Мэйнстрим моторостроения

В ближайшем десятилетии мировой автопром ожидают серьезные перемены. Ключевая роль в предстоящих изменениях уготована технологии турбонаддува. Уже сегодня один из лидеров этой высокотехнологичной отрасли, компания Honeywell Turbo Technologies готовит ответ на будущие вызовы.

Двигателем грядущих изменений является борьба за улучшение экологической ситуации и уменьшение топливной зависимости основных мировых экономик. Автомобильная промышленность, продукция которой оказывает существенное воздействие на экологию и объемы потребления продуктов нефтепереработки, находится в эпицентре событий. Автопроизводители испытывают нарастающее давление законодательных ограничений на выбросы токсичных веществ, а с недавнего времени – и на эмиссию углекислого газа, естественного конечного продукта сгорания углеводородного топлива. Перед ними поставлены непростые задачи. Так, в ближайшие 10-15 лет эмиссия CO2 от вновь произведенных автомобилей должна сократиться в среднем на 30-40% в сравнении с ситуацией на 2002 год.

Региональные экологические стандарты отличаются в цифрах и деталях, но тенденция одна – постоянное сокращение выбросов углекислоты. В то время как автомейкерам грозит законодательный «кнут», потребителям их продукции предлагается «пряник» в виде разнообразных налоговых льгот.

Эксплуатация автомобилей, выделяющих углекислый газ в объеме, не превышающем установленный норматив, будет обходиться значительно дешевле. Вместе с постоянно растущими ценами на топливо это должно изменить приоритеты покупателей автомобилей. Не нужно быть докой в экономике, чтобы понять, что текущий кризис льет воду на ту же мельницу и способствует переменам в настроении потребителей.

Даунсайзинг

Сокращение выбросов углекислого газа (читай - расхода топлива) означает, что автомобильные двигатели должны стать радикально более эффективными. Ответом на этот вызов стала новая стратегия их развития, получившая название downsizing («даунсайзинг»), то есть сокращение размеров. Даунсайзинг предполагает уменьшение литража ДВС без ущерба для их мощностных характеристик. Это позволит кардинально улучшить топливную экономичность автомобилей при сохранении высоких стандартов динамики, безопасности и комфорта. Для достижения таких, казалось бы, взаимоисключающих целей в конструкции двигателей предполагается использовать ряд перспективных технологий: непосредственный впрыск топлива, регулируемый газораспределительный механизм, управление степенью сжатия и т.д. При этом единственным ключом к резкому повышению литровой мощности ДВС остается принудительный наддув воздуха, а наиболее приемлемым способом его реализации – применение турбонаддува. Именно турбонаддув станет «палочкой-выручалочкой», которая вскроет новый потенциал повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания, бензиновых и дизельных. 

Комбинация турбонаддува и непосредственного впрыска Common Rail позволила дизельным двигателям на 40% превзойти бензиновых конкурентов равной мощности по топливной экономичности и существенно сократить выбросы CO2. Этим во многом объясняется прогрессирующая популярность дизельных автомобилей в Европе, где они составляют более половины объема продаж.  По прогнозам в ближайшие пять лет в Индии и Корее этот показатель достигнет 40%. В США к 2013 году доля дизелей среди новых легковых автомобилей возрастет до 8%. В настоящее время бензиновые турбомобили в той же Европе составляют не более 5% продаж. Однако широкое внедрение систем турбонаддува и непосредственного впрыска бензина, позволяющее на 15-20% сократить потребление топлива и пропорционально снизить эмиссию углекислого газа, быстро меняет ситуацию. Производство бензиновых «турбо» будет развиваться опережающими темпами. Аналитики прогнозируют, что к 2013 году доля выпускающихся в мире легковых автомобилей с турбодвигателями увеличится с теперешних 25 до 34%. То есть каждый третий автомобиль, сходящий с конвейера, будет оснащен системой турбонаддува! При этом среднегодовой темп роста количества турбодизелей составит 6%, в то время как тот же показатель для турбированных искровых моторов оценивается в 27%. 

Не стоит думать, что даунсайзинг - дело отдаленного будущего. Эта стратегия в той или иной степени уже принята на вооружение большинством автомейкеров. Например, известно, что из программы BMW, Mercedes-Benz, VW, GM, Ford и Hyundai вскоре исчезнут дизельные моторы V8. Их заменят двигатели объемом от 3 до 2л, а в последствии – от 2 до 1,6л. Параллельно будут развиваться технологии турбонаддува бензиновых двигателей с непосредственным впрыском и полностью управляемыми ГРМ. Концерны FIAT, Peugeot и Renault делают ставку на уменьшение литража базовых искровых моторов. Вначале их объем будет варьироваться от 2 до 1,6 л, затем – от 1,6 до 1,2 л. На смену дизелям 1,6 и 1,4 л придут 1-литровые агрегаты. Приоритеты двигателестроителей смещаются от большого объема и высокой номинальной мощности силовых агрегатов в сторону экономичности, тяговитости и эффективной работы на переходных режимах. К такому развитию событий готовятся и мировые производители турбокомпрессоров (ТК), в том числе Honeywell Turbo Technologies (HTT), один из грандов этой высокотехнологичной индустрии. 

