Верхом на турбине

“А человек, сидящий верхом на турбине, — капитан ВВС Донцов...” В шестидесятых годах, когда журналист и бард Юрий Визбор писал эти строки, турбина ассоциировалась прежде всего с реактивными самолетами. Сегодня турбонаддув тяжелых “грузовых” двигателей стал обычным явлением. Более того, моторостроителям уже мало традиционного турбокомпрессора: появляются турбины с перепускным клапаном, изменяемой геометрией наддува. А Scania недавно начала выпуск 470-сильного агрегата, оснащенного турбокомпаундом. Что это — турбокомпаунд?

ПАРОВОЗ, САМОЛЕТ...
В техническом лексиконе слово “компаунд” (от английского compound — “составной, сложный”) появилось  больше ста лет назад. Сначала его употребляли применительно к паровым двигателям. Компаунд-машины имели два цилиндра разных диаметров — высокого и низкого давления, — в которых последовательно сжимался пар. Это позволяло более эффективно использовать энергию пара и увеличивать мощность агрегатов. 
Вначале такие двигатели применялись только на судах и в промышленности, а затем компаунд пришел и на железную дорогу.
В России первая компаунд-машина была установлена на паровоз в 1882 году по инициативе инженера А. Бородина из Киевских мастерских. После того, как выяснилось, что применение компаунда дает ощутимую экономию пара, начался настоящий бум таких паровозов. Заводы стали выпускать их серийно, а самым мощным российским компаунд-паровозом был локомотив серии Ыч образца 1915 года: его паровая машина развивала 1000—1100 л.с. Но век таких локомотивов был недолог. Несмотря на то, что отдельные экземпляры работали до конца пятидесятых годов, компаунд-паровозы исчезли так же быстро, как и появились, уступив место более простым и эффективным конструкциям. 
Про компаундирование — уже применительно к двигателям внутреннего сгорания — вспомнили в пятидесятых годах. Турбокомпаундом оснащались сначала корабельные, а затем и авиационные моторы (такие двигатели стояли, к примеру, на самолетах Boeing B-29 и Douglas DC-7). Но автомобилисты слыхом не слыхивали про компаунд вплоть до 1991 года, когда фирма Scania впервые представила автомобильный дизель, оснащенный такой системой. 

...И ГРУЗОВИК!
Турбокомпаунд — это система, которая использует энергию выхлопных газов и служит для повышения КПД двигателя. Вслед за основным, традиционным, турбокомпрессором расположена еще одна турбина. Выхлопные газы раскручивают турбину, а она, в свою очередь, через систему шестерен и гидромуфту передает крутящий момент на коленчатый вал. Если КПД бензинового двигателя не превышает 30—35%, а дизеля с турбонаддувом — 40%, то турбокомпаунд позволил увеличить этот показатель до 46%. 
Шестицилиндровый двигатель Scania DTC11, который появился на свет в 1991 году, имел рабочий объем 11 л и развивал 400 л.с. При этом он был на добрую пару сотен килограммов легче 14-литровой “восьмерки” без турбокомпаунда, которая развивала такую же мощность. Разработчики сулили новому агрегату большое будущее.
Но первый блин вышел, увы, комом. Прежде всего, мотор работал слишком “жестко”. К тому же агрегат оказался весьма прожорливым, и спрос на него был невелик. Выпустив всего 1500 турбокомпаундных двигателей, Scania свернула их производство. Затем про турбокомпаунд забыли. Ни одна автомобильная фирма в мире не решилась повторить опыт шведов...

ВТОРОЕ ПРИШЕСТВИЕ
И вот — вторая попытка. Новый агрегат DT 12 02 при рабочем объеме 12 л развивает 470 л.с. (на 50 “лошадей” больше, чем у аналога без турбокомпаунда). 
Сама система турбокомпаунда почти не отличается от того, что устанавливалась десять лет назад: вслед за турбокомпрессором установлена дополнительная турбина, передающая момент на коленчатый вал.  Поскольку турбина раскручивается до 50000 об/мин, а коленвал — примерно до 2000 об/мин, применяется многоступенчатая система шестерен, а гидромуфта, заполненная моторным маслом, компенсирует постояное изменение оборотов двигателя и снижает вибрации. Кстати, после каждой из двух турбин раскаленные выхлопные газы (их температура на входе в систему — около 700°С) остывают на 100°С.
Но турбокомпаунд — только одна особенность нового двигателя. Вторая новинка — необычные насос-форсунки HPI (High Pressure Injection), разработанные совместно с фирмой Cummins. Главная изюминка HPI в том, что управление впрыском осуществляется гидравлически, с помощью... самого топлива. Чем больше солярки под давлением 18 бар поступит в насос-форсунку по управляющему каналу, тем раньше начнется впрыск (его давление — 1500 бар, а в перспективе — до 2400 бар). Кстати, электронный блок, который управляет всеми процессами, — тоже новый, разработанный самой фирмой Scania. 

***

Чтобы не попасть впросак второй раз, Scania еще в 1998 году запустила в опытную эксплуатацию 25 машин с турбокомпаундом.  Отзывы водителей — самые положительные. Новый двигатель работает очень тихо, его не надо “крутить”, да и экономичность на высоте.
Станет ли турбокомпаундная Scania популярной? В Западной Европе — наверняка, поскольку при ощутимом выигрыше в характеристиках она дороже 420-сильного тягача всего на $4000. У нас — неизвестно. И дело не в цене или характеристиках, а в особенностях российских менталитета и эксплуатации. Турбины выходят из строя чаще других узлов, а попробуй-ка найди на наших просторах станцию сервиса, где умеют чинить хитрый компаунд! 
Подобный отрицательный опыт уже есть. Несколько лет назад в Россию пришло несколько развозных грузовиков Volvo FL Supercharger, оснащенных двигателем с двумя компрессорами — традиционным и механическим, типа roots. “Сам слышу, что с наддувом что-то не так, — жаловался водитель из Набережных Челнов. — А на сервисе ничего сделать не могут...”