Выхлоп дизеля содержит до трети топливной энергии, ускользающей в атмосферу горячим, стремительным потоком. Я привык относиться к этому потоку как к денежному ручью, который утекал сквозь пальцы инженеров несколько десятилетий. Турбонагнетатель вернул часть сил, однако при высоком наддуве крыльчатка упёрлась в предел температур. Турбокомпаунд забирает остаток энтальпии за турбиной, превращая свист выпускных газов в крутящий момент коленвала.
Реальная термодинамика
Турбокомпаунд использует свободную турбину, установленную сразу за основным турбонагнетателем. Энергия газов проходит вторую рабочую ступень, вращая её до 60-80 тыс. об/мин. Через планетарный редуктор крутящий момент передаётся коленвалу с отношением 10-11:1. При таком режиме КПД цикла Дизеля прирастает на 2-5 %, а удельный расход топлива снижается на 5–7 г/кВт·ч — показатели, эквивалентные целому поколению форсунок.
Ключевое отличие от электрических утилизаторов — отсутствие промежуточного преобразования энергии в ток, а затем обратно в механический момент. Потери на инверторах и проводах исчезают, звучание выхлопа остаётся бархатным и плотным. Я люблю сравнивать турбокомпаунд с ловушкой для ветра, заперевшей бурю в часовом механизме.
Конструкция узла
Корпус вторичной турбины отливают из никельсодержащего сплава Inconel 713 для выдерживания газового факела до 820 °C. Лопатки получают направленную кристаллизацию, на рабочих кромках наплавляется штелит — твёрдый кобальтовый сплав, уменьшающий эрозию. Планетарный редуктор выполнен по схеме Ravigneaux с двойным солнечным колесом, что устраняет риск без толстостенной оболочки. Смазка — отдельный контур с форсункой в основание вала: перепады давления турбины не вмешиваются в циркуляцию масла.
Калибровка и эксплуатация
Главная задача при настройке — удержать баланс между противодавлением и отдачей мощности. Я применяю карту целевых градиентов давления, где на высоких оборотах и частичной нагрузке формируется окно разгрузки. На стенде видно, как лишние 20 мбар противодавления крадут 0,4 % КПД. При резкой перемене оборотов соединительная муфта ViscoDrive снимает связь редуктора, а электронный блок открывает байпас второй турбины, чтобы не заблокировать выпуск.
В полевых условиях агрегат ведёт себя ненавязчиво: дальнобойщик ощущает прибавку тяги на подъёме и на 50–60 л меньше солярки в конце рейса длиной десять тысяч километров. Проще говоря, турбокомпаунд отдаёт водителю один лишний бак, спрятанный в грохоте выхлопа.
Производители тяжёлой техники обожают дослушивать крошки энергии: утилизация выхлопа снижает температурную нагрузку на систему рециркуляции EGR, значит, уменьшается потребность в AdBlue. В эпоху жёстких лимитов NOx и CO₂ эта деталь превращается в маленький амулет инженера — собирает потери, словно пастух перегоняет стадо электронов назад в двигатель.
