Turbocompound-moottori

Scanian turbocompound-moottori

Turbo–compound ("pyörremyrsky-yhdistelmä") on järjestelmä, joka on kehitetty hyödyntämään pakokaasuilla ahdetun moottorin pakosarjan poistovirtaukset optimaalisesti. Perinteinen pakokaasuahdin tuottaa energiaa kaasujen virratessa sen lävitse ja pyörittäessä turbiinipyörää. Ohitettuaan turbiinipyörän kaasuvirtauksen paine laskee huomattavasti. Moottorin täyskuormituksella tämä aiheuttaa epätoivotun back-presssure -ilmiön, jossa ahdin syöttää ilmaa sylintereille täydellä paineella ja samoin ahtimen poistopuoli työskentelee huomattavalla ylipaineella. Ahtimen jälkeinen paineen lasku aiheuttaa sen, että sylinterin pakokaasujen poistovirtaus hidastuu optimaalisesta. Tämän ongelman ratkaisemiseksi pakokaasuahtimen rinnalle liitettiin alavirtaturbiini, joka on toiminnassa ainoastaan silloin, kun moottori on täyden kuormituksen alaisena.

Turbocompound-tekniikka vaikuttaa hylkäävän fysiikan lait tuottamalla energiaa tyhjästä. Se toimii ottamalla talteen energiaa, joka muuten häviäisi tai menisi hukkaan. Se on klassinen esimerkki kierrätyksestä. Sen sijaan, että energiaa ajettaisiin pakoputken kautta taivaalle, energiaa otetaan talteen pakokaasuista turboahtimesta alavirtaan olevan toisen pakokaasuturbiinin avulla.

Toinen turbo (turbocompound-turbiini) pyörii huomattavasti suuremmalla kierrosnopeudella kuin ensiöturbiini. Tämä liike johdetaan turbiinihammaspyörien ja hydraulisen kytkimen kautta edelleen moottorin jakopyörästön avulla kampiakselille. Pyörintänopeuden alentamisesta seuraa väännön lisääntyminen, jolloin momentti lisääntyy sen saavuttaessa vauhtipyörän. Tämä tarkoittaa enemmän käyttövoimaa polttoainekustannuksien lisääntymättä.

Jotkin raskaiden kuorma-autojen dieselmoottoreiden valmistajat, kuten esim. Detroit Diesel ja Scania ovat soveltaneet moottoreissaan turbocompound-tekniikkaa. Mercedes-Benzin otettua Detroit-moottorit omien kuorma-auto-dieseleidensä pohjaksi, on turbocompound-tekniikka löytänyt tiensä myös Mercedeksen ja sen moottoreita käyttävien merkkien, kuten Sisun kuormureihin.

Kaudella 2014 Formula 1 -luokassa siirryttiin 1,6-litraisten V6-turbocompund-moottorien käyttöön. Teknisesti järjestelmä on seuraavanlainen: Moottorilla on yksi pakokaasuahdin joka on kytketty MGU-H sähkömoottori/generaattori-yksikköön (Motor Generator Unit - Heat), joka vauhtia hidastettaessa ottaa talteen turbocompound-turbiinin hukkaenergian ja muuntaa sen mekaanisesta mekaanisestä muodosta sähköenergiaksi, joka voidaan varastoida akkuun. Kiihdytyksessä MGU-H käyttää varastoidun energian ja toimii sähkömoottorina, joka syöttää voimansiirtoon lisäenergiaa.

Lähteet

http://www.rotaryeng.net/Truck-TC.html
DD15 -moottorin esite
http://www.scania.com/media/pressreleases/2001070614en.aspx
Energy Recovery Systems (ERS) - Formula 1
Power Unit and ERS - Formula 1