Турбо-машини: чому газотурбінний двигун не прижився на авто

Двигуни на нафтовому пальному в автомобільному світі сьогодні представлені виключно поршневими конструкціями, але ж насправді є ще один дуже цікавий тип ДВЗ – газотурбінні силові агрегати. І були часи, коли їх випробовували на автомобілях, у тому числі в Україні, і у тому числі на легкових.

Що таке ГТД: переваги

Принципова відмінність газової турбіни від звичних нам рядних "четвірок", V6 та V8 – в перетворенні енергії спаленого пального в механічну енергію. У поршневому двигуні робочі гази, розширюючись, штовхають поршень, той через шатун тисне на коліна колінчастого валу, вал починає обертатися і тільки після того… - поїхали! Тобто для перетворення поступального руху поршня в обертання колінвала використано кривошипно-шатунний механізм – громіздкий, важкий, з набором проблемних пар тертя і розвиненою системою змащення.

А газотурбінний двигун обходиться без всього цього, йому не потрібні жодні проміжні механізми для перетворення енергії гарячих газів на обертальний момент – гази відразу обертають сам вал, натискуючи на лопатки турбіни. Змащувальна система і система охолодження цим моторам теж не потрібні. Тому кількість деталей у ГТД в 5 разів менша, ніж у поршневого конкурента:  клапанів, розподільних валів, шатунів з поршнями немає зовсім, свічка – і та одна на весь мотор.

У підсумку ГТД мають вищу питому потужність, кращі надійність і довговічність, менші габарити і в кілька разів меншу масу. Для легкової машини важливо, що завдяки низькому рівню шумів та вібрацій робота таких двигунів дуже комфортна. З іншого боку, динаміку машинам газотурбінні двигуни забезпечують просто космічну.

Не остання за важливістю особливість – такі мотори невибагливі до якості і навіть типу палива, працюють на бензині, дизелі, а найкращим для них вважається гас. Машині з газовою турбіною в якості трансмісії достатньо простенької коробки передач з двома-трьома передачами, а механізм зчеплення чи гідротрансформатор (якщо коробка-автомат) не потрібні геть.

Мінуси ГТД з автомобільної точки зору

Найпроблемніша річ такого двигуна – робоче колесо його турбіни, яке дороге у виготовленні, адже воно  має витримувати температуру до 1300 градусів С. Другий недолік ГТД – велике споживання палива в режимах часткового навантаження та холостого ходу. Тобто найекономічніший режим для газотурбінного силового агрегата – робота під повним навантаженням, що характерно, наприклад, для вантажівки, але не для легкового авто. Є проблеми і з екологією – перегріте в турбіні повітря виділяє забагато оксидів азоту NOх.

Проте, згаданими недоліками відрізнялися конструкції кінця 1960-х – початку 1980-х років, коли ГТД на реальних машинах активно тестували Chrysler (Turbine Car 1963), Rover, Ford, Fiat, Daimler, Volvo. Свого часу в Кременчуку було побудовано декілька варіантів цілком успішних газотурбінних КрАЗів з колісною формулою 6х6.

Зрозуміло, що за нинішнього рівня технологій більшість хронічних проблем ГТД були б вирішені. Але навіть якщо правильний за сьогоднішніми канонами газотурбінний двигун був би створений, запровадження його у масове виробництво замість поршневих моторів потребувало б багатомільярдних інвестицій від кожного автовиробника. Наприклад, за оцінками того ж Chrysler на запуск в серію ГТД йому потрібно було 1 мільярд – у доларах 1967 року! Сенс таких витрат сьогодні теж не проглядається. Принаймні, поки що.

Коротко

Добре це чи погано, але напрямок технічного прогресу визначається не тільки характеристиками передових конструкцій, а й масою навколишніх обставин – суспільними настроями, бізнесовою кон’юнктурою, навіть політикою. До речі, буквально в наші дні в Україні експлуатуються сотні машин з цими самими газотурбінними двигунами. На жаль, це не швидкі і комфортабельні лімузини, а основні танки кількох моделей, які використовують армії по обидві сторони фронту.