Турбонаддув как источник повышения мощности и в целом эффективности работы мотора известен чуть ли не с самого момента появления двигателя внутреннего сгорания. Но, будучи ранее атрибутом исключительно гоночных или GT-машин, в последнее время он пошел в массы. Сейчас уже в правилах, когда какая-нибудь многолитровая «атмосфера», становясь историей, уступает место менее объемному агрегату, оснащенному турбиной. Даже Ford Mustang — икона Америки — впервые за много лет получил «турбочетверку» объемом чуть более двух литров. Что говорить о «народных» европейских автомобилях, ставших олицетворением этого процесса, получившего название даунсайзинг. Вот только как жить с турбонаддувом, без которого теперь многие модели стали недоступны?
О том, как увеличить мощность двигателя, «запрессовав» воздух в камеры сгорания, думали еще в конце XIX века. Готтлиб Даймлер экспериментировал с нагнетателем, приводимым от коленвала, в 1885 году. А Луи Рено получил патент на аналогичную конструкцию для ДВС в 1902-м (причем само такое устройство — для промышленного применения — братья Рутс изобрели еще в 1859-м). Примерно тогда же опыты с турбиной, работающей от выхлопных газов, ставил швейцарец Альфред Бюши. Именно ему (в 1905 году) приписывают авторство турбонаддува, функционирующего по такому принципу. Правда, установить истинного первого изобретателя сейчас сложно. Ведь Бюши получил лишь патент. А, например, американец Сэнфорд Александр Мосс, работавший на General Electric, в 1910-м спроектировал турбонагнетатель для авиационного двигателя, позволивший не терять мощность на высоте и в итоге достичь самолету потолка в 10 000 м. При очевидной военной ориентации узла (гражданской авиации тогда еще не существовало) конструктор просто не успел довести его до серийного производства — закончилась Первая мировая. Наверняка были и другие, подобные ему люди, имен которых история не сохранила. Тем не менее в период между двумя войнами турбонаддув прижился на флоте — германском, где дизелями с ним оснащались пассажирские лайнеры. И русском — там он использовался на подлодках. Выпускались и стационарные агрегаты с наддувом.
Между тем, дальнейшее развитие турбины, приводимой выхлопными газами, связывают именно с Моссом. Ушедший было на пенсию инженер вернулся к делам с началом Второй мировой войны. Считается, что как раз его агрегат наполнял воздухом цилиндры двигателей «Летающей крепости» B-17, штурмовика B-24, истребителей P-38 и P-47. Любопытно, что в то же время приводной нагнетатель достаточно широко использовался на отечественных авиационных моторах — «звездах» и V-«образниках». Применялась и газовая турбина — на редких для авиастроения дизелях. Что же до приводимого от коленвала узла, то его устанавливали на модификации легендарного танкового двигателя В-2.
Турбонаддув в обеих его ипостасях («на газах» и с принудительным приводом) стал в первые послевоенные годы неизменным атрибутом как раз-таки тяжелых агрегатов — судовых, тепловозных. А вот производителям грузовых и тракторных моторов понадобилось некоторое время для адаптации. Хотя первое применение турбины на грузовом автомобиле относится еще к 1938 году. Ситуация изменилась в самом начале 50-х, когда компания Caterpillar поручила разработку турбонаддува фирме Garrett. Так появился надежный и серийный узел для трактора D9. Впрочем, и в Старом свете к турбонаддуву пришли тогда же. С 1954 года его на своих моделях стали предлагать MAN, Mercedes и Volvo. К концу 60-х «проснулись» американские двигателестроители — Cummins и Detroit Diesel, тот же Caterpillar, который адаптировал турбину для грузовых моторов.
Производители легковых автомобилей пришли к наддуву, правда, приводному, раньше своих грузовых коллег. Уже в 20-е годы свет увидела целая плеяда автомобилей, оснащенных нагнетателем — Fiat, Alfa Romeo, Sunbeam, Delage, Bugatti, Bentley. А первым был Mercedes с моделью 6/25/40.
Сразу после Второй мировой войны использование компрессоров продолжилось — например, на моторах Формулы 1. Турбонаддув на бензиновых моторах легковушек иное дело. Компании побаивались детонации из-за возросшего давления и температуры. Да и охлаждение/смазка узла, равно как и его ресурс, обусловленный технологиями производства подшипников (ведь вал способен раскручиваться до 100 000–180 000 об/мин, втрое быстрее, чем у приводного нагнетателя), оставляли желать лучшего. И только в 1962 году американцы решились удивить потребителей турбинами.
