Турбины дизельного двигателя 3.0 TD на Discovery 4, Range Rover Sport, Range Rover

Дизельный двигатель 3.0 TD Discovery 4 использует два турбокомпрессора: с постоянной геометрией (дополнительный) и переменной геометрией (основной). Турбокомпрессор с постоянной геометрией установлен на правом ряду цилиндров, а с переменной - на левом ряду.

Оба турбокомпрессора используются в системе параллельного турбонаддува, который позволяет дизельному двигателю 3.0 TD Discovery 4 быстрее реагировать на нажатие педали акселератора при небольших оборотах двигателя и эффективно использовать энергию выхлопных газов на высоких оборотах.

Турбокомпрессор с переменной геометрией (левый) оснащен электронным поворотным приводом, работой которого управляет модуль управления дизельным двигателем 3.0 TD (ЕСМ). Поворотный привод регулирует угол лопаток турбины для оптимизации объема и скорости потока отработавших газов на колесе турбины с целью поддержания необходимого давления наддува.

Система параллельного турбонаддува включает два турбокомпрессора и ECM. Основная турбина с изменяемой геометрией сопла работает во всех диапазонах оборотов дизельного двигателя 3.0 TD, но наиболее эффективна она при оборотах до 2800 об/мин. На оборотах свыше 2800 об/мин под нагрузкой включается турбина с постоянной геометрией, и оба турбокомпрессора работают параллельно в режиме "би-турбо".

РАБОТА СИСТЕМЫ

Турбокомпрессоры

Турбинное колесо использует отработавшие газы дизельного двигателя 3.0 TD для привода колеса компрессора . Колесо компрессора засасывает чистый воздух, который подается в цилиндры в сжатом виде.

Основной турбокомпрессор (левая турбина) с изменяемой геометрией обеспечивает оптимальное расположение лопаток турбины на впуске (площадь входа и угол потока), что позволяет эффективно использовать его в самых разных условиях работы.

Это ускоряет отклик и создает более высокое давление наддува на небольших оборотах. Угол поворота лопаток турбины определяет как площадь входа, так и угол потока. Управление этими параметрами осуществляет модуль управления дизельным двигателем 3.0 TD (ЕСМ). Регулируемые лопатки позволяют эффективно использовать энергию выхлопных газов, что, в свою очередь, повышает эффективность турбокомпрессора и дизельного двигателя 3.0 TD.

Работой поворотных лопаток основного турбокомпрессора управляет ECM. ECM управляет электронным поворотным приводом, закрепленным на турбокомпрессоре, который используется для регулировки угла поворота лопаток за счет поворота корпуса турбины. Электронный поворотный привод также подает в ECM сигнал обратной связи для определения угла поворота лопаток.

Поворотные лопатки турбокомпрессора улучшают перенос энергии выхлопных газов на колесо турбины, которое, в свою очередь, приводит в действие колесо компрессора. На малых оборотах дизельного двигателя 3.0 TD это значительно повышает давление наддува турбокомпрессора.

При увеличении оборотов дизельного двигателя 3.0 TD и, соответственно, скорости выхлопных газов, лопатки открываются. Величину открытия определяет ECM, добиваясь соответствия переноса энергии от колеса турбины на колесо компрессора потребностям в скорости и давлении наддува турбокомпрессора.

При высоких оборотах дизельного двигателя 3.0 TD и скорости потока газов ECM увеличивает угол открытия лопаток, чтобы не допустить заброса оборотов турбины и обеспечить плавную работу на высокой скорости. В этот момент включается режим двойного наддува за счет использования дополнительного турбокомпрессора (с постоянной геометрией). Турбокомпрессор с постоянной геометрией оснащен датчиком температуры на выходе, который расположен рядом с кислородным датчиком в закрытом двойном каталитическом нейтрализаторе, и датчиком давления на выходе, который получает сигналы от APP (положение педали акселератора) и ECM.

Режим двойного наддува

Система двойного наддува состоит из двух турбокомпрессоров и программного обеспечения в ECM. Два турбокомпрессора могут работать в двух режимах: поодиночке и совместно (режим "би-турбо").