Ответ HTT

Honeywell Turbo Technologies – подразделение автомобильного департамента транснационального концерна Honeywell International. Оно было создано в 2004 году на базе приобретенного ранее предприятия Garrett Engine Boosting Systems, отсчитывающего свою историю с 1936 года.  HTT выпускает продукцию под легендарной торговой маркой Garrett. В мире турботехники нет другого бренда, с которым было бы связано столько знаковых событий и революционных прорывов. Honeywell удалось еще больше укрепить лидирующие позиции и репутацию марки Garrett. Обмен идеями между турбо- и аэрокосмическим отделениями концерна привнес в инжиниринг турбокомпрессоров новейшие достижения в области аэродинамики и балансировки, систем управления и автоматики, а также уникальные высокотемпературные материалы и безмасляные подшипники. Сегодня в глобальную сеть HTT входят 20 предприятий, расположенных в 14 странах Европы, Северной и Южной Америки и Азии. В их числе несколько исследовательских центров мирового уровня в США, Англии, Франции, Японии и Китае. Недавно открылся инжиниринговый центр в чешском городе Брно, вскоре начнет работу аналогичное предприятие в Корее. Благодаря этому HTT приобрело статус глобального разработчика и поставщика турбокомпрессоров. В течение ближайших двух лет турбоподразделение Honeywell совместно с крупнейшими автоконцернами реализует более двухсот проектов по созданию компактных и мощных силовых агрегатов. В технологическом портфолио HTT уже подготовлены решения непростых задач в рамках стратегии даунсайзинга.

В дизельном сегменте наиболее многообещающей остается революционная система наддува VNT (Variable Nozzle Turbine) с изменяемой геометрией проточной части турбины. 

Турбокомпрессоры VNT полностью утилизируют энергию выхлопа, эффективнее работают в области низких оборотов двигателя, точнее и быстрее откликаются на потребность двигателя в воздухе. Их появление в начале 90-х коренным образом изменило репутацию дизельных моторов и дало им новый импульс развития. За прошедшее время сменилось несколько поколений ТК Garrett VNT. Они эволюционировали в направлении повышения эффективности и надежности, снижения инерции деталей и трения между ними с целью более быстрого отклика на управляющие воздействия. Одновременно совершенствовались системы управления турбинами. В качестве исполнительного устройства в них применяются электронно-механические регуляторы (REA), получающие команды напрямую от блока управления двигателем. VNT-технология адаптирована для применения на коммерческих дизелях всех классов: AVNT – для легких грузовиков, Double Axle VNT – для средних и большегрузных. Турбокомпрессоры VNT имеют сложную конструкцию, требуют очень точной настройки и регулировки выходных параметров, а также их согласования с системой управления двигателем. Поскольку корректно выполнить калибровку ТК VNT вне заводских условий невозможно, Honeywell официально запрещает выполнять их восстановительный ремонт. В случае отказа агрегата остается единственно возможный вариант – замена турбокомпрессора на новый.

Одновременно HTT развивает направление по созданию двухступенчатых систем наддува как последовательной, так и параллельной конфигурации. В последовательно согласованной системе вначале работает небольшой ТК высокого давления, который затем сменяет турбоагрегат значительно большей производительности. Параллельная архитектура включает два небольших ТК, работающих бок о бок. Применение параллельно согласованной системы наддува вместо традиционного турбокомпрессора на дизеле объемом 2,2 литра дает прирост крутящего момента на 30%. Как следствие, у автомобиля на 5-7% повышается экономичность и на 20% улучшается динамика в диапазоне скоростей 30-60 км/час. Ведутся работы по совершенствованию компрессорной части дизельных ТК. Применение в их конструкции подшипников качения (ball bearing) позволит дополнительно сэкономить от 2 до 4% топлива и ускорить отклик на управляющие воздействия. 

Бензиновое портфолио Honeywell покрывает потребности двигателей любого объема, от 0,6 до 4 л и более. Для турбонаддува бензиновых двигателей в настоящее время применяются ТК, выполненные по технологии MGT (Modern Gasoline Turbine). Honeywell готовится сделать следующий важный шаг – внедрить в конструкцию искровых моторов системы с изменяемой геометрией турбины. Бензиновые ТК VNT будут способны работать при температурах до 1050°С и обеспечат прирост топливной экономичности на 3-4% в сравнении с современными системами наддува. 

По расчетам специалистов HTT в ближайшие пять лет в общей массе турбомобилей доля машин малого класса с бензиновыми и дизельными двигателями объемом менее 1,7 л увеличится с 33 до 50%. В ответ на эту тенденцию развивается направление «микро-турбо». Компактные турбосистемы Honeywell прибавят малолитражкам тяговитости и экономичности. Например, небольшие 2- или 3-цилиндровые турбодизели будут потреблять на 25-30% топлива меньше, чем атмосферные искровые конкуренты.

Сергей Самохин, ТурбоМастер.ру