Не сказать, чтобы сразу, но дело «турбонизации» определенно сдвинулось с мертвой точки. Ладно, во второй половине 60-х турбонаддув пришел в Формулу 1. С начала 70-х по обе стороны океана турбины начали получать другие болиды и автомобили. Но в Европе это делали сами производители. Скажем, Porsche на гоночном прототипе 917 или гражданском 911 Turbo. SAAB на модели 99 Turbo. Потом, в 1978-м, была первая дизельная легковушка с наддувом — Mercedes-Benz 300 SD. Спустя три года появился VW Golf Turbodiesel. В Штатах же турбочарджер покорил мир тюнинга. Причем на этом фоне появилось с десяток фирм, модернизирующих турбины и предлагающих их частникам. Лишь к концу десятилетия на турбонаддув сравнительно массово обратили внимание автокомпании. Сказался топливный кризис и необходимость сокращения литража моторов без потери мощности. Правда, помешанным на экологии американцам все же не нравился расход топлива турбомоторов и чистота их выхлопа. Какое-то время наддув за океаном даже придавался забвению. Новая волна началась с приходом в эту тему японских производителей. Ведь если взглянуть на их линейки 80–90-х годов, то окажется, что редко какая модель и тем более семейство обходились без турбоагрегата. При этом тем же европейцам японцы дышали буквально в спину. Так, две турбины появились на Maserati Biturbo в 1981 году и на Porsche 959 в 1987-м. А уже в 1986-м их примерила Toyota Supra и в 1989-м Nissan Skyline GT-R.
Вспомним, кстати, и легендарную раллийную группу B, популяризовавшую турбонаддув. И Subaru с ее турбоориентированностью. И вообще эту пару бойцов — Impreza/Lancer Evo — доказавшую, что очень мощным может быть двигатель обычного гольф-седана. Впрочем, сейчас никому ничего доказывать не надо. Атмосферные дизели остались разве что в исключительных случаях — на «третьих» рынках или своеобразных моделях. Что же до бензиновых двигателей, то VAG первым массово пришел к моторчикам с наддувом. Теперь это общая тенденция. В BMW, к примеру (кто бы ожидал), обратились к трехцилиндровым агрегатикам. А, скажем, Volvo отказывается от всех установок, где больше четырех цилиндров. Понятно, какое устройство в том и другом случае будет обеспечивать разницу в литраже.
По большому счету, инженеры для себя давно решили, какой узел предпочтительнее. Нам же остается только констатировать факты. При всей относительной простоте, надежности и ресурсности приводного нагнетателя у него есть пара принципиальных недостатков, которые перечеркивают единственное, скажем так, «мощностное» преимущество. Да, суперчарджер любой конструкции, будучи привязанным к коленвалу, не имеет инерционности. То есть связь «по педали» с ним прямая — сколько нажал на газ, столько, грубо говоря, воздуха и загнал в цилиндры. Турбина же, чтобы выйти на рабочие обороты, еще должна раскрутиться. И чем большую мощность она обеспечивает, тем дольше ей на это требуется времени. Конечно, это всего лишь секунды или их доли, однако важны они не только в спорте. Кто, в конце концов, не слышал понятие турболаг, иначе задержка, запаздывание. Однако, во-первых, компрессор, как всякое навесное с приводом от двигателя оборудование, отнимает у него мощность. Оценки этих потерь разные, но не менее 15–20%. Во-вторых, сжимаемый в узле воздух нагревается, а, как известно, плотность его тем ниже, чем выше температура. Это снижает мощность и создает предпосылки для детонации смеси в цилиндрах.
Турбина, кстати, несмотря на то, что использует расходующуюся «в никуда» энергию выхлопных газов, тоже отнимает у мотора мощность — создавая противодавление на выпуске. Величина его тем больше, чем меньше турбина. И все же потери «лошадей» не идут ни в какое сравнение с тем, когда нагнетатель приводится от двигателя. Нагрев воздуха на впуске у турбонаддува также присутствует. Но опять же в незначительных пределах, которые уже давно компенсируются промежуточным охладителем подаваемого в цилиндры воздуха.
В результате производители почти отказались от суперчарджеров, которые перебрались в мир тюнинга. Преимущественно на объемные американские «восьмерки», где потеря от лишнего «иждивенца» на коленвале не особо заметна. А турбонаддуву для того, чтобы закрепить за собой титул лучшего увеличителя мощности, пришлось эволюционировать.
Именно в направлении снижения турболага, турбоямы, инерционности крыльчатки работали инженеры с момента повсеместного использования такого наддува. Подобную особенность можно обойти всего лишь отказом от больших турбин, для раскрутки которых нужно высокое давление газов и, соответственно, высокие обороты. Но маленькая турбина не способна обеспечить хорошей форсировки мотора. Выходом из ситуации стала установка двух турбин, которые могли работать параллельно и последовательно.
При параллельной подаче воздуха узлы можно сделать сравнительно небольшими. Таковые применяли на V-«образниках», где это было обоснованно еще и компоновочно. И на рядных «шестерках» (ниссановских или бээмвэшных), и даже на рядных «четверках». Примером последней может быть чумовой мотор Abarth, который должен был использоваться на прототипе Lancia ECV.
