Как получить с мотора 1.3 литра 280 лошадей и почему 600-сильные авто могут быть комфортными в городе? Кто научил машины ехать быстро и почему для этого не обязательно иметь огромный мотор?
Как и большинство технологий в автомобильной индустрии, турбины пришли из автоспорта. Призванные для увеличения мощности они почти сразу нашли свое место под капотом в условиях топливного кризиса 1970-х.
Первые попытки раздуть мотор.
Для того, чтобы понять роль турбины нужно понимать принцип работы двигателя. Если откинуть все лишнее, то двигатель - просто насос, который перекачивает топливо и воздух через себя, а мощность отдачи двигателя зависит от того, сколько он этой самой смеси может пропустить. Добиться большей мощности можно увеличив объем самого двигателя, либо загнав воздух в мотор силой.
Одними из первых, кто смог заставить это адекватно работать, стали немцы со своими BMW 2002 turbo и Porsche 911. Тогда и стало понятно, что быстрая машина не обязательно должна быть с огромным мотором. А в условиях нарастающего топливного кризиса прожорливые пятилитровые двигатели сдавали позиции более экономичным рядным крохам. А отдача двухлитрового турбомотора сопоставима с атмосферником 3,5 литра.
В чем проблема single-turbo?
Первые турбомоторы имели одну турбину, которая эффективно работала в определенном диапазоне оборотов. У них была одна серьезная проблема - турбо-яма. С этим боролись как автогиганты, так и гоночные инженеры. Представь, ты едешь, решаешь ускориться, нажимаешь педаль, а там никого - тот табун лошадей, который дает давление турбины - спит. Проблема в том, что пока отработанные газы раскручивали тяжелую турбину, машина ехала вяло. А потом наступал момент удара и вся мощность обрушивалась на колеса резко, словно пинок. Это было весело, но опасно и неэффективно.
Тогда перед инженерами стояла задача - найти оптимальный размер тот самой турбины. Чем мощнее хотелось сделать мотор, тем больше приходилось ставить турбину. Большая турбина дает огромную мощность на верхах, но раскручивается она долго. Маленькая турбина откликается мгновенно, но задыхается на высоких оборотах.
Возникла дилемма - как объединить мгновенный отклик маленькой и мощный прирост большой турбины? Ответ оказался на поверхности - ставить две турбины.
Biturbo. Последовательная система.
Решением было разделись все рабочие обороты на две независимые турбины. Небольшая - брала на себя низкие обороты, позволяя двигателю раскручиваться быстрее, а в среднем диапазоне, около 3500 оборотов, начинала раскручиваться большая турбина, которая и раздувала мотор уже полноценно. Последовательные турбины ставились на Mazda RX-7 с мотором 13B, чтобы уменьшить турбо-лаг из-за большого рабочего диапазона (двигатель крутится под 10 тысяч) оборотов и маленького объема двигателя (всего 1.3 литра).
Такая система избавила водителей от турбо-лага, так как давления маленькой турбины хватает для быстрого выхода мотора в зону средних оборотов. Однако настройка и обслуживание, особенно автомобилей в возрасте, превращается в невыполнимый квест. Где рассинхрон турбин может быть вызван чем-угодно, начиная с негерметичных вакуумных трубок, заканчивая неисправными перепускными клапанами и актуаторами. Сложная и дорогая система нашла место под капотом люксовых и премиальных авто, где комфорт может стоить любых денег.
Twin turbo. Параллельная система.
На другой чаше весов - twin turbo. Два близнеца, установлены рядом и дуют одновременно. Ну и в чем смысл? Две небольшие турбины раскрутить проще, чем одну большую, а прибавку в мощности они суммарно могут дать такую же, а то и больше, чем single turbo.
Такая система часто встречается на V-образных моторах, где каждая турбина берет на себя одну головку блока. Работая в паре в одну силу они дают солидную прибавку, а из-за разделения наддува на две турбины поменьше значительно уменьшают провалы.
Но система нашла применение и в рядных моторах, где путем разделения выпускного коллектора надвое, на каждую его часть ставилась отдельная турбина. Выходило так, что в одну половину мотора дует одна турбина, а во вторую - другая. Похожий принцип реализован на Toyota Supra с двигателем 2JZ-GTE и на Nissan Skyline GT-R с RB26DETT.
Что имеем?
Системы турбонаддува перекочевали из спортивных автомобилей в гражданские, позволив значительно снизить расход и увеличить эффективность двигателя. Добрая половина автомобилей сейчас имеет под капотом турбину, да, это турбо-полторашки в кроссоверах, но технология развивается и становится все более доступной.
Парные турбины же разделились на два лагеря. Последовательный Biturbo дает возможность снять хорошую мощность и получить уверенную тягу во всем диапазоне оборотов, при этом не теряя в комфорте и плавности. Так например в Toyota Land Cruiser 200 используется турбо-дизель с последовательной схемой включения, что обеспечивает тягу начиная аж с холостых оборотов. Но темной стороной становится сложность и дороговизна в производстве и обслуживании.
Параллельный Twin turbo же снижает, но не исключает турбо-лаг, давая колоссальный прирос мощности на средних и высоких оборотах. При том сохраняя надежность и простоту конструкции, которая не утяжелена пучком вакуумных трубок и перепускных клапанов. А потенциал для тюнинга упирается лишь в поиск более производительных турбин.
Комфорт в мощной машине против дикого драйва. Уверенная полка момента против пинка и резкого ускорения. Biturbo против Twin turbo. В чем сила?