Двойной наддув.
Двойной наддув - это группа узлов, обеспечивающих рост мощности двигателя за счет послойного впрыска и турбонаддува. В чем заключаются конструктивные особенности данной системы? По какому принципу работает двойной наддув? Какие преимущества и недостатки следует учесть при выборе данных устройств? На эти и ряд других вопросов дает ответ наша статья.
Стоимость ремонтаНайти запчасть


Автолюбители, когда слышат формулировку «двойной наддув», теряются и не понимают ее смысла. На практике речь идет о популярном типе двигателя, который прославился в среде автолюбителей под "именем" TSI. Полная расшифровка данного термина выглядит как Turbo Stratified Injection. В переводе это означает турбонаддув с послеслойным впрыском. Здесь удалось объединить две нестандартные технологии - турбированный наддув и непосредствнный впрыск горючей смеси в камеру сгорания.



Конструкция

Одной из первых опцию двойного наддува предложила компания Фольксваген, которая и ввела формулировку TSI. При этом предлагаемая серия моторов отличается по целому ряду характеристик - мощности, объему мотора и конструктивным особенностям. Конструктивно в моторе TSI реализуется два принципа:

  • принцип двойного наддува;
  • принцип обычного наддува.

Схема двойного наддува действует с учетом потребностей силового узла.  В роли главных органов управления выступают два устройства - турбированный компрессор и механический нагнетатель. Их работа обеспечивает номинальный момент вращения в широком диапазоне мотора.

Основа конструкции - механический нагнетатель серии Roots. Отличие последнего - комплектация из двух параллельно работающих роторов, расположенных в одном общем кожухе. Вращение роторов происходит в противоположных направлениях, что гарантирует всасывание воздуха с одного края с последующим сжатием и нагнетанием с  другой.

Особенность механического нагнетателя - пуск от ременного привода коленвала. Активизация привода происходит посредством муфты магнитного типа. Не менее важную функцию выполняет и регулировочная заслонка, которая корректируют давление наддува одновременно с компрессором.

На моторах типа TSI, имеющих двойной наддув, смонтирован уже привычный тип турбокомпрессора. При этом снижение температуры поступающего потока берет на себя интеркулер. Не менее важна и система, обеспечивающая управление силовым узлом. В состав последней входит группа узлов:

  • Датчики, передающие необходимую информацию к центральному блоку. К основным относятся датчики, контролирующие наддув, давление в коллекторах впуска и выпуска, потенциометр и так далее;

  • Исполнительные устройства - узлы, обеспечивающие выполнение команд. Здесь стоит выделить клапан, снижающий давление в наддуве, клапан рециркуляции в турбокомпрессора, муфту магнитного типа и так далее.

Задача датчиков - держать под контролем уровень давления наддува в местах после интеркулера и турбокомпрессора. Особенность датчиков давления - объединение с устройствами, контролирующими температуру воздуха. Такой «тандем» обеспечивает эффективную работу системы.

Магнитная муфта - устройство, активируемое после подачи управляющего сигнала от ЭБУ и поступления на катушку достаточного для работы потенциала. Образованное поле способствует притягиванию фрикционного диска и объединению цепи со шкивом. Весь период, пока на катушке присутствует напряжение, компрессор продолжает вращение.

Задача серводвигателя - изменение положения заслонки, обеспечивающей работоспособность турбокомпрессора. Когда заслонка закрыта, поступающий воздух направляется в компрессор. Давление наддува внутри устройства регулируется путем открытия упомянутого выше клапана. После открытия клапанного механизма происходит снижение давления и обратная подача воздушного потока к компрессору. В момент, когда заслонка открыта на 100%, компрессор в работе системы участия не принимает.

Клапан, ограничивающий давление наддува, работает при достаточном уровне энергии отработанных газов. Как только энергия отработанных газов возрастает,  появляется достаточное для работы наддува давление. Благодаря открыванию и закрыванию клапанного механизма, работает вакуумный привод, дающий команду на открытие уже другого (перепускного) клапана. В таком случае большая доля отработавших газов направляется, минуя турбину.

Задача рециркуляционного клапана турбированного компрессора - оптимизировать работу узлов на холостом ходу, когда заслонка дросселя в закрытом положении. С помощью клапана создается повышенное давление в области между закрытой заслонкой дросселя и турбированым компрессором.



Принцип действия

Двойной наддув работает в разных режимах, зависящих от частоты вращения коленвала силового узла. Здесь стоит выделить:

  • Режим без наддува характерен для случаев, когда обороты мотора не превышают отметки в 1000 об/мин.

  • Действие нагнетателя механического типа. Данный узел активируется при вращении коленвала в диапазоне от 1000 до 2400 оборотов в минуту.

  • Взаимодействие турбированного компрессора и нагнетателя - режим, имеющий место при 2400-3500 оборотах в минуту.

  • Запуск турбированного компрессора происходит при 3500 оборотах в минуту.


