Service TrainingSelbststudienprogramm 322Der 2,0l FSI-Motor mit 4-VentiltechnikKonstruktion und FunktionDer 2,0 l-Motor entstammt der bewährten Baureihe 827/113. Mit der FSI-Technologie (Fuel Stratified Injection) erschloss sich dem 2,0l Benzinmotor eine neue Dimension. Denn FSI-Motoren sind sparsamer, sauberer und agiler als Saugrohr-Einspritzer. Sie erfüllen optimal die aktuellen Forderungen nach niedrigerem Verbrauch, einer besseren Umweltbilanz und höherem Fahrspaß.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 1,6-LiterFSI 81 kW und der 1,4-Liter-FSI 63 kW im Polo. In diesem Selbststudienprogramm können Sie sich mit den technischen Neuerungen dieses Motors vertraut machen.S322_015NEUAchtung HinweisDas 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.2Auf einen BlickEinleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Motormechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Motormanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Funktionsplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Prüfen Sie Ihr Wissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223EinleitungDie MotorbeschreibungÜber die Volkswagen Audi Plattform setzte der 2,0l FSI Motor erstmalig als Längseinbau im Audi A4, mit dem Motorkennbuchstaben AWA, ein. Im Februar 2003 kam der 2,0l FSI Motor im Audi A3 als Quereinbau mit dem Kennbuchstaben AXW zum Einsatz, der identisch ist mit dem von Volkswagen. Um den höheren Anforderungen an Motorleistung und Wirtschaftlichkeit gerecht zu werden, wurden folgende Komponenten weiter entwickelt:● ● ●ein Aluminium-Motorblock mit Graugussbuchsen, ein wassergekühltes Abgasrückführungsventil (AGR), eine Abgasanlage mit zwei motornahen Vorkatalysatoren.AbgasrückführungsventilS322_051VorkatalysatorenMotorblockS322_0494● ● ● ● ● ●ein Saugrohr mit Schaltwalze zur Schaltung von Drehmoment- und Leistungskanal, ein neues Ölfiltermodul, die Bosch Motronic MED 9.5.10, vier Ventile pro Zylinder, betätigt über Rollenschlepphebel mit stehenden Hydroelementen Aluminium-Zylinderkopf mit zwei obenliegenden Nockenwellen und kontinuierlicher Einlassnockenwellenverstellung, Benzin-Direkteinspritzung mit bedarfsgeregelter HochdruckpumpeNockenwellenRollenschlepphebelVentileS322_073 S322_069 Schaltwalze SaugrohrÖlfiltermodulS322_047S322_0715MotormechanikDer 2,0 l/110 kW FSI-Motor mit 4-VentiltechnikDer 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-Hochdruckpumpe Kunststoff-Schaltsaugrohr Saugrohrunterteil mit kontinuierlich verstellbaren Ladungsbewegungsklappen/ Saugrohrklappen Wassergekühltes Abgasrückführungsventil Rollenschlepphebel mit hydraulischem Abstützelement Zwei obenliegende Nockenwellen mit kontinuierlicher Einlassnockenwellenverstellung Ausgleichswellengetriebe in der Ölwanne Luftgeführtes BrennverfahrenS322_011Technische DatenMotorkennbuchstabe Bauart Hubraum [mm³] Bohrung [mm] Hub [mm] Ventile pro Zylinder Verdichtungsverhältnis max. Leistung max. Drehmoment Motormanagement Kraftstoff AXW 4-Zylinder-Reihenmotor 1984 82,5 92,8Drehmoment- und Leistungsdiagramm220 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 7000S322_0124 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 AbgasnormNOx-Speicherkatalysator und 2 Vorkatalysatoren EU 46Das Saugrohr mit SchaltwalzeDas