История турбонаддува

История турбонаддува

Ни для кого не является секретом тот факт, что большинство самых быстрых автомобилей, участвующих в чемпионате NHRA Summit Sport Compact Drag Racing Series, оборудованы двигателями с турбокомпрессорами. Или, выражаясь научно, центробежными насосами с приводом от газовой турбины, которые приводятся в действие энергией выхлопных газов двигателя. Путь, который прошли эти агрегаты с начала XX века до нынешних четвертьмильных дорожек, мы и опишем.

Уроки истории

В начале 1900-х годов швейцарский инженер Альфред Дж. Буши впервые представил прототип компрессора, работающего на энергии выхлопных газов. Однако проект был быстро отклонен его коллегами. В начале 1910-х в США Сэнфорд А. Мосс также предложил прототип турбонагнетателя для двигателей, используемых в авиастроении. Его изготовленный вручную «турбо-сверх-нагнетатель» позволил установить в 1920 году рекорд высоты для аэропланов того времени – около 11 тысяч метров.

Несмотря на все попытки применения турбонагнетателей во время Первой Мировой войны, это новшество не получило широкого распространения. Все изменилось лишь во время Второй Мировой, когда буквально тысячи самолетов стали комплектоваться двигателями с наддувом. Из самых известных примеров таких аппаратов можно назвать B-17 Flying Fortress, B-24 Liberator, P-38 и P-47. Вообще же между 1940 и 1950 годами турбины использовались преимущественно в судовых двигательных установках, в промышленности и в дизельных двигателях железнодорожных локомотивов. К 1950 году в США использовалось более 20 тыс. турбонагнетателей в различных отраслях промышленности и транспорта.

В начале 1950-х, надеясь получить высокомощные силовые установки для своей проектируемой дорожной техники, компания Caterpillar Tractor Co. начала эксперименты с турбокомпрессорами. В Caterpillar разработали и создали действующий образец турбины, который послали для всесторонних проверок в небольшую лос-анджелесскую компанию Garrett, специализирующеюся на системах теплообмена.

Первый образец с треском провалил тесты в Garrett, и руководство Caterpillar решило попросту поручить разработку систем наддува самой Garrett, как компании, имеющей некоторый опыт в турбонаддуве, металлообработке, разработке уплотнений и требуемых подшипников. Caterpillar поставил задачу, и работники Garrett с головой ушли в разработку систем наддува, которые удовлетворяли бы поставленным требованиям. Одним из этих работников был Хай Маккинес, впоследствии оставивший значительный след в турбомире.

Проекты улучшаются

В 1953 году прототип турбины, названный TO2 (не путайте с современной серией автомобильных турбин T2), прошел все тесты с оглушительным успехом. Предполагалось, что это устройство сможет безостановочно и без затруднений проработать более 1800 часов подряд. И эти надежды оправдались. На основе этого успешного образца была создана более технически жизнеспособная и
1000
более простая по устройству турбина, получившая индекс T15. Caterpillar заказал 5 тысяч этих турбин для своего нового, ныне широко известного гусеничного трактора D9. После этого в 1954 году было основано подразделение Garrett AiResearch Industrial Division, которое часто называли просто Garrett-AiResearch. Оно специализировалось на разработке и производстве турбонагнетателей.

Прочие компании в это время также экспериментировали с турбонаддувом. Так, например, на двигатели популярных грузовиков Cummins устанавливались турбины, изготовленные компанией Elliot and Schwitzer, до тех пор, пока Cummins самостоятельно не освоил выпуск систем наддува.

Однако к 1960-м годам турбины еще не стали надежным и неотъемлемым компонентом дизельных двигателей и не получили широкого распространения в производстве грузовиков. Тем не мнее, к концу 60-х AiResearch стал безоговорочным лидером среди производителей турбонагнетателей благодаря широкому спектру своей продукции, который на то время покрывал все требования промышленности. Позиция AiResearch совместно с с Schwitzer и несколькими европейскими «подражателями» (Holset, KKK и прочие) в этом секторе остается незыблемой и по сей день.

Поступь Детройта

Первым автомобилем с наддувным двигателем стал Oldsmobile Jetfire. Его алюминиевый мотор V8 агрегатировался турбиной T5 от Garrett-AiResearch. У этого двигателя была высокая степень сжатия (10.25:1), верхнее расположение карбюратора и работал он по схеме совместного впрыска воды и спирта (50:50) для предотвращения детонации. Причем дилерская сеть Oldsmobile предлагала всем желающим всего за $50 избавиться от турбины и установить взамен нее обычный карбюратор.