Чистый воздух засасывается через воздушный фильтр и счетчик массового расхода воздуха (MAF) в компрессор основного турбокомпрессора. Сжатый воздух затем проходит через охладитель и поступает в дизельный двигатель 3.0 TD.

Запорный клапан турбины на дополнительном турбокомпрессоре закрыт, поэтому выхлопные газы не могут воздействовать на турбину дополнительного турбокомпрессора. В этой ситуации все давление наддува обеспечивается основным турбокомпрессором.

Когда рабочие параметры дизельного двигателя 3.0 TD приближаются к предельным значениям основного турбокомпрессора (примерно 2800 об/мин под нагрузкой), программное обеспечение режима двойного наддува в ECM начинает переключение на параллельную работу двух турбокомпрессоров. Дополнительный турбокомпрессор активируется путем открытия клапана отсечки турбины, что позволяет выхлопным газам проходить через турбину.

Вначале дополнительный турбокомпрессор не создает давление надува наравне с основным турбокомпрессором. Поэтому первоначальное давление наддува от второго турбокомпрессора передается через клапан рециркуляции на вход чистого воздуха основного турбокомпрессора. По мере повышения давления в дополнительном турбокомпрессоре клапан рециркуляции закрывается и открывается отсечной клапан компрессора для увеличения наддува от дополнительного турбокомпрессора, который направляется в охладитель нагнетаемого воздуха.

Схема работы одного турбокомпрессора

1 - турбина со стационарными лопатками; 2 - клапан отсечки турбины; 3 - фильтр твердых частиц для дизельного топлива/сажевый фильтр (DPF); 4 - гибкие центральные резонаторы; 5 - каталитический нейтрализатор отработавших газов; 6 - турбокомпрессор с переменной геометрией; 7 - двигатель; 8 - дроссельная заслонка; 9 - воздушный фильтр; 10 - Счетчик массового расхода воздуха (MAF); 11 - охладитель нагнетаемого воздуха; 12 - клапан отсечки компрессора; 13 - клапан рециркуляции.

Схема переключения в режим "би-турбо"

1 - турбина со стационарными лопатками; 2 - клапан отсечки турбины; 3 - фильтр твердых частиц для дизельного топлива/сажевый фильтр (DPF); 4 - гибкие центральные резонаторы; 5 - каталитический нейтрализатор отработавших газов; 6 - турбокомпрессор с переменной геометрией; 7 - двигатель; 8 - дроссельная заслонка; 9 - воздушный фильтр; 10 - Счетчик массового расхода воздуха (MAF); 11 - охладитель нагнетаемого воздуха; 12 - клапан отсечки компрессора; 13 - клапан рециркуляции.

Схема режима "би-турбо"

1 - турбина со стационарными лопатками; 2 - клапан отсечки турбины; 3 - фильтр твердых частиц для дизельного топлива/сажевый фильтр (DPF); 4 - гибкие центральные резонаторы; 5 - каталитический нейтрализатор отработавших газов; 6 - турбокомпрессор с переменной геометрией; 7 - двигатель; 8 - дроссельная заслонка; 9 - воздушный фильтр; 10 - Счетчик массового расхода воздуха (MAF); 11 - охладитель нагнетаемого воздуха; 12 - клапан отсечки компрессора; 13 - клапан рециркуляции.

Когда дополнительный турбокомпрессор достигает требуемых рабочих параметров, клапан рециркуляции закрывается, а клапан отсечки компрессора открывается. ECM поддерживает работу дизельного двигателя 3.0 TD в режиме "би-турбо", когда задействованы одновременно основной и дополнительный турбокомпрессоры. Когда программное обеспечение режима двойного наддува определит, что дизельному двигателю 3.0 TD больше не требуется дополнительного наддува, система переключается обратно в монорежим.

Если дизельный двигатель 3.0 TD работает на холостых оборотах более трех минут, включается дополнительный турбокомпрессор для обеспечения правильной смазки. Это достигается путем повышения давления в полостях подшипников вала турбины через трубопровод, подсоединенный к системе впуска воздуха, и периодического открытия отсечного клапана для включения турбокомпрессора.

