Testna vožnja Magic Fires: zgodovina kompresorske tehnologije

V tej seriji bomo govorili o prisilnem polnjenju z gorivom in razvoju motorjev z notranjim zgorevanjem.

Je prerok v svetih knjigah o uglaševanju avtomobilov. On je rešitelj dizelskega motorja. Dolga leta so oblikovalci bencinskih motorjev ta pojav zanemarjali, danes pa postaja vseprisoten. To je turbopolnilnik... Boljši kot kdaj koli prej.

Tudi njegov brat, kompresor z mehanskim pogonom, ne namerava zapustiti odra. Poleg tega je pripravljen na zavezništvo, ki bo vodilo do popolne simbioze. Tako so se v nemiru sodobnega tehnološkega rivalstva združili predstavniki dveh prazgodovinskih nasprotnih tokov, ki dokazujejo maksimo, da resnica ostaja enaka ne glede na razlike v pogledih.

Poraba 4500 l / 100 km in veliko kisika

Aritmetika je razmeroma enostavna in temelji izključno na fizikalnih zakonih ... Če predpostavimo, da avto s težo okoli 1000 kg in z brezupnim aerodinamičnim uporom prevozi 305 metrov z mesta v manj kot 4,0 sekundah in na koncu doseže hitrost 500 km/h odseka mora moč motorja tega avtomobila presegati 9000 KM. Isti izračuni kažejo, da se bo znotraj odseka vrteča se ročična gred motorja, ki se vrti pri 8400 vrtljajih na minuto, lahko zavrtela le približno 560-krat, vendar to ne bo preprečilo, da bi 8,2-litrski motor absorbiral približno 15 litrov goriva. Kot rezultat še enega preprostega izračuna postane jasno, da je po standardni meritvi porabe goriva povprečna poraba tega avtomobila več kot 4500 l / 100 km. Z eno besedo - štiri tisoč petsto litrov. Pravzaprav ti motorji nimajo hladilnih sistemov - hladijo jih gorivo ...

V teh številkah ni nič fikcije ... To so velike, a povsem resnične vrednosti iz sveta sodobnega drag racinga. Težko je pravilno, da avtomobile, ki sodelujejo v dirkah za največje pospeške, imenujemo dirkalnike, saj so nadrealistične štirikolesne stvaritve, zavite v modri dim, neprimerljive niti s smetano sodobne avtomobilske tehnologije, ki se uporablja v formuli 1. Zato bomo uporabite priljubljeno ime "dragsters" . – Nedvomno zanimivi na svoj način, edinstveni avtomobili, ki prinašajo edinstvene občutke tako ljubiteljem zunaj 305-metrske steze kot tudi pilotom, katerih možgani pri hitrem pospešku 5 g verjetno prevzamejo obliko barvne dvodimenzionalne slike na zadnji del lobanje

Ti dragsterji so verjetno najbolj znana in najbolj impresivna vrsta priljubljenega motošporta v ZDA, ki spadajo v kontroverzni razred Top Fuel. Ime temelji na izjemni učinkovitosti nitrometanske kemikalije, ki jo peklenski stroji uporabljajo kot gorivo za svoje motorje. Pod vplivom te eksplozivne mešanice motorji delujejo v načinu preobremenitve in se v samo nekaj dirkah spremenijo v kopico nepotrebnih kovin, zaradi nagnjenosti goriva k neprekinjeni detonaciji pa zvok njihovega delovanja spominja na histerični hrup zveri, ki šteje zadnje trenutke vašega življenja. Procese v motorjih je mogoče primerjati le z absolutnim neobvladljivim kaosom, ki meji na fizično samouničenje. Običajno eden od valjev odpove do konca prvega odseka. Moč motorjev, ki se uporabljajo v tem nori športu, doseže vrednosti, ki jih noben dinamometer na svetu ne more izmeriti, zloraba strojev pa res presega vse meje inženirskega ekstremizma ...

