Турбодивизион BorgWarner - легендарный разгон!
Последняя версия «идола» фанатов спортивных автомобилей, Porsche 911 Turbo, разгоняется до сотни менее чем за 4с. Его 3,6-литровый оппозитный двигатель номинальной мощностью 480л.с. выдает предельный крутящий момент 620 Нм в диапазоне от 1950 до 5000 мин-1. При этом мотор в смешанном цикле потребляет всего 12,8л/100км, укладываясь в самые строгие экологические нормативы. Главный секрет столь великолепного сплава мощностных характеристик, экономичности и экологической безопасности – два уникальных турбокомпрессора BV50G с изменяемой геометрией турбины. Их конструкция разработана инженерами BorgWarner Turbo&Emission Systems (BWTS) – «турбодивизиона» мирового поставщика автокомпонентов, концерна BorgWarner Inc.
Концерн BorgWarner заслужил мировую известность, прежде всего, как разработчик и поставщик высокотехнологичных компонентов и систем для транспортных силовых агрегатов. Корпорация, созданная восемьдесят лет тому назад в результате слияния таких компаний как Borg&Beck, Warner Gear, Morse Chain и ряда других, традиционно производит коробки переключения передач, узлы автоматических и полноприводных трансмиссий, системы привода ГРМ. В списке постоянных потребителей ее продукции значатся Ford, DaimlerChrysler, General Motors, VW/Audi, Toyota, Hyundai/Kia, Renault/Nissan, Honda, Caterpillar, Navistar International, Peugeot и BMW.
Подразделение, занимающееся производством турбосистем, появилось в составе концерна относительно недавно – в 1998 году. Тем не менее, турбодивизион BWTS обладает опытом разработки агрегатов турбонаддува, который исчисляется многими десятилетиями. Секрет в том, что он был образован на основе двух вошедших в состав концерна авторитетных компаний-производителей турбокомпрессоров (ТК) – немецкой Kühnle, Kopp & Kausch (ККК или 3К) и американской Schwitzer. ККК, отсчитывающая свою историю с конца 19-го века, активно занималась разработкой и производством турбокомпрессоров с 1952 года. К моменту слияния с BorgWarner компания уже выпустила свой 10-миллионный ТК. Не менее опытная и знаменитая фирма Schwitzer создала свой первый турбокомпрессор в 1928 году. Турбинами Schwitzer оснащались болиды класса Indy 500 и первые турбодизели Cummins и Caterpillar.
Благодаря такому солидному базису сегодня BWTS уверенно делит первую ступень пьедестала мирового турбостроения с Honeywell Turbo Technologies. На предприятиях международной компании, расположенных в 10 странах мира, трудятся 3400 специалистов. Штаб-квартира BWTS находится в немецком городе Kirchheimbolanden, где расположены исследовательский центр и один из ее крупнейших заводов с производственной мощностью более 1,5 миллионов ТК в год. Расширяя свое присутствие на мировом рынке, в последнее время BWTS открыла несколько новых заводов в Европе (в Венгрии и Польше), Северной Америке и Южной Корее, расширяет свое присутствие в Китае. Подчеркивая преемственность своей деятельности, подразделение выпускает продукцию под брендами 3К и Schwitzer. Ее широкий ассортимент включает турбины для двигателей легковых и грузовых автомобилей, промышленной техники, локомотивов и судов мощностью от 20 до 1000 кВт. Продолжая традиции турбостроения, инженеры BWTS устанавливают новые стандарты в этой высокотехнологичной отрасли.
«Гвоздь программы» BWTS - турбокомпрессоры с изменяемой геометрией проточной части турбины. В сравнении с обычными ТК с байпасным регулированием такие агрегаты полнее используют энергию выхлопных газов, эффективно работают в широком диапазоне оборотов двигателя, точнее и быстрее откликаются на управляющие воздействия. Технология, получившая название VTG (Variable Turbine Geometry), широко применяется при разработке турбин для дизельных двигателей легковых и грузовых автомобилей. В 2006 году на рынке дебютировало второе поколение VTG-турбокомпрессоров. В их конструкции появились электромеханические регуляторы, получающие команды напрямую от блока управления двигателем.
