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Ssp 322 - Der 2,0L Fsi-Motor Mit 4-Ventiltechnik


Service Training

Selbststudienprogramm 322

Der 2,0l FSI-Motor mit 4-Ventiltechnik

Konstruktion und Funktion

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Der 2,0 l-Motor entstammt der bew?hrten Motorengeneration der Baureihe 113. Mit der FSI-Technologie (Fuel Stratified Injection) erschloss sich dem 2,0l Benzinmotor eine neue Dimension. Denn FSI-Motoren sind sparsamer, sauberer und spritziger als SaugrohrEinspritzer. Sie erfüllen optimal die aktuellen Forderungen nach niedrigerem Verbrauch, einer besseren Umweltbilanz und h?herem Fahrspa?.

Das bewies als Wegbereiter dieser neuen Generation von Benzinmotoren bereits Ende 2000 der 1,4-Liter-FSI-Motor von Volkswagen mit 77 kW im Lupo. Danach folgten der 1,6l 81 kW FSI und der 1,4-Liter-FSI 63 kW im Polo. Der mit Volkswagen einsetzende Vertreter der neuen FSI-Motorgeneration ist ein zwei Liter gro?er Vierzylinder Motor. In diesem Selbststudienprogramm k?nnen Sie sich mit den technischen Neuerungen dieses Motors vertraut machen.

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Das Selbststudienprogramm stellt die Konstruktion Aktuelle Prüf-, Einstell- und Reparaturanweisungen und Funktion von Neuentwicklungen dar! entnehmen Sie bitte der dafür vorgesehenen Die Inhalte werden nicht aktualisiert. KD-Literatur.

S322_013

NEU

Achtung Hinweis

2

Auf einen Blick
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Motormechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Motormanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Funktionsplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Prüfen Sie Ihr Wissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

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3

Einleitung
Neuerungen
?ber die Volkswagen Audi Plattform setzte der 2,0l FSI Motor erstmalig als L?ngseinbau im Audi A4, mit dem Motorkennbuchstaben AWA, ein. Im Februar 2003 kam der 2,0l FSI Motor im Audi A2 als Quereinbau zum Einsatz. Der Motorkennbuchstabe ist identisch mit dem von Volkswagen. Um den h?heren Anforderungen an Motorleistung und Wirtschaftlichkeit gerecht zu werden, wurden folgende Komponenten weiter entwickelt:

● ● ● ●

ein Aluminium-Motorblock mit Graugussbuchsen, ein Aluminium- Zylinderkopf, ein wassergekühltes Abgasrückführungsventil (AGR), eine Abgasanlage mit zwei motornahen Vorkatalysatoren.

Abgasrückführungsventil

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4

Zylinderkopf Vorkatalysatoren

Motorblock

S322_049

Weitere Informationen zu dem Motor entnehmen Sie bitte dem Audi SSP 279 oder dem Service Net.

● ● ● ● ● ●

ein Saugrohr mit Schaltwalze zur Schaltung des Drehmoment- und Leistungskanal, ein neues ?lfiltermodul, die Bosch Motronic MED 9.5.10, vier Ventile bet?tigt über Rollenschlepphebel mit stehenden Hydroelementen zwei obenliegenden Nockenwellen mit kontinuierlicher Einlassnockenwellenverstellung, eine Direkteinspritzung im 2,0l Motor

Nockenwellen

Rollenschlepphebel

Ventile

S322_053 S322_057 Schaltwalze Saugrohr

?lfiltermodul

S322_047 S322_055

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5

Motormechanik
Der 2,0 l/110 kW FSI-Motor mit 4-Ventiltechnik
Der 2,0 l/110 kW FSI-Motor kam im Februar 2003 im Audi A3 zum Einsatz. Bei Volkswagen im Touran setzt der Motor erstmalig im Oktober 2003 ein. Der Einsatz im Golf erfolgt Anfang 2004.

