TurboSpec

Twin charger

 

 

Bardzo ciekawy system doładowania eliminujący jako całość wady pojedyńczo występujących systemów doładowania mechanicznego oraz turbodoładowania.

                                                    

Sprężarka mechaniczna pracująca w systemie pozwala na poprawę momentu obrotowego w zakresie niskich obrotów, natomiast turbosprężarka odpowiedzialna jest za poprawę momentu obrotowego w górnym zakresie prędkości obrotowych silnika. System ten w dobie downsizingu jest szczególnie popularny w grupie VW. Z racji tego, iż wysoka sprawność sprężarek mechanicznych osiągana jest tylko w wąskim zakresie obrotów turbosprężarka dobrze spełnia swoją rolę w zakresie do 2500 obrotów i powyżej 3500 obrotów jest odłączana za pomocą sprzęgła elektromagnetycznego. W systemach twin charger ciśnienie doładowania sięga wartości 2,5 bara już w okolicach 1500 obr/min  co pozwala na zminimalizowanie efektu bezwładności turbosprężarki i osiągnięcie bardzo dobrych właściwości dynamicznych jednostki napędowej.  Sprężanie wstępnie powietrza za pomocą sprężarki mechanicznej pozwala także zminimalizować ryzyko pracy turbosprężarki w niestabilnym zakresie pracy.

 

                                        

Silnik 1,4 TSI jest pierwszym komercyjnym silnikiem w którym zastosowano połączenie turbosprężarki napędzanej mechanicznie i turbosprężarki. 

Sprężarka Mechaniczna

Zalety:

- szybki wzrost ciśnienia doładowania

- duży moment obrotowy przy niskichprędkościach

- jest załączana tylko w razie potrzeby

- nie wymaga zewnętrznego smarowania anichłodzenia

Wady:

- zużywa moc silnika

- wytworzone ciśnienie doładowania zależy odprędkości obrotowej i jest następnie ograniczane, co powoduje stratę części energii,zużytej do napędu sprężarki

 TSI2

Rysunek Volkswagen AG

Turbosprężarka

Turbosprężarka jest ciągle napędzana przezspaliny.
Zalety:

- bardzo dobra sprawność dzięki wykorzystaniuenergii spalin
Wady:

- w małym silniku przy niskiej prędkości obrotowejnie wytwarza dostatecznie dużego ciśnienia doładowania, by silnik miał duży moment obrotowy

- jest silnie obciążona cieplnie

TSI3

Rysunek Volkswagen AG

 

 

 

 

 

 

 

1,4-litrowy silnik zapewnia moc 90 kW / 121 KM na litr, co stanowi wartość szczytowa do produkcji seryjnej silnika czterocylindrowego. Ponadto,  Twincharger 1,4 - litrowy silnik zapewnia moment obrotowy odpowiada wolnossącemu silnikowi o pojemności skokowej ok. 2,3 litra. a jego zużycie paliwa wynosi około 20 procent mniej.

 

Schemat blokowy systemu twin charger

TSI4

Rysunek Volkswagen AG

 

Obszary pracy twin charger

Na rysunku widać obszary pracy sprężarki mechanicznej i turbosprężarki. Zależnie od żądanego momentuobrotowego sterownik silnika decyduje o tym, czy konieczne jest ciśnienie doładowania – a jeśli tak, to w jakisposób je wytworzyć. Turbosprężarka pracuje w całym obszarze, zaznaczonym kolorem na wykresie. Jednakw dolnym zakresie prędkości obrotowej sama energia spalin nie wystarcza do wytworzenia potrzebnegociśnienia doładowania.

 

TSI5

Rysunek Volkswagen AG

Obszar ciągłej pracy sprężarki mechanicznej

W zakresie prędkości obrotowych do 2400 obr/min sprężarka mechaniczna jest załączona cały czas. Zespół sterujący za pomocą klapy regulacyjnej reguluje ciśnienie doładowania sprężarki. 

Obszar załączanej pracy sprężarki mechanicznej

W razie nagłej potrzeby sprężarka mechaniczna może być załączana aż do prędkości obrotowej 3500 obr/min. Potrzeby takie pojawiają się np. wtedy, gdy podczas jazdy w obszarze do 3500 obr/min ze stałą prędkością trzeba raptownie przyspieszyć. Normalnie bez sprężarki mechanicznej bezwładność turbosprężarki powoduje opóźnione przyspieszanie samochodu (zjawisko tzw. dziury). Załączenie sprężarki mechanicznej pozwala na bardzo szybki wzrost ciśnienia doładowania do wymaganego poziomu.

