Test drive Magic Fires: تاريخ تقنية الضاغط
اختبار القيادة

Test drive Magic Fires: تاريخ تقنية الضاغط

Test drive Magic Fires: تاريخ تقنية الضاغط

في هذه السلسلة سنتحدث عن إعادة التزود بالوقود القسري وتطوير محركات الاحتراق الداخلي.

إنه نبي في الكتب المقدسة لضبط السيارات. إنه منقذ محرك الديزل. لسنوات عديدة ، أهمل مصممو محركات البنزين هذه الظاهرة ، لكنها أصبحت اليوم منتشرة في كل مكان. إنه شاحن توربيني ... أفضل من أي وقت مضى.

شقيقه ، وهو ضاغط يعمل ميكانيكيًا ، ليس لديه أي خطط لمغادرة المسرح أيضًا. علاوة على ذلك ، فهو مستعد لتحالف يؤدي إلى تكافل تام. وهكذا ، في اضطراب التنافس التكنولوجي الحديث ، توحد ممثلو تيارين متعارضين من عصور ما قبل التاريخ ، مما يثبت القول بأن الحقيقة تظل كما هي بغض النظر عن الاختلاف في وجهات النظر.

الاستهلاك 4500 لتر / 100 كم والكثير من الاوكسجين

العملية الحسابية بسيطة نسبيًا وتستند فقط إلى قوانين الفيزياء ... بافتراض أن السيارة التي تزن حوالي 1000 كجم وذات السحب الديناميكي الهوائي يائسًا تسافر 305 مترًا من حالة توقف في أقل من 4,0 ثوانٍ ، لتصل سرعتها إلى 500 كم / ساعة في النهاية في القسم ، يجب أن تتجاوز قوة محرك هذه السيارة 9000 حصان. تظهر الحسابات نفسها أنه داخل قسم ما ، فإن العمود المرفقي الدوار لمحرك يدور بسرعة 8400 دورة في الدقيقة سيكون قادرًا فقط على الدوران حوالي 560 مرة ، لكن هذا لن يمنع المحرك سعة 8,2 لترًا من امتصاص حوالي 15 لترًا من الوقود. نتيجة لعملية حسابية بسيطة ، يتضح أنه وفقًا للمقياس القياسي لاستهلاك الوقود ، يبلغ متوسط ​​استهلاك هذه السيارة أكثر من 4500 لتر / 100 كم. في كلمة واحدة - أربعة آلاف وخمسمائة لتر. في الواقع ، لا تحتوي هذه المحركات على أنظمة تبريد - يتم تبريدها بالوقود ...

لا يوجد شيء خيالي في هذه الأرقام ... هذه قيم كبيرة ، لكنها حقيقية تمامًا من عالم سباقات الدراج الحديث. ليس من الصحيح الإشارة إلى السيارات المشاركة في السباقات لتحقيق أقصى تسارع على أنها سيارات سباق ، لأن الإبداعات السريالية ذات الأربع عجلات ، المحاطة بالدخان الأزرق ، لا تضاهى حتى مع كريم تكنولوجيا السيارات الحديثة المستخدمة في الفورمولا 1. لذلك ، سنقوم بذلك. استخدم الاسم الشائع "جرجرز". - مثيرة للاهتمام بلا شك بطريقتها الخاصة ، وهي سيارات فريدة من نوعها تقدم أحاسيس فريدة لكل من المشجعين خارج مضمار 305 متر وللطيارين الذين قد يتخذ دماغهم ، عند تسارع سريع يبلغ 5 جم ، شكل صورة ملونة ثنائية الأبعاد على الجزء الخلفي من الجمجمة

يمكن القول إن هؤلاء الدراجين هم أشهر وأشهر أشكال رياضة السيارات الشهيرة في الولايات المتحدة ، وينتمون إلى فئة Top Fuel المثيرة للجدل. يعتمد الاسم على الأداء الفائق لمادة النيتروجين الكيميائية التي تستخدمها الآلات الجهنمية كوقود لمحركاتها. تحت تأثير هذا المزيج المتفجر ، تعمل المحركات في وضع التحميل الزائد وتتحول في سباقات قليلة فقط إلى كومة من المعدن غير الضروري ، وبسبب ميل الوقود إلى التفجير المستمر ، فإن صوت تشغيلها يشبه الزئير الهستيري للوحش الذي يحسب اللحظات الأخيرة من حياتك. لا يمكن مقارنة العمليات في المحركات إلا بالفوضى المطلقة التي لا يمكن السيطرة عليها والتي تحد من السعي وراء التدمير الذاتي المادي. عادة ما تفشل إحدى الأسطوانات بنهاية القسم الأول. تصل قوة المحركات المستخدمة في هذه الرياضة المجنونة إلى قيم لا يمكن لأي مقياس ديناميكي في العالم قياسها ، وإساءة استخدام الآلات يتجاوز حقًا كل حدود التطرف الهندسي ...

