Fot. VW

Podwójne doładowanie (cz.II)

W poprzedniej części tego artykułu przedstawione zostały ogólne zasady działania silnika z podwójnym doładowaniem. Obecna dotyczyć będzie przebiegu jego pracy w różnych stanach obciążeń.

ZOBACZ TAKŻE:

• Podwójne doładowanie (cz.I)

Urządzenie sterujące pracą silnika zapewnia mu zasilanie świeżym powietrzem stosownie do aktualnego obciążenia (potrzebnego momentu obrotowego i prędkości obrotowej). W niektórych warunkach turbosprężarka może się okazać za mało wydajna, by zapewnić odpowiednie ciśnienie doładowujące. Wówczas sterownik silnika włącza dodatkowo kompresor. Bywa to szczególnie potrzebne przy niskich prędkościach obrotowych wału korbowego i zwiększonym momencie obrotowym.

Poszczególne zakresy pracy

Przy niewielkim obciążeniu i niskich obrotach silnika powietrze zasysane swobodnie do jego cylindrów przepływa przez całkowicie otwartą przepustnicę w przewodzie obejściowym kompresora i przez turbosprężarkę. Chociaż turbosprężarka (napędzana gazami spalinowymi) już pracuje, jednak nie zwiększa jeszcze ciśnienia przepływającego przez nią powietrza, ale też jego ilość jest w zupełności wystarczająca.

Przy zwiększonym obciążeniu i małych (do 2400 obr./min) prędkościach obrotowych powietrze przepływa przez kompresor, gdzie następuje jego sprężanie, a następnie przez turbosprężarkę, która je dodatkowo spręża do kolektora ssącego. Ma to miejsce np. w czasie gwałtownego przyspieszania lub pokonywania wzniesień. Wytwarzane przez kompresor ciśnienie doładowania (około 1,75 bara) mierzone jest czujnikiem i regulowane przepustnicą w przewodzie obejściowym.

Ciśnienie doładowania za turbosprężarką mierzy inny czujnik, znajdujący się za chłodnicą powietrza (intercoolerem). Jeśli przepustnica główna jest całkowicie otwarta, w kolektorze dolotowym panuje ciśnienie o maksymalnej wartości 2,5 bara. W czasie pracy przy dużym obciążeniu i większych (2400-3500 obr./min), lecz stałych  prędkościach obrotowych ciśnienie doładowania uzyskiwane jest z samej turbosprężarki. Gdy jednak zachodzi potrzeba intensywnego przyspieszenia, turbosprężarka ze względu na swą bezwładność nie może natychmiast zwiększyć ciśnienia, więc sterownik silnika włącza na odpowiedni czas kompresor. Odbywa się to za pomocą opisanego już wcześniej sprzęgła elektromagnetycznego i poprzez równoczesne przymknięcie przepustnicy w przewodzie obejściowym kompresora. Potem ciśnienie wzrasta już dzięki zwiększającej się wydajności turbosprężarki.

Rys.: Zasady regulacji ciśnienia doładowania

Podczas szybszej jazdy w zakresie wyższych (powyżej 3500 obr./min) prędkości obrotowych silnika pracuje tylko turbosprężarka. Wtedy przepustnica w przewodzie obejściowym kompresora jest całkowicie otwarta, podobnie jak przepustnica główna. Ciśnienie doładowania uzyskiwane przez samą turbosprężarkę jest też regulowane w granicach 2,0 barów dzięki czujnikowi mierzącemu jego wartość i zaworowi pneumatycznemu ze sterowaniem elektromagnetycznym, który ogranicza ciśnienie spalin napędzających turbinę.

Rozwiązania konstrukcyjne

Kompresor przykręcony jest do kadłuba silnika. Jego napęd uzyskuje się z  przekładni pasowej, napędzającej również pompę układu chłodzenia. Kompresor uruchamia sprzęgło elektromagnetyczne znajdujące się w kole pasowym jego napędu. Śrubowe wirniki kompresora obracają się pięciokrotnie szybciej niż wał korbowy, uzyskując maksymalną prędkość 17 500 obr./min. Maksymalne ciśnienie, jakie może wytworzyć kompresor, wynosi około 1,75 bara. Regulacja tego ciśnienia odbywa się przez odpowiednie ustawienie przepustnicy w przewodzie obejściowym kompresora. Kiedy przepustnica jest całkowicie zamknięta, a kompresor włączony, wówczas przez jego wirniki przepływa cała objętość powietrza zużywanego przez silnik.

Tak sprężone powietrze podawane jest przewodem do turbosprężarki. Jeśli  ciśnienie powietrza w tym przewodzie jest zbyt wysokie, zostaje ono skorygowane przez odpowiednie otwarcie przepustnicy obejściowej. Wtedy część sprężonego powietrza kierowana jest do turbosprężarki, a reszta wraca na stronę ssącą kompresora.

Turbosprężarka łączy się z przewodem dolotowym i wydechowym silnika. Jej części ze względu na wysoką temperaturę spalin wykonane są z żaroodpornej stali stopowej. Ciepło z łożysk wału turbosprężarki odprowadzane jest przez odpowiedni obieg płynu chłodzącego, a ich smarowanie odbywa się za pomocą oleju dostarczanego przez zamknięty obieg ciśnieniowy. Do regulacji wydajności i ciśnienia doładowania służą zawory w przewodach obejściowych turbiny i sprężarki.

Autorzy: Leszek Stricker, Wojciech Zabłocki 

Politechnika Wrocławska

Opracowanie oparto na materiałach dostarczonych przez koncern Volkswagen AG.

Tweet

Leszek A. Stricker
Politechnika Wrocławska