Technische Merkmale
● ● ● ● ●

● ●

Einkolben-Hockdruckpumpe Kunststoff-Schaltsaugrohr mit Schaltwalze für Homogen- und Mischbetrieb Wassergekühltes Abgasrückführventil Rollenschlepphebel mit hydraulischen Abstützelement Zwei obenliegende Nockenwellen mit kontinuierlicher Einlassnockenwellenverstellung Ausgleichswellengetriebe in der ?lwanne Luftgeführtes Brennverfahren

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Technische Daten
Motorkennbuchstabe Bauart Hubraum [mm?] Bohrung [mm] Hub [mm] Ventile pro Zylinder Verdichtungsverh?ltnis max. Leistung max. Drehmoment Motormanagement Kraftstoff AXW 4-Zylinder-Reihenmotor 1984 82,5 92,8

Drehmoment- und Leistungsdiagramm
220 200 180 160 Drehmoment [Nm] 140 120 100 80 60 40 20 1000 3000 5000 Drehzahl [1/min] 110 100 90 80 Leistung [kW] 70 60 50 40 30 20 10 7000
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6

4 11,5:1 110 kW bei 6000 1/min 200 Nm bei 3500 1/min Bosch Motronic MED 9.5.10 Super Plus Bleifrei ROZ 98 (Super Bleifrei ROZ 95 bei geringer Leistungsminderung)

Abgasnachbehandlung Abgasnorm

NOx-Speicherkatalysator und 2 Vorkatalysatoren EU 4

Das Saugrohr mit Schaltwalze
Das zweistufige Schaltsaugrohr begünstigt die gewünschte Leistungs- und Drehmomentcharakteristik. Die pneumatische Bet?tigung der Schaltwalze von der Drehmoment- auf die Leistungsposition erfolgt kennfeldgesteuert. Last, Drehzahl und Temperatur sind die dafür relevanten Gr??en.

Aufbau des Saugrohres

Kurbelgeh?useentlüftungLeistungsrohre Oberteil Stutzen Drosselklappenteil

Mittelteil

Schaltwalze

Innenteil S322_015 Antriebseinheit Schaltmodul Drehmomentrohre Druck- und Temperaturfühler Unterteil

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7

Elektroumschaltventil

Motormechanik
Saugrohr – Unterteil Im Saugrohrunterteil befinden sich vier Saugrohrklappen, die vom Stellmotor V157 über eine gemeinsame Welle angetrieben werden. Das im Stellmotor integrierte Potentiometer G336 dient zur Rückmeldung der Klappenstellung an das Motorsteuerger?t J220. Die Stellung der Saugrohrklappen beeinflussen die Gemischbildung und somit die Abgaswerte. Die Steuerung der Saugrohrklappen geh?rt zu den Abgasrelevanten Systemen und wird von der EOBD überwacht.

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?lfiltermodul
Beruhigungsraum der

Das neue ?lfiltermodul wurde als hochintegrierte Kunststoffeinheit entwickelt und enth?lt unter anderem folgende Einheiten: das ?ldruck-Absteuerventil den Papier-Filtereinsatz als ?lfilter den integrierten wassergekühlten ?lkühler einen Beruhigungsraum für die ?lgrobabscheidung der Kurbelgeh?useentlüftung

Kurbelgeh?useentlüftung ?lauslass Wassereinlass ?lkühler Wasser auslass ?leinlass

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8

S322_045 ?ldruck-Absteuerventil

Papier-Filtereinsatz

?lablauf-Ventil

Zylinderkopf
Der Zylinderkopf des 2,0 l FSI-Motors mit 4-Ventil-Technik ist aus Aluminium gefertig. ?ber zwei gebaute oben liegende Nockenwellen erfolgt die Ventilsteuerung, die verwindungssteif in einem Leiterrahmen gelagert sind. Der Antrieb der Auslass-Nockenwelle erfolgt mittels Zahnriemen. Die Einlass-Nockenwelle wird über die Auslass-Nockenwelle durch eine Einfachkette angetrieben. Jeder Ansaugkanal ist durch eine Tumbleplatte in eine obere und untere H?lfte geteilt. Ihre Formgebung erm?glicht nur eine Montage in der richtigen Position.

Leiterrahmen

Auslass-Nockenwelle

Einlass-Nockenwelle

Tumbleplatte

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9

Motormanagement
Systemübersicht
G71 Geber für Saugrohrdruck G42 Geber für Ansauglufttemperatur G299 Geber 2 für Ansauglufttemperatur G28 Geber für Motordrehzahl G40 Hallgeber J338 Drosselklappen-Steuereinheit G187 Winkelgeber 1 für Drosselklappenantrieb G188 Winkelgeber 2 für Drosselklappenantrieb Diagnoseanschluss

J220 Steuerger?t für Motronic

G79 Geber für Gaspedalstellung G185 Geber -2- für Gaspedalstellung F F47 Bremslichtschalter Bremspedalschalter für GRA

G247 Geber für Kraftstoffdruck, Hochdruck G410 Geber für Kraftstoffdruck, Niederdruck G61 G66 Klopfsensor Klopfsensor -2CAN-Antrieb

