ системы предпускового подогрева распознает все свечи накаливания?
- Установлены соответствующие свечи накаливания?
- В ЭБУ системы предпускового подогрева активизирован правильный набор данных?
Обоснование
Для двигателей N47TU и N57TU используются различные типы свечей накаливания в зависимости от класса мощности.
Двигатели N57D30T1 и N57D30S1 оснащаются керамическими свечами накаливания Bosch GLP5.
Чтобы различные типы свечей накаливания активизировались напряжением с соответствующей характеристикой, имеются различные наборы данных для ЭБУ системы предпускового подогрева. Дополнительно к наборам данных для правильного режима свечей накаливания в ЭБУ системы предпускового подогрева также имеется, так называемый, набор данных безопасности. Набор данных безопасности выполнен таким образом, чтобы в случае неисправности или неправильной установки все типы свечей накаливания могли быть запитаны без опасности повреждения. Две процедуры распознавания типа свечи накаливания в ЭБУ системы предпускового подогрева:
- При каждом полном цикле подогрева после переключения контактов автоматически запускается распознавание. ЭБУ системы предпускового подогрева различает лишь металлические и керамические свечи накаливания. Если ЭБУ системы предпускового подогрева определяет слишком большие колебания напряжения или активизируется сигнал запуска стартера, то распознавание прерывается. При распознавании неверного типа более, чем у одной свечи накаливания, ЭБУ системы предпускового подогрева активизирует набор данных безопасности. Если распознан неверный тип только одной свечи накаливания, ЭБУ системы предпускового подогрева исключает эту свечу накаливания из последующих процессов накаливания во время текущего цикла движения и не активизирует набор данных безопасности.
- С помощью сервисной функции можно запустить специальную проверку системы накаливания. В случае неоднозначного распознавания всех свечей накаливания всегда активизируется набор данных безопасности.