Наддувши двигуна TDI – призначення, пристрій і як працює

Двигун TDI (англ. «Turbocharged Direct Injection» – «турбонагнетатель з безпосереднім уприскуванням) являє собою сучасний дизельний двигун з турбонаддувом, розроблений концерном Volkswagen. Бренд TDI є зареєстрованим товарним знаком.

призначення турбонаддува

Наддувши двигуна TDI забезпечує економічність автомобіля, його високу динаміку і екологічну безпеку. Створення оптимального тиску наддуву здійснюється завдяки використанню в конструкції двигуна турбокомпресора з змінною геометрією турбіни .

У турбокомпресора є два загальних назви, які використовуються різними виробниками:

1. VGT (англ. «Variable Geometry Turbocharger» – «турбокомпресор із змінною геометрією») – застосовується компанією BorgWarner;
2. VNT (англ. «Variable Nozzle Turbine» – «турбіна зі змінним соплом») – застосовується компанією Garrett.

Наддувши двигуна TDI:
А – повітря; Б – відпрацьовані гази.
1 – вакуумна магістраль; 2 – блок керування двигуном; 3 – датчики тиску наддуву і температури повітря на впуску; 4 – блок управління повітряної заслінкою; 5 – інтеркулер; 6 – клапан рециркуляції відпрацьованих газів; 7 – клапан обмеження тиску наддуву; 8 – турбонагнетатель; 9 – впускний колектор; 10 – вакуумний привід напрямних лопаток; 11 – випускний колектор.

Турбонагнетатель із змінною геометрією, на відміну від звичайного турбокомпресора, може регулювати напрямок і потік відпрацьованих газів. Це забезпечує оптимальну частоту обертання турбіни і відповідно підвищує продуктивність компресора.

Конструкція турбіни зі змінним соплом має на увазі об’єднання напрямних лопаток, механізму управління і вакуумного приводу.

VNT-турбіна (турбіна із змінною геометрією):
1 – напрямні лопатки; 2 – кільце; 3 – важіль; 4 – тяга вакуумного приводу; 5 – турбінне колесо.

Направляючі лопатки призначені для зміни напрямку і швидкості потоку відпрацьованих газів шляхом зміни величини перетину каналу. Лопатки повертаються навколо своєї осі на певний кут за допомогою механізму управління. Даний механізм складається з важеля і кільця.

Вакуумний привід забезпечує спрацьовування механізму управління, впливаючи через тягу на важіль управління. Клапан обмеження тиску наддуву, підключений до системи управління двигуном, регулює роботу вакуумного приводу. Цей клапан спрацьовує в залежності від значення тиску наддуву, вимірюваного двома датчиками: датчиком температури повітря на впуску і датчиком тиску наддуву.

Як працює наддув двигуна TDI

Система наддуву двигуна TDI при роботі забезпечує оптимальний тиск повітря в великому діапазоні частоти обертання двигуна. Це здійснюється завдяки регулюванню енергії потоку відпрацьованих газів.

При малих обертах двигуна енергія відпрацьованих газів невелика. Щоб таку енергію ефективно використовувати, направляючі лопатки встановлюють в закритому положенні, при якому досягається найменше значення площі каналу відпрацьованих газів. Через малу площу перетину потік відпрацьованих газів збільшується і змушує турбіну обертатися швидше, що, в свою чергу, приводить в обертання колесо компресора і тим самим підвищується продуктивність турбокомпресора .

При різкому збільшенні частоти обертання двигуна енергії відпрацьованих газів ставати не вистачати. У зв’язку з цим для проходження «турбоями» поворот лопаток здійснюється з деякою затримкою, що забезпечує допустимий тиск наддуву.

Енергія відпрацьованих газів максимальна на високих оборотах двигуна. Щоб запобігти появі надлишкового тиску наддуву, лопатки роблять поворот на максимальний кут, забезпечуючи тим самим найбільшу площу поперечного перерізу каналу.

Відео:

Сподіваюся, все було зрозуміло. Удачі на дорогах!

Система подвійного турбонаддува Twin Turbo: особливості та переваги використання в автомобілях

У сучасних автомобілях все частіше можна зустріти систему подвійного турбонаддува Twin Turbo, яка забезпечує більше потужності та ефективності двигуна. Ця система стала популярною вже давно, коли виробники автомобілів почали шукати способи для збільшення потужності двигуна в обсязах мінус працюючого обладнання. Таким чином, буласі розроблена система подвійного турбонаддува.

