Для чего на двигателях внутреннего сгорания применяют турбонаддув
Особенности работы TSI моторов
Применение непосредственного впрыска в бензиновых двигателях является доминирующей технологией современного автомобилестроения. TSI – это аббревиатура запатентованного концерном Volkswagen обозначения двигателей с 
турбонаддувом и прямым впрыском. Turbo Stratified Injection применяется на большинстве современных авто, выпускаемых VAG-group (Audi, Skoda, Volkswagen и Seat). Технология TSI – это следующая ступень развития моторов FSI, которые имеют прямой впрыск, но не оснащаются турбонаддувом.
Рассмотрим не только принцип работы, но и ряд конструктивных недостатков, которые являются серьезной головной болью владельцев ТСИ моторов.
Преимущества
TSI моторы обладают рядом неоспоримых достоинств:
- формирование смесеобразования. Ориентируясь на показания датчиковой аппаратуры, ЭБУ может формировать 4 типа смеси (бедная послойная смесь с добавлением отработавших газов, бедная гомогенная смесь без добавки отработавших газов, гомогенная стехиометрическая смесь с добавкой отработавших газов, гомогенная стехиометрическая без добавки отработавших газов). Выбор будет зависеть от количества поступаемого воздуха, степени открытия дроссельной заслонки, оборотов двигателя, температуры мотора и прочих факторов. Такое выборочное смесеобразование позволяет получить максимальную отдачу от впрыскиваемого топлива;
- турбонаддув, позволяющий увеличить наполнение цилиндров свежим воздухом. Моторы ТСЙ могут комплектоваться одноступенчатой либо комбинированной системой нагнетания воздуха. В первом случае двигатель имеет стандартную турбину, преимущества и алгоритм работы которой известен многим автолюбителям. Комбинированная система имеет не только турбину, но и механический нагнетатель типа Roots. Принцип работы такой системы представляет особый интерес, поэтому далее рассмотрим его подробней.
- потенциал для тюнинга. Большинство TSI моторов хорошо поддаются чип-тюнингу. Владельцам, желающим добавить несколько десятков лошадок, стоит подумать о ресурсе ДВС и КПП, который при неправильной чиповке может резко снизиться.
Принцип работы системы впрыска
Система подачи топлива в двигателе TSI очень схожа с той, что применяется на дизельных «сердцах». Она состоит из следующих компонентов:
- ЭБУ;
- топливных форсунок;
- топливной магистрали высокого давления;
- топливного бака и фильтра очистки;
- перепускного клапана;
- регулятора давления топлива;
- топливной рейки;
- датчика давления в топливной рейке;
- топливного насоса высокого давления (ТНВД);
- насоса низкого давления;
- предохранительного клапана;
- адсорбера и электрического клапана для его продувки.
Главная особенность системы прямого впрыска в двигателе ТСЙ – это управление способом распыления и временем подачи. Такое преимущество достигается грамотным программированием ЭБУ. В остальном система питания, по сути, ничем не отличается от той, что применяется на двигателях многих других производителей.
Система двойного турбонаддува
Во многом именно комбинирование турбины и механического нагнетателя позволили моторам TSI завоевать не один титул «Двигатель года». Рассмотрим, как реализовано такое решения.
Главный принцип работы – распределение воздушных потоков. Изменяя скорость потока, а также количество поступаемого воздуха, можно регулировать качество смесеобразования в цилиндрах. В зависимости от оборотов коленвала и положения дроссельной заслонки, можно выделить следующие алгоритмы управления турбонаддувом:
- до 1000 об/мин. Двигатель работает в безнаддувном режиме. Весь воздух всасывается с помощью цилиндров;
- в диапазоне от 1000 до 2400 об/мин в работу включается механический нагнетатель. С помощью электромагнитной муфты происходит включение двух роторов. Один из них всасывает воздух, а второй осуществляет нагнетание давления во впускном тракте;
- если водитель в диапазоне 2400-3500 об/мин. резко нажимает на педаль газа, происходит совместная работа нагнетателя типа Roots и обычной турбины;
- На оборотах свыше 3500 тыс. нагнетание воздуха осуществляется только с помощью турбины.
