Турбокомпаундный двигатель (дизель) — история и описание

0
613

Двигатель Дизеля, или просто дизель — это двигатель внутреннего сгорания с воспламенением рабочей смеси в цилиндре от сжатия: воспламенение топлива в конце такта сжатия происходит не от свечи зажигания, как в бензиновом двигателе, а от тепла сжатого поршнем воздуха.

Патент на турбокомпаундный двигатель был оформлен немецким изобретателем Рудольфом Дизелем еще в 1892 г. Затем в 1896-1897 г. он оформил патенты на принудительную подачу воздуха в цилиндры, известную ныне как турбонаддув, и промежуточное охлаждение этого воздуха. Оба изобретения повышали производительность двигателя, за счет улучшения наполняемости цилиндров.

Если сам дизель в конце 20-х-начале 30-х годов нашел применение на грузовых автомобилях и в военной технике, то турбонаддув как норма появился на дизелях лишь в 70-х годах, а промежуточное охлаждение в 80-х. После этого потери энергии с теплом отработавших газов дизелей снизились до 35-40% общей энергии с теплом отработавших газов дизелей потребляемого, а минимальный удельный расход топлива примерно с 220 до 192-195 г/кВтч.

Шведская «Скания» приступиа к производству еще более эффетивного дизеля модели ДТС 1101, в котором дополнительно использован принцип турбокомпаундирования — превращения части остаточного тепла отработавших газов в механическую энергию. На таком дизеле в выхлопной системе после турбонагнетателя размещена еще одна турбина — силовая. Она соединена с коленчатым валом двигателя двумя рядами прямозубых шестерен с общим передаточным числом 30 и промежуточной гидромуфтой. Последняя сглаживает динамические нагрузки и позволяет согласовывать вращение силовой турбины и коленчатого вала на разных режимах, что невозможно при чисто механической передаче. Газы, пройдя турбонагнетатель, попадают в корпус силовой турбины и раскручивают рабочее колесо. На другом конце вала этого колеса закреплена первая шестерня, с которой и начинается передача развиваемого силовой турбиной крутящего момента. Далее приводится во вращение шестерня на входном валу гидромуфты, сама гидромуфта, шестерня на ее выходном валу и, наконец, промежуточная шестерня, соединенная уже с зубчатым венцом маховика. Вот эта промежуточная шестерня и «подталкивает» маховик, передавая ему часть мощности, которая ранее терялась с отработавшими газами.

Применение турбокомпаундной установки на двигателе ДТС 1101 увеличило на 5% его мощность и крутящий момент — до 297 кВт и 1750 Нм соответственно — по сравнению с базовым двигателем, оборудованным только турбонаддувом и промежуточным охлаждением. Несколько снизилось содержание окислов газа из-за повышенного сопротивления на выпуске — здесь как бы само собой образовалась внутренняя рециркуляция этих газов. А минимальный удельный расход топлива достиг рекордной величины — 187 г/кВтч.

Подобных же результатов можно достичь без турбокомпаундирования дизеля увеличением размеров турбонагнетателя или используя нагнетатель с изменяемой геометрием турбины. Но в первом случае возрастает инерция нагнетателя и окружная скорость концов лопаток турбины, что приводит к ухудшению характеристик работы двигателя на малых оборотах и резкому повышению требований к качеству материала. А во втором очень сложна конструкция нагнетателя, состоящего из более чем ста движущихся деталей, что многократно снижает надежность и долговечность узла. Поэтому турбокомпаундное устройство стало своего рода компромиссом, тем более что эффективнее всего оно только при длительных, близких к максимальным нагрузкам. Отсюда можно предположить, что по крайней мере в ближайшем будущем турбокомпаундные дизели найдут применение только на тяжелых магистральных автопоездах и, возможно, больших междугородных автобусах.

Турбонагнетатель, приводимый во вращение отработавшими газами турбокомпаундного двигателя, увеличивает количество поступающего в цилиндры воздуха, но одновременно из-за своей высокой температуры нагревает этот воздух до +150°C. Расширяясь, то же количество воздуха занимает больший объем и «загнать» его в цилиндры уже труднее. Для «сжатия» воздуха и служит промежуточное охлаждение: воздух из турбонагнетателя попадает в радиатор, подобный радиатору системы охлаждения, где и охлаждается потоком встречного воздуха примерно до +45°C, уменьшаясь в объеме.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here