Немногие тюнинговые ателье берутся за установку турбонаддува на атмосферный двигатель. Тем интереснее, когда дело происходит в России, а автомобили — отечественные.
Текст: Никита Гудков
Фото: Григорий Голышев
По сеньке ли шапка?
Сама идея повысить мощность двигателя, загнав в цилиндры побольше воздуха и увеличив тем самым плотность заряда смеси, очевидна. Но вот реализовать ее грамотно — тонкая инженерная задача. Как только повышается давление и температура смеси в конце такта сжатия, немедленно во всем коварстве предстает страшный враг двигателя — детонация. Враг, сокрушивший немало попыток увеличить отдачу мотора. Враг, самый надежный способ борьбы с которым — отступление. Идя на попятный, инженерам приходится понижать давление наддува, охлаждать впускаемый воздух, уменьшать степень сжатия, экспериментировать с формой камеры сгорания — и все это долгий, трудный путь. Однако игра стоит свеч — ведь пройдя этот путь до конца, нащупав тонкую грань компромисса, можно получить до 100 процентов прибавки мощности и момента!
Помимо предотвращения детонации, перед мотористами встает и еще одна задача — доработка внутренностей двигателя с тем, чтобы обеспечить его надежность при повышенных нагрузках. Прежде всего это относится к температурному режиму поршней и клапанов, а также к герметичности стыка головки и блока цилиндров. Отличается у турбомотора и подбор фаз газораспределения. Часто их не только не расширяют, но и наоборот, сужают по сравнению с атмосферным вариантом.
Немало сложностей обнаруживается и при компоновке дополнительных узлов в подкапотном пространстве. А ведь разместить нужно не только турбину, но и интеркулер с весьма объемными патрубками, масляный радиатор, выхлоп увеличенного диаметра… Турбина становится самым горячим элементом под капотом, ей требуется хорошее охлаждение и обдув встречным воздухом, но при этом раскаленного корпуса не должна достичь холодная вода из лужи, даже если машина влетит в нее на полном ходу.
Решить все эти проблемы в комплексе совсем непросто, особенно на вазовской «восьмерке» с ее тесным подкапотным пространством. Но представившие на наш суд свои произведения конструкторы фирм Гладков Сервис и СТК Билкон приложили для этого максимум усилий.
Одинаковы с лица
Сравнение получилось на редкость корректным: автомобили-конкуренты сходятся не только цветом, но и важнейшими компонентами. У обоих восьмиклапанные двигатели рабочим объемом 1600 куб. см., стандартные распредвалы и клапаны, а турбина на обоих стоит сразу после серийного выпускного коллектора. В обеих коробках передач серийный ряд передаточных чисел, различаются только главные пары: 3,7 у автомобиля СТК Билкон против 3,9 у «восьмерки» Гладков Сервис.
В активе СТК Билкон пять лет экспериментов и сотрудничество с признанным авторитетом — лабораторией турбонаддува НАМИ. Как заявляет руководитель фирмы и идеолог этой машины Андрей Севастьянов, все примененные ими решения проверены на практике и достались, как говорится, потом и кровью. После всех опытов главные показатели выбраны такими: рабочее давление наддува — 0,9 бара, степень сжатия — 7,8. По своей философии, это — наддув высокого давления, дающий наибольшую прибавку в зоне высоких оборотов и обещающий залихватский «подхват» при наборе скорости.
Центральный узел — недорогая турбина чешского производства, адаптированная в НАМИ к установке на ВАЗ-21083. Диаметр ее ротора — 55 мм. В результате экспериментов двигатель получил также масляный радиатор, интеркулер, топливные форсунки повышенной производительности, а вот корпус турбины так и остался без водяного охлаждения. Возможно, именно это и наступило на горло ее песне… Впрочем, обо всем по порядку.
«Восьмерка» от ателье Гладков Сервис принципиально отличается по своей идеологии. Ее создатели хотели получить максимум крутящего момента на низких и средних оборотах, для чего избрали наддув низкого давления. Поэтому пиковое давление не превышает 0,45 бара, а выбранная степень сжатия — 8,3. Сама турбина немецкого производства, фирмы ККК, с диаметром ротора 40 мм. Точно такие же устанавливаются на популярный 150-сильный фольксвагеновский мотор 1,8Т, славящийся своей «тракторной» тягой.
По словам Евгения Гладкова, опыт его компании в постройке турбомашин не столь велик, но компенсировать это должен скрупулезный расчет, стоящий за каждым решением. Козырь предлагаемой системы — простота монтажа ее компонентов, что делает возможной продажу «установочных комплектов» для всех желающих. На тестовой машине также были применены два дополнительных радиатора — масляный и наддувочного воздуха, а вот производительности штатных форсунок ее создателям пока хватает.