При последовательной работе выход из первого турбокомпрессора является входом во второй. В таком случае компактной выполняют первую турбину, «просыпающуюся», скажем, на 2500 об/мин. Второй узел заметно крупнее и оживает, к примеру, на 4000 об/мин. Таким образом «снизу» удается избежать турбоямы, а на оборотах выше средних получить достаточную мощность. Но это если сильно утрировать. Современные системы с двумя «последовательными» турбочарджерами имеют сложную схему работы, где одна турбина — обычно большая, расположенная позади меньшей — получая часть выхлопных газов (однако не раскрутившись полностью), подкручивает маленькую. А та, в свою очередь, «возвращает» ей давление. Такой вот круговорот энергии. Есть системы даже с тремя турбинами — парой с параллельным расположением и за ними с последовательным. Правда, все это сложно, относительно дорого и имеет в сравнении с одной турбиной значительный вес.
Поэтому еще на рубеже 80–90-х годов появился так называемый twin-scroll — турбина с двумя каналами, принимающими выхлопные газы от своей части цилиндров.
Дальнейшим продолжением турбин с каналами разного сечения можно считать VGT — Variable Geometry Turbochargers — агрегаты с изменяемой геометрией. Технологически это выглядит так: вокруг турбинного колеса расположено кольцо из лопастей, поворачивающихся благодаря различным системам привода. Изменение сечения на входе к турбинному колесу позволяет оптимизировать давление выхлопных газов, воздействующих на крыльчатку при разных оборотах двигателя. Иными словами, в одном узле совмещены маленькая и большая турбины.
Наверное, всем известно, что турбина любит качественное масло, для которой оно служит и смазкой, и охлаждением, и создает масляный клин, где вращается вал крыльчаток. А как часто его нужно менять? Насколько требователен наддув к чистоте поступающего воздуха? И вообще, какие правила эксплуатации турбины? Обратимся к специалистам. Но прежде отметим, что сейчас отремонтировать узел можно не только в Москве или Петербурге, как это было еще совсем недавно. Мастерские есть по всей стране. Также существует и предложение — в виде б/у деталей, новых агрегатов, наконец, китайских аналогов, даже запчастей.
Алексей Савин, частный мастер, стаж работы более трех лет.
— Правила эксплуатации двигателей с турбонаддувом просты. Во-первых, надо использовать исключительно качественное масло. Нужно понимать, что если силовая часть мотора еще способна как-то работать на фальсификате, то на состоянии турбины масляная некондиция скажется сразу. При этом в любом случае я бы советовал менять масло на бензиновых двигателях не реже, чем раз в 5000 км, а на дизелях через 3500 км. Приходилось видеть японские сервисные книжки, где прописаны именно такие интервалы. И это при их заведомо качественном топливе и чистой дорожной среде. Нельзя также применять промывочные жидкости — ни так называемые «пятиминутки», ни те, что заливаются вместо масла. Первые как минимум агрессивны к уплотнениям. Вторые просто не создадут масляного клина, нужного для вращения вала турбины.
Во-вторых, необходимо периодически проверять воздушный фильтр. В городской среде, не говоря уже о пыльных сельских дорогах, порой достаточно 1000–1500 км для того, чтобы он перестал выполнять свои функции. А это скажется не только на отдаче двигателя — на целостности турбинного колеса. В-третьих, ни в коем случае не стоит пренебрегать турботаймером — даже тогда, когда турбина не выходила на рабочее давление. То есть двигатель не крутился выше, скажем, 2000–2500 об/мин. Ведь вал начинает вращаться с пуском двигателя, а значит греется. И после любой поездки ему требуется циркуляция масла с его постепенным остыванием — для того, чтобы оно не коксовалось в тончайших до полумиллиметра каналах.
Правила, повторюсь, простые, однако «заслуга» в их несоблюдении частично — вина самих производителей. К примеру, на некоторых «европейцах» установлен специальный насос, после глушения двигателя обеспечивающий циркуляцию масла в корпусе турбины. Казалось бы, хорошая идея — и без турботаймера узел будет застрахован от закоксовки. Так нет же, видимо, не справляется, случаи выхода из строя были. Например, на Citroen C5 с 1,6-литровым мотором, где кокс появился уже на 70 000 км. А как относиться к рекомендуемым интервалам замены масла в 15 000 и даже 20 000 км?! До 100 000 км иная турбина при такой «заботе», возможно, и протянет. Тем не менее есть масса обратных случаев. Один из них — частые обращения владельцев Mazda CX-7 при пробегах 60 000–70 000 км. Впрочем, этот узел страдает не только из-за редкого обслуживания. В нем конструктивно заложен низкий ресурс.