A vrnimo se k srcu naše zgodbe in si podrobneje oglejmo lastnosti nitrometanskega goriva (mešanega z nekajodstotnim uravnotežilnim metanolom), ki je nedvomno najmočnejša snov, ki se uporablja v kateri koli obliki avtomobilskih dirk. dejavnosti. Vsak atom ogljika v svoji molekuli (CH3NO2) ima dva atoma kisika, kar pomeni, da gorivo nosi s seboj večino oksidanta, potrebnega za zgorevanje. Iz istega razloga je vsebnost energije na liter nitrometana nižja kot na liter bencina, toda z enako količino svežega zraka, ki ga lahko motor vsesa v zgorevalne komore, bo nitrometan med zgorevanjem zagotovil bistveno več celotne energije. ... To je mogoče, ker sam vsebuje kisik in zato lahko oksidira večino komponent ogljikovodikovega goriva (običajno ni gorljiv v odsotnosti kisika). Z drugimi besedami, nitrometan ima 3,7-krat manj energije kot bencin, toda z enako količino zraka lahko 8,6-krat več nitrometana oksidira kot bencin.

Vsak, ki se spozna na zgorevalne procese v avtomobilskem motorju, ve, da resnična težava pri "iztiskanju" več moči iz motorja z notranjim zgorevanjem ni povečanje pretoka goriva v komore - za to zadostujejo močne hidravlične črpalke. doseganje izjemno visokega pritiska. Pravi izziv je zagotoviti dovolj zraka (ali kisika) za oksidacijo ogljikovodikov in zagotoviti najučinkovitejše možno zgorevanje. Zato dragster gorivo uporablja nitrogetan, brez katerega bi bilo doseganje rezultatov tega reda z motorjem z 8,2 litra prostornine povsem nepredstavljivo. Hkrati avtomobili delujejo z dokaj bogatimi mešanicami (pod določenimi pogoji lahko nitrometan začne oksidirati), zaradi česar se del goriva oksidira v izpušnih ceveh in tvori impresivne čarobne luči nad njimi.

Navor 6750 njutonmetrov

Povprečni navor teh motorjev doseže 6750 Nm. Verjetno ste že opazili, da je v vsej tej aritmetiki nekaj čudnega ... Dejstvo je, da mora motor, ki teče pri 8400 vrt/min, za doseganje navedenih mejnih vrednosti vsako sekundo vase posesati nič več, nič manj kot 1,7 kubičnega metra svež zrak. Obstaja samo en način za to - prisilno polnjenje. Glavno vlogo v tem primeru igra ogromna klasična mehanska enota Rootsovega tipa, zahvaljujoč kateri tlak v kolektorjih dragster motorja (navdihnjen po prazgodovinskem Chrysler Hemi Elephant) doseže vrtoglavih 5 barov.

Da bi bolje razumeli, za kakšne obremenitve gre v tem primeru, vzemimo za primer eno od legend zlate dobe mehanskih kompresorjev – 3,0-litrski dirkalni V12. Mercedes-Benz W154. Moč tega stroja je bila 468 KM. s., vendar je treba upoštevati, da je pogon kompresorja prevzel ogromnih 150 KM. s., ki ne doseže določenih 5 barov. Če zdaj na račun prištejemo še 150 tisočakov, bomo prišli do zaključka, da je imel W154 za svoj čas res neverjetnih 618 KM. Koliko realne moči dosegajo motorji v razredu Top Fuel in koliko le-te prevzame mehanski pogon kompresorja, presodite sami. Seveda bi bila uporaba turbopolnilnika v tem primeru veliko bolj učinkovita, vendar njegova zasnova ni bila kos ekstremni toplotni obremenitvi izpušnih plinov.

