Введение

Термин турбодизель, также записанный как турбодизель и турбодизель, относится к любому дизельному двигателю, оснащенному турбонагнетателем. Как и в случае с другими типами двигателей, турбонаддув дизельного двигателя может значительно повысить его эффективность и мощность, особенно при использовании в сочетании с интеркулером. Турбонаддув дизельных двигателей начался в 1920-х годах с больших морских и стационарных двигателей. Грузовики с турбодизельными двигателями стали доступны в середине 1950-х годов, за ними последовали легковые автомобили в конце 1970-х годов. С 1990-х годов коэффициент сжатия турбодизельных двигателей снижается.

История

Турбокомпрессор был изобретен в начале 20-го века Альфредом Бюхи, швейцарским инженером и руководителем исследований дизельных двигателей в компании Gebrüder Sulzer. Первоначально турбокомпрессор предназначался для использования в дизельных двигателях, поскольку в патенте Бючи 1905 года отмечалось повышение эффективности, которое турбокомпрессор мог бы принести дизельным двигателям. Однако первые серийные турбонаддувные двигатели были изготовлены только в 1925 году, 10-цилиндровые турбодизельные морские двигатели, используемые немецкими пассажирскими кораблями Preussen и немецким шахтёром Hansestadt Danzig. В 1925 году Бюхи изобрел последовательное турбонаддув, что, по словам Гельмута Пучера (2012), знаменует собой начало современной технологии турбонаддувов. К концу 1920-х годов несколько производителей производили большие турбодизели для морского и стационарного использования, такие как Sulzer Bros., MAN, Daimler Benz и Paxman. Последующие усовершенствования в технологии сделали возможным использование турбокомпрессоров на небольших двигателях, которые работали на более высоких скоростях двигателя, поэтому турбодизельные локомотивы начали появляться в конце 1940-х годов. В 1951 году MAN построил прототип двигателя K6V 30/45 м. H. A., мощностью 1 МВт, который имел, для своего времени, исключительно низкий расход топлива всего в 0,7%, что эквивалентно эффективности 45,7%. Это стало возможным благодаря передовой конструкции турбокомпрессора, состоящего из пятиступенчатого осевого компрессора в сочетании с девятиступенчатым радиальным компрессором и интеркулером. Использование турбодизельных двигателей в дорожных транспортных средствах началось с грузовиков в начале 1950-х годов. Прототип грузовика MAN MK26 был представлен в 1951 году, а затем в 1954 году была выпущена серийная модель MAN 750TL1 с турбодизелем. В 1954 году был представлен грузовик Volvo Titan Turbo. К концу 1960-х годов спрос на все более мощные грузовые двигатели привел к появлению турбодизелей, производимых компаниями Cummins, Detroit Diesel, Scania AB и Caterpillar Inc. В 1952 году Cummins Diesel Special стал первым автомобилем с турбонаддувом, участвовавшим в гонке Indianapolis 500 и занявшим поул-позицию. В 1960-х и 1970-х годах несколько компаний проводили исследования по созданию небольших турбодизельных двигателей для легковых автомобилей. Rover построил прототип 2.5 L четырехцилиндрового турбодизельного двигателя в 1963 году, а Mercedes Benz использовал пятицилиндровый турбодизельный двигатель с интеркулированием в экспериментальном автомобиле Mercedes Benz C111 IID 1976 года. Первым турбодизельным автомобилем был седан Mercedes Benz 300SD (W116), который продавался в Соединенных Штатах с середины 1978 года и оснащался пятицилиндровым двигателем OM617. Год спустя Peugeot 604 D Turbo стал первым дизельным автомобилем с турбонаддувом, проданным в Европе. Автомобили с турбодизелем начали широко производиться и продаваться в Европе в конце 1980-х и начале 1990-х годов, тенденция, которая продолжается и по сей день. С 1990-х годов коэффициент сжатия турбодизельных двигателей снижается из-за лучшей удельной мощности и лучшего поведения выхлопных газов турбонаддувных двигателей с более низким коэффициентом сжатия. Двигатели с косвенным впрыском, используемые для коэффициентов сжатия 18,5 или более. После внедрения двигателей общего рельсового состава в конце 1990-х годов коэффициенты сжатия снизились до диапазона от 16,5 до 18,5. Некоторые дизельные двигатели, построенные с 2016 года в соответствии с нормами выхлопных газов Euro 6, имеют коэффициент сжатия 14,0.

Характеристики

Турбонаддув может значительно увеличить мощность дизельного двигателя, приблизив соотношение пиковой мощности к весу к соотношению эквивалентного бензинового двигателя. Улучшение мощности, экономии топлива, а также шума, вибрации и резкости как малого, так и большого объема турбодизелей за последнее десятилетие способствовало их широкому распространению на некоторых рынках, особенно в Европе, где они (на 2014 год) составляют более 50% новых регистраций автомобилей. Турбодизельные двигатели обычно считаются более гибкими для автомобильных применений, чем дизельные двигатели с естественной аспирацией. Турбодизели могут быть спроектированы так, чтобы иметь более приемлемое распределение крутящего момента в диапазоне скоростей, или, если они построены для коммерческого использования, могут быть спроектированы для улучшения выходной крутящего момента при заданной скорости в зависимости от конкретного использования. Дизельные двигатели с естественной аспирацией почти без исключения имеют меньшую мощность, чем бензиновые двигатели той же мощности, в то же время требуя более прочных (и, следовательно, более тяжелых) внутренних компонентов, таких как поршни и коленчатый вал, чтобы выдержать большие нагрузки из-за гораздо более высокого коэффициента сжатия дизельного двигателя. Эти факторы приводят к тому, что дизельные двигатели с естественной аспирацией имеют плохое соотношение мощности и веса. Турбокомпрессорные агрегаты имеют очень небольшой вес, но могут значительно повысить мощность, крутящий момент и эффективность. Встроенный турбокомпрессор может привести соотношение мощности и веса дизельного двигателя до того же уровня, что и эквивалентный бензиновый агрегат, что делает турбодизели желательными для автомобильного использования, где производители стремятся к сопоставимым выходам мощности и управляемости качества по всей их диапазоне, независимо от типа выбранного силового агрегата.