Схема впускной системы

Порция воздуха захватывается  шнеками, перемещается и сжимается  при вращении шнеков и нагнетается  в впускной патрубок. В отличие  от кулачковых нагнетателей винтовой нагнетатель обеспечивает внутреннее (т.е. между шнеков) нагнетание воздуха, которое более эффективно. Но цена винтовых нагнетателей значительно больше, поэтому и применяются они реже, в основном на дорогих спортивных автомобилях.

Центробежный  нагнетатель 

Центробежный нагнетатель в части  нагнетания воздуха аналогичен турбокомпрессору. Основу нагнетателя составляет рабочее колесо (крыльчатка), которое вращается с высокой скоростью (порядка 50000-60000 об/мин).

Воздух засасывается в  центральную часть колеса. Центробежная сила направляет воздух по лопастям специальной  формы наружу. Из рабочего колеса он выходит на большой скорости и  с низким давлением. При выходе воздух сталкивается с диффузором, имеющим  множество стационарных лопаток  вокруг рабочего колеса. Высокоскоростной поток воздуха низкого давления преобразуется в поток воздуха  низкой скорости и высокого давления.

Центробежные нагнетатели  наиболее распространены из всех механических нагнетателей. Они компактные, легкие, эффективные, имеют возможность  разнообразного крепления на двигателе. В пассив центробежных нагнетателей следуют отнести их инерционность  – задержку в создании давления при небольших оборотах двигателя.

Область применения механических нагнетателей достаточно широка:

• спортивные автомобили;
• тюнинг автомобилей;
• серийные автомобили.

Практически все спортивные автомобили используют механические нагнетатели  – это их основное применение. Установка  механических нагнетателей является одним  из направлений тюнинга автомобилей. Производители предлагают комплекты, включающие необходимые конструктивные элементы для установки на двигатель. На серийных автомобилях механические нагнетатели встречаются достаточно редко.

В силу своей конструкции  нагнетатели Roots и Lysholm применяются  для обеспечения высокой разгонной динамики, центробежные нагнетатели эффективны в поддержании высоких скоростей.

Наддув двигателя TSI 

 

 

Двигатель TSI (Turbo Stratified Injection, дословно - турбонаддув и послойный впрыск) объединяет последние достижения конструкторской мысли – непосредственный впрыск топлива и турбонаддув.

Концерн Volkswagen разработал и предлагает на своих автомобилях линейку двигателей TSI, различающихся по конструкции, объему двигателя, мощностным показателям. В конструкции двигателей TSI производителем реализовано два подхода:

• двойной наддув;
• турбонаддув.

Аббревиатура TSI является запатентованным товарным знаком концерна Volkswagen.

Двойной наддув двигателя TSI

Двойной наддув осуществляется в зависимости от потребности  двигателя двумя устройствами: механическим нагнетателем и турбокомпрессором. Комбинированное применение данных устройств позволяет реализовать  номинальный крутящий момент в широком  диапазоне оборотов двигателя.

Схема двойного наддува  двигателя TSI 

 

 

Схема подготовлена по материалам Volkswagen AG

1. датчик давления во впускном трубопроводе с датчиком температуры воздуха
2. привод компрессора
3. механический нагнетатель
4. регулирующая заслонка
5. воздушный фильтр
6. датчик давления во впускном коллекторе с датчиком температуры воздуха
7. впускной коллектор
8. дроссельная заслонка
9. магнитная муфта
10. датчик давления наддува с датчиком температуры воздуха
11. интеркулер
12. клапан ограничения давления наддува
13. вакуумный привод
14. выпускной коллектор
15. каталитический нейтрализатор
16. турбокомпрессор
17. перепускной клапан
18. клапан рециркуляции турбокомпрессора

• А - воздух

• Б - отработавшие газы

Схема двойного наддува двигателя TSI

В конструкции двигателя  используется механический нагнетатель типа Roots. Он представляет собой два ротора определенной формы, помещенных в корпус. Роторы вращаются в противоположные стороны, чем достигается всасывание воздуха с одной стороны, сжатие и нагнетание – с другой. Механический нагнетатель имеет ременной привод от коленчатого вала. Привод активизируется с помощью магнитной муфты. Для регулировки давления наддува параллельно компрессору установлена регулировочная заслонка.

На двигателе TSI с двойным  наддувом установлен стандартный турбокомпрессор. Охлаждение наддувочного воздуха осуществляется интеркулером воздушного типа.

Эффективную работу двойного наддува обеспечивает система управления двигателем. Для этого в конструкцию системы включены дополнительные элементы, в том числе:

входные датчики

• датчик давления во впускном трубопроводе;
• датчик давления наддува;
• датчик давления во впускном коллекторе;
• потенциометр регулирующей заслонки.

исполнительные  механизмы 

• магнитная муфта;
• серводвигатель регулирующей заслонки;
• клапан ограничения давления наддува;
• клапан рециркуляции турбокомпрессора.

Датчики отслеживают давление наддува в различных местах системы: после механического нагнетателя, после турбокомпрессора и после интеркулера. Каждый из датчиков давления объединен с датчиками температуры воздуха.

Магнитная муфта включается по сигналам блока управления двигателем, при которых на магнитную катушку подается напряжение. Магнитное поле притягивает фрикционный диск и замыкает его со шкивом. Механический компрессор начинает вращаться. Работа компрессора производится до тех пор, пока на магнитную катушку подается напряжение.

Серводвигатель поворачивает регулирующую заслонку. При закрытой заслонке весь всасывающий воздух проходит через компрессор. Регулирование давления наддува механического компрессора производится путем открытия заслонки. При этом часть сжатого воздуха подается снова в компрессор, а давление наддува снижается. При неработающем компрессоре заслонка полностью открыта.