لكن دعنا نعود إلى جوهر قصتنا ونلقي نظرة فاحصة على خصائص وقود النيترويثان (ممزوج بنسبة قليلة من الميثانول المتوازن) ، وهو بلا شك أقوى مادة مستخدمة في أي شكل من أشكال سباقات السيارات. نشاط. تحتوي كل ذرة كربون في جزيئها (CH3NO2) على ذرتين من الأكسجين ، مما يعني أن الوقود يحمل معه معظم مادة الأكسدة اللازمة للاحتراق. للسبب نفسه ، يكون محتوى الطاقة لكل لتر من النيترو ميثان أقل من كل لتر من البنزين ، ولكن مع نفس كمية الهواء النقي التي يمكن للمحرك أن يمتصها في غرف الاحتراق ، فإن النيترو ميثان سيوفر قدرًا أكبر من الطاقة الإجمالية أثناء الاحتراق. ... هذا ممكن لأنه يحتوي في حد ذاته على الأكسجين وبالتالي يمكنه أكسدة معظم مكونات الوقود الهيدروكربوني (عادة ما يكون غير قابل للاحتراق في حالة عدم وجود الأكسجين). بعبارة أخرى ، يحتوي النيترو ميثان على طاقة أقل بـ 3,7 مرة من البنزين ، ولكن مع نفس كمية الهواء ، يمكن أكسدة النيترو ميثان بمقدار 8,6 مرات أكثر من البنزين.

يعرف أي شخص على دراية بعمليات الاحتراق في محرك السيارة أن المشكلة الحقيقية في "ضغط" المزيد من الطاقة من محرك الاحتراق الداخلي لا تتمثل في زيادة تدفق الوقود إلى الغرف - فالمضخات الهيدروليكية القوية كافية لهذا الغرض. الوصول إلى ضغط مرتفع للغاية. التحدي الحقيقي هو توفير ما يكفي من الهواء (أو الأكسجين) لأكسدة الهيدروكربونات وضمان الاحتراق الأكثر كفاءة. هذا هو السبب في أن وقود دراغستر يستخدم النيتروجين ، والذي بدونه لن يكون من الممكن تصور تحقيق نتائج هذا الطلب مع محرك بسعة 8,2 لتر. في الوقت نفسه ، تعمل السيارات بمخاليط غنية إلى حد ما (في ظل ظروف معينة ، يمكن أن يبدأ النتروميثان في التأكسد) ، مما يؤدي إلى أكسدة بعض الوقود في أنابيب العادم وتشكيل أضواء سحرية رائعة فوقها.

عزم الدوران 6750 نيوتن متر

يصل متوسط ​​عزم هذه المحركات إلى 6750 نيوتن متر. ربما لاحظت بالفعل أن هناك شيئًا غريبًا في كل هذه الحسابات ... والحقيقة هي أنه من أجل الوصول إلى القيم الحدية المشار إليها ، يجب ألا يمتص محرك يعمل بسرعة 8400 دورة في الدقيقة في كل ثانية ، ما لا يقل عن 1,7 متر مكعب من هواء نقي. هناك طريقة واحدة فقط للقيام بذلك - الحشو القسري. يتم لعب الدور الرئيسي في هذه الحالة بواسطة وحدة ميكانيكية ضخمة من نوع الجذور ، بفضل الضغط في فتحات محرك السحب (المستوحى من كرايسلر هيمي إليفانت) الذي يعود إلى عصور ما قبل التاريخ ، يصل إلى 5 بار مذهل.

لفهم الأحمال التي تنطوي عليها هذه الحالة بشكل أفضل ، دعنا نأخذ كمثال أحد أساطير العصر الذهبي للضواغط الميكانيكية - محرك V3,0 بسعة 12 لتر. مرسيدس بنز W154. كانت قوة هذه الآلة 468 حصان. مع. ، ولكن يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن محرك الضاغط استهلك 150 حصانًا. مع. ، لا تصل إلى 5 بار المحدد. إذا أضفنا الآن 150 ألف ثانية إلى الحساب ، فسنصل إلى استنتاج مفاده أن W154 