 

W zielonym obszarze z racji wysokich obrotów i momentu obrotowego turbosprężarka sama potrafi wytworzyć niezbędne ciśnienie doładowania.Ciśnienie to jest regulowane za pomocą zaworu ograniczania ciśnienia doładowania.

 

 

Realizacja poszczególnych obszarów pracy

 

 

TSI6

Rysunek Volkswagen AG

Praca wolnossąca przy niskim obciążeniu

Podczas pracy wolnossącej klapa regulacyjna jest całkowicie otwarta. Zasysane powietrze płynie przez zespół sterujący klapy regulacyjnej do turbosprężarki. Turbosprężarka jest wprawdzie napędzana przez spaliny, jednak ich energia jest tak mała, że turbosprężarka wytwarza jedynie niewielkie ciśnienie. Przepustnica jest uchylona zgodnie z żądaniem kierowcy a w kolektorze dolotowym panuje podciśnienie.

TSI7

Rysunek Volkswagen AG

Doładowanie sprężarką mechanicznąi turbosprężarką przy dużym obciążeniui prędkości obrotowej do 2400 obr/min

W tym obszarze klapa regulacyjna jest zamknięta lub częściowo otwarta w celu regulacji ciśnieniadoładowania. Sprzęgło elektromagnetycznesprężarki mechanicznej jest załączone i pasek napędza ją. Sprężarka mechaniczna zasysa powietrze i spręża je. Sprężone powietrze płynie do turbosprężarki, gdzie jest sprężane jeszcze bardziej. Ciśnienie doładowania sprężarki mechanicznej jest mierzone przez czujnik ciśnienia dolotu G583i regulowane przez zespół sterujący klapy regulacyjnej. Czujnik ciśnienia doładowania G31mierzy całkowite ciśnienie doładowania. Przepustnica jest całkowicie otwarta. W kolektorzedolotowym panuje ciśnienie do 2,5 bar (bezwzględne).

TSI8

Rysunek Volkswagen AG

Doładowanie turbosprężarką i sprężarką mechaniczną przy dużym obciążeniui prędkości obrotowej pomiędzy 2400 a 3500 obr/min

W tym obszarze podczas jazdy ze stałą prędkością pracuje tylko turbosprężarka, wytwarzając potrzebne ciśnienie doładowania. Gdy jednak kierowca chce gwałtownie przyspieszyć, turbosprężarka z powodu swej bezwładności niezwiększy szybko ciśnienia doładowania. Efektem jest tzw. dziura. Aby do niej nie dopuścić, sterownik silnika włącza na krótko sprężarkę mechanicznąi reguluje klapą regulacyjną ciśnienie doładowania. Sprężarka mechaniczna pomaga turbosprężarce wytworzyć potrzebne ciśnienie doładowania

TSI9

Rysunek Volkswagen AG

Doładowanie turbosprężarką

Powyżej 3500 obr/min turbosprężarka potrafi sama wytworzyć niezbędne ciśnienie doładowania. Klapa regulacyjna jest całkowicie otwarta i powietrze płynie bezpośrednio do turbosprężarki. Energia spalin jest na tyle duża, by turbosprężarka w każdych warunkach wytwarzała potrzebneciśnienie doładowania. Przepustnica jest całkowicie otwarta. W kolektorzedolotowym panuje ciśnienie do 2,0 bar(bezwzględne). Ciśnienie doładowania turbosprężarki jestmierzone przez czujnik G31 i regulowane zaworem N75.

TSI10

Rysunek Volkswagen AG

Napęd sprężarki mechanicznej

Sprężarka jest napędzana paskiem wielorowkowym od koła pasowego pompy wody. W kole pompy wody jest bezobsługowe sprzęgłoelektromagnetyczne, pozwalające w razie potrzebywłączać i wyłączać napęd sprężarki. Ze względu na przełożenie przekładni pasowych oraz wewnętrzne przełożenie sprężarki jej wirniki obracają się pięciokrotnie szybciej niż wał korbowy. Maksymalna prędkość obrotowa sprężarki to17500 obr/min.