Клапан ограничения  давления наддува срабатывает, когда энергия отработавших газов создает избыточное давление наддува. Клапан обеспечивает работу вакуумного привода, который в свою очередь открывает перепускной клапан. Часть отработавших газов идет мимо турбины.

Клапан рециркуляции турбокомпрессора обеспечивает работу системы на принудительном холостом ходу (при закрытой дроссельной заслонке). Он предотвращает создание избыточного давления в промежутке между турбокомпрессором и закрытой дроссельной заслонкой.

Принцип работы двойного наддува двигателя TSI

В зависимости от частоты  вращения коленчатого вала двигателя (нагрузки) различают следующие режимы работы системы двойного наддува:

• безнаддувный режим (до 1000 об/мин);
• работа механического нагнетателя (1000-2400 об/мин);
• совместная работа нагнетателя и турбокомпрессора (2400-3500 об/мин);
• работа турбокомпрессора (свыше 3500 об/мин).

На холостых оборотах двигатель  работает в безнаддувном режиме. Механический нагнетатель выключен, регулирующая заслонка открыта. Энергия отработавших газов невелика, турбокомпрессор  не создает давления наддува.

С ростом числа оборотов, включается механический нагнетатель  и закрывается регулирующая заслонка. Давление наддува, в основном, создает  механический нагнетатель (0,17 МПа). Турбокомпрессор обеспечивает небольшое дополнительное сжатие воздуха.

При частоте вращения коленчатого  вала двигателя в пределе 2400-3500 об/мин  давление наддува создает турбокомпрессор. Механический нагнетатель подключается при необходимости, например, при резком ускорении (резком открытии дроссельной заслонки). Давление наддува может достигать 0,25 МПа.

Далее работа системы осуществляется только за счет турбокомпрессора. Механический нагнетатель выключен. Регулирующая заслонка открыта. Для предотвращения детонации с ростом числа оборотов давление наддува несколько падает. При частоте вращения 5500 об/мин  оно составляет порядка 0,18 МПа.

Турбонаддув двигателя TSI

В данных двигателях наддув осуществляется исключительно турбокомпрессором. Конструкция турбокомпрессора обеспечивает достижение номинального крутящего  момента уже при низких оборотах двигателя и поддержание его  в широком пределе (от 1500 до 4000 об/мин). Выдающиеся характеристики турбокомпрессора получены за счет максимального снижения инерции вращающихся частей: уменьшен наружный диаметр рабочего колеса турбины  и компрессора.

Схема турбонадува  двигателя TSI 

 

 

 

 

Схема подготовлена по материалам Volkswagen AG

1. вакуумный привод
2. электромагнитный клапан ограничения давления наддува
3. выпускной коллектор
4. охладитель наддувочного воздуха
5. впускной коллектор
6. датчик давления во впускном коллекторе с дачиком температуры воздуха
7. модуль дроссельной заслонки
8. датчик давления наддува с датчиком температуры воздуха
9. клапан рециркуляции турбокомпрессора
10. воздушный фильтр
11. турбокомпрессор
12. перепускной клапан

• А - воздух

• Б - отработавшие газы

Схема турбонаддува двигателя TSI

Регулирование наддува в системе традиционно осуществляется с помощью перепускного клапана. Клапан может иметь пневматический или электрический привод. Работу пневматического привода обеспечивает электромагнитный клапан ограничения давления наддува. Электрический привод представлен электрическим направляющим устройством, состоящим из электродвигателя, зубчатой передачи, рычажного механизма и датчика положения устройства.

В двигателе с турбонаддувом, в отличие от двойного наддува, используется жидкостная система охлаждения наддувочного воздуха. Она имеет независимый  от системы охлаждения двигателя  контур и образует с ней двухконтурную систему охлаждения. Система охлаждения наддувочного воздуха включает: охладитель наддувочного воздуха, насос, радиатор и систему трубопроводов. Охладитель наддувочного воздуха размещен в впускном коллекторе. Охладитель состоит из алюминиевых пластин, через которые проходят трубы системы охлаждения.

Охлаждение наддувочного воздуха производится по сигналу  блока управления двигателем включением насоса. Поток нагретого воздуха  проходит через пластины, отдает им тепло, а те, в свою очередь, отдают его жидкости. Охлаждающая жидкость движется по контуру с помощью  насоса, охлаждается в радиаторе  и далее по кругу.

 

 

 

 

 

 

 

 Турбонаддув двигателя TDI 

 

 

Двигатель TDI (Turbocharged Direct Injection, дословно - турбонагнетатель и непосредственный впрыск) является современным дизельным двигателем с турбонаддувом. Двигатель разработан концерном Volkswagen, а название TDI является зарегистрированным товарным знаком.

Турбоанддув двигателя TDI обеспечивает высокую динамику автомобиля, экономичность  и экологическую безопасность. Для  создания оптимального давления наддува  в широком диапазоне скоростных режимов в конструкции двигателя используется турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины. Турбокомпрессор имеет два общепринятых названия, которые используются разными производителями:

• VGT, Variable Geometry Turbocharger (дословно – турбокомпрессор с изменяемой геометрией) применяет BorgWarner;
• VNT, Variable Nozzle Turbine (дословно – турбина с переменным соплом) применяет Garrett.

Схема турбонаддува двигателя TDI  

 

 

Схема подготовлена по материалам Volkswagen AG 

 

1. вакуум<span class="Normal__Char" style=" font