Управление отсечным клапаном турбины и компрессора

Работой отсечных клапанов турбины и компрессора дополнительного турбокомпрессора управляет ECM с помощью вакуумной системы. В запорный клапан турбины дополнительного турбокомпрессора встроен датчик положения.

Вакуумное управление отсечным клапаном турбины дополнительного турбокомпрессора

1 - электромагнитный клапан турбины дополнительного турбокомпрессора; 2 - вакуумный резервуар; 3 - вакуумный насос; 4 - отсечной клапан турбины дополнительного турбокомпрессора.

Вакуумное управление отсечным клапаном турбины дополнительного турбокомпрессора

1 - электромагнитный клапан отсечного клапана компрессора; 2 - вакуумный резервуар; 3 - вакуумный насос

Если создание разрежения в запорном клапане прекратится, он по умолчанию перейдет в закрытое положение. Датчик положения передает данные в ECM, который инициирует монорежим наддува, режим ограничения мощности и регистрирует DTC (диагностический код неисправности).

Если в системе возникает неисправность (например, утечка воздуха), отсечной клапан компрессора по умолчанию переключается в закрытое положение. В положении по умолчанию инициируется монорежим наддува и режим ограничения крутящего момента дизельного двигателя 3.0 TD.

Каждый турбокомпрессор состоит их двух элементов - турбинного колеса и колеса компрессора, установленных в отдельных корпусах на едином валу, который вращается на двух полуразгруженных подшипниках.

ТУРБОКОМПРЕССОР С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ (ОСНОВНОЙ)

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией крепится к левому выпускному коллектору. Второй фланец на турбокомпрессоре оснащен тремя встроенными шпильками, которые служат для крепления впускной трубы левого каталитического нейтрализатора.

На выходе турбокомпрессора со стороны компрессора имеется два патрубка. Центральный патрубок служит для подачи чистого воздуха от фильтра в компрессор. Второй патрубок на внешней стороне корпуса служит для подсоединения трубы, соединяющей турбокомпрессор с охладителем нагнетаемого воздуха.

В стандартной конструкции турбокомпрессора колесо турбины и колесо компрессора расположены на одном валу, который опирается на подшипники. В турбокомпрессор моторное масло поступает по трубке из блока цилиндров. Этот маслопровод служит для смазки обоих турбокомпрессоров. Сливной маслопровод турбокомпрессора позволяет маслу стекать обратно в блок цилиндров.

Электронный поворотный привод лопаток турбины установлен на встроенном кронштейне. Поворотный привод соединен с кулачковым рычагом, который приводит в действие корпус турбины для регулировки положения лопаток. Во время работы поворотного привода вращается выступ, который толкает рычаг и преобразует вращательное движение в поступательное. Рычаг соединен с внешней частью корпуса турбины, и поступательное движение преобразуется обратно во вращательное движение корпуса. Работой электронного поворотного привода управляет ECM.

ТУРБОКОМПРЕССОР С ПОСТОЯННОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ (ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ)

Турбокомпрессор с постоянной геометрией крепится к правому выпускному коллектору. Второй фланец на турбокомпрессоре оснащен двумя встроенными шпильками, которые служат для крепления к правой вертикальной трубе выпускной системы.

На выходе турбокомпрессора со стороны компрессора имеется два патрубка. Центральный патрубок служит для подачи чистого воздуха от фильтра. Второй патрубок на внешней стороне корпуса турбокомпрессора служит для подсоединения последнего к охладителю нагнетаемого воздуха.

К задней части турбокомпрессора прикреплен отсечной клапан турбины. ECM управляет клапаном с вакуумным приводом. Клапан закрыт, когда система работает в монорежиме, и выхлопные газы отводятся от правого выпускного коллектора через перепускную трубу в левый выпускной коллектор.

Если требуется режим "би-турбо", ECM подает команду клапану, вакуум открывает отсечной клапан, и выхлопные газы из правого выпускного коллектора приводят в действие турбину турбокомпрессора с постоянной геометрией.