Работая с дизельными силовыми агрегатами двадцать лет, я вижу, как каждая сотая калория горючего ценится конструкторами. Турбокомпаунд воспринимаю как ловца упорхнувшей энергии: устройство перехватывает жар-птицу выхлопа уже за турбонагнетателем. Термин переводится с английского compound turbocharging, однако смысл шире. Дополнительная турбина, именуемая силовой, связана через планетарный редуктор с коленвалом и направляет на вал до пяти процентов идущей в трубу мощности.
Принцип работы
Горячий поток после рабочего колеса турбонагнетателя несёт крупный запас энтальпии. Без турбокомпаунда энергия гаснет в атмосферу. Силовая турбина расширяет газы почти изоэнтальпийно, вращаясь до пятьдесят пяти тысяч оборотов в минуту. Через вискомуфту момент поступает зубчатому каскаду, который прибавляет двигателю до семидесяти пяти ньютон-метров.
При расчёте применяю показатель ζt — безразмерный коэффициент утилизации. Когда ζt держится на уровне ноль целых двадцать восемь — ноль целых тридцать два, температура отхождения снижается на восемьдесят – сто десять градусов, а удельный расход падает на пять – семь граммов на киловатт-час. Редкие публикации называют величину «энтальпийный остаток» — практичный индикатор скрытой работы.
Конструктивные нюансы
Силовая турбина изготовлена из Inconel 713C, сплав спокойно выдерживает девятьсот шестьдесят градусов. Лопатки полые, залиты солью при литье по выплавляемым моделям. Внутренняя щелевая схема охлаждения формирует псевдоламинарный экран, что продлевает ресурс до одного целого двух десятых миллиона километров.
Гидродинамическая муфта с кремнийорганической жидкостью сглаживает пульсации. Червячная пара редуктора шумит сильнее цепи, потому применён Z-образный планетарный ряд, нагруженный через тороидальную обойму. Визуально конструкция напоминает карусель, где зубья бегут по кольцевому статору.
Преимущества установки
Утилизация пост турбинной энергии повышает эксергетический КПД без роста среднего эффективного давления в цилиндрах. Тепловой фронт в DPF гаснет быстрее, сажа окисляется при меньших пиках, а NOx сокращается вследствие более холодного выхлопа.
Тяга на низких оборотах выигрывает, так как силовая турбина вкладывает дополнительные ньютон-метры раньше, чем раскручивается компрессорная. На испытательном стенде грузового рядника AMT 13 дополнение в виде компаунда снизило расход до ста восьмидесяти четырёх граммов на киловатт-час при одной тысяче ста оборотах.
Связка турбокомпаунд-стартер-генератор формирует гибрид без ремней: сорок восьмивольтовая MGU, встроенная в шестерённый поезд, получает до двенадцати киловатт рекуперации на трассовом режиме и отдаёт столько же при трогании. Дальнейшее развитие вижу в переходе на эвольвентную шлицевую муфту с хитиновым сухим диском — он не нуждается в давлении масла.
Турбокомпаунд демонстрирует: дизель способен черпать запас, скрытый в собственном выдохе. При грамотной адаптации агрегата к циклу движения экономия топлива сопоставима с эффектом полного отключения одного цилиндра.