G62 Geber für Kühlmitteltemperatur G83 Geber für Kühlmitteltemperatur Kühlerausgang G336 Potentiometer für Saugrohrklappe G212 Potentiometer für Abgasrückführung G39 G108 G130 G131 Lambdasonde Lambdasonde II Lambdasonde nach Katalysator Lambdasonde II nach Katalysator K-Leitung
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10

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G235 Geber für Abgastemperatur G295 Geber für NOx J583 Steuerger?t für NOx-Sensor G294 Drucksensor für Bremskraftverst?rkung G476 Geber für Kupplungsposition J519 Steuerger?t für Bornetz J533 Diagnose-Interface für Datenbus

Aktoren
J538 Steuerger?t für Kraftstoffpumpe G6 Kraftstoffpumpe N30 N31 N32 N33 N70 N127 N291 N292 Einspritzventil Zylinder 1 Einspritzventil Zylinder 2 Einspritzventil Zylinder 3 Einspritzventil Zylinder 4 Zündspule 1 mit Leistungsendstufe Zündspule 2 mit Leistungsendstufe Zündspule 3 mit Leistungsendstufe Zündspule 4 mit Leistungsendstufe

J338 Drosselklappen-Steuereinheit G186 Drosselklappenantrieb J271 Stromversorgungsrelais für Motronic

J527 Steuerger?t für Lenks?ulenelektronik J234 Steuerger?t für Airbag J104 Steuerger?t für ABS

N276 Regelventil für Kraftstoffdruck

N80 Magnetventil für Aktivkohlebeh?lter-Anlage

N316 Ventil für Saugrohrklappe Luftstromsteuerung

N18 Z19 Z28 Z29 Z30 J285 Steuerger?t mit Anzeigeeinheit im Schaltafeleinsatz Z44

Ventil für Abgasrückführung Heizung für Lambdasonde Heizung für Lambdasonde 2 Heizung für Lambdasonde 1, nach Katalysator Heizung für Lambdasonde 2, nach Katalysator Heizung für Geber für NOx

N205 Ventil für Nockenwellenverstellung

V157 Motor für Saugrohrklappe N79 Zusatzsignale K83 Abgaswarnleuchte Heizwiderstand (Kurbelgeh?useentlüftung)

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Motormanagement
Der Schichtladungs-Betrieb
Damit es zur Schichtladung kommt, müssen die Einspritzung, die Brennraumgeometrie und die Innenstr?mung im Zylinder optimal abgestimmt und zus?tzlich folgende Voraussetzungen erfüllt werden: - der Motor befindet sich im entsprechenden Last- und Drehzahlbereich, - es darf kein abgasrelevanter Fehler im System vorliegen, - die Kühlmitteltemperatur mu? über 50 °C betragen, - die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators muss zwischen 250 °C und 500 °C liegen, - die Saugrohrklappe muss geschlossen sein.

S322_021 Drosselklappe Tumbleklappe

Saugrohrklappe

Die Saugrohrklappe verschlie?t den unteren Ansaugkanal vollst?ndig. Dadurch muss die angesaugte Luftmasse über den oberen Ansaugkanal beschleunigt und walzenf?rmig in den Zylinder einstr?men.

Hochdruckeinspritzventil

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12

Vorab - Version

Die walzenf?rmige Luftstr?mung wird im Zylinder durch die Str?mungsmulde im Kolben noch verst?rkt (Tumble-Effekt). Gleichzeitig wird die Drosselklappe weit ge?ffnet, um die Drosselverluste so gering wie m?glich zu halten.

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Im Verdichtungstakt erfolgt kurz vor dem Zündzeitpunkt die Kraftstoffeinspritzung. Dabei wird der Kraftstoff unter hohem Druck (50-100 bar) in den Wirkungsbereich der Zündkerzen gespritzt.

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Da der Einspritzwinkel recht flach ausf?llt, kommt die Kraftstoffwolke praktisch nicht mit dem Kolbenboden in Berührung. Man spricht hier von einem sogenannten ?luftgeführten“ Verfahren.

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Im Bereich der Zündkerze bildet sich eine gut zündf?hige Gemischwolke, die in der Kompressionsphase entzündet wird. Nach der Verbrennung befindet sich eine isolierende Luftschicht zwischen dem gezündeten Gemisch und der Zylinderwand. Dies führt zu einer Reduktion der W?rmeabfuhr über den Motorblock.

