Турбокомпаундные двигатели: что это такое и когда они окупаются

Спецификация с обозначением D13TC, или MP8HE, или «Energy Recovery Technology», говорит об одном конкретном факте: в потоке выхлопных газов стоит вторая турбина, и она там не для наддува. Она через редуктор связана с коленчатым валом, и её задача — вернуть часть энергии, которая иначе ушла бы через выхлопную трубу. Окупится ли это оборудование, зависит почти исключительно от того, чем занимается грузовик с шести утра до шести вечера.

Что на самом деле делает вторая турбина

Обычный турбокомпрессор забирает энергию из выхлопных газов и сразу возвращает её в двигатель в виде давления наддува. Турбокомпаундирование поступает иначе с тем, что остаётся после этого. Ниже по потоку от турбокомпрессора стоит ещё одна турбина, которая вообще не связана ни с чем пневматическим — Volvo передаёт её мощность на маховик через ряд понижающих шестерён, а Mack описывает свою Energy Recovery Technology как преобразование тепла выхлопных газов «в механическую энергию» с передачей её «обратно на коленчатый вал в виде крутящего момента».

Сама причина, по которой там вообще есть что забирать, не льстит дизельному двигателю. Современная тяжёлая рядная шестёрка по-прежнему отдаёт через выхлоп больше энергии, чем передаёт на карданный вал. В интервью Transport Topics менеджер по продуктовому маркетингу Volvo Джон Мур оценил эффект турбокомпаундирования как рост эффективного теплового КПД (brake thermal efficiency) с 43% до 48% — значительный шаг для отрасли, где борьба идёт за отдельные проценты.

Это проявляется в крутящем моменте, а не в заявленной мощности

Именно этот момент сбивает с толку покупателей, сравнивающих два техпаспорта. В нашей собственной карточке Volvo FH указан стандартный D13 диапазоном 309–397 кВт при 2 100–2 600 Нм, и турбокомпаундный D13 в пакете I-Save — 309–368 кВт при 2 400–2 800 Нм. Турбокомпаундный двигатель имеет более низкий потолок по мощности и более высокий — по крутящему моменту. В собственных материалах Volvo к запуску разница указана как до 300 Нм дополнительно.

Это заложено в конструкцию изначально, а не является компромиссом. Формулировка Volvo — что «для поддержания постоянной скорости на трассе требуется меньше разгона и топлива», а Mack утверждает, что её система «позволяет двигателю работать на 1 000–1 100 об/мин, экономя топливо без потери производительности». Избыток крутящего момента в нижней части диапазона оборотов позволяет грузовику проходить подъём на высшей передаче, вместо того чтобы переключаться на пониженную и жечь топливо, восстанавливая потерянную скорость.

Обратное следствие важно не меньше. Если двигатель никогда не выходит в этот диапазон, рекуперационная турбина не получает нужного ей стабильного потока выхлопных газов — и вы просто купили лишний вес.

Опубликованные цифры и с чем их сравнивают

Volvo Trucks заявляет о снижении затрат на топливо до 7% для D13TC в пакете I-Save — при сравнении с D13 Euro VI Step D без этих технологий, для клиентов, работающих на дальних перевозках и «обычно превышающих 160 000 км в год». В том же релизе перечислено, что влияет на эту цифру: использование круиз-контроля, спецификация автомобиля, нагрузка и масса, рельеф местности, опыт водителя и погода. Transport Topics сообщил о 7,5% и дополнительных 50 л.с. для североамериканского D13TC, и до 9,5% для Mack Anthem с пакетом HE+.

Читайте эти цифры внимательно. Ни одна из них не относится только к двигателю. Каждая — результат целого пакета: турбина плюс поршни плюс передаточные числа мостов плюс прогнозирующий круиз-контроль, а в случае Mack — ещё и аэродинамика. Если вам называют 7% как эффект одного только турбокомпаундирования, вам называют то, чего сами производители не заявляли.

Проверка режимом эксплуатации

Турбокомпаундирование окупается, когда двигатель проводит большую часть моточасов под высокой, стабильной нагрузкой в узком диапазоне оборотов. Конкретно: международные дальние перевозки при полной или близкой к максимально разрешённой массе, преимущественно по автомагистралям, реально используемый круиз-контроль, большой годовой пробег. На североамериканской странице Volvo также упоминаются перевозки с переменной нагрузкой — цистерны, навалочные грузы, бортовые платформы, — где именно запас крутящего момента не даёт грузовику переходить на пониженную передачу при каждом изменении нагрузки.

