Зачем на двигатель устанавливают турбокомпаунд

Стремление увеличения эксплуатационных качеств двигателей за счет его 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 году, было повышение мощностных и эксплуатационных характеристик дизельных двигателей.

Дизельный двигатель Scania DT 12 02, разработанный компанией в 2001 году, работая как обычный турбо дизель развивал мощность 420 л. с., а после установки турбокомпаундого блока его мощность выросла до 470 л. с.

Принцип работы турбокомпаунда основан на использовании энергии отработавших газов, что позволило увеличивать мощность двигателей.

Покинув турбокомпрессор выхлопные газы с температурой в диапазоне 650 — 750 градусов через тормоз двигателя (так называемый горный тормоз) попадают в специальную силовую турбину, которая вращается на скорости до 55 тыс. об/мин. Полученный крутящий момент через гидромуфту и систему понижающих редукторов передается на коленчатый вал двигателя. И только тогда выхлопные газы направляются в атмосферу. Роль гидромуфты очень важна, так как благодаря ей происходит сглаживание меняющихся частот турбины турбокомпаунда и коленчатого вала.

Увы, но энергия, которая выделяется при сгорании топлива в цилиндрах, для передвижения автомобиля используется не полностью.

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 её 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 не полностью. Пройдя через турбину выхлопные газы теряют около 100 °C, а значит с 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.

Особенность инновационной разработки позволила повысить мощность двигателя, улучшить его экономичность и в целом получить более высокий КПД двигателя. Благодаря наличию гидравлической муфты обеспечивается устойчивость работы агрегата при резком изменении нагрузки. Двигатель работает более плавно, поскольку увеличение мощности обеспечивается за счет вращения коленчатого вала турбиной, а не за счет толчков кривошипно-шатунного механизма. не снижается, а, напротив. За счет разгрузки поршневого механизма долговечность двигателя повышается.
К недостаткам можно отнести увеличение стоимости двигателя и некоторое усложнение его конструкции из-за чего обслуживание и при необходимости ремонт становятся дороже