zweistufige Schaltsaugrohr begünstigt die gewünschte Leistungs- und Drehmomentcharakteristik. Die pneumatische Betätigung der Schaltwalze von der Drehmoment- auf die Leistungsposition erfolgt kennfeldgesteuert. Last, Drehzahl und Temperatur sind die dafür relevanten Größen.SchaltwalzeDie Schaltwalze ist in Leistungsstellung. Der Motor saugt Luft über den Leistungskanal und den Drehmomentkanal an.LeistungskanalS322_065 DrehmomentkanalDie Schaltwalze befindet sich in der Drehmomentstellung. Der Motor saugt nur über den Drehmomentkanal an.S322_0677MotormechanikSaugrohr – Unterteil Im Saugrohrunterteil befinden sich vier Saugrohrklappen, die vom Stellmotor V157 über eine gemeinsame Welle verstellt werden. Das im Stellmotor integrierte Potentiometer G336 dient zur Rückmeldung der Klappenstellung an das Motorsteuergerät J220.S322_061Das ÖlfiltermodulBeruhigungsraum derDas neue Ölfiltermodul wurde als hochintegrierte Kunststoffeinheit entwickelt und enthält unter anderem folgende Einheiten: das Öldruck-Absteuerventil den Papier-Filtereinsatz als Ölfilter den integrierten wassergekühlten Ölkühler einen Beruhigungsraum für die Ölgrobabscheidung der KurbelgehäuseentlüftungKurbelgehäuseentlüftung Ölauslass Wassereinlass Ölkühler Wasserauslass ÖleinlassÖldruck-AbsteuerventilPapier-FiltereinsatzS322_045Ölablauf-Ventil8Der ZylinderkopfDer Zylinderkopf des 2,0 l FSI-Motors mit 4-Ventil-Technik ist aus Aluminium gefertigt. Über zwei gebaute oben liegende Nockenwellen, die verwindungssteif in einem Leiterrahmen gelagert sind, erfolgt die Ventilsteuerung. 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 Trennplatte in eine obere und untere Hälfte geteilt. Ihre Formgebung ermöglicht nur eine Montage in der richtigen Position.LeiterrahmenAuslass-NockenwelleEinlass-NockenwelleTrennplatteS322_0599MotormanagementSystemübersichtG71 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 DiagnoseanschlussJ220 Steuergerät für MotronicG79 Geber für Gaspedalstellung G185 Geber -2- für Gaspedalstellung F F47 Bremslichtschalter Bremspedalschalter für GRAG247 Geber für Kraftstoffdruck, Hochdruck G410 Geber für Kraftstoffdruck, Niederdruck G61 G66 Klopfsensor Klopfsensor -2CAN-AntriebG62 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-LeitungG235 Geber für Abgastemperatur G295 Geber für NOx J583 Steuergerät für NOx-Sensor G294 Drucksensor für Bremskraftverstärkung G476 Geber für Kupplungsposition J519 Steuergerät für Bordnetz J533 Diagnose-Interface für Datenbus10J538 Steuergerät 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 LeistungsendstufeJ338 Drosselklappen-Steuereinheit G186 Drosselklappenantrieb J271 Stromversorgungsrelais für MotronicJ527 Steuergerät für Lenksäulenelektronik J234 Steuergerät für Airbag J104 Steuergerät für ABSN276 Regelventil für KraftstoffdruckN80 Magnetventil für Aktivkohlebehälter-AnlageN316 Ventil für Saugrohrklappe LuftstromsteuerungN18 Z19 Z28 Z29 Z30 J285 Steuergerät mit Anzeigeeinheit im SchalttafeleinsatzVentil für Abgasrückführung Heizung für Lambdasonde Heizung für Lambdasonde 2 Heizung für Lambdasonde 1, nach Katalysator Heizung für Lambdasonde 2, nach KatalysatorZ44Heizung für Geber für NOxN205 Ventil für NockenwellenverstellungV157 Motor für SaugrohrklappeS322_04211MotormanagementDie AbgasanlageDie