Турбокомпаундный двигатель

Автор: Владимир Егоров
Источник: icarbio.ru

9499 2

Турбокомпаундный двигатель (ТКД)

Двигатель внутреннего сгорания, в котором работа газов происходит не только в цилиндро-поршневой группе, но и в силовой турбине, связанной с коленчатым валом.

Большое распространение получили турбокомпаундные двигатели большой размерности. Сначала корабельные, а затем и авиационные моторы (например, на самолетах «Boeing B-29» и «Douglas DC-7»).

Однако турбокомпаундный силовой агрегат дает экономию топлива, а также имеет лучшие показатели надежности и долговечности в сравнении с классическим поршневым двигателем. Если коэффициент полезного действия (КПД) бензинового двигателя составляет около 30 – 35 %, а дизеля с турбонаддувом – 40 %, то КПД турбокомпаундного мотора может достигать 46 %. Экономичность, надежность и долговечность играют важную роль для коммерческого автотранспорта, поэтому с начала 90-х годов XX века начались попытки внедрения силовой турбины в дизельный двигатель на грузовиках.

Устройство и принцип работы

Турбокомпаунд преобразует энергию, которая в противном случае и ушла бы в атмосферу, в работу за счет силовой турбины, приводимой в действие выхлопными газами. Это типичный пример утилизации остаточной энергии отработавших газов.

Устройство турбокомпаундного двигателя «Scania»

Турбокомпаундный двигатель – это частный случай компаундного двигателя. В последнем дополнительная работа извлекается при расширении отработавших газов в цилиндре низкого давления.

Как правило, современный дизель уже включает две турбины. Это газовая и компрессорная (по сути, центробежный компрессор) турбины турбонаддува посаженные на один вал. При компаундировании двигателя добавляется третья – силовая турбина (компаунда). Она также вращается отработавшими газами со скоростью до 55000 об/мин. Чтобы передать такое быстрое вращательное движение на коленчатый вал, создавав тем самым полезную прибавку крутящего момента, необходимо уменьшить скорость вращения до примерно 2000 об/мин за счет шестерней и гидромуфты. Гидравлическая муфта не увеличивает передаваемый момент, но ее пробуксовка позволяет плавно согласовать различные частоты вращения (при их резком изменении) маховика и силовой турбины.

Схема работы турбокомпаундного двигателя

Рассмотрим, как работает турбокомпаундный двигатель:

1. Выхлопные газы с температурой 600 – 700 °C поступают в газовую турбину наддува, раскручивая её до 55000 – 100000 об/мин.
2. Газовая турбина через вал передает вращение на центробежный компрессор туробонаддува, который нагнетает воздух во впускной трубопровод для приготовления горючей смеси.
3. Выхлопные газы покидают турбонаддув, потеряв там около 100 °C.
4. Отработавшие газы, сохраняя высокую температуру, поступают в силовую турбину турбокомпаунда, раскручивая её примерно до 55000 об/мин.
5. Вращение силовой турбины передается через понижающую передачу и гидравлическую муфту на коленчатый вал и маховик двигателя.
6. Температура газов на выходе из турбокомпаунда также снижается примерно на 100 °C. Выхлопные газы отводятся через выпускную систему.

Турбокомпаундный дизель

Но автомобилях турбокомпаунд появился в 1991 году, когда фирма «Scania» представила автомобильный шестицилиндровый дизель «DTC11», оснащенный силовой турбиной. Данный двигатель имел рабочий объем 11 литров и развивал мощность 400 л. с. Также он был на пару сотен килограммов легче 14-литровой «восьмерки» аналогичной мощности без турбокомпаунда.

Инженеры «Scania» предвещали этому мотору прекрасное будущее, но как оказалось двигатель «DTC11» работал слишком «жестко». Кроме того, он показал недостаточную топливную экономичность. В результате спрос на данный двигатель был недостаточным (выпущено всего 1500 шт.), поэтому его производство было свернуто.

Эта неудача привела к тому, что появления нового шведского шестицилиндрового турбокомпаундного двигателя «Scania DT 12 02» затянулось. Чтобы снова не потерпеть провал, «Scania» в 1998 году запустила в опытную эксплуатацию 25 грузовиков с турбокомпаундом. Отзывы водителей – самые хорошие. Новый мотор работает очень тихо, а также экономичность на высоком уровне.

Максимальная мощность «Scania DT 12 02» достигает 470 л. с. при рабочем объеме 12 л, что на 50 сил больше, чем у аналога без турбокомпаунда. Но силовая турбина – только одна особенность нового мотора. Второе новшество – это необычные насос-форсунки HPI (High Pressure Injection), созданные в сотрудничестве с фирмой «Cummins». В насос-форсунах HPI управление впрыском осуществляется гидравлически, с помощью самого топлива. Чем больше дизельного топлива под давлением 18 атмосфер поступит в насос-форсунку по управляющему каналу, тем раньше начнется впрыск (его давление – 1500 атмосфер, а в будущем – до 2400). Также «Scania» разработала новый электронный блок управления двигателем.

Преимущества и недостатки

Плюсы:

• рост эффективного КПД двигателя, а, следовательно, низкий удельный расход топлива;
• вращение коленчатого вала дополняется постоянной передачей усилия от силовой турбины, что сглаживает пульсацию нагрузки, вызванную периодическими тактами сгорания в цилиндрах;
• разгрузка поршневой части двигателя приводит к улучшению показателей надежности и долговечности.

Минусы:

• усложнение конструкции;
• усложнение обслуживания;
• как следствие, увеличение стоимости.

Комментарии

Ваше имя:
Ваш e-mail:		необязательное поле
Мы будем рады, если Вы оставите свой комментарий.
Кто Вы?	Человек Робот

Танковый двухтактный дизель 5ТДФ - тот же компаунд, правда без муфт и электроники

михаил 28.05.14 15:19:34

хороший сайт

гость 28.05.14 21:36:27