Оно не окупается на городской развозке с множеством точек, коротких региональных плечах, работе с неизменно лёгкой загрузкой или на любой эксплуатации с большой долей холостого хода. Устройству нужна энергия выхлопных газов; слабо загруженный двигатель на тридцатикилометровом рейсе никогда не производит её в достаточном количестве, чтобы окупить лишнюю массу и более высокую цену покупки.

Практическая проверка перед тем, как поставить галочку в опции, — это четыре цифры: годовой пробег в километрах, средняя загрузка, доля моточасов на автомагистрали и реальное использование круиз-контроля в парке. Если вы не можете назвать эти цифры, вы не можете обосновать выбор опции, а процент от продавца доказательством не является.

Когда сами производители сказали «нет»

Detroit устанавливал турбокомпаундирование на DD15, затем убрал его после введения норм GHG в 2014 году и заменил на асимметричный турбокомпрессор, который оказался проще и, по данным Transport Topics, легче на 70 фунтов. На текущей странице DD15 у Detroit указана простая турбина с шарикоподшипником фиксированной геометрии, а сам двигатель заявлен как «до 3% экономичнее по топливу, чем предыдущая модель». Турбокомпаундирование там вообще не упоминается.

Navistar отказался от этой технологии полностью. Директор по маркетингу компании Джим Нахтман заявил тому же изданию, что «если добавить в автомобиль много сложных узлов, растёт и вероятность того, что что-то откажет», и противопоставил этому простой грузовика без работы, который он оценил в $1 000–1 500 в день. Это честный контраргумент, и исходит он от людей, которые продают грузовики себе на жизнь: скромная экономия топлива сводится на нет несколькими незапланированными днями простоя.

Ответ Volvo на вопрос о надёжности состоит в том, что в D13TC используется турбокомпрессор фиксированной геометрии, «рассчитанный на ресурс B50 двигателя в 1,2 миллиона миль без дополнительного обслуживания». Относитесь к этому как к конструктивному замыслу, а не как к гарантии, и уточните у дилера, что реально показывает история обслуживания грузовиков в вашем регионе.

Зачем это вообще нужно

ЕС требует от производителей снизить среднепарковый показатель CO2 для новых тяжёлых грузовых автомобилей на 45% к 2030 году, на 65% к 2035 году и на 90% к 2040 году относительно базового периода, при измерении с помощью инструмента моделирования VECTO. Каждый полный процентный пункт, который производитель находит в трансмиссии, — это пункт, который ему не нужно добывать, продавая электрические грузовики на рынок, ещё не готовый их покупать.

Вот почему идея из 1990-х вернулась, и это же объясняет, с чем ей приходится конкурировать. Аэродинамика, более высокая степень сжатия, быстрее переключающиеся коробки передач, более «длинные» главные передачи и прогнозирующий круиз-контроль на основе карты местности — все они гонятся за тем же процентом, обычно с меньшими затратами и меньшей сложностью. Флагманы, с которыми сравнивают этот грузовик, — Mercedes-Benz Actros L и Scania S-series, — приходят к сопоставимым показателям расхода топлива другими путями. Турбокомпаундирование — это один из ответов, а не единственный.

Что спрашивать при покупке

Уточните, действительно ли конкретный грузовик — турбокомпаундный вариант. Обычно это обозначается шильдиком пакета — I-Save, HE, — а не названием семейства двигателя, и в объявлении о продаже б/у техники эти два понятия легко перепутать.

У подержанного тягача спросите, на какой работе он использовался. Турбокомпаундный грузовик, пять лет проработавший на региональной развозке с множеством точек, изначально был неверно специфицирован — и это будет видно по истории расхода топлива. Турбокомпаундный тягач, пришедший из парка, реально занимавшегося дальними перевозками, использовался именно так, как задумывалось.

И честно оценивайте цену перепродажи. Такие варианты держат надбавку на рынках с дальними перевозками и продаются со скидкой там, где в эксплуатации покупателя этот крутящий момент никогда не будет востребован. Если ваша собственная работа не соответствует описанному выше профилю, более дешёвый стандартный двигатель — это не компромисс, а правильная спецификация.