Турбина дизельного двигателя 2.2 TD4 Range Rover Evoque и Discovery Sport

Дизельный двигатель 2.2 TD4 Range Rover Evoque и Discovery Sport оснащен турбокомпрессором с изменяемой геометрией (VGT). Турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины позволяет варьировать поток отработавших газов турбины в зависимости от режима работы дизельного двигателя 2.2 TD4. Это приводит к увеличению мощности, реализуемой на турбине и компрессоре, особенно в области низких частот вращения коленчатого вала, и к росту давления наддува.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) крепится к выпускному коллектору. На выходе турбокомпрессора со стороны компрессора имеется два патрубка. Центральный патрубок шланга служит для подачи чистого воздуха от воздухоочистителя в компрессор. Второй патрубок на внешней стороне корпуса служит для подсоединения воздуховодов наддувочного воздуха.

Привод лопаток турбокомпрессора с изменяемой геометрией турбины (VGT) установлен на встроенном кронштейне. Привод соединен с кулачковым рычагом, который приводит в действие корпус турбины для регулировки положения лопаток. Во время работы привода лопаток VGT вращается выступ, который толкает рычаг и преобразует вращательное движение в поступательное. Рычаг соединен со штоком, прикрепленным к внешней части корпуса турбины, и поступательное движение преобразуется обратно во вращательное движение корпуса.

Управление работой привода лопаток турбокомпрессора с изменяемой геометрией турбины (VGT) осуществляет блок управления дизельным двигателем 2.2 TD4 (ECM). Привод лопаток VGT также подает в ECM сигнал обратной связи для определения угла поворота лопаток.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией, прикрепленный к выпускному коллектору, позволяет регулировать поток отработавших газов турбины в зависимости от режима работы дизельного двигателя 2.2 TD4. Это улучшает передачу мощности на колесо турбины компрессора, особенно на малых оборотах двигателя, повышая, таким образом, давление наддува. Направляющие лопатки открываются постепенно по мере возрастания оборотов дизельного двигателя 2.2 TD4, чтобы передача мощности всегда соответствовала необходимой частоте оборотов компрессора и необходимому уровню давления наддува. Регулируемые лопатки способствуют повышению эффективности использования энергии отработавших газов, что, в свою очередь, повышает эффективность турбокомпрессора и, следовательно, дизельного двигателя 2.2 TD4 по сравнению с традиционным клапаном управления перепускной заслонкой.

Трубопровод охлаждающей жидкости с креплением типа «банджо» подсоединен между правой стороной блока цилиндров, впускным шлангом рециркуляции отработавших газов (EGR) и задней частью турбокомпрессора. По трубе охлаждающая жидкость движется вокруг корпуса подшипников турбокомпрессора, способствуя охлаждению подшипников. Над турбокомпрессором и выпускным коллектором установлен теплозащитный экран, защищающий другие компоненты и предотвращающий случайный контакт с горячими компонентами системы отработавших газов.

Преимущества турбокомпрессора с изменяемой геометрией:

• Большой крутящий момент как на высоких, так и на низких оборотах двигателя.
• Постоянное и оптимальное регулирование при любых оборотах двигателя.
• Отсутствие необходимости использовать клапан управления перепускной заслонкой, более эффективное использование энергии отработавших газов, меньше противодавление при той же частоте оборотов компрессора.
• Низкая термическая и механическая нагрузка повышает полезную мощность двигателя.
• Снижение токсичности выхлопа.
• Оптимизированное потребление топлива в пределах всего диапазона оборотов двигателя.

Электродвигатель поворотного привода постоянного тока (DC) приводит в действие приводной вал. Приводной вал соединен с лопатками рычагом привода (актуатором). Регулировка лопаток осуществляется посредством перемещения рычага привода. При повороте приводного вала на его конце генерируется сигнал. Этот сигнал обратной связи используется для определения углового положения лопаток. Эти данные передаются в модуль управления дизельным двигателем 2.2 TD4 (ЕСМ).

В случае электрической неисправности максимальное положение лопаток турбокомпрессора (полностью открыты) является аварийным положением по умолчанию. Это уменьшает вероятность повреждения дизельного двигателя 2.2 TD4 вследствие повышенного давления наддувочного воздуха.

Принцип действия лопаток турбокомпрессора с изменяемой геометрией

Турбокомпрессор использует силу потока отработавших газов, идущих от дизельного двигателя 2.2 TD4, для подачи сжатого воздуха (под давлением) в систему воздухозабора. Лопасти с изменяемой геометрией обеспечивают создание турбокомпрессором необходимого для текущих условий работы дизельного двигателя 2.2 TD4 уровня давления наддува впускного воздуха.

Дизельный двигатель 2.2 TD4 с турбокомпрессором имеет следующие преимущества перед обычным атмосферным дизельным двигателем:

• Больший объемный коэффициент полезного действия.
• Повышенная мощность двигателя и крутящий момент.
• Снижение расхода топлива.
• Снижение выбросов.
• Повторное использование мощности отработавших газов.
• Не зависит от высоты над уровнем моря.
• Ограниченные периоды чрезмерного наддува для мгновенной реакции на потребности двигателя.