В то же самое время Chevrolet представил Corvair, консервативную модель, турбины для которой были разработаны в TRW под чутким руководством Маккинеса. Corvair подтвердил собой жизнеспособность турбонаддува в бензиновых двигателях для машин массового производства — так же, как и для дизелей.

В 1960-х многочисленные энтузиасты начали с головой уходить в чарующий мир турбонаддува, и для многих это хобби переросло в бизнес, приносящий прибыль. Большинство из образовавшихся мелких компаний так и не смогли занять свою нишу на рынке, но их инициатива, воображение и признание заслуг «гаражных умельцев» послужило толчком для дальнейшего прогресса технологии.

Rajay расширяет сферы влияния

В 1969 году техасская компания Rajay Industries приобрела у TRW технологическую линию и наняла Маккинеса на должность главного инженера. Rajay также открыла магазин в Лонг Бич, Калифорния и стала первым производителем готовых решений в области турбонаддува для авиации, мелкосерийных промышленных заказов и тюнинга. Вероятно, одним из наиболее значительных преимуществ у Rajay была доступность их продукции, позволявшей многим приобщиться к технологии, что называется, «не замочив ног». Покровительство Rajay позволило таким компаниям как M&W Gear, Spearco и Daytona Marine заявить о себе в полный голос. Основной целью работы компании, однако, считалась прямая конкуренция с Garrett-AiResearch на рынке сельскохозяйственных дизельных моторов.

Большинство серьезных решений в области турбонаддува для тюнинга, тем не менее, вышло именно из AiResearch. Это произошло благодаря тому, что у них это направление было профильным, они обладали необходимыми знаниями в максимальном объеме и к тому же являлись крупнейшим поставщиком систем турбонаддува для множества мировых производителей автомоторов. Компания приложила немало усилий в самых различных областях профессионального автоспорта – впрочем, с переменным успехом. Дорабатывались самые разные спортивные машины — начиная с Формулы и заканчивая
1000
монстрами Индианаполиса. Ни одна из полученных технологий, тем не менее, не была доступна подавляющему большинству энтузиастов.

В начале 70-х большинство значимых попыток энтузиастов заниматься турбонаддувом было совершено с использованием продукции компании TurboSonic, использующей модифицированные турбины Accel, тюнингового подразделения Echlin Corporation. (Линейку турбин TurboSonic создал Боб Келлер после того, как Echlin выкупила в 1973 году производство у Turbonetics). Accel получил немалую прибыль, занимаясь техническим обеспечением тюнинга, проведя агрессивную рекламную кампанию, оплатив заказные статьи и общенациональное продвижение своей продукции. Множество энергичных и талантливых покупателей получило тысячи турбин, совершенно ничего не представляя ни о принципах их работы, ни о том, как их установить.

Рынок разрастается

В 1976 году, вскоре после появления продуктов Accel TurboSonic (произведенных на основе турбин Garrett-AiResearch), Echlin приобретает производство афтермаркетных турбин Roto-Master в Калифорнии. Roto-Master изначально позиционировал направление своей деятельности как производство и переделку турбин и их компонентов для промышленных дизелей в США и, возможно, по всему миру. Эта покупка дала возможность Accel производить свои собственные турбины для TurboSonic и надежно утвердила Roto-Master на месте лидера в производстве турбин для тюнинга. Главным инженером и вице-президентом Roto-Master был уже знакомый нам персонаж – Маккинес. Боб Келлер стал в Roto-Master главным инженером по системам турбонаддува.

В конце 70-х в Детройте с энтузиазмом «открыли» турбонаддув. Угроза серьезного топливного кризиса в 80-х породила строгие требования правительства, обязывающие автопроизводителей разработать экономичные двигатели небольшого объема и, к большому сожалению, дефорсированные. Чтобы придать этим новым двигателям хоть какое-то сходство с былыми мощными агрегатами (страсть к быстрой езде в у многих крови и она не зависит от разного рода кризисов), автопроизводители начали в массовом порядке устанавливать на моторы турбонагнетатели. В начале восьмидесятых каждая компания, производившая автомобили (от Ford до Mercedes), имела в своем модельном ряду далеко не один автомобиль с турбонаддувом. Это приводило в восторг Garrett-AiResearch, величайшего автомобильного турбопоставщика всех времен и народов.