TDI двигун: що це таке?
Мотори сімейства TDI є лінійкою дизельних силових агрегатів, які виробляє німецький автогігант Volkswagen. Дизельні двигуни, позначені абревіатурою TDI (від англ. Turbocharged Direct Injection) представляють собою установки з турбокомпресором і обладнані системою безпосереднього вприскування палива. Зазначені ДВС можна зустріти на різних дизельних моделях автомобілів, виробники яких входять до складу концерну WAG (Audi, Volkswagen, Skoda і т.д.)
Рекомендуємо також прочитати статтю про те, що таке система EGR. З цієї статті ви дізнаєтеся про призначення та принципи роботи системи рециркуляції відпрацьованих газів бензинового і дизельного двигуна.
Історія створення мотора TDI
Дизельний двигун завжди привертав різні компанії своїм нерозкритим до кінця потенціалом. Основним завданням, яке ставилося перед інженерами, було перетворення галасливого, тихохідного і малооборотістого агрегату в такий мотор, який можна було б з легкістю встановлювати в легкові авто. Результатом стало створення потужного, економічного та екологічного дизеля, який за своїми експлуатаційними характеристиками був максимально наближений до бензиновому силовому агрегату.
Першопрохідцем в цьому напрямку стала компанія Audi, яка в далекому 1980-му встановила 1.6-літровий дизельний 54-сильний атмосферник під капот своєї популярної моделі Audi 80. Подальше вдосконалення та розвиток технологій призвів до того, що вже в 1989 Audi першими в світі налагодили і запустили в масове виробництво компактний, тяговітий і потужний турбодизель, який отримав широко відоме сьогодні позначення TDI.
Перший TDI був дизельний двигун з 5 циліндрами, мав робочий об’єм 2.5 літра, оснащувався турбонаддувом з інтеркулером (система проміжного охолодження повітря, що нагнітається). Максимальна потужність цього мотора становила 120 к.с. Показник крутного моменту знаходився на позначці 256 Нм і досягався при виході на 2250 об / хв.
З моменту появи на ринку даний силовий агрегат став досить затребуваним, так як був гідну альтернативу не тільки дизелів інших виробників, але і цілком був здатний скласти конкуренцію моторам на бензині. TDI від Ауді забезпечував прекрасну динаміку, при цьому витрата палива був істотно нижче в порівнянні з іншими аналогами.
Особливості та переваги двигуна TDI
Після входження Audi до складу WAG, концерн Volkswagen зайняв перші позиції в списку виробників дизельних двигунів. Інноваційні інженерні рішення і напрацьовані технології виробництва забезпечили моторам TDI:
- низький рівень шуму при роботі;
- високий показник крутного моменту;
- невелика витрата палива;
- зниження токсичності відпрацьованих газів;
Сьогодні дизельний двигун TDI порівняно з аналогами має ряд переваг, серед яких окремо виділяють паливну економічність і ККД. Одним з основних плюсів заслужено вважається більш високий тиск упорскування порівняно з продуктивністю інших систем. Тиск уприскування в моторах TDI знаходиться на позначці 2050 бар, тоді як аналоги видають лише 1350 бар.
В TDI інжектор об’єднаний з насосом, що дозволяє реалізувати максимальний контроль над усіма процесами паливного вприскування. Таке рішення забезпечує двигуну TDI високий крутний момент, а також еластичну роботу даного дизеля на різних режимах. Завдяки даній системі подачі палива сам процес згоряння дизпалива в моторах ТДІ більш рівномірний і відбувається «делікатно», тобто з мінімальними ударними навантаженнями. З цієї причини істотно знизився рівень шуму під час роботи дизеля, а також впало вміст оксиду азоту в відпрацьованих газах. Іншими словами, дизельний TDI двигун є потужним, тихим, найменш шкідливим для навколишнього середовища і найекономічнішим мотором серед доступних на ринку дизельних силових агрегатів.