Основою системи Twin Turbo є дві турбіни, які працюють по черзі. Перша турбіна нагнітає повітря в циліндри мотора на низьких обертах, коли паливо ще не передається до випускному тракту. Після того, як оберти зростають і випускні гази починають проходити через першу турбіну, другий турбонагнітач починає працювати з дійсно потужним тиском. Таким чином, досягти максимальної потужності та ефективності двигуна вдається завдяки подвійному нагнітачу.

Одним з головних плюсів даної системи є можливість контролювати турбіни і надавати водійському інтерфейсу максимальної потужності. Завдяки управлінню обертах і тиском нагнітача, водій може самостійно регулювати потужність двигуна залежно від умов на дорозі. При цьому, схемою подвійного турбонаддува забезпечується максимальний тиск на обертах, що дає можливість мотору виражати свою повну потужність.

1. Що таке Twin Turbo
2. Як працює Твін-турбо
3. Види схем наддуву з двома турбокомпресорами
4. Паралельна схема підключення турбін
5. Послідовне включення
6. Ступінчаста схема
7. Плюси і мінуси подвійного турбонаддува

Що таке Twin Turbo

У системі Twin Turbo турбіни працюють по схемі “перший – прямує”, коли один турбокомпресор працює на низьких обертах двигуна, а другий турбокомпресор підключається при досягненні певних параметрів роботи двигуна для збільшення обсягу подаваного повітря.

Одним з головних факторів, який відрізняє систему Twin Turbo від одного турбокомпресора, є зменшення затримки при натисканні на педаль газу, що забезпечується за рахунок попереднього завантаження турбіни, яка вже працює, а не чекає на створення достатнього надлишку повітря.

Крім того, у системі Twin Turbo можливе збільшення потужності двигуна за рахунок створення більше повітряного тиску, що приводить до підвищення оборотів двигуна і збільшення параметрів його роботи.

Система Twin Turbo складається з двох турбокомпресорів, які можуть бути розташовані паралельно або послідовно в системі вихлопних газів. Це залежить від конструкції і модернізації автомобіля.

Однією з переваг Twin Turbo у порівнянні з одним турбонадувом є більша ефективність за рахунок розподілу роботи між двома турбінами. Крім того, Twin Turbo дає можливість обробки більшої кількості повітря і отримання більшої потужності двигуна.

Основний механізм роботи Twin Turbo можна пояснити таким чином: коли потрібно багато потужності, обидві турбіни працюють, що веде до збільшення обсягу подаваного повітря і підвищення парметрів двигуна. З іншого боку, якщо машина працює в простому режимі або малому навантаженні, одна з турбін припиняє свою роботу, тим самим зменшуючи витрати палива і знижуючи оберти двигуна.

Як працює Твін-турбо

Система підвійного турбонаддува (також відома як Twin Turbo) є одним із різновидів турбонаддува для двигуна. Ця система використовує два механізми нагнітача, які забезпечують більший обсяг повітря до циліндрів двигуна, що дозволяє досягти більшого моменту і крутного моменту.

Головна причина використання такої системи полягає в підвищенні ефективності і продуктивності двигуна. Якщо обсяг відпрацьованих газів у системі на низьких обертах недостатній для практично повного використання потенціалу однієї турбіни, то друга турбіна допомагає реагувати і забезпечується більшим моментом.

Механізм підключення другої турбіни до системи управління забезпечується за допомогою спеціального клапана. Цей механізм дає змогу водію вибрати, коли потрібно використовувати турбіну, та контролювати навантаження на двигун.

Установка подвійного турбонаддува зазвичай використовується на двигунах великого обсягу і при високих обертах. Така система дає змогу забезпечити більш високу продуктивність й ефективність двигуна за рахунок максимального використання енергії відпрацьованих газів.

Це досягається завдяки тому, що дві турбіни працюють на різних обертах і у різних режимах роботи, що дозволяє забезпечити більшу ефективність у всьому тракті системи наддува та забезпечити більше повітря до палювальних камер.

Один з найважливіших аспектів роботи системи подвійного турбонаддува – це управління нагнітачами. Механізми нагнітачів мають трохи різну інерційність, тому потрібно управляти ними таким чином, щоб досягти однакових обертів для обох турбін та запобігти розрідженню або надмірному тиску в системі.

Таке управління забезпечується за допомогою електронних систем, які контролюють оберти мотора, температуру повітря, тиск і навантаження на двигун. Завдяки цьому вдається забезпечити спрацювання обох турбін з оптимальними параметрами і покращити роботу всієї системи.