В ответ на сигналы от различных датчиков блок ECM регулирует вращающийся электронный привод (REA), приводящий в действие вращающееся регулировочное кольцо. При повороте регулировочного кольца изменяется угол поворота лопастей с регулируемой геометрией для отклонения потока отработавших газов вовнутрь или на внешний край колеса турбины.

В случае электрической неисправности максимальное положение регулируемых лопаток турбокомпрессора (полностью открыты) является аварийным положением по умолчанию. REA переместит лопасти с изменяемой геометрией в полностью открытое положение во избежание повреждения дизельного двигателя 2.2 TD4 из-за чрезмерного давления наддува.

Низкая частота вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD4

При низкой частоте вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD4 объем отработавших газов незначителен, поэтому лопатки перемещаются в сторону закрытого положения для уменьшения площади сечения впуска турбины. Это уменьшение вызывает увеличение скорости подачи газа на рабочее колесо, тем самым, увеличивая частоту оборотов колеса и давление наддувочного воздуха.

Средние обороты дизельного двигателя 2.2 TD4

При увеличении частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD4 увеличивается и объем отработавших газов. Лопатки перемещаются в сторону открытого положения для увеличения площади сечения впуска турбины и поддержания скорости газа.

Максимальные обороты дизельного двигателя 2.2 TD4

При максимальной частоте вращения коленчатого вала дизельного двигателя 2.2 TD4 лопатки почти полностью открыты, поддерживая скорость газа, поступающего на рабочее колесо турбины.

Датчик барометрического давления

При эксплуатации автомобиля на большой высоте над уровнем моря давление окружающей среды сокращается, заставляя компрессорное колесо вращаться быстрее для создания такого же давления наддувочного воздуха. Чтобы предотвратить превышение частоты вращения турбины в таких условиях, блок управления дизельным двигателем 2.2 TD4 (ECM) защищает турбокомпрессор, больше открывая лопатки для понижения частоты вращения рабочего колеса. Это называют высотной корректировкой турбокомпрессора, которая происходит на высоте выше 2000 метров. Ниже 2000 метров высотная корректировка не требуется. ECM использует внутренний датчик барометрического давления для контроля высоты.

Давление чрезмерного наддува

При среднем и интенсивном ускорении турбокомпрессор должен создавать ограниченное по времени избыточное давление, чтобы обеспечить текущие потребности дизельного двигателя 2.2 TD4 в топливе. Блок ECM осуществит запрос и позволит REA переместить лопасти с изменяемой геометрией в закрытое положение для еще большего увеличения частоты вращения колеса турбины. Блок ECM допускает состояние избыточного наддува на ограниченный период времени.

Охлаждение турбокомпрессора

Масло необходимо турбокомпрессору с изменяемой геометрией турбины для смазки и охлаждения.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины подвергается большим нагрузкам, поэтому помимо охлаждения с помощью системы смазки дизельного двигателя 2.2 TD4 необходимо подавать к нему охлаждающую жидкость из системы охлаждения.

Охлаждающая жидкость подается по трубопроводу из блока цилиндров и проходит через корпус подшипников турбокомпрессора. Как только охлаждающая жидкость прошла через корпус подшипников, она возвращается в систему охлаждения.

При резком ускорении или замедлении для турбокомпрессора очень важен равномерный поток чистого масла. Масло, подаваемое системой смазки дизельного двигателя 2.2 TD4, обеспечивает смазку вала и подшипников турбокомпрессора, а также выполняет роль охлаждающей жидкости для центрального корпуса турбокомпрессора.

Для поддержания ожидаемого срока службы турбокомпрессора важно, чтобы масло могло свободно протекать через турбокомпрессор и беспрепятственно могло возвращаться в картер дизельного двигателя 2.2 TD4.

Охладитель наддувочного воздуха

Охладитель наддувочного воздуха используется для увеличения плотности воздуха, подаваемого от турбокомпрессора к впускному коллектору. При сжатии в турбокомпрессоре температура наддувочного воздуха повышается. Такое тепловыделение еще более увеличивает плотность наддувочного воздуха, вследствие чего в цилиндры попадает меньше кислорода, что уменьшает мощность дизельного двигателя 2.2 TD4.

Чтобы компенсировать этот недостаток, прежде чем попасть в дизельный двигатель 2.2 TD4, воздух проходит через охладитель наддувочного воздуха. Температура сокращается за счет выделения тепла в атмосферу. Охлаждение воздуха на впуске также помогает сократить вредные выбросы, уменьшая образование оксидов азота (NOx).

Принцип действия

Окружающий воздух засасывается через воздушный фильтр и датчик массового расхода воздуха (MAF) в компрессор турбокомпрессора с изменяемой геометрией (VGT). Затем сжатый воздух проходит через охладители наддувочного воздуха и дроссельную заслонку с электроприводом во впускные коллекторы.