Začetek krčenja

Prisotnost enote za prisilni vžig v motorjih z notranjim zgorevanjem je bila večino zgodovine avtomobila odraz najnovejše tehnologije za ustrezno stopnjo razvoja. Tako je bilo leta 2005, ko so prestižno nagrado za tehnološke inovacije v avtomobilski industriji in športu, poimenovano po ustanovitelju revije Paulu Peachu, podelili vodji razvoja motorjev VW Rudolfu Krebsu in njegovi razvojni skupini. uporaba tehnologije Twincharger v 1,4-litrskem bencinskem motorju. Zahvaljujoč kombiniranemu prisilnemu polnjenju jeklenk z uporabo sinhronega mehaničnega sistema in turbopuhala, enota spretno združuje enakomerno porazdelitev navora in veliko moč, značilno za atmosferske motorje z veliko prostornino, z gospodarnostjo in gospodarnostjo majhnih motorjev. Enajst let kasneje ima VW-jev 11-litrski motor TSI (z rahlo povečano prostornino, da bi kompenziral njegovo učinkovito krčenje zaradi uporabljenega Millerjevega cikla) ​​zdaj veliko naprednejšo tehnologijo turbopuhala VNT in je znova nominiran za nagrado Paul Peach.

Dejansko je bil prvi serijski avtomobil z bencinskim motorjem in spremenljivo geometrijo s turbopolnilnikom Porsche 911 Turbo izdan leta 2005. Oba kompresorja, ki sta jih skupaj razvila inženirji Porsche za raziskave in razvoj ter njihovi sodelavci pri Borg Warner Turbo Systems, uporabljata dobro znano in dolgo uveljavljeno idejo o spremenljivi geometriji v turbodizelskih enotah, ki je zaradi bencinskih motorjev zaradi težave niso uresničili. z višjo (približno 200 stopinj v primerjavi z dizelskim) povprečno temperaturo izpušnih plinov. Za to so bili za vodilne lopatice za plin uporabljeni toplotno odporni kompozitni materiali iz vesoljske industrije in ultra hiter krmilni algoritem v krmilnem sistemu. Dosežki inženirjev VW.

Zlata doba turbopuhala

Od ukinitve leta 745i leta 1986 je BMW že dolgo zagovarjal svojo lastno oblikovalsko filozofijo za bencinske motorje, po kateri je bil edini "ortodoksni" način za doseganje večje moči ta, da motor deluje pri visokih vrtljajih. Brez herezij in spogledovanja z mehanskimi kompresorji a la Mercedes (C 200 Kompressor) ali Toyoto (Corolla Compressor), brez pristranskosti do turbopolnilnikov VW ali Opel. Izdelovalci motorjev v Münchnu so dali prednost visokofrekvenčnemu polnjenju in normalnemu atmosferskemu tlaku, uporabi visokotehnoloških rešitev in v skrajnih primerih večjemu premiku. Kompresorske poskuse, ki temeljijo na bavarskih motorjih, je podjetje za tuning Alpina, ki je blizu koncerna v Münchnu, skoraj v celoti preneslo na "fakirje".

Danes BMW ne proizvaja več atmosferskih bencinskih motorjev, ponudba dizelskih motorjev pa že vključuje štirivaljni motor s turbopolnilnikom. Volvo uporablja kombinacijo točenja goriva z mehanskim in turbinskim polnilnikom, Audi je ustvaril dizelski motor s kombinacijo električnega kompresorja in dveh kaskadnih turbinskih polnilnikov, Mercedes ima bencinski motor z električnim in turbinskim polnilnikom.

Toda preden govorimo o njih, se bomo vrnili v preteklost in poiskali korenine tega tehnološkega prehoda. Spoznali bomo, kako so ameriški proizvajalci poskušali s turbo tehnologijo nadomestiti zmanjšanje prostornine motorja, ki je bilo posledica dveh naftnih kriz v osemdesetih letih in kako jim ti poskusi niso uspeli. Govorili bomo o neuspešnih poskusih Rudolfa Diesel ustvariti kompresorski motor. Spominjali se bomo veličastne dobe kompresorskih motorjev v 20. in 30. letih prejšnjega stoletja, pa tudi dolgih let pozabe. Seveda ne bomo zamudili pojava prvih serijskih modelov turbopolnilnikov po prvi večji naftni krizi v 70. letih. Ali za sistem Scania Turbo Compaund. Na kratko - povedali vam bomo o zgodovini in razvoju kompresorske tehnologije ...

(slediti)

Besedilo: Georgy Kolev