Набирающая обороты «зеленая революция» все активнее раскручивает технологические решения, работающие на снижение загрязнения окружающей среды. Одно из них – турбонагнетатели, позволяющие увеличить мощность и производительность транспортных средств.
И хотя это техническое решение имеет уже некоторую историчность и устоявшуюся репутацию, внутри темы не прекращается творческий поиск. Как известно, автомобили с турбированными двигателями грешат лагами, провалами на низких оборотах из-за времени, необходимого для формирования достаточного давления. Проблема решается установкой нескольких турбин, комбинацией управляемого турбокомпрессора с приводом нагнетателя от двигателя либо за счет использования электроприводных турбин. Последнее решение на сегодняшний день широко используется в автоспорте, но гораздо менее распространено в конструкции серийных легковых автомобилей.
Еще одним техническим ходом, пока еще только набирающим популярность, стал турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT), также известный как нагнетатель с переменным сечением сопла или углом наклона лопастей. Устройство может работать по-разному, имея различную конструкцию, но оно, по существу, преследует одну цель – изменить соотношение сторон турбины в соответствии с уровнями оборотов в минуту и требуемым давлением наддува.
Турбина с меньшим соотношением сторон будет срабатывать быстрее и доставлять большее давление наддува при более низких оборотах в минуту, когда давление отработавших газов снижено, но она не будет обеспечивать удовлетворительное количество воздушного потока на более высоких оборотах. Большее соотношение сторон турбокомпрессора позволит заполучить достаточный поток воздуха на высоких оборотах, но значительно увеличит отставание из-за сложности нагнетания потока вверх на низких оборотах. Именно этой причиной продиктована необходимость последовательной установки двойного турбонаддува (битурбо), что часто используется на больших высокопроизводительных двигателях или моторах, где диапазон наддува должен быть как можно более широким.
Турбонагнетатель с изменяемой геометрией сочетает в себе лучшие черты битурбо с высокой степенью контроля. Чтобы яснее понимать механику этой технологии, необходимо обратить внимание на иллюстрацию, где видна турбина, радиально окруженная рядом лопаток либо створок, которые в соответствующей ситуации открываются или закрываются.
Транспортные средства, оснащенные VGT, резко увеличивают давление наддува в гораздо более широком диапазоне оборотов, чем те, которые имеют традиционный турбонаддув. И если изобразить кривую, графически иллюстрирующую соотношение числа оборотов с давлением, то кривая для VGT окажется значительно более пологой, с более высокими точками конца диапазона по сравнению с соответствующим участком традиционного турбокомпрессора.
До сегодняшнего дня технология переменной геометрии турбины шире применялась на крупных дизельных двигателях коммерческой техники, из-за того что дизели имеют гораздо более низкие температуры выхлопных газов. Пытаясь «вживить» VGT в бензиновые моторы, инженеры столкнулись с тем, что горячий выхлоп выводил из строя лопасти и систему управления ими. Но прогресс, как известно, не стоит на месте, в том числе в материаловедении, что позволило применять технологии VGT в бензиновых двигателях, хотя, стоит признать, эта практика все еще пребывает в младенческом возрасте.
Honda Legend была оборудована системой VGT в 1988 году, но в производстве модель удержалась лишь в течение двух лет. Chrysler оснастил Dodge Shelby SCX турбиной с переменной геометрией примерно в 1989 году, но это было очень ограниченное производство. Относительно недавно, в 2007 году, технологию VGT использовали на Porsche 911 Turbo. И, наконец, несколько производителей стали выпускать системы VGT для вторичного рынка бензиновых двигателей.
Кроме того, Porsche сегодня лидирует в разработке VGT для двигателей на газе, так что, не желая пропустить технологических новаций, мы будем внимательно смотреть в сторону Штутгарта.
Текст: Серик Туленов,
Фотоматериал: Bosch Mahle Turbo Systems