Надійність дизельних TDI
Установка турбонаддува дозволила дизельному двигуну розвивати велику потужність, а також збільшився ККД дизеля. Що стосується моторів TDI, то дані двигуни є досить надійними за умови правильної експлуатації. Найбільш сильно на справність цих ДВС впливає якість палива і своєчасне обслуговування. При належному догляді сам мотор може виявитися навіть «мільйонником».
Слабким місцем TDI вважаються форсунки і турбокомпресор. Ресурс форсунок безпосередньо залежить від якості дизпалива і загального стану системи харчування дизельного TDI. Термін служби турбіни може варіюватися, середній показник ресурсу становить 120-160 тис. Км.
Паливний впорскування в моторах TDI
На ранніх етапах розвитку дизельних ДВС тиск в системі, яка передбачає наявність ТНВД в зв’язці з простими механічними форсунками, було якихось 20-40 Бар. Сучасний дизель має тиск на мінімальній позначці в 1600 Бар і вище. Тенденція до збільшення тиску уприскування палива пов’язана з тим, що дизельні двигуни відрізняються дуже коротким часом, яке відводиться на процес сумішоутворення.
Якщо колінвал обертається на 2000 об / хв, тоді на змішування порції дизпалива з повітрям виділяється всього 3-4 мілісекунди. Збільшення частоти обертання колінчастого вала ще більш скорочує цей часовий відрізок. Також приготування однорідної паливно-повітряної суміші стає можливим тільки завдяки збільшенню тиску вприскування. У випадку з низьким тиском паливна суміш буде неякісної, процес згоряння відрізняється низькою ефективністю. Результатом стає підвищення токсичності вихлопу дизеля і низький ККД.
Раніше за паливний уприскування на дизелі відповідав ТНВД, який працює в парі з механічними форсунками, сьогодні на дизельні мотори ставляться системи Common Rail. Так як процес горіння в дизелі є вибухом від контакту порції солярки з розігрітим на такті стиснення повітрям, то час вприскування дуже обмежена.
ТНВД в сучасному дизелі просто створює тиск в загальній магістралі, а пьезоінжекторамі (п’єзоелектричні форсунки) TDI здатні впорскувати чітко визначену кількість дизпалива в циліндри дизельного двигуна за дуже короткий проміжок часу (менш ніж за 0,2 мілісекунди) по команді ЕБУ.
Також в окремих конструкціях систем харчування дизельних ДВС можна зустріти так звані насос-форсунки. Це означає, що кожна інжекторна форсунка обладнана власним насосом високого тиску. Виходить, розвиток дизельних технологій сьогодні зводиться до збільшення тиску уприскування і максимальної ефективності роботи системи турбонаддува. Так вдається вирішити головні завдання: збільшити потужність і знизити рівень токсичності відпрацьованих газів.
Наддувши TDI: турбіна із змінною геометрією
Від ефективності роботи турбоанддува TDI значною мірою залежить не тільки динаміка, але і економічність поряд з екологічністю. Правильне наддуву повітря повинно бути реалізовано в максимально широкому діапазоні. З цієї причини на мотори TDI ставиться турбокомпресор із змінною геометрією турбіни.
Провідні виробники турбін в світі використовують такі назви:
- Турбіна VGT (від англ. Variable Geometry Turbocharger, що означає турбокомпресор із змінною геометрією). Проводиться BorgWarner.
- Турбокомпресор для дизеля VNT (від англ. Variable Nozzle Turbine, що означає турбіна зі змінним соплом). Ця назва використовує фірма Garrett.
Турбонагнетатель із змінною геометрією відрізняється від звичайної турбіни тим, що має можливість регулювання як напряму, так і величини потоку відпрацьованих газів. Дана особливість дозволяє домогтися найбільш придатною частоти обертання турбіни стосовно конкретного режиму роботи ДВС. Продуктивність компресора в цьому випадку сильно підвищується.
Наприклад, турбіна VNT має в основі конструкції спеціальні напрямні лопатки. Додатково є механізм управління, а також відзначено наявність вакуумного приводу. Зазначені лопатки турбіни виробляють поворот на необхідний кут навколо свій осі, тим самим здатні змінювати швидкість і напрямок потоку вихлопу. Це відбувається завдяки зміні величини перетину каналу.