Abgasanlage ist im vorderen Bereich 2-flutig ausgeführt, um das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich zu erhöhen. Jeder der beiden Abgasstränge ist mit einem Vorkatalysator ausgestattet. Die Vorkatalysatoren sind mit dem jeweiligen Abgaskrümmer unlösbar 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 Abgasstränge auf den NOx-Speicherkatalysator. Der Speicherkatalysator speichert im Magerbetrieb die Stickoxyde (NOx) zwischen, wobei der NOx-Sensor den Sättigungsgrad überwacht und die Regeneration des Speicherkatalysators auslöst.BreitbandsondeVorkatalysatorS322_043SprungsondeTemperatursensorNOx-Speicherkatalysator NOx-Sensor12Die BetriebsartenDas luftgeführte Brennverfahren ermöglicht den Homogen- und Schichtladebetrieb. Je nach Lastzustand und Stellung des Gaspedals wählt 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 AGRhomogenMitteldruck [bar]homogen mit Abgasrückführunghomogen magergeschichtet magerDrehzahl [1/min]S322_040Weitere Informationen finden Sie im Selbststudienprogramm SSP 253 „Die Benzin-Direkteinspritzung mit der Bosch Motronic MED 7“.13MotormanagementSchichtladungsbetrieb Um den Schichtladungsbetrieb zu ermöglichen, müssen die Einspritzung, die Brennraumgeometrie und die Innenströmung im Zylinder optimal abgestimmt sein. Zusätzlich müssen folgende Voraussetzungen erfüllt werden: - der Motor befindet sich im entsprechenden Last- und Drehzahlbereich, - es darf kein abgasrelevanter Fehler im System vorliegen, - die Kühlmitteltemperatur muss über 50 °C betragen, - die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators muss zwischen 250 °C und 500 °C liegen, - die Saugrohrklappe muss geschlossen sein.S322_021 TrennplatteSaugrohrklappeDie Saugrohrklappe verschließt kennfeldabhängig den unteren Ansaugkanal. Dadurch muss die mehr angesaugte Luftmasse über den oberen Ansaugkanal strömen und führt zur walzenförmigen Ladungsbewegung im Zylinder.HochdruckeinspritzventilS322_023Die walzenförmige Luftströmung (Tumble) wird im Zylinder durch die Strömungsmulde im Kolben und die Aufwärtsbewegung des Kolbens verstärkt.S322_02514Im Verdichtungstakt erfolgt kurz vor dem Zündzeitpunkt die Kraftstoffeinspritzung. Dabei wird der Kraftstoff unter hohem Druck (40-110 bar) in die Luftströmung gespritzt, die dann das zündfähige Gemisch zur Kerze transportiert.S322_027Da der Einspritzwinkel recht flach ausfällt, kommt die Kraftstoffwolke praktisch nicht mit dem Kolbenboden in Berührung. Man spricht hier von einem sogenannten „luftgeführten“ Verfahren.S322_029Bei der Verbrennung befindet sich eine isolierende Luftschicht zwischen dem gezündeten Gemisch und der Zylinderwand. Dies führt zu einer Reduktion der Wärmeabfuhr über den Motorblock und somit zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades.S322_03115MotormanagementHomogenbetriebIm Homogenbetrieb wird die Saugrohrklappe kennfeldgesteuert in eine Zwischenstellung gebracht. Im Brennraum entsteht eine optimale Luftströmung zur Erreichung niedriger Kraftstoffverbräuche und Emissionen.S322_033Beim Homogenbetrieb wird der Kraftstoff während des Ansaugtaktes eingespritzt und nicht wie beim Schichtladungsbetrieb in der Verdichtungsphase.S322_03516Durch das Einspritzen des Kraftstoffes in den Ansaugtakt hat das Kraftstoff-Luft-Gemisch