Управление
Один из главных элементов этой систем – заслонка, перераспределяющая поток воздуха между турбиной и нагнетателем. Регулировка осуществляется с помощью сервопривода. К примеру, при 1000-2400 об/мин воздух подается только через нагнетатель, а после 3500 только к турбокомпрессору.
Для грамотного управления всей этой системой ЭБУ постоянно опрашивает ряд датчиков:
- МАР-сенсор, измеряющий давление во впускном тракте. Также происходит измерение температуры воздуха;
- положения дроссельной заслонки;
- давления во впускном коллекторе и сенсор, измеряющий температуру воздуха;
- давления наддува, температуры воздуха.
Разумеется, существует множество тонкостей, объяснение которых потребует серьезного углубления в теорию.
Виды наддува
Двигатель TSI может иметь только турбину. Управление производится с помощью перепускного клапана (электрического либо пневматического). К примеру, при избытке давления в выпускном коллекторе поток выхлопных газов будет проходить мимо «горячей» части турбины. Особенность такой системы в способе охлаждения воздуха. Перед впускным коллектором устанавливается интеркулер жидкостного типа охлаждения. Воздух проходит через соты, внутри которых циркулирует ОЖ. Активация охлаждения производится командой ЭБУ, которая включает насос, запуская тем самым циркуляцию ОЖ в контуре охлаждения воздуха.
На автомобиле с двойным турбонаддувом двигатель имеет интеркулер воздушного типа охлаждения.
Проблемы
Многие владельцы огорчены тем фактом, что на их автомобиле установлен двигатель TSI. Среди всей линейки моторов (1.2, 1.4, 1.8, 2.0, 3.0) некоторые ДВС способны доставить немало хлопот своим владельцам. Среди главных проблем:
- жор масла, который может начаться уже после 10 тыс. км.;
- растягивание цепи.
Проблемы ТСЙ моторов настолько существенны, что требуют рассмотрения в отдельной статье.
AutoLirika.ru
Степень сжатия ДВС
Всем известно, что в бензиновых поршневых двигателях внутреннего сгорания топливовоздушная смесь перед воспламенением сжимается. Аналогичный такт работы дизелей отличаются лишь тем, что сжимается воздух без топлива. Одной из важнейших характеристик обоих ДВС является степень сжатия. Она показывает, во сколько раз изменяется объем пространства над днищем поршня при прохождении его от нижней мертвой точки до верхней.
Иногда этот показатель путают с компрессией, несмотря на то что разница между ними огромна. Ведь упомянутые выше характеристики, хоть и связаны между собой, по сути, совершенно различны. На что указывает даже их размерность. Степень сжатия – это соотношение, например, 10:1 или просто 10 и не имеет единиц измерения. То есть измеряется в «разах». Компрессия же показывает максимальное давление смеси в цилиндре перед воспламенением и измеряется в кг/см2. Так, компрессия ДВС, имеющего степень сжатия 10:1, должна быть не более 15,8 кг/см2. Сказать, что такое степень сжатия, можно и иначе. Это отношение объема над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке к объему камеры сгорания. Камерой сгорания называется пространство над поршнем, достигшим верхней мертвой точки.
Расчет коэффициента сжатия
Вычислить степень сжатия ДВС можно, если выполнить расчет по формуле ξ = (Vр + Vс)/ Vс; где Vр – рабочий объем цилиндра, Vс – объем камеры сгорания. Из формулы видно, что степень сжатия можно сделать больше, уменьшив, объем камеры сгорания. Или увеличив, рабочий объем цилиндра, не изменяя камеры сгорания. Vр намного больше чем Vс. Поэтому можно считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему и находится в обратной зависимости от объема камеры сгорания.