Механізм управління відповідає за поворот лопаток. Конструктивно механізм має кільце і важіль. На важіль впливає вакуумний привід, який управляє роботою механізму за допомогою спеціальної тяги. Вакуумний привід управляється окремим клапаном, який обмежує тиск наддуву. Клапан є складовим елементом електронної системи управління ДВС та спрацьовує залежно від показників величини тиску наддуву. Ця величина вимірюється окремими датчиками:
- температурний датчик, який вимірює температуру повітря на впуску;
- датчик тиску наддуву;
Іншими словами, турбонаддув на TDI працює так, щоб тиск наддувочного повітря завжди було оптимальним на різних оборотах двигуна. Фактично, турбіна дозує енергію потоку відпрацьованих газів.
- Як відомо, на низьких оборотах двигуна швидкість потоку (енергія) вихлопу є досить низькою. У такому режимі напрямні лопатки зазвичай закриті, чим досягається мінімальний переріз в каналі. В результаті проходження через такий канал навіть невелика кількість газів більш ефективно крутить турбіну, змушуючи компресорне колесо обертатися помітно швидше. Виходить, турбокомпресор забезпечує більшу продуктивність на низьких оборотах.
- Якщо водій різко натискає на газ, тоді у звичайній турбіни виникає ефект так званої «турбоями». Під турбоями слід розуміти затримку відгуку на натиснення педалі газу, тобто не моментальний приріст потужності, а підхоплення після невеликої паузи. Така особливість обумовлена ??інерційністю системи турбонаддува, в результаті чого потоку газів виявляється недостатньо в момент різкого збільшення оборотів коленвала. У турбінах із змінною геометрією напрямні лопатки здійснюють свій поворот з певною затримкою, що дозволяє підтримувати необхідний тиск наддуву і практично позбутися турбоями.
- При їзді на високих і наближених до максимальних обертах двигуна відпрацьовані гази мають максимум енергії. Щоб запобігти створенню надлишкового тиску наддуву лопатки в турбінах із змінною геометрією повертаються так, щоб потужний потік газів рухався по широкому каналу з найбільшим поперечним перерізом.
Рекомендуємо також прочитати статтю про термін служби турбін на дизелі. З цієї статті ви дізнаєтеся про ресурс даного агрегату порівняно з бензиновими аналогами, а також отримаєте можливість ознайомитися з основними порадами та рекомендаціями для збільшення ресурсу турбіни дизельного двигуна.
Щодо малий ресурс турбокомпресора пов’язаний з тим, що на TDI ставляться виключно турбіни із змінною геометрією. Турбокомпресор під час роботи двигуна розкручується до 200 тис. Об / хв і постійно взаємодіє з потоком розігрітих до 1000 градусів за Цельсієм вихлопних газів. Такі температурні і механічні навантаження, а також індивідуальні особливості конструкції зазначених турбін порівняно швидко призводять до необхідності ремонту або заміни турбокомпресора.
Підведемо підсумки
Завдяки напрацюванням і інженерним рішенням компанії Audi дизельному двигуну вдалося піднятися на новий щабель своєї еволюції. Економічність моторів TDI є своєрідним рекордом. Модель Audi 100 TDI пройшла 4 814,4 кілометра на запасі палива, рівному за все одному повного паливного баку. Середня швидкість руху становила близько 60 км / год, при цьому середня витрата пального виявився на позначці трохи більше 1.7 л на 100 км. Також мотори TDI впритул тіснять бензинові агрегати не тільки на вулицях, але і на гоночних треках. Чудовим прикладом можна вважати дизельну Audi R10 TDI, яка регулярно здобуває перемоги на найскладніших трасах.
Наостанок додамо, що основною запорукою довгого життя як мотора TDI, так і будь-якого іншого, є правильний підбір і своєчасна заміна моторного масла, грамотна експлуатація і їзда на якісному паливі, а також професійний сервіс. Дотримання даних умов дозволить двигуну та іншим суміжним системам зберігати працездатність не одну сотню тисяч кілометрів.