Пожалуй, тут нужно сделать небольшой экскурс в недалекую историю. Еще в 90-х годах и в Японии, и в Европе выпускались турбины с ресурсом, не намного уступавшим таковому у двигателя. За редким исключением они выхаживали до 250 000–300 000 км. Были и вовсе узлы-долгожители — например, у 1HD-T. Лично мне попадался этот дизель с пробегом 450 000 км и еще живым наддувом. Встречались уникальные решения — турбины на ниссановских рядных «шестерках» RB и тойотовских JZ, где турбинное колесо было выполнено из керамики и каким-то образом спаяно с металлическим валом. Причем последний у этих агрегатов раскручивался до 150 000 об/мин — для тех времен рекордное значение.
Сейчас роторы могут вращаться со скоростью 180 000 об/мин и выше. Соответственно, они более температурно нагруженные. А по конструкции втулок многие турбины идентичны упомянутой Mazda CX-7, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Не будем здесь останавливаться на турбинах для моторчиков объемом в 660 «кубиков», в литр или чуть больше. Подобные всегда жили недолго — 30 000–40 000 км. Причем разрушения там глобальные, вплоть до растрескивания корпуса. Но теперь турбины любых двигателей не ставят ресурсных рекордов. При соблюдении всех правил эксплуатационный потолок — всего сотня-полторы тыс. км. Это касается как малообъемных моторов, скажем, «ваговских» TFSI, так и крупных установок вроде V6 и V8 VW Touareg и всего этого семейства. Не обошла сия участь и Toyota. Наддув дизелей серии KD (Prado, Hilux) и 1VD (TLC 200) страдает на тех же пробегах. Правда, в этом случае ситуация усугубляется сервоприводом VGT. Закоксовывание лопаток выводит его из строя, а отдельно он не предлагается — только в сборе со всей турбиной. По минимуму это 75 000–85 000 руб./шт. А если их пара? Поэтому нередко по средствам владельца восстанавливаем лишь механическую часть, и автомобиль отправляется на продажу. Узнать такую машину можно по отчетливому отсутствию тяги на «низах» или на «верхах».
Турбины без VGT восстанавливаются до полной работоспособности. Главное, не проспать признаки начинающихся проблем — повысившийся расход масла на угар, потеки его на улитке, посторонние звуки. Если обратиться сразу, то можно обойтись всего 8000 руб., столько стоит работа и ремкомплект. Если затягивать, то реально потерять вал с турбинным колесом — 13 000 руб. В ряде случаев, когда в корпусе повреждены посадочные места под втулки, необходима замена турбины целиком. Тут есть варианты — бэушные узлы (15 000–20 000 руб.) или китайского производства (15 000–16 500 руб.). Первые приобретаем в Эмиратах. Почему-то именно оттуда, а не из Японии, приходят узлы в очень достойном состоянии. По вторым ситуация сложнее. Предприятий, выпускающих турбины, в Китае множество. Был на некоторых, в том числе на некоей фирме Panda, где крыльчатки и улитки выпускаются вместе с лампочками да «вонючками». Ну какая тут культура производства? И таких большинство. Сталкивался и с турбинами на китайских моторах/автомобилях. Индексами они имитируют известных производителей. В реальности — непонятно какие модели, к которым ничего не подходит.
Тем не менее в Поднебесной есть несколько компаний, выпускающих достойную продукцию. Мы с ними работаем, хотя и с некоторыми оговорками.
А вот приобретать турбины в Китае самостоятельно я бы не советовал. Нарваться на откровенный брак, не зная специфики рынка, можно в 99 случаев из 100. Да и транспортировка процесс не менее важный, чем выбор производителя.
Нужно сказать пару слов о тюнинге, чьи представители обращаются часто. С теми же китайскими турбинами, которые могут отходить буквально несколько дней. Либо с китайскими же «нулевиками», через которые в турбину попадает абразив. В этом случае лучше оставить воздушный фильтр штатным и организовать подвод воздуха не из-под капота, а снаружи. Неквалифицированный ремонт — еще одна российская действительность и беда. Неправильно уложенный герметик, даже песчинка, невидимая глазу, способны закупорить масляные каналы. Что же касается диагностики наддува, то начинать ее надо... с двигателя. Глупо менять турбину, если масляный насос не развивает достаточного давления. Или, если в картере, напротив, повышенное давление газов, отчего не «работает» обратка наддува и масло коксуется. Сам же ремонт или замена турбины занимает всего лишь день. Конечно, есть исключения — Land Rover Discovery, где для демонтажа надо отделять кузов от рамы. Или TLC 200, где нужно снимать двигатель. Гарантия — от месяца до трех. Ну а в заключение, как человек, зарабатывающий на турбонаддуве, скажу — по мне так нет ничего лучше объемного, в шесть и более цилиндров, атмосферного мотора.