Рабочий объем цилиндра можно посчитать, зная диаметр цилиндра – D и ход поршня – S. Формула для его вычисления выглядит так: Vр = (π*D2/4)* S.
Объем камеры сгорания из-за ее сложной формы обычно не вычисляют, а измеряют. Сделать это можно залив в нее жидкость. Определить объем, поместившийся в камеру жидкости, можно при помощи мерной посуды или весов. Для взвешивания удобно использовать воду, так как ее удельный вес 1г на см3. Значит, ее вес в граммах покажет и объем в куб. см.
Влияние коэффициента сжатия на характеристики мотора
Чем выше степень сжатия, тем больше компрессия ДВС и его мощность (при прочих равных условиях). Повышая степень сжатия, мы также способствуем увеличению КПД двигателя за счет снижения удельного расхода топлива. Степень сжатия ДВС, определяет октановое число используемого для работы мотора бензина. Так, низкооктановое топливо станет причиной детонации мотора с большим значением этого коэффициента. Чрезмерно высокое октановое число топлива не позволит силовому агрегату, компрессия которого невысока, развивать полную мощность.
Исходные данные
Октановое число топлива, используемого для бензиновых двигателей с различной степенью сжатия.
- 7,0–7,5 октановое число 72–76.
- 7,5–8,5 октановое число 76–85.
- 5,5–7 октановое число 66–72.
- 10:1 октановое число 92.
- От 10,5 до 12,5 октановое число 95.
- От 12 до 14,5 октановое число 98.
Выравнивание плоскости сопряжения головки с блоком срезанием слоя металла приводит к уменьшению камеры сгорания мотора. От этого показатель сжатия увеличивается в среднем на 0,1 при уменьшении толщины головки на 0,25 мм. Имея в своем распоряжении эти данные, можно определить, не превысит ли он после ремонта головки блока допустимые пределы. И не следует ли принять меры для его снижения. Опыт показывает, что при удалении слоя менее 0,3 мм последствия можно не компенсировать.
Для чего бывает нужно изменить коэффициент сжатия
Необходимость изменения этого параметра ДВС возникает довольно редко. Можно перечислить всего несколько причин, побуждающих сделать такое.
- Форсирование двигателя.
- Желание приспособить мотор для работы на бензине с другим октановым числом. Было время, когда газовое оборудование для авто не встречалось в продаже. Не было и газа на заправках. Поэтому советские автовладельцы часто переделывали двигатели для работы на более дешевом низкооктановом бензине.
- Неудачный ремонт мотора, для ликвидации последствий которого требуется корректировка коэффициента сжатия. К примеру, фрезеровка головки блока после слишком сильной тепловой деформации. Когда выровнять сопрягаемую с блоком цилиндров поверхность удается ценой снятия слоя металла чрезмерно большой толщины. От этого значение коэффициента увеличивается столь сильно, что работа на бензине, для которого был рассчитан мотор, становится невозможной.
Как можно изменить показатель сжатия
Методы увеличения:
- Расточка цилиндров и установка поршней большего размера.
- Уменьшение объема камер сгорания. Выполняется за счет удаления слоя металла со стороны плоскости сопряжения головки с блоком. Эту операцию из-за мягкости алюминия лучше делать на фрезерном или на строгальном станке. Шлифовальный станок использовать не следует, так как его камень будет постоянно забиваться пластичным металлом.
Способы снижения:
- Снятие слоя металла с днища поршня (делается это обычно на токарном станке).
- Установка между головкой и блоком цилиндров дюралюминиевой проставки между двумя прокладками.
Взаимосвязь коэффициента сжатия и компрессии
Зная значение коэффициента сжатия, можно рассчитать какая компрессия должна быть в двигателе. Однако, обратная оценка не будет соответствовать действительности. Так как компрессия зависит еще и от изношенности деталей цилиндр-поршневой группы и газораспределительного механизма. Низкая компрессия двигателя часто говорит о значительном износе мотора и необходимости его ремонта, а не о малом коэффициенте сжатия.
