Рис. VW

Двойное пополнение

Решение, представленное Volkswagen, заключается в одновременном использовании компрессора и турбокомпрессора для повышения эффективности автомобильного двигателя с непосредственным впрыском бензина.

В системе впуска двигателя VW TSI 1.4 L моторизованный компрессор, называемый здесь компрессором, был последовательно соединен с турбонагнетателем отработавших газов. Первое из этих устройств увеличивает давление воздуха, подаваемого в цилиндры при низких, а второе - при высоких оборотах коленчатого вала. На переходном этапе (примерно до 3500 об / мин) оба работают. Это позволяет получить стабильный крутящий момент в 240 Нм в диапазоне от 1750 до 4500 об / мин, а также снизить расход топлива примерно на 6%.

Кроме того, регулируемые коллекторы переменной длины, переменные фазы и разделение полного смещения на несколько относительно небольших цилиндров способствуют преимущественным характеристикам двигателя, которые уменьшают внутреннее трение двигателя.

Компрессор и турбокомпрессор

До сих пор в конструкции двигателей с наддувом эти устройства конкурировали друг с другом, поскольку каждое из них демонстрировало разные преимущества и недостатки.

Компрессор с механическим приводом обеспечивает при низкой частоте вращения коленчатого вала высокое давление наддува и быстрое увеличение скорости при увеличении скорости, что непосредственно приводит к благоприятной характеристике крутящего момента. Привод компрессора можно включать и выключать с помощью электромагнитной муфты в зависимости от текущей потребности. Однако даже при таком экономичном использовании он потребляет определенное количество механической энергии, подаваемой двигателем транспортного средства.

Турбокомпрессор питается исключительно от выхлопных газов, которые вращают турбину, а не бесполезны для атмосферы. Следовательно, энергия, необходимая для сжатия воздуха, не обременяет энергетический баланс двигателя. Однако в случае небольших двигателей давление наддува, создаваемое на низких оборотах, недостаточно для значительного увеличения крутящего момента. Недостатком турбокомпрессоров является их высокая тепловая нагрузка.

Рис.: Внешние характеристики двух версий 1,4-литрового двигателя VW TSI

Схема двойного пополнения

Свежий воздух всасывается в цилиндры всегда через фильтр и главный дроссель, распределяя интенсивность потока газа. Когда вместе с коленвалом вращается привод шкива вспомогательного оборудования, также приводится в действие электромагнитная муфта, соединенная с другим ремнем с валом механического компрессора. За компрессором, во впускном канале, расположены датчики давления и температуры воздуха. Камера ротора компрессора обходит байпасную линию с помощью дроссельного клапана, который регулирует механическое давление наддува.

Турбокомпрессор проходит впускную и выпускную трубы двигателя. Первый - через ротор компрессора, а второй - через ротор турбины. Роторы установлены на общем валу. Обходные каналы турбины и перепускного клапана компрессора. Первый используется для регулирования давления выхлопных газов, воздействующего на ротор турбины, и активируется пневматическим приводом, реагирующим на давление наддувочного воздуха, в соответствии с зависимостью, определяемой электромагнитным дозирующим клапаном. В перепускном канале компрессора также имеется перепускной клапан в периоды низкого давления выхлопных газов, приводящих турбину в движение. В дальнейшей части системы впуска установлены охладитель наддувочного воздуха и датчики давления и температуры. Непосредственно перед распределением трубы по отдельным цилиндрам главный дроссель контролирует поток воздуха, а за ним у нас есть еще одна (уже третья) пара датчиков давления и температуры.

Рис. Диаграмма двойного пополнения

Диапазоны зарядных устройств

В зависимости от требований к крутящему моменту контроллер главного двигателя определяет, следует ли, когда и как создавать давление наддува. Когда турбонагнетатель еще не очень эффективен на низких оборотах коленчатого вала, компрессор выполняет все или часть своих задач.

Следовательно, диаграмма имеет области:

• работа компрессора непрерывного действия (синего цвета) с частотой вращения 2400 об / мин (давление наддува регулируется дросселем в байпасной линии компрессора);
• периодическая работа компрессора (светло-голубой цвет), что позволяет поддерживать турбонагнетатель до 3500 оборотов коленчатого вала в минуту (например, при интенсивном ускорении, когда турбонагнетатель реагирует с задержкой на открытие главного дросселя);
• Работа самого турбокомпрессора (зеленого цвета) в диапазоне 3500-4500 об / мин.

Таким образом, такая система позволяет поддерживать практически постоянное давление наддува около 2,5 бар при оборотах двигателя от 1750 до 4500 об / мин. Приблизительно постоянная, равная 240 Нм, также имеет крутящий момент. Выше 4500 об / мин (для этого конкретного двигателя) крутящий момент постепенно уменьшается, что видно на прилагаемом графике. Рабочие зоны элементов двойной системы зарядки будут обсуждаться более подробно в следующем выпуске.