Історія технічного розвитку автомобільних турбін
Враховуючи величезну кількість турбованих автомобілів, які сьогодні випускаються світовим автопромом, важко повірити, що ще 50 років тому про турбонагнетателе ніхто не чув — примусова індукція була відома лише фахівцям.
При цьому не можна заперечувати той факт, що турбокомпресори справили величезний вплив на автомобілебудування. На сучасних дорогах трапляються різні класи та типи машин, обладнані турбіною. Це бюджетні бестселери, такі як VW Golf, і елітні Ferrari 488, за якими вибудовується черга на кілька років вперед.
Перший турбований двигун
Турбонаддув був винайдений незабаром після двигуна внутрішнього згорання і повсюдно застосовувався в авіаційній промисловості. Але розміри компресорів не дозволяли використовувати їх в автомобілях. Висока ефективність примусової індукції зробило лише питанням часу оптимізацію турбонаддува під габарити та можливості легкових автомобілів.
Можна припустити, що експерименти з активного впровадження турбін почали проводити європейські виробники, і це дійсно так. Старий Світ випустив чимало моделей з турбонаддувом, серед них Porsche 930, Saab 99 Turbo і BMW 2002 Turbo. Але першопрохідцями в цій області європейці не були.
Піонерами в спробі отримати приріст потужності двигуна з допомогою турбокомпресорів став північноамериканський гігант General Motors. У 1962 році ця система була встановлена на Oldsmobile Cutlass. Примусова індукція збільшила продуктивність 3,5-літрового мотора V8. На такий експеримент конструктори пішли, тому що автомобілю реально не вистачало потужності.
Після успішної обкатки нововведення GM розпочав співпрацю з відомим виробником компресорного обладнання Garrett. У тому ж 1962 році створюється легендарний мотор Jetfire V8. Він став доступний у вигляді опції на F-85 Cutlass, який також був випущений в 1962 році.
Дивіться також: Десять найбільш складних автомобільних двигунів
Впровадження турбокомпресора в масове виробництво створило безліч проблем для конструкторів в 60-х роках минулого століття. Справа в тому, що двигун Jetfire мав ступінь стиснення 10.25:1, що робило його вразливим при детонації паливної суміші.
Незважаючи на те, що Jetfire V8 зробив Oldsmobile значно швидше, ніж стандартні модифікації, він не користувався попитом через високу вартість. Покупцеві за приріст потужності треба було доплачувати 300 доларів, що в 60-ті роки минулого століття було дуже дорого. Ще одна проблема робила турбований двигун комерційно не життєздатним – сира система впорскування Рідини Turbo-Rocket». Саме ці фактори не дозволили розвинути технологію.
Було продано менше 4000 автомобілів, обладнаних Jetfire V8. Такий низький рівень продажів змусив GM припинити комплектацію Oldsmobile турбокомпресорами. Так, через рік припинилася історія першого тюнінгового мотора, який з технічних причин не знайшов подальшого розвитку.
Продовження розвитку технології примусової індукції
Хоча Jetfire V8 не став вдалим бестселером, інженери не могли не помітити його потенціал. Вже у 1965 році на ринку з’явився другий автомобіль, оснащений турбокомпресором. Ним став американський 4×4. International Harvester Scout. Він комплектувався 2,5-літровим 4-циліндровим силовим агрегатом, який з турбіною видавав на 20% більше крутного моменту – 110Нм, і випускався з 1965 по 1967 рік. Головним плюсом цього двигуна стала відсутність необхідності впорскування суміші води та етанолу. Збільшення продуктивності було можливо при використанні стандартного палива – бензину.
Але незабаром розробники IH вирішили, що такий двигун не дає істотних переваг, і турбований «Comanche» пішов в історію. Йому на зміну прийшов стандартний 4-циліндровий мотор об’ємом 3,2 літра. Фактично він міг видавати таку ж потужність, як і побратим з системою примусової індукції, але витрачав значно більше палива.