BWTS стал первым производителем ТК, использовавшим VTG-технологию для наддува бензинового двигателя, тем самым сделав серьезную заявку на лидерство в этой области. Следует отдать должное смелости немецких турбостроителей, выбравших в качестве объекта для первого опыта высокотехнологичный двигатель Porsche 911. Тем убедительнее оказался успех этого рискованного проекта, завершившегося громким дебютом нового «Порше» в 2006 году в Женеве.
Достижения BWTS в разработке ТК для искровых моторов признают все, включая главного конкурента компании, Honeywell Turbo Technologies. Специалисты турбодивизиона BorgWarner первыми разработали серию турбокомпрессоров, способных противостоять экстремальным температурам вплоть до 1050°С. Именно в таких условиях предстоит работать турбинам бензиновых двигателей в ближайшем будущем. Ожидаемое увеличение температуры выхлопа обусловлено продолжающейся борьбой за сокращение потребления топлива. Она диктует отказ от обогащения топливовоздушной смеси на мощностных режимах, частично используемого для охлаждения камеры сгорания. Экономичная работа на смеси, состав которой близок к стехиометрическому, приведет к повышению температуры выхлопа. При создании высокотемпературных моделей ТК были отработаны несколько оригинальных технологий производства корпусов турбин: методом литья из аустенитных чугунов, изготовление тонкостенных корпусов, в том числе, способом сварки из листового металла.
Среди разнообразной «бензиновой» продукции BWTS можно отметить ТК типа «twin scroll» - со сдвоенной улиткой турбины. Серия таких турбин разработана для современных 4-цилинровых двигателей с непосредственным впрыском топлива. В их конструкции реализована идея импульсного наддува. Отработавшие газы из каждой пары цилиндров направляются на лопатки турбинного колеса раздельно, что позволяет повысить эффективность турбины и включить ее в работу уже при частоте вращения двигателя 1400 мин-1.
Не менее впечатляющие успехи достигнуты турбодивизионом BWTS на дизельном направлении. Пожалуй, наиболее значимым из них является отмеченная многочисленными наградами технология регулируемого многоступенчатого наддува R2S. Она родилась в процессе поиска путей дальнейшего повышения удельной мощности дизельных двигателей. Необходимое для этого увеличение давления наддува обусловливает применение ТК больших размеров, что влечет за собой негативные последствия. Массивный и, соответственно, более инерционный турбокомпрессор становится менее отзывчивым на малых оборотах двигателя. Когда расход выхлопных газов невелик, эффективнее работает небольшой ТК. Так родилась идея объединить в одной системе наддува два устройства.
Впервые идея была реализована в конце 2004 года на BMW 535d. Трехлитровый турбодизель автомобиля был оснащен двухступенчатой системой наддува. С ее помощью двигатель развивал номинальную мощность 272 л.с./4400 мин-1 а максимальный крутящий момент 560 Нм достигался уже при 2000 мин-1. Турбосистема состояла из двух расположенных последовательно турбокомпрессоров разного размера, объединенных единой системой регулирования. Каждая из турбин была задействована постоянно. По мере увеличения оборотов двигателя вначале раскручивался компактный ТК высокого давления. Он отвечал за быстрый отклик системы на управляющие воздействия и высокий крутящий момент при частичных нагрузках. По мере увеличения потока отработавших газов к работе подключался большой ТК низкого давления. Он принимал на себя большую часть нагрузки на мощностных режимах и обеспечивал упомянутые 272 «лошади». Вслед за BMW преимущества системы R2S оценили другие автопроизводители. В секторе коммерческих автомобилей она дебютировала на двигателе MAN. Вскоре ею был оснащен 2,2-литровый турбодизель Mercedes-Benz Sprinter, а также новые двигатели Ford V8 и V6.
BWTS работает над дальнейшим развитием многоступенчатых систем наддува. Перспективным направлением является использование в составе системы VTG-турбокомпрессора или еще одной новой технологии от BWTS – eBooster. eBooster представляет собой компрессор, который приводится во вращение высокоэффективным электродвигателем. Такое устройство может использоваться совместно с турбокомпрессором и располагаться последовательно с ним. Преимущества технологии eBooster очевидны – развиваемое электрокомпрессором давление не зависит от режима работы двигателя. Он окажет мгновенную поддержку основному ТК при любой частоте вращения. В настоящее время прорабатывается вопрос об электрической интеграции eBooster в бортовую сеть автомобиля. Системы наддува с технологией eBooster появятся со дня на день.
Сергей Самохин, ТурбоМастер.ру