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Vorab - Version
13

Motormanagement
Der Homogen-Betrieb

Im oberen Last- und Drehzahlbereich reicht die nur über den oberen Kanal angesaugte Luftmasse nicht mehr aus. Die Saugrohrklappe wird ge?ffnet, so dass die angesaugte Luftmasse über den oberen und unteren Ansaugkanal in den Zylinder einstr?men kann.

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Der Kraftstoff wird w?hrend des Ansaugtaktes eingespritzt und nicht wie beim SchichtladungsBetrieb in der Verdichtungsphase. Hierbei kommt es zu einer homogenen (14,7:1) Füllung im Zylinder.

14

Vorab - Version

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Durch das Einspritzen des Kraftstoffes in den Ansaugtakt hat das Luft-Kraftstoff-Gemisch bis zum Zündvorgang mehr Zeit sich optimal zu vermischen.

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Die Verbrennung findet im gesamten Brennraum statt ohne isolierende Luft- und Abgasrückführungsmassen.

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Die Vorteile im Homogen-Betrieb entstehen durch direktes Einspritzen in den Ansaugtakt. Dabei wird der angesaugten Luftmasse ein Teil der W?rme durch das Verdampfen des Kraftstoffes entzogen. Durch die Innenkühlung wird die Klopfneigung reduziert, somit kann die Verdichtung des Motors erh?ht und der Wirkungsgrad verbessert werden.

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Motormanagement
Betriebsarten Ein luftgeführtes Brennverfahren erm?glicht den Homogen- und Schichtladebetrieb. Je nach Lastzustand und Stellung des Gaspedals w?hlt die Motorelektronik immer den optimalen Betriebszustand. Es werden 4 Hauptbetriebsarten gefahren: - Geschichtet mager mit Abgasrückführung (AGR) - Homogen mager ohne AGR - Homogen mit Lambda = 1 und AGR - Homogen mit Lambda = 1 ohne AGR

14 12 10

homogen

Mitteldruck [bar]

homogen mit Abgasrückführung
8 6

homogen mager
4 2

geschichtet mager

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

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Drehzahl [1/min]

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Weitere Informationen finden Sie im Selbststudienprogramm SSP 253 ?Die Benzin-Direkteinspritzung mit der Bosch Motronic MED 7“.

Abgasanlage
Die Abgasanlage ist im vorderen Bereich 2-flutig ausgeführt, um das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich zu erh?hen. Jeder der beiden Abgaskrümmer ist mit einem Vorkatalysator ausgestattet. Die Vorkatalysatoren sind mit dem jeweiligen Abgaskrümmer unl?sbar verbunden. Zwei Breitbandsonden überwachen als VorkatSonden die Gemischzusammensetzung. Hinter den Vorkatalysatoren befinden sich zwei Sprungsonden (Planar-Lambdasonden). Sie überwachen die Wirkung der Vorkatalysatoren. Danach vereinigen sich die zwei Abgaskrümmer auf einen Speicherkatalysator. Der Speicherkatalysator speichert im Magerbetrieb die Stickoxyde (NOx) zwischen, wobei der NOx-Sensor den S?ttigungsgrad überwacht und die Regeneration des Speicherkatalysators ausl?st.

Breitbandsonde

Vorkatalysator

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Sprungsonde

Temperatursensor

NOx-Speicherkatalysator NOx-Sensor

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17

Funktionsplan
J519

Kl. 30 Kl. 15 a S S S G G6 S S S

N30

N33

N32

N31

G28 J538

G61

G66

N316

N205

G1

J220 N127 N291

N70

N292

G185

G79 J338 G187 G188 G186

N276

N80

N79

J271

G410

b

F F47 G G1 G6 G28 G39 G40 G42 G61 G62 G66 G71 G79 G83

Bremslichtschalter Bremspedalschalter für GRA Geber für Kraftstoffvorratsanzeige Kraftstoffvorratsanzeige Kraftstoffpumpe Geber für Motordrehzahl Lambdasonde Hallgeber Geber für Ansauglufttemperatur Klopfsensor Geber für Kühlmitteltemperatur Klopfsensor -2Geber für Saugrohrdruck Geber für Gaspedalstellung Geber für Kühlmitteltemperatur Kühlerausgang G108 Lambdasonde II

G130 G131 G185 G186 G187 G188 G212 G235 G247

Lambdasonde nach Katalysator Lambdasonde II nach Katalysator Geber -2- für Gaspedalstellung Drosselklappenantrieb Winkelgeber 1 für Drosselklappenantrieb Winkelgeber 2 für Drosselklappenantrieb Potentiometer für Abgasrückführung Geber für Abgastemperatur Geber für Kraftstoffdruck, Hochdruck

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Farbcodierung/Legende
= Eingangssignal = Ausgangssignal = Plus = Masse = CAN-Datenbus

J519 J533 Kl. 30 Kl. 15 a S S Z44 G295 S S

G39

Z19

Z28 G130

G108

Z29

Z30 G131

J583

F47

F

G476

J220

b

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19

G294 G295 G299 G336 G410 G476 J271 J338 J519 J533 J538 J583 N18 N30 N31 N32 N33

Drucksensor für Bremskraftverst?rkung Geber für NOx Geber 2 für Ansauglufttemperatur Potentiometer für Saugrohrklappe Geber für Kraftstoffdruck, Niederdruck Geber für Kupplungsposition Stromversorgungsrelais für Motronic Drosselklappen-Steuereinheit Steuerger?t für Bordnetz Diagnose-Interface für Datenbus Steuerger?t für Kraftstoffpumpe Steuerger?t für NOx-Sensor Ventil für Abgasrückführung Einspritzventil Zylinder 1 Einspritzventil Zylinder 2 Einspritzventil Zylinder 3 Einspritzventil Zylinder 4

G62

N18

G212

G247

G42 G71

G40

G336

V157

G235

G83

G294

N70 N79 N80 N127 N205 N291 N292 N276 N316 V157 Z19 Z28 Z29 Z30 Z44

Zündspule 1 mit Leistungsendstufe Heizwiderstand (Kurbelgeh?useentlüftung) Magnetventil für Aktivkohlebeh?lter-Anlage Zündspule 2 mit Leistungsendstufe Ventil für Nockenwellenverstellung Zündspule 3 mit Leistungsendstufe Zündspule 4 mit Leistungsendstufe Regelventil für Kraftstoffdruck Ventil für Saugrohrklappe Luftstromsteuerung Motor für Saugrohrklappe Heizung für Lambdasonde Heizung für Lambdasonde 2 Heizung für Lambdasonde 1, nach Katalysator Heizung für Lambdasonde 2, nach Katalysator Heizung für Geber für NOx

Service
Neue Spezialwerkzeuge
Bezeichnung T10133 FSI Spezialwerkzeugkoffer Werkzeug Verwendung Bekannte Spezialwerkzeuge zur Reparatur der FSI Motoren.Sie kommen auch zur Anwendung beim 2,0l FSI Motor.

T40057 ?lablaufadapter

Zum Ablassen des Motor?ls aus dem ?lfiltergeh?use

T40001 Abzieher T40001/6 Klauen für Abzieher T40001/7 Klauen für Abzieher

Zum Abziehen des Nockenwellenrads

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Notizen

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Prüfen Sie Ihr Wissen
1. Je nach Lastzustand und Stellung des Gaspedals w?hlt die Motorelektronik immer den optimalen Betriebszustand. Welche 4 Hauptbetriebsarten werden beim 2,0l FSI-Motor gefahren? a) b) c) d)

2.

Man spricht beim Schichtladungs-Betrieb von einem sogenannten ?luftgeführten“ Verfahren. Was ist darunter zu verstehen? a) Der Kraftstoff wird in Richtung Kolbenboden eingespritzt. Zusammen mit der walzenf?rmigen Luftstr?mung wird die Kraftstoffwolke von dort zur Zündkerze transportiert. b) Da der Einspritzwinkel der Kraftstoffeinspritzung flach ist, kommt die Kraftstoffwolke in dem Zeitraum bis zur Zündung nicht mit dem Kolbenboden in Berührung. c) Der in den Ansaugtakt direkt eingespritzte Kraftstoff verdampft im Zylinder und entzieht dabei der angesaugten Luftmasse einen Teil der W?rme.

3.

An welcher Stelle in der Abgasanlage befindet sich der NOx-Sensor? a) vor dem NOx-Speicherkatalysator.

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b) vor den Sprungsonden. c) nach dem NOx-Speicherkatalysator. c) vor den Vorkatalysatoren.

23 L?sungen 1.) a) b) c) d) 2.) b 3.) c Geschichtet mager mit Abgasrückführung (AGR) Homogen mager ohne AGR Homogen mit Lambda = 1 und AGR Homogen mit Lambda = 1 ohne AGR

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