Для многих людей термин turbo compound не только труднопроизносим, но и ассоциируется с чем-то таинственным и непонятным.
Даже те, кто считает себя технически подкованным и в курсе последних инноваций, не могут легко определить термин «турбо», хотя впервые он появился в терминологии в 1990 году.
Турбокомпрессоры впервые были использованы в дизельном двигателе DTS 11 01, разработанном шведской компанией Scania в 1990 году, цель этого нововведения будет объяснена позже.
Назначение
Целью этой инновации было увеличение мощности и производительности дизельных двигателей.
Принцип работы
Принцип работы турбокомпрессора был основан на использовании энергии выхлопных газов, которые буквально появлялись из ниоткуда, для увеличения мощности двигателя.
Давно известно, что энергия, выделяемая при сгорании топлива в двигателе, используется не полностью.
Доля используемой энергии варьируется от двигателя к двигателю, но средние показатели следующие
- Энергия, преобразованная из тепловой энергии в механическую (полезную) энергию — 40-45%, и
- Тепловая энергия, используемая для нагрева компонентов двигателя — 20-25%, и
- тепловая энергия, уходящая с выхлопными газами — 30-40%.
Тепловая энергия, используемая для нагрева двигателя, «отбивается» специально созданной системой охлаждения.
Однако весьма вероятно, что 30-40% энергии, выделяющейся из выхлопных газов, будет использовано, и ученые уже доказали это.
Первый этап использования энергии
Впервые энергия выхлопных газов была использована для повышения эффективности дизельных двигателей в 1961 году на знаменитом двигателе Scania DS10, где впервые был установлен нагнетатель.
Общеизвестно, что целью нагнетателя является сжатие воздуха в цилиндрах двигателя, что приводит к хорошему сгоранию и увеличению мощности двигателя. Сжатый воздух сжимается с использованием энергии отработанных газов.
Однако эта энергия используется не полностью.
В среднем, отработанный воздух выходит из цилиндров двигателя при температуре 650-750°C.
Когда он проходит через турбину компрессора, температура снижается примерно до 550-650°C, поэтому теряется около 100°C. Это означает, что из 40% энергии используется примерно 15%, а остальные 25% выбрасываются через выхлопную трубу.
Второй этап использования энергии
Для утилизации оставшейся энергии был разработан специальный нагнетатель, который преобразует энергию выхлопных газов в механическую энергию. Это передается на коленчатый вал двигателя через специальный привод, что повышает эффективность работы двигателя.
Выхлопные газы выходят из турбокомпрессора нагнетателя уже при температуре 480-500°C.
Полезно знать — что такое интеркулер: работа, устройство, принцип действия.
Как все работает
- После процесса сгорания отработанные газы выходят из цилиндров двигателя через выпускной коллектор при температуре 650-750°C.
- На первом этапе выхлопные газы вращают лопасти турбокомпрессора. Именно это и происходит во время вышеописанного процесса.
- Выхлопные газы от нагнетателя направляются от тормоза двигателя (так называемого горного тормоза) к специальной силовой турбине, которая работает на скорости 55 000 об/мин.
- Полученный крутящий момент передается на коленчатый вал двигателя через систему гидромуфты и коробку передач, а от него на маховик и коробку передач при скорости вращения до 1900-2000 об/мин.
- Только после этого выхлопные газы могут быть выброшены в атмосферу.
Роль гидромуфты является решающей в сглаживании изменения частоты между турбиной и маховиком.
Практическое применение
Scania нашла широкий спектр применения турбокомпрессорам для дизельных двигателей, разработанным для грузовых автомобилей.
Примером может служить 12-цилиндровый дизельный двигатель DT1202, разработанный в 2001 году.
Разработанный как обычный турбодизель, DT1202 ранее производил 420 л.с., но внедрение турбоблока увеличило мощность до 470 л.с.
Турбоагрегат совместим почти со всеми дизельными двигателями грузовиков Scania. Все, что требуется, — это желание заказчика.
Чтобы уточнить, внедрение нагнетателя было успешным
- Увеличение мощности двигателя при относительно низкой частоте вращения коленчатого вала, повышение
- Расход топлива, и
- стабильность работы двигателя при резких изменениях условий эксплуатации автомобиля; и
- плавная, безударная работа двигателя, достигаемая за счет непрерывной передачи дополнительной мощности от нагнетателя к коленчатому валу. Это приводит к более плавному импульсу нагрузки.
- Более комфортная езда в автомобилях с турбонаддувом.
Технологии не стоят на месте. Стремление повысить производительность двигателя за счет его скрытого потенциала является перспективным направлением для многих автопроизводителей, и пример турбокомпрессора Scania — хороший пример для подражания.
