Чому у світі "забанили" газотурбінні двигуни для авто

Що таке газотурбінний двигун?

Цей тип двигуна має багато спільного з авіаційними турбінами, але адаптований для наземного використання. Це тепловий двигун, який перетворює енергію згоряння пального на механічну енергію за допомогою турбіни - металевого колеса з лопатками.

Ці мотори мають високу питому потужність, меншу масу, простішу конструкцію та здатні працювати на різних видах пального. На перший погляд, газова турбіна влаштована дуже просто, але за цією простотою стоять дійсно високі технології.

Як влаштовано газотурбінний двигун

Компресор. Забирає повітря з атмосфери та стискає його до високого тиску. Це підвищує ефективність згоряння.

Камера згоряння. У стиснене компресором повітря впорскується пальне (бензин, дизель, гас тощо) і запалюється. Утворюється гаряча - до 1300 градусів - газова суміш з високим тиском.

Турбіна. Гарячі гази, шукаючи виходу з камери згоряння,   проходять через турбінне колесо, змушуючи його обертатися. Турбіна через трансмісію приводить колеса автомобіля. Попутно вона ж приводить в рух і компресор.

Вихлопна система. Відпрацьовані гази викидаються через сопло або глушник. У деяких конструкціях частина енергії вихлопу може використовуватись для додаткового приводу.

Редуктор (трансмісія). Коробка передач турбіни набагато простіше, досить двох-трьох передач, а зчеплення чи гідротрансформатор (як на наших АКП) не потрібні геть. Але оскільки турбіна обертається з надвисокою швидкістю (до 50 - 100 тис. об/хв), потрібен редуктор, щоб знизити оберти до рівня, придатного для передання на колеса (1000–3000 об/хв).

Фото: в ГТД менше деталей і рухомих частин, але багато які з них вироблені за складними технологіями (wikimedia.org)

Газотурбінні двигуни: за і проти

Газотурбінні двигуни (ГТД) - це технологія, яка свого часу обіцяла революцію в автомобілебудуванні. Але попри всі переваги, газотурбінні мотори так і не стали масовими у легкових автомобілях. Чому ж світ фактично "забанив" їх?

Переваги газотурбінних двигунів

• Менше деталей: ГТД не мають поршнів, шатунів, клапанів - це значно спрощує конструкцію.
• Невибагливість до пального: Можуть працювати на бензині, дизелі, гасі, природному газі тощо.
• Висока надійність і довговічність: менше пар тертя - менше зносу.
• Комфорт: Низький рівень шуму та вібрацій.
• Динаміка: турбіна забезпечує ефективне прискорення.

Недоліки газотурбінних двигунів

У порівнянні з типовим двигуном внутрішнього згоряння газотурбінний агрегат має один вагомий недолік: турбіна непростий з точки зору технологій виріб. Вона обертається на швидкості п'ятьдесят тисяч обертів на хвилину і нагрівається до тисячі градусів за Цельсієм.

Решта нюансів, які вимагають певної перебудови в класичному автомобілі, не настільки критичні. Хоча зрештою на автомобільні перспективи ГТД вплинув цілий комплекс чинників

Чому ГТД не прижилися в авто

Потреба у глобальній перебудові діючих виробництв. На час створення діючих і успішних прототипів машин з ГТД в усьому світі мільйонними тиражами випускалися класичні поршневі двигуни. Їх виробництво суттєво відрізняється від технологій випуску газових турбін, і автомобільні корпорації не бачили сенсу у настільки масштабних інвестиціях.

Висока вартість виробництва. Робоче колесо турбіни має бути дуже міцним (пам’ятаєте про скажені оберти?) і витримувати температури до 1300°C. Для цього потрібні дорогі жаростійкі матеріали та складні технології виготовлення.

Низька ефективність у міському режимі руху. ГТД найефективніші при постійному повному навантаженні - наприклад, як у вантажівках, літаках або танках. У легкових авто, де часто змінюється навантаження, ці двигуни споживають забагато зайвого пального, особливо на холостому ходу.

Проблеми з екологією. Високі температури згоряння сприяють утворенню завеликої кількості оксидів азоту - шкідливих речовин, які важко нейтралізувати. У світі, де екологічні стандарти стають дедалі жорсткішими, це критичний недолік.

Фото: авто з ГТД існували і успішно їздили по шляхах - наприклад, крім вантажного КрАЗа був стильний Chrysler Turbine car (flickr.com)

Історичні спроби

У 1960-80-х роках ціла низка автомобільних компаній експериментувала з газотурбінними авто. Починаючи від вантажівок КрАЗ Кременчуцького автозаводу до легковиків Chrysler, Ford, GM, Rover, Fiat, Daimler, Volvo.

Деякі прототипи навіть виходили на дороги, скажімо, побудовані в Кременчуку декілька варіантів газотурбінних КрАЗів з колісною формулою 6х6 були цілком успішні. Але зрештою жоден з прототипів не дійшов до серійного виробництва - через вищезгадані причини.

Між іншим, газотурбінні двигуни успішно застосовуються у бойових машинах - в першу чергу, на танках. Зокрема, такі агрегати приводять у дію радянський танк Т-80 (1250 к.с), американський M1 Abrams (1500 к.с) і шведський танк Strv 103 (він же S-Tank).

Найголовніше

Газотурбінні двигуни - це технологія з великим потенціалом, яка не змогла адаптуватися до реалій легкового автотранспорту. Їх не "забанили" офіційно, але ринок, екологія та економіка зробили свій вибір.

Але сьогодні, коли світовий тренд на електрифікацію авто похитнувся, не можна виключати, що нові електронні технології пом’якшать недоліки ГТД і він ще повернеться на наші дороги.