Но разные внутри
Трогание с места на билконовской машине происходит практически как на стандартной. До 2000 об/мин мотор ничем не выдает своего «заряда», дальше разгон идет повеселей, однако настоящая работа наддува начинается только с 3000 об/мин. Причем — совершенно плавно, безо всякого подхвата. Вот тебе и высокое давление… Но динамика хороша, спору нет!
Мотор имеет смысл крутить до 6000 об/мин, дальше темп ускорения снижается, а на 6400 оборотах срабатывает ограничитель. Понравился и звук: к привычному тембру двигателя добавился скорее особый шелест выхлопа, нежели свист или всхлипы при стравливании избыточного воздуха. Никакого рыка или басов, никаких неприятных эмоций.
Однако по приезде на полигон нас ждало разочарование: веселые нотки в работе двигателя поутихли, и в процессе измерений стрелка указателя давления перестала подниматься выше 0,75 бара. Последующая разборка показала, что вышла из строя втулка ротора турбины. Замеры, результаты которых отражены в таблице, были проведены повторно, после ее восстановления.
При визуальном знакомстве ВАЗ-21083 от ателье Гладков Сервис кажется более бескомпромиссным. Злобный обвес оживляет внешний вид «восьмерки», но наверняка «крадет» несколько километров максимальной скорости. Стоит завести двигатель — картину дополняет дуэт прямоточного глушителя и двигателя, сотрясающего кузов через жесткие спортивные опоры. Шум стоит такой, что заглушает на ходу все остальные звуки, не позволяя догадаться о наличии наддува.
Впрочем, агрессивный с виду зверь на дороге оказывается вполне ласковым и вальяжным. Диапазон оборотов, в которых работает турбина, шире, чем у предыдущего автомобиля. Подхвата как такового здесь тоже нет, но по другой причине. Дело в том, что наддув работает с самых «низов». Уже с 1500 об/мин тяга ощутимо лучше, чем у стандартного мотора, а с 2000 наступает просто-таки изобилие крутящего момента. Которое, впрочем, заканчивается после 5000 оборотов, незадолго до того, как срабатывает ограничитель. Если не заниматься дрэгрейсингом, то такой характер мотора — именно то, что нужно: и в городе, и на трассе. Эластичность очень хороша, и нет задержки вступления в работу турбины. Крутящего момента столько, что при трогании трудно не сорвать колеса в пробуксовку, чем в какой-то мере объясняется худшее время разгона до 50 км/ч. Интересно, что характерная полка крутящего момента вазовского турбомотора оказалась почти такой же, как у «донора» — 150 сильного фольксвагеновского 1,8Т. Причем у «немца», во всяком случае в комплектации с электронным приводом дроссельной заслонки, пауза между нажатием на педаль газа и началом ускорения даже больше.
Правда, благоприятное впечатление от мотора, построенного фирмой Гладков Сервис, тоже оказалось немного подпорчено в процессе измерений. После нескольких километров в режиме максимальной скорости стрелка температуры двигателя поползла вправо, а детонация стала слышна невооруженным слухом. Решив не рисковать, комплекс замеров мы заканчивали с включенной «печкой»…
Заседание продолжается?
Определить на этот раз победителя теста мы не возьмемся. Несмотря на различия в характерах, оба мотора демонстрируют близкие результаты (вспомним про разницу в главных парах) и сопоставимы по цене. Динамика обеих машин производит прекрасное впечатление. Но — по-разному. Если турбомотор СТК Билкон больше похож на обычные тюнинговые атмосферные моторы, демонстрирующие существенную прибавку мощности только на высоких оборотах, то характер мотора Гладков Сервис иной. Благодаря своей отменной эластичности, он придется по душе и тем водителям, которые исповедуют спокойный стиль езды. Ведь в обычной жизни тяга мотора в диапазоне от 60 до 100 км/ч, например при обгоне, важнее способности сорваться с места на первых двух передачах и быстрее всех достичь следующей стоп-линии.
Трудно ответить и на вопрос, что лучше: традиционная форсировка атмосферного мотора или установка турбокомпрессора. Бюджет обеих операций сопоставим. В пользу турбонаддува, кроме относительной простоты монтажа, говорит тот факт, что при одинаковом режиме движения турбированный двигатель экономичнее атмосферного такой же мощности. Дело в том, что на самом деле турбина работает всего 15—20 процентов времени. В остальное время ее вал крутится «на холостом ходу», не потребляя мощность двигателя.