Але навіть енергетична криза 1974 року не зміг врятувати турбокомпресор. Знадобиться ще 10 років для того, щоб система примусової індукції прижилася на автомобільному ринку.
Фактори, що сприяють розвитку систем турбонаддува
До 1973 році автовиробники побачили потенціал турбін в тому, щоб робити автомобілі дуже швидкими. В цьому ж році був запущений у виробництво легендарний BMW 2002 Turbo. Однак швидкісний 2002 Turbo страждав від технічних проблем з турбіною, високого споживання палива, і навіть вважався безпечним. В результаті, як і Jetfire, 2002 Turbo випускався всього один рік, перш ніж був знятий з виробництва.
Наступним на авансцену вийшов 911 Turbo від Porsche. Його перша модифікація стала найшвидшим серійним автомобілем у світі — це стало проривом для двигунів з турбонаддувом. Після релізу Saab 99 Turbo в 1978 році стало зрозуміло, що примусова індукція не збирається йти з автомобілебудування.
Перший турбований дизель
У 1978 році технологія отримала розвиток — Buick почав обладнати V6 Regal турбонаддувом. Що ще більш важливо — в цьому році з’явився турбодизель. Компанія Mercedes-Benz випустила 300SD для продажу в Сполучених Штатах. Оснащений турбонагнітачем від Garrett, 300SD змінив дизельний двигун назавжди.
При цьому продовжилися гарячі суперечки щодо доцільності використання такої технології. Так як цикл згоряння дизельного палива залежить від високого ступеня стиснення, примусова індукція являє собою простий спосіб поліпшити силу і ефективність двигуна. Незабаром стало очевидним, що турбодизелі набагато краще підходять для застосування в автомобільній промисловості, ніж їх атмосферні аналоги. Тому не дивно, що з моменту оснащення Peugeot 604 турбодизелем в 1979 році такими стали близько половини двигунів на дорогах Європи.
Навіщо зупинятися на одному?
У 1981 році конструктори Maserati вирішили, що якщо можна поставити один турбокомпресор на автомобільний двигун, то чому не спробувати встановити два. Результат був влучно названий Biturbo. Хоча це був не дуже хороший автомобіль, він став першою твін-турбованої машиною. Задумка була в тому, що за допомогою двох турбін, які працюють паралельно один з одним, можна скоротити запізнення їх включення в роботу. На практиці ідея не завжди спрацьовувала, але твін-турбо, безсумнівно, дали двигунів значний приріст потужності.
В 1986 році на моделі Porsche 959 продемонстрував ще один спосіб установки двох нагнітачів з метою зменшення запізнювання їх включення. Конструктори розташували турбіни один за одним. На відміну від паралельної компонування, де два турбокомпресора працюють незалежно один від одного, таке розміщення дозволяє ефективно використовувати примусову індукцію як на низьких, так і на високих обертах. Четверте покоління Supra показало менше 1% відмов при розташуванні турбін один за одним. Це дійсно високий показник надійності.
Перспективний розвиток технологією турбонаддува
За останні 55 років турбокомпресори зазнали значні зміни. Вони стали майже такими ж складними, як двигуни, які встановлюються. Крильчатки із змінною геометрією лопатей і системи додаткового розгону – це тільки вершина технологічного айсберга.
Дивіться також: Десять найбільших двигунів на автомобілях 2016 року
На порозі наступний етап еволюції – примусова індукція буде посилена електричними системами. На них покладаються великі надії. В той час, як сучасні турбіни використовують частину енергії вихлопних газів для живлення компресора, електричні аналоги буду направляти її в конденсатор. Цей пристрій діє за принципом батареї і використовує накопичений заряд для розгону турбіни. Таке нововведення дозволить звести до мінімуму запізнювання турбонаддуву.
Запровадження нової технології в масове виробництво потребує деякого часу, але як показує історія, чекати не довго, так як автовиробники наполегливо працюють над завданням створення максимально ефективного турбкомпрессора.