Логика работы выглядит так:

  • Пока заслонка дросселя закрыта, мотор работает без наддува, узлы двойного наддува находятся в выключенном состоянии, а энергия отработанных газов минимальна. Данный режим характерен открытой регулирующей заслонкой;

  • Как только обороты возрастают, к работе подключается нагнетатель механического типа. Происходит закрытие регулирующей заслонки, после чего давление достигает уровня 170 кПа. Работает и турбированный компрессор, обеспечивающий сжатие потока воздуха;

  • Достижение третьего уровня (2.4-3.5 тысяч оборотов в минуту) характерно подключением к работе турбированного компрессора и созданием достаточного давления наддува. Если это требуется, то дополнительный эффект обеспечивает и механический нагнетатель, к примеру, при резком нажатии на педаль газа. В таком режиме уровень давления  доходит до 250 кПа;

  • На последнем этапе, когда частота вращения достигает 5.5 тысяч оборотов в минуту, главную функцию выполняет только турбированный компрессор, а нагнетатель бездействует. Для этого режима характерна закрытость регулирующей заслонки и снижение давления до уровня 180 кПа.


В чем отличие?

В ряде некоторых моторах TSI предусмотрен обычный режим турбонаддува. Главное отличие данного варианта от двойного наддува - одиночная работа турбированного компрессора. Последний построен таким образом, чтобы нужный момент вращения гарантировался при низких оборотах силового узла. При этом давление поддерживается на должном уровне в широком диапазоне - от 1.5 до 4.0 тысяч оборотов в минуту. Таких возможностей турбированного компрессора удалось добиться, благодаря максимальному снижению инерции вращающихся элементов за счет уменьшения внешнего диаметра компрессора и турбинного колеса.

В классической схеме наддув регулируется посредством клапана перепускного типа, оборудованного приводом электрического или пневматического типа. Последний работает благодаря ЭМ клапану, поддерживающему давление на должном уровне. Что касается привода электрического типа, то в его основе лежит направляющее устройство, сформированное из группы узлов - датчика положения, электрического мотора, передачи зубчатого типа и так далее.

В отличие от двойного наддува, классические моторы TSI охлаждаются жидкостью. При этом контур охлаждения турбированного наддува независим от главного контура охлаждения силового узла. Как следствие, образуется система охлаждения с двумя контурами. В ее составе - радиаторный узел, помпа, охладитель воздуха наддува и группа трубопроводов. Главное устройство - охладитель, который устанавливается в коллекторе впуска. Он выполнен из алюминиевых пластинок, пропускающих через себя трубки охладительной системы.

Процесс охлаждения поступающего воздуха происходит после соответствующей команды ЭБУ путем запуска водяной помпы. Прогретый до высокой температуры воздух пропускается через пластины, передавая им тепло, а последние охлаждаются с помощью жидкости. Вращение состава по системе происходит с помощью помпы. При этом завершающий цикл охлаждения приходится на радиатор.



Преимущества двойного  наддува

Если недавно на моторы с двойным наддувом люди смотрели скептически, то сегодня преимущества технологии уже признаны мастерами и автолюбителями. К плюсам стоит отнести:

  • Небольшой объем мотора позволил снизить расход  топлива. Мотор не потерял в мощности, благодаря наличию дополнительных конструктивных элементов - турбированного наддува и компрессора механического типа (о них уже говорилось выше).

  • Использование технологи прямого впрыска позволило исключить неполное сгорание топливовоздушной смеси, за счет чего возросла компрессия.

  • Подобная компоновка особенна тем, что машина выдает максимум мощности в широком диапазоне, ведь «снизу» (на минимальных оборотах мотора - до 3000) активен компрессор, а «сверху» - работу двойного наддува удерживает турбина. Как следствие, устраняется неприятный эффект турбоямы.

  • Двигатель при наличии двойного наддува уменьшился в размерах, снизилась масса и вес транспортного средства. Также моторы с двойным наддувом отличаются минимальным выбросом отработавших газов СО2. Но и это не все. Моторы с меньшими габаритами, меньше теряют на троение, что приводит к росту КПД.


Варианты моторов и рекомендации

Процесс эксплуатации моторов с двойным наддувом зависит от модификаций силового узла. Здесь стоит выделить такие варианты:

  • Мотор TSI с объемом 1.2 литра. Несмотря на низкий объем, мотор отличается большой тягой. Наличие турбонаддува позволяет таким силовым узлам с легкостью «объезжать» двигатели с объемом 1.6 литра. Недостаток - длительный прогрев в холодное время года.  В отношении надежности ситуация неоднозначна. Одни утверждают, что мотор способен без проблем отслужить в течение 60-70 тысяч километров, а другие жалуются, что проблемы начинаются уже после «тридцатки». Главные сложности - подгорание клапанов из-за монтажа турбин минимального давления.

  • Мотор 1.4 TSI - узлы, которые по конструкции и характеристикам мало отличаются от описанного выше объема. Главная особенность - применение цепи ГРМ, что делает ремонт устройства дорогим для кошелька. При нахождении на подъеме такой мотор стоит держать на одной из передач. В противном случае есть риск соскальзывания цепи.

  • Мотор 2.0 TSI - надежные устройства, в которых соскальзывание цепи исключено. Главное - своевременная замена, которая должна производиться через 60-100 тысяч пробега. При этом за цепью необходимо следить, ведь проблема может проявить себя и раньше.


Итоги

Двойной наддув показал себя с лучшей стороны и позволил устранить массу конструктивных недоработок классической турбины. Главное, что стоит отметить - возможность снижения расхода топлива с сохранением мощности, устранение эффекта турбоямы, слаженная работа и надежность. Недостатком моторов с двойной турбиной остается только цена, которая не дает возможности устанавливать устройство на большей части автомобилей.

Стоимость ремонтаНайти запчасть
Двойной наддув.