Всі деталі системи, включаючи нагнітачі, клапани та механізми управління, підбираються з урахуванням особливостей основного двигуна і мають високу точність виготовлення. Це дозволяє забезпечити надійну роботу та довговічність системи.

У сучасних автомобілях існує також можливість модернізації системи підвійного турбонаддува для досягнення більшої продуктивності та ефективності двигуна. Встановлюються нові турбіни, поліпшені клапани та інші деталі, що забезпечують більше повітря та підвищення навантаження на двигун.

На завершення, в результаті роботи системи Twin Turbo автомобіль отримує більш потужний мотор з вищою ефективністю роботи, що дозволяє покращити його динаміку та швидко розганятися при малому витраті палива. Тому, якщо ви шукаєте автомобіль з великими можливостями для перегонів або для повсякденного використання, система Twin Turbo може стати чудовим рішенням.

Види схем наддуву з двома турбокомпресорами

Одним з видів схем наддуву з двома турбокомпресорами є система Twin Turbo. Її основний принцип полягає в тому, що два компресори малого розміру встановлюються на одному валу. При роботі одного з компресорів, другий зачиняється, що дозволяє підвищити продуктивність системи. Така система наддуву забезпечує максимальну ефективність управління потужністю двигуна у всьому діапазоні оборотів.

Ще один вид схеми наддуву з двома турбокомпресорами – паралельний наддув. У цій схемі два турбокомпресори працюють одночасно і незалежно один від одного. Вони мають однакові розміри та призначені для наддуву одного циліндра або групи циліндрів. Таке рішення сприяє збільшенню продуктивності двигуна та покращенню розподілу потужності.

Однак, обидві схеми наддуву з двома турбокомпресорами мають свою причина встановлення. Перша схема підходить для двигунів з високими оборотами, а друга – для двигунів з низькими оборотами. Компанія Twin Turbo виробляє інноваційну установку, яка дозволяє поєднувати переваги обох схем та забезпечує високу продуктивність двигуна в будь-яких умовах.

Таким чином, система подвійного турбонаддува Twin Turbo з двома турбокомпресорами є ефективним механізмом, який дозволяє підвищити повітрозабезпечення циліндрів двигуна, збільшити продуктивність та ефективність роботи силового агрегату. Встановлення такої системи має вигоду для водія, оскільки вона прискорює процес розрідження відпрацьованих газів та забезпечує більш сильне надходження свіжого повітря.

Паралельна схема підключення турбін

В системі подвійного турбонаддува Twin Turbo така схема підключення турбін, деякі компанії в Україні та світі почали застосовувати в нових автомобілях. У паралельному випадку дві турбіни підключаються паралельно одному або декільком циліндрів двигуна. Така система дозволяє мати більший об’єм крильчаток на турбіні, що підвищує її продуктивність в роботі.

У даній системі, кожна турбіна працює на свою турбіною у випускному колекторі. Вона забезпечує додатковий нагнітання повітря та покращує крутний момент двигуна. Коли обидві турбіни працюють одночасно, потужність і продуктивність двигуна значно збільшується. Це означає, що при різних обертах двигуна часу на нагнітання газів буде меньше, а отже, його ефективність прискорюється.

Принцип паралельного підключення турбін полягає у тому, що одна турбіна працює на одному об’ємі повітря, а наступна турбіна працює на наступному об’ємі повітря, що випускається після першої. Така система забезпечує подвійне нагнітання повітря в двигуні і покращує його паливну економічність.

Одним з мінусів такої системи установка турбін в паралельному підключенні є складніше управління нагнітанням. Механізм регулювання нагнітання повинен бути досить точним та швидкодіючим, щоб забезпечити оптимальні умови роботи двигуна у різних режимах. Додаткове навантаження на управляючу систему та резкі коливання потужності можуть виникнути, коли турбіна одного з нагнітає або перестає працювати. Такий варіант підключення турби дозволяє мати більше потужності та крутного моменту на низьких обертах двигуна, що особливо важливо для дизельних моторів.

Впровадження системи подвійного турбонаддува Twin Turbo з паралельним підключенням турбін значно покращує продуктивність та ефективність двигуна. Вона дозволяє мати більше потужності та крутного моменту на низьких обертах і забезпечує максимальну ефективність двигуна на високих обертах. Така система оснащується в нових автомобілях, щоб забезпечити кращу динамічну характеристику та покращити паливну економічність.

Послідовне включення

Система Twin Turbo використовує послідовне включення двох турбокомпресорів для підвищення продуктивності та потужності двигуна. При такому режимі роботи кожен з турбокомпресорів працює окремо: спочатку працює один турбокомпресор, а потім, при підвищенні потреби в повітрі, включається другий.

Основна причина такого включення полягає в зниженні часу розкручування та зменшенні розрідження впускної системи. На низьких обертах один великий нагнітач забезпечує достатній тиск повітря для ефективної роботи двигуна, а на високих обертах, коли потрібно більше повітря, включається другий нагнітач малого розміру.

Таке послідовне включення турбо нагнітачів дозволяє збільшити доступ до повітря для кожного циліндра. Крім того, момент крутний двигуна постійно підвищується, що позитивно впливає на потужність автомобіля.

Система Twin Turbo вважається бітурбо тому, що кожен турбокомпресор, як правило, має свою турбіну та компресор, але працює вони в паралельному режимі.

Такий тип системи дозволяє практично позбутися так званого “турбо-лагу”, коли турбокомпресори мають значну затримку у відпрацьованих газах. Двигун починає розкручуватися та розганятися значно швидше, без “прогалин”.

Ступінчаста схема

Ступінчаста схема є одним з типів системи подвійного турбонаддува Twin Turbo. Ця схема використовується в деяких моторах і відрізняється від інших систем подвійного турбонаддува.

Система ступінчастої схеми складається з двох турбокомпресорів, які працюють наступно один після одного. При нормальних обертах двигуна, перший турбокомпресор виконує роль надмірного нагнітача і забезпечує підвищене надхід повітря до колінчастого вала. Таким чином, потужність мотора підвищується.

Система ступінчастої схеми дозволяє підвищити потужність двигуна, особливо на низьких обертах, коли інерційність турбіни ще недостатня для забезпечення оптимального тиску надхіду. Підключення другого турбокомпресора відбувається згодом, коли потрібний тиск повітря стає більшим.

Робота кожного турбокомпресора в системі ступінчастої схеми залежить від числа обертів мотора і навантаження. При невеликих обертах і низькому навантаженні працює лише перший турбокомпресор, а другий турбокомпресор залишається неактивним. Зі збільшенням оборотів і навантаження турбокомпресорів активізуються по-черзі, забезпечуючи потрібний тиск повітря і підвищуючи потужність двигуна.

У системі ступінчастої схеми кожен турбокомпресор має свою турбіну і компресор. Крильчатки турбін і компресорів розмірами відрізняються, що позитивно впливає на ефективність роботи механізму.

Включення другого турбокомпресора в системі ступінчастої схеми вважається завершенням процесу підвищення потужності. Воно забезпечується збільшенням тиску газів у вихідному тракті і підключенням другої турбіни.

Така ступінчаста схема використання двох турбокомпресорів у системі подвійного турбонаддува дозволяє підвищити потужність двигуна та забезпечити кращу реакцію на параметри навантаження і обертів. Інерційність турбін та інших деталей у такій системі нижча, що дозволяє досягти більш ефективного роботи і збільшення потужності.

Плюси і мінуси подвійного турбонаддува

Система подвійного турбонаддува Twin Turbo, в якій використовуються два турбокомпресори на двигуні автомобіля, має свої плюси і мінуси. Розглянемо їх детальніше.

1. Більше потужності: Встановлення двох турбін дозволяє досягти збільшення максимальних оборотів двигуна і, відповідно, більше потужності.

2. Більше моменту: Подвійний турбонаддув забезпечує більше крутного моменту при низьких обертах двигуна, що поліпшує динаміку автомобіля при розгоні.

3. Менше затримок: Завдяки двом турбінам, реакція на натиск педалі газу відбувається швидше і з меншим затримкою, що поліпшує реактивність авто.

1. Складніша конструкція: Twin Turbo вимагає додаткового обладнання та багато деталей. Така система складніша в монтажі і експлуатації.

2. Вищі витрати палива: При підвищених обертах двигуна, два компресори вимагають більше повітря, що призводить до збільшення витрат палива в порівнянні з одним турбонаддувом.

3. Вища температура випускних газів: При використанні двох крильчаток турбін, температура випускних газів може бути вищою, а це вимагає додаткового охолодження і збільшення ресурсу деяких деталей.

Однак, не зважаючи на деякі недоліки, система подвійного турбонаддува Twin Turbo все ж має свою популярність в сучасних автомобільних двигунах. Вона дає можливість досягти більшої потужності і крутного моменту, а також покращує динаміку автомобіля в порівнянні з одною турбіною.