bis zum Zündvorgang mehr Zeit, sich optimal zu vermischen.S322_037Die Verbrennung findet im gesamten Brennraum statt ohne isolierende Luft- und Abgasrückführungsmassen.S322_039Die Vorteile im Homogen-Betrieb entstehen durch direktes Einspritzen in den Ansaugtakt. Dabei wird der angesaugten Luftmasse ein Teil der Wärme durch das Verdampfen des Kraftstoffes entzogen. Durch die Innenkühlung wird die Klopfneigung reduziert, somit kann die Verdichtung des Motors erhöht und der Wirkungsgrad verbessert werden.17FunktionsplanJ519Kl. 30 Kl. 15 a S S S G G6 S S SN30N32N33N31G28 J538G61G66G1J220N70N127N291N292G185G79 J338 G187 G188 G186N205N316N80N276J271G410bS322_052F F47 G G1 G6 G28 G39 G40 G42 G61 G62 G66 G71 G79 G83Bremslichtschalter 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 IIG130 G131 G185 G186 G187 G188 G212 G235 G247Lambdasonde 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, HochdruckFarbcodierung/Legende= Eingangssignal = Ausgangssignal = Plus = Masse = CAN-Datenbus18J519 J533 Kl. 30 Kl. 15 a S S Z44 G295 S SG39Z19Z28 G130G108Z29Z30 G131J583F47FG476J220bG62N18G212G247G42 G71G40G336V157G235G83G294S322_054G294 G295 G299 G336 G410 G476 J271 J338 J519 J533 J538 J583 N18 N30 N31 N32 N33Drucksensor für Bremskraftverstärkung Geber für NOx Geber 2 für Ansauglufttemperatur Potentiometer für Saugrohrklappe Geber für Kraftstoffdruck, Niederdruck Geber für Kupplungsposition Stromversorgungsrelais für Motronic Drosselklappen-Steuereinheit Steuergerät für Bordnetz Diagnose-Interface für Datenbus Steuergerät für Kraftstoffpumpe Steuergerät für NOx-Sensor Ventil für Abgasrückführung Einspritzventil Zylinder 1 Einspritzventil Zylinder 2 Einspritzventil Zylinder 3 Einspritzventil Zylinder 4N70 N80 N127 N205 N291 N292 N276 N316 V157 Z19 Z28 Z29 Z30 Z44Zündspule 1 mit Leistungsendstufe Magnetventil für Aktivkohlebehälter-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 NOx19ServiceNeue SpezialwerkzeugeBezeichnung T10133 FSI Spezialwerkzeugkoffer Werkzeug Verwendung Bekannte Spezialwerkzeuge zur Reparatur der FSI Motoren. Sie kommen auch zur Anwendung beim 2,0l FSI Motor.S322_063 T40057 Ölablaufadapter Zum Ablassen des Motoröls aus dem ÖlfiltergehäuseS322_053T40001 Abzieher T40001/6 Klauen für Abzieher T40001/7 Klauen für AbzieherZum Abziehen des NockenwellenradsS322_05520Notizen21Prüfen Sie Ihr Wissen1. Je nach Lastzustand und Stellung des Gaspedals wählt 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 walzenförmigen Luftströmung wird die Kraftstoffwolke von dort zur Zündkerze transportiert. b) Der Kraftstoff wird flach in die Tumbleströmung eingespritzt und zur Zündkerze transportiert. c) Der in den Ansaugtakt direkt eingespritzte Kraftstoff verdampft im Zylinder und entzieht dabei der angesaugten Luftmasse einen Teil der Wärme.3.An welcher Stelle in der Abgasanlage befindet sich der NOx-Sensor? a) vor dem NOx-Speicherkatalysator. b) vor den Sprungsonden. c) nach dem NOx-Speicherkatalysator. c) vor den Vorkatalysatoren.2223 Lösungen 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322© VOLKSWAGEN AG, Wolfsburg, VK-36 Service Training Alle Rechte sowie technische Änderungen vorbehalten 000.2811.43.00 Technischer Stand 10/03❀ Dieses Papier wurde aus chlorfreigebleichtem Zellstoff hergestellt.