Зачем на двигатель устанавливают турбокомпаунд
Турбокомпаундный двигатель (ТКД) — двигатель внутреннего сгорания, в котором работа газов происходит не только в цилиндропоршневой группе, но и в силовой турбине, связанной с коленчатым валом.
Стремление к увеличению эксплуатационных качеств двигателей за счет их скрытых возможностей является перспективным направлением для многих автомобильных компаний, и применение турбокомпаунда — характерный тому пример.
Целью создания данного технического новшества, которое впервые было применено шведской компанией Scania в 1990 г., было повышение мощностных и эксплуатационных характеристик дизельных двигателей.
Принцип работы турбокомпаунда основан на использовании энергии отработавших газов, что позволило увеличивать мощность двигателей.
Увы, но энергия, которая выделяется при сгорании топлива в цилиндрах, для передвижения автомобиля используется неполностью.
В двигателях внутреннего сгорания ориентировочно в механическую (полезную) энергию преобразовывается около 40–45 %, примерно 20–25 % (а иногда и больше) — теряется на нагрев деталей, 30–40 % — уходит с отработавшими газами.
Использовать энергию, которая теряется с выхлопными газами, вполне возможно, и это уже неоднократно доказано.
Первый этап использования энергии отработавших газов производится в турбокомпрессоре. Он предназначен для нагнетания под давлением воздуха в цилиндры двигателя.
Выхлопные газы с температурой 600–700 °C поступают в газовую турбину турбокомпрессора, раскручивая ее до 55 000–100 000 об/ мин. Она вращает центробежный компрессор, который нагнетает воздух через впускной трубопровод в цилиндры. Соответственно, большая масса воздуха обеспечивает более полное сгорание даже увеличенной порции топлива, вследствие чего повышается мощность и экономичность двигателя.
Но при этом энергия отработавших газов используется неполностью. Пройдя через турбину, выхлопные газы теряют около 100 °C, а значит, из 40 % энергии используется примерно 15 %, а остальные 25 % идут в выхлопную трубу.
Для дальнейшего использования оставшейся энергии был разработан специальный турбокомпаундный блок, благодаря которому энергия отработавших газов преобразуется в механическую энергию и через специальный привод передается на коленчатый вал, повышая мощность двигателя.
Из турбины турбокомпаундного блока отработанные газы уже выходят с температурой 480–500 градусов.
На автомобилях турбокомпаунд впервые появился в 1991 г., когда фирма Scania представила автомобильный шестицилиндровый дизель DTC11, оснащенный силовой турбиной. Данный двигатель имел рабочий объем 11 литров и развивал мощность 400 л. с.
Продолжение статьи читайте в июльском номере журнала "Наука и техника" за 2021 год. Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.
В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.