Но, увы, считать наддув панацеей, решением всех проблем, пока рано. На его пути лежит большой подводный камень, имя которому — ресурс. Несмотря на оптимизм создателей обеих машин, вопрос срока службы турбомотора остается открытым. Как минимум — до проведения соответствующих ресурсных испытаний. Во время первого теста, напомним, мы получили прямую поломку на одной машине и ясно слышимую детонацию на другой…
А пока работа над турбонаддувом для вазовского мотора продолжается. В том числе, по нашим сведениям, и в Тольятти. Сразу несколько фирм уже изготовили, или, как говорят спортсмены, построили наддувные варианты 16-клапанного двигателя. Поэтому музыка искусственно разогнанного во впускном тракте воздуха обязательно снова прозвучит в наших тестах.
(Автоспорт №10’2003)
ВЕК НАДДУВА
Первый патент на турбонагнетатель был получен более 100 лет назад — в 1902 году швейцарцем Альфредом Бучи. Но дальнейшее развитие запатентованная им конструкция получила лишь в 30-х годах прошлого века, в авиации. Применение турбонаддува на автомобилях сдерживалось высокой в то время стоимостью жаростойких материалов — спортивные машины чаще оснащались механическими компрессорами (вспомним легендарный Mersedes 540K). К 60—70-м годам технологические достижения сделали возможным применение турбонаддува в автомобильной промышленности. Турбомашины ограниченными сериями и с разным успехом выпускали Buick, Oldsmobile, Chevrolet, Porsche, BMW.
Первым по-настоящему серийным турбоавтомобилем стал SAAB 99 Turbo 1977 года (на фото вверху). Следующие 10—15 лет шведская фирма шла в авангарде развития этого направления. Ее идеологией, завоевавшей весь мир, было применение турбины небольшого размера, обеспечивавшей максимум крутящего момента в районе 3000—4000 об/мин, против 5000—7000 у существовавших ранее вариантов. Первый мотор при степени сжатия 7,2 уже имел усиленные поршни, наполненные натрием выпускные клапаны, измененные фазы газораспределения, масляный радиатор и более «холодный» термостат. Сначала казалось, что дальнейшее развитие турбонаддува (то есть повышение его давления) связано с системами впрыска воды. Этот метод снижает температуру в камере сгорания и помогает бороться с детонацией. Несмотря на уменьшение теплотворной способности смеси, за счет большего давления наддува можно повысить мощность. Одно время такие системы даже пошли в серийное производство. Но в итоге более правильным оказался другой путь: применение электронного регулирования давления по командам датчика детонации. Такая система, также впервые в мире, появилась на серийных СААБах в 1982 году и сняла большинство проблем с надежностью. Затем распространение получили интеркулер (впервые применный в 1984 году) и турбины с водяным охлаждением (с 1987 года). Ну, а последняя новинка в этой области — турбокомпрессоры с изменяемой геометрией.
| РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ | ||
| — | ВАЗ-21083 Турбо Гладков Сервис | ВАЗ-21083 Турбо Билкон |
| Макс. скорость, км/ч | 180,9 | 192,9 |
| Время разгона, с | — | — |
| 0—50 км/ч | 3,25 | 2,91 |
| 0—100 км/ч | 9,85 | 10,32 |
| 0—150 км/ч | 24,70 | 26,72 |
| на пути 400 м | 17,02 | 17,10 |
| на пути 1000 м | 31,61 | 32,12 |
| 60—100 км/ч (III передача) | 5,19 | 6,23 |
| 60—100 км/ч (IV) | 6,48 | 10,83 |
| 60—100 км/ч (V) | 9,58 | 14,23 |
| 80—120 км/ч (III) | 6,66 | 6,69 |
| 80—120 км/ч (IV) | 8,31 | 10,87 |
| 80—120 км/ч (V) | 8,85 | 16,07 |
| Выбег, м | — | — |
| с 50 км/ч | 573 | 457 |
| 130—80 км/ч | 738 | 641 |
ВАЗ-21083 Турбо Гладков Сервис
ДОРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЯ
Установочный комплект «мини»: $1500
кованые поршни
коленчатый вал (ход поршня 74,8 мм)
турбина ККК
байпасный клапан
воздушный фильтр
кронштейны, патрубки, другое
Интеркулер (Toyota Crown) $140
Масляный радиатор в сборе $300
Выпускная система $250
ИТОГО $2190
ВАЗ-21083 Турбо СТК Билкон
ДОРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЯ
Доработка блока (установка масляных
форсунок охлаждения поршня) $100
Кованые поршни $120
Коленчатый вал (ход поршня 74,8 мм) $170
Доработка головки блока $250
Топливные форсунки увеличенной производительности $150
Турбина CZ адаптированная $600
Байпасный клапан $40
Масляный радиатор MOCAL в сборе $220
Интеркулер (ГАЗ-Steyr)
адаптированный $200
Кронштейны, патрубки, другое $150
Воздушный фильтр Pipercross $60
Свечи Champion C59 $40
Выпускная система $200
Работы по разборке/сборке $400
ИТОГО $2700