Турбированные моторы
В цилиндры двигателя, имеющего турбонаддув, воздух нагнетается компрессором под давлением несколько больше атмосферного. Значит, для определения показателя сжатия такого мотора нужно значение, которое вы получите в результате расчета по формуле, умножить на коэффициент турбокомпрессора. Бензиновые двигатели с турбонаддувом работают на топливе с октановым числом выше, чем у бензина, который потребляют такие же моторы без турбин, именно потому, что их коэффициент ξ больше.
AutoLirika.ru
Утеплитель двигателя своими руками
Потраченные на теплоизоляцию двигателя средства с лихвою окупятся в морозные дни, когда на прогрев авто будет тратиться меньше времени. Если против установки предпускового подогревателя или сигнализации с автозапуском еще можно навести аргументы, то с необходимостью герметизация подкапотного пространства спорить никто не станет. Рассмотрим, чем утеплить двигатель автомобиля, а также как изготовить утеплитель капота своими руками.
Зоны утепления
Какие зоны подкапотного пространства поддаются утеплению:
- капот;
- моторный щит, в меньшей степени – боковые панели кузова;
- площадь перед радиатором охлаждения;
- низ подкапотного пространства.
Теплоизолировать все области нужно лишь в том случае, если автомобиль продолжительное время используется в условиях далеко за -30ºС. Но даже в таком случае утепление радиатора должно быть съемным, а датчик включения вентилятора и указатель температуры ОЖ – исправными.
Для менее суровых климатических условий достаточно утеплить капот и низ подкапотного пространства. Также актуально утепление радиатора, но оно в любом случае должно быть быстросъемным. Если для малообъемных дизельных ДВС этот фактор не столь значителен, то объемные бензиновые ДВС могут перегреться при продолжительном движении.
Материалы
В качестве утеплителя применяется плотная войлочная ткань. Материал служит не только теплоизоляцией, но и шумопоглотителем. Поэтому войлок часто используется в качестве заводской тепло-шумоизоляции капота и моторного щита. Если вы не желаете разбираться в том, чем утепляют двигателя автомобилей своими руками, можете купить готовое автоодеяло. Аксессуар имеет ряд преимуществ:
изготавливается из огнеупорных материалов (к примеру, муллитокремнеземистой ваты или стеклоткани, а также внутреннего наполнителя);- присутствует незначительный шумопоглащающий эффект;
- мобильность, ведь вам не нужно крепить его к кузовным деталям авто. Для замедления отдачи тепла в морозы достаточно положить его на двигатель;
- нет строгой привязки к определенной модели авто. Автоодеяло может быть использовано и на другой машине, если расположение элементов в подкапотном пространстве позволяет это. Несмотря на заявленную производителями термостойкость (до + 500-600ºС), нужно убедиться, что одеяло не касается выпускного коллектора.
Также одеяло можно использовать для тушения небольших очагов огня, но, надеемся, вам не придется использовать это преимущество автоодеяла. К недостаткам такого утепления мотора можно отнести только цену. Стоимость зависит от размеров, состава наполнителей и колеблется от 1000 до 3000 р.
Зона картера
Для уменьшения отвода тепла важно максимально герметизировать низ подкапотного пространства. При стоянке, а особенно в движении, потоки ветра попросту выдувают тепло двигателя. Первым в таком случае страдает масляный поддон. Масло служит не только для смазки, но и для теплоотвода. Замерзшее моторное масло значительно ухудшает холодный пуск, заставляя мотор в первые секунды работать на грани масляного голодания. Частично побороть такой эффект поможет защита картера. Толщина металла защиты на теплоизоляционные свойства практически не влияет. Но использование металла толщиной 2-3 мм позволите защитить картер еще и от механических повреждений.
