Эра дизеля закончилась: технологии турбонаддува вдыхают в бензиновые автомобили новую жизнь

Глядя на новый Kia Pro Ceed T-GDi  серии GT-Line с его агрессивным спортивным внешним видом ожидаешь  увидеть под капотом огромный мощный двигатель. Однако вместо этого находишь скромный трёхцилиндровый 1.0- литровый бензиновый мотор, способный разогнаться до 100 км/ч за 10.7 секунд, с расходом топлива около 5 литров на 100 километров и уровнем выброса углекислого газа 115г/км. Всего лишь несколько лет назад подобные технические характеристики отнесли бы к разряду фантастики.

Благодаря технологии турбонаддува эти обычные двигатели внутреннего сгорания демонстрируют сегодня более экономичный расход топлива и низкий уровень выброса углекислого газа без существенной потери рабочих характеристик.

 А в свете последнего скандала с дизельными двигателями Volkswagen и последующим за этим ужесточением требований к уровню выхлопов двигателей по всему миру, управляющие служебных автопарков, похоже, призадумались.

«В служебных автопарках преобладают дизельные модели, в большей степени за счет огромной экономии топлива, рабочих характеристик и небольших затрат на содержание в рамках льготного режима налогообложения», - отмечает Джерри Кини, глава британской Ассоциации проката и лизинга автомобилей. «Однако с недавнего времени эта пропорция стала постепенно нарушаться, поскольку современные бензиновые модели демонстрируют лучшие характеристики, и мы надеемся, что эта тенденция сохранится».

Сегодня даже корпоративные покупатели видят в малолитражных бензиновых двигателях с выбросами, не превышающими, как правило, 6л/100км, достойную альтернативу дизельным моделям. Это не вызвано каким-то «чувством неприязни к дизелю», считает Эл Бедвелл из LMC Automotive. «Скорее, дело в улучшении качества бензиновых двигателей, особенно в малолитражках в Западной Европе».Сегодня такие автопроизводители, как Ford, Opel/Vauxhall, Hyundai и Volkswagen предлагают модели именно с такими небольшими бензиновыми моторами.

Доля дизельных автомобилей на европейском авторынке упала за текущий год, по оценке Бедвелла,  с 53.3% до 51.5%, а к 2020 году она снизиться до 35%.

Система турбонаддува

Турбокомпрессор ассоциируется, как правило, с дизельными двигателями, которым  необходим форсированный наддув для резвости. Без него управление такими автомобилями не было бы «удовольствием за рулем», считает Гийом Девошель из автомобильной инжиниринговой компании Valeo. К тому же, установка системы турбонаддува на дизельные двигатели была дешевле, отмечает он.

Однако, сегодня, турбо-бензиновые модели постепенно вытесняют дизельных собратьев за счет существенного снижения уровня выброса вредных веществ и значительной экономии топлива без потери в производительности, отмечает Крэйг Бэлис, главный технолог крупнейшего мирового производителя систем турбонаддува Honeywell Transportation Systems.

Двухлитровый турбированный четырехцилиндровый бензиновый двигатель может сравниться по мощности с безнаддувным трехлитровым двигателем V6, считает он, так что «технология, которой мы владеем, является бескомпромиссным решением».

В системе турбонаддува отработанные двигателем выхлопные газы приводят в действие турбину, которая, в свою очередь, включает компрессор, где происходит сжатие воздуха. Затем поток воздуха направляется в камеру сгорания, где он смешивается с бензином, в результате чего вырабатывается дополнительная мощность. Это означает, что двигателю не потребуется сжигать много топлива для обеспечения тех же самых показателей.

 «В наших системах турбонаддува для пассажирских автомобилей стоят турбины с частотой вращения от 200,000 до 300,000 оборотов в минуту, они создают температуру до +1,000°C, так что металл буквально накаляется до красна», - утверждает Бэлис. Для сравнения, бензиновые двигатели работают лишь в диапазоне  6,000-7,000 об/мин., а дизельные – в диапазоне 5,000-6,000 об/мин.

Чтобы справиться с такой бешеной скоростью, огромным давлением и экстремальным перегревом, системы турбонаддува должны быть невероятно прочными, поэтому Honeywell применяет при их сборке шарикоподшипниковые и другие технологии, разработанные для боевых самолетов аэрокосмическим подразделением компании.

Кроме того, в систему турбонаддува ставят интеркулеры, охлаждающие поток воздуха и увеличивающие его плотность до попадания в двигатель, и системы масляного охлаждения, предотвращающие перегревание.

Мгновенная мощность

Для обеспечения большей эффективности систему турбонаддува часто комплектуют инжекторами прямого и обратного впрыска, системой синхронизации и механизмами привода клапанов.

В ближайшие месяцы на авторынке появится электрический турбонагнетатель, предназначенный для эффективного и безопасного наддува воздуха в двигатель, который в течение нескольких миллисекунд набирает максимальную частоту вращения.

Турбонагнетатель Е-charger, или Е-turbo, полностью преобразит практику вождения, убежден Девошель, поскольку он устраняет так называемую турбо инерционность – эту небольшую задержку в форсаже после нажатия на педаль газа. «Система турбонаддува увеличивает максимальную мощность автомобиля. Турбонагнетатель позволяет это сделать как можно быстрее», - объясняет он.

В таком случае Е-turbo может конкурировать с господствующей технологией двойного турбонаддува, когда текущий турбо момент обрабатывает ранние стадии ускорения до следующего момента.

Аккумулятор турбонагнетателя можно заряжать различными способами, например, захватывая энергию во время торможения, объясняет президент Honeywell Transportation Systems Терренс Хон.

При достаточном наличии электрической энергии турбонагнетатели могут брать на себя все больше и больше работы в системе турбонаддува.  В конечном счете, автопроизводители спроектируют новую архитектонику транспортных средств и  перейдут с 12-вольтовых аккумуляторов на системы с повышенным напряжением. В автомобилях класса люкс уже появляются 48-вольтовые системы, однако турбонагнетателям хватит и 12В для генерации кратковременных моментов, разъясняет Девошель.

«Золотой век турбо»

«Бензиновые модели с безнаддувными двигателями замещаются автомобилями с системой турбонаддува  с небывалой ранее скоростью», - отмечает Хон. «В ближайшие пять лет уже половина против сегодняшней трети продаваемых автомобилей будет оснащена системой турбонаддува, и эта тенденция не прекратится. Мы называем это золотым веком турбо».

Однако простых решений не бывает, и на автопроизводителей продолжают накладываться ужесточение нормативов вместе с огромными штрафами за их нарушение. Они рассматривают все возможные варианты и комбинации применения турбонагнетателя, инжекторной системы, системы синхронизации и механизмов привода клапанов.

«За мои тридцать лет в автопромышленности я ни разу не видел такого разнообразия вариантов», - отмечает Девошель.

«Никто не может позволить себе штрафы».