System sterowania silnika 3.3 TDI V8 wymaga zastosowania aż dwóch sterowników silnika (ilustracja 1) – sterownika głównego J248 oraz podrzędnego J494. Wymiana danych pomiędzy sterownikami realizowana jest za pośrednictwem magistrali CAN. Sterownik główny J248 (master) odpowiedzialny jest za kalkulacje niezbędne do regulacji następujących elementów wykonawczych:

  • elektromagnetycznych wtryskiwaczy paliwa drugiego rzędu cylindrów (cylindrów 5-6-7-8),
  • przekaźników świec żarowych J52 (cylindrów 1-2-3-4) oraz J495 (cylindrów 5-6-7-8),
  • zaworu regulacji ciśnienia paliwa N276,
  • zaworu klapy dławiącej N239,
  • zaworu N313 wentylatora chłodnicy,
  • zaworów N18/N213 recyrkulacji spalin,
  • zaworów N75/N274 ograniczających ciśnienie doładowania,
  • przekaźnika J49 elektrycznej pompy paliwa G23,
  • przekaźnika J536 pompy chłodzenia powietrza doładowującego,
  • pompy chłodzenia powietrza doładowującego V188.

Sterownik silnika J494 (slave) pełni dodatkową funkcję, sterując elementami wykonawczymi:

  • elektromagnetycznymi wtryskiwaczami paliwa pierwszego rzędu cylindrów (cylindrów 1-2-3-4),
  • zaworem dozującym paliwo N290,
  • pompą paliwa G6 wraz z jej przekaźnikiem J17,
  • zaworem kanału obejściowego pompy paliwa N312,
  • pompą chłodzenia paliwa V166 wraz z jej przekaźnikiem J445,
  • wentylatorem chłodnicy w zakresie biegu pierwszego i drugiego,
  • przekaźnikiem alternatora J442 (opcjonalnie).

Podział sterowania elektromagnetycznych wtryskiwaczy między dwa odrębne sterowniki podyktowany został użyciem wysokiego napięcia do wysterowania danego wtryskiwacza. Chwilowe wartości napięcia dochodzące do 80 V wymagają kondensatorów o większej pojemności, jak i końcowych stopni mocy. Główny sterownik silnika posiada funkcję umożliwiającą wyłączenie jednostki napędowej za pomocą klap dławiących (ilustracja 2), gdy zidentyfikuje poważną usterkę w systemie sterowania silnika.

Priorytetową funkcją zespołu podwójnych klap dławiących jest ich zamykanie w trakcie wyłączania jednostki napędowej, co pozwala na natychmiastowe zatrzymanie silnika, jak i pozbycie się pozostałości po niespalonych cząstkach paliwa. Rozruch silnika nie będzie wtedy zakłócony przez substancje, które mogły pogorszyć skład spalin. Klapy zarówno podczas pełnego obciążenia silnika oraz położenia spoczynkowego są w pełni otwarte. Do identyfikacji przez sterownik silnika J248 momentu suwu sprężania pierwszego cylindra użyto sygnału z czujnika położenia wałka rozrządu G40. Sensor ten, współpracując z wałkiem dolotowym drugiego rzędu cylindrów, odczytuje położenie zęba ferromagnetycznego, obracającego się wraz z wałkiem. Czujnik G40 jest czujnikiem Halla, generując napięcie dokładnie w momencie odpowiadającym fazie suwu sprężania w pierwszym cylindrze silnika. Czujnik prędkości obrotowej silnika G28 jest sensorem indukcyjnym odczytującym położenie wału korbowego oraz jego prędkość obrotową.

System sterowania silnika 2,0 TDI

Współpraca silnika 2.0 TDI z zasobnikowym układem zasilania wymagała wprowadzenia modyfikacji lub zastosowania nowych przekonstruowanych podzespołów. Zmiany objęły układ korbowo-tłokowy oraz materiały użyte do odlewu bloku silnika. Uwzględniono zakres większych sił oddziałujących na wał korbowy i zastosowano wersję kutą, dodatkowo redukując liczbę przeciwciężarów wału korbowego, by odciążyć jego łożyska. Tłoki w wersji z systemem Common Rail posiadają chłodzoną część pierścieniową oraz zmodyfikowany kształt wnęki tłokowej pozwalającej na uzyskanie bardziej jednorodnej mieszanki.

Głowica silnika wykonana z aluminium w technice czterozaworowej o poprzecznym przepływie ładunku z dwoma wałkami rozrządu została przystosowana do mocowania piezoelektrycznych wtryskiwaczy paliwa. Poprzednia wersja głowicy z systemem zasilania realizowanym przez zespół pompowtryskiwaczy charakteryzowała się znacznie bardziej skomplikowaną budową uwzględniającą zabudowę i napęd pompowtryskiwaczy. Wtryskiwacze systemu Common Rail osadzone są w głowicy silnika za pośrednictwem płytek dociskowych. Uszczelnienie wtryskiwacza w strefie komory spalania zapewnia miedziany pierścień specjalnej konstrukcji. Na wypadek utraty szczelności pierścienia, przewidziano odprowadzenie gazów przedmuchowych (z komory spalania) kanałem odpowietrzającym na zewnętrzną stronę kolektora wydechowego. Takie rozwiązanie zapewnia ochronę przed utratą szczelności pokrywy zaworowej oraz umożliwia niezakłóconą pracę turbosprężarki (gazy przedmuchowe nie mają kontaktu z przestrzenią ssącą turbiny).

Układ Common Rail silnika 2.0 TDI

16-zaworowy silnik 2.0 TDI o kodzie CBAB wyposażono w system zasilania typu zasobnikowego (Common Rail) trzeciej generacji firmy Bosch. Cechą charakterystyczną zasobnikowego układu zasilania jest podział procesów: generowania ciśnienia i wtrysku paliwa. Paliwo pobierane jest ze zbiornika paliwa przez pompę zasilającą, następnie sprężane przez pompę wysokiego ciśnienia i dostarczane do zasobnika, gdzie jest magazynowane. Zasobnik wysokociśnieniowy połączony jest z piezoelektrycznymi wtryskiwaczami za pośrednictwem stalowych przewodów. Sterownik silnika reguluje pracę piezoelektrycznych wtryskiwaczy według założeń programu Bosch EDC 17. Zakres parametrów wtrysku paliwa (czas wtrysku, ciśnienie i podział na poszczególne fazy) w układzie Common Rail można modyfikować, dopasowując pracę silnika do praktycznie każdych warunków.

Schemat układu zasilania silnika 2.0 TDI z układem Common Rail przedstawia ilustracja 4. Układ składa się z następujących podzespołów:

1 – wstępna pompa paliwa o oznaczeniu G6 tłocząca paliwo ze zbiornika do obwodu zasilającego,
2 – filtr paliwa z zaworem wstępnego podgrzewania (faza podgrzewania uruchamiana jest przy niskich temperaturach otoczenia co ma zapobiegać wytrącaniu się parafiny i prawdopodobieństwie zapchania filtra),
3 – elektryczna pompa paliwa V393 (przetłacza paliwo z obwodu zasilającego do pompy wysokociśnieniowej),
4 – wstępny filtr siatkowy pompy wysokiego ciśnienia,
5 – sensor temperatury paliwa G81 (informuje sterownik silnika o temperaturze paliwa na wejściu do pompy wysokiego ciśnienia),
6 – pompa wysokiego ciśnienia typu CP 4.1 generuje ciśnienie wtrysku paliwa,
7 – elektroniczny zawór dozowania paliwa N290 steruje wydajnością paliwa kierowanego do zasobnika wysokiego ciśnienia,
8 – czujnik ciśnienia paliwa G247 monitoruje wartość ciśnienia paliwa w obwodzie wysokociśnieniowym,
9 – wysokociśnieniowy zasobnik paliwa magazynuje paliwo doprowadzane do piezoelektrycznych wtryskiwaczy paliwa,
10 – zawór regulacji ciśnienia paliwa N276 obwodu wysokociśnieniowego,
11 – wtryskiwacze z piezoelektrycznymi zaworami sterującymi (oznaczenie N30, N31, N32, N33),
12 – zawór stabilizujący ciśnienie paliwa ma za zadanie utrzymywać ciśnienie paliwa w obwodzie przelewowym na pułapie 10 barów.

Piezoelektryczne wtryskiwacze systemu Common Rail 3. generacji silnika 2.0 TDI

Zastosowanie piezoelektrycznych wtryskiwaczy pozwoliło zwiększyć ciśnienie wtrysku do poziomu 1800 barów oraz precyzyjniej sterować dawką wtrysku (ilustracja 5.).

Elektrozawory piezoelektryczne cechuje prawie czterokrotnie wyższa szybkość pracy elementu wykonawczego niż ma to miejsce w elektrozaworach elektromagnetycznych. Pozwala to na uzyskanie bardzo krótkich czasów przełączania zaworów piezoelektrycznych dla większej liczby cykli wtrysków. Ponadto cały proces wtrysku charakteryzuje wysoka dokładność skoku iglicy rozpylacza. Element wykonawczy wtryskiwacza (ilustracja 5.) składa się ze stosu 264 warstw piezoelektrycznych. Doprowadzenie napięcia elektrycznego (w zakresie od 110 do 148 V) umożliwia wydłużenie stosu piezoelektrycznego i transformacje tego przyrostu na ciśnienie hydrauliczne, co prowadzi do otwarcia iglicy rozpylacza.