Утепление радиатора
Метод утепления двигателя, при котором закрывается доступ холодного воздуха к радиатору, известен давно. Для людей, устанавливающих перед радиатором прямоугольный кусок плотного картона, вопрос «нужно ли утеплять двигатели зимой?» и вовсе не стоял. Несмотря на архаичность, картонка, установленная непосредственно перед радиатором, вполне справляется со своими функциями. Но на многих авто закрепить такой аксессуар либо крайне сложно, либо и вовсе невозможно. Поэтому покупка готового изолятора – отличное решение для утепления двигателя зимой.
Актуальность утепления радиатора можно понять по большому количеству утеплителей, изготавливаемых под конкретные модели авто. Чаще всего такой аксессуар представляет собой кожух, который крепится на фальшрадиаторную решетку, а иногда и на бампер в районе воздухозаборников. В качестве защиты используется плотный кожзаменитель либо другой материал, покрытый водоотталкивающим слоем. Будет плюсом, если утеплитель можно быстро приоткрыть, обеспечив небольшое поступление воздуха. Функция будет полезной в период оттепели, когда днем температура может подыматься до +10ºС, а ночью опять опускаться ниже нуля. Не стоит устанавливать гигроскопичный материал. Впитываемая вода и грязь быстро испортят внешний облик накидки.
Метод достаточно эффективен, поскольку при движении по трассе морозный воздух очень быстро охлаждает антифриз, проходящий сквозь соты радиатора, и сам двигатель. При этом интеркулер, охлаждающий воздух в моторах с турбонаддувом, а также охладители масляных систем закрывать не нужно. Нормальное охлаждение воздуха и масла крайне важны для исправной работы двигателя.
Теплоизоляторы
Поскольку стоимость заводского комплекта обычно немаленькая, рассмотрим строительные и автомобильные теплоизоляционные материалы. Для утепления дизельного двигателя вполне подойдет вспененный материал, покрывающийся металлизированной пленкой либо алюминиевой фольгой. Основные виды теплоизоляторов, которые могут быть применены не только в моторном отсеке, но и в салоне автомобиля:
Фольгоизолон – вспененный пенополиэтилен, имеющий закрытоячеистую структуру. Это делает его влаго-, масло-, бензостойким. За достаточно небольшую стоимость вы получаете хороший теплоизолятор с неплохими шумопоглощающими свойствами. Степень защиты зависит от толщины – чем толще, тем лучше. Материал пожаробезопасен, рабочий температурный диапазон от -60 ºС до +105 ºС.- Пенофол – утеплитель на основе вспененного пенополиэтилена. Представлен в трех модификациях: «А» (фольгирована только одна сторона), «В» (фольгирован с двух сторон), «С» (фольгирована одна сторона, с обратной стороны находится самоклеящийся слой). По своим характеристикам пенофол очень похож на фольгоизолон.
Из преимуществ материалов можно выделить дополнительный шупомоглощающий эффект, а также высокую термостойкость, что немаловажно при креплении в непосредственной близости к выпускному коллектору.
Обратите внимание на то, что фольгированный слой обладает токопроводностью. Поэтому при оклейке капота обязательно исключите возможность прилегания материала к клеммам АКБ.
Правильное утепление своими руками
Устанавливать теплоизоляционные материалы нужно на внутреннюю часть капота либо моторный щит со стороны двигателя. Наибольшей эффективности можно достичь при полной оклейке поверхности. Поэтому при оклейке лишь небольшими кусками сильного эффекта ждать не стоит. Поскольку качественное утепление моторного щита требует трудоемкого снятия мешающего навесного оборудования, рекомендуем заодно произвести виброизоляцию. Плотный вибродемпфирующий материал на основе каучука, покрывающийся фольгированным слоем не только снизит уровень шума в салоне, но и повысит теплоотражающий эффект. Виброизолятором рекомендуем обклеить полости между усилителями капота. Теплоизолятор нужно закрепить на всей внутренней поверхности капота. Для этого можно использовать специальные клипсы либо пластиковые хомуты. Если используется самоклеющийся материал, убедитесь, что клеевой слой надежно закрепит теплоизоляцию при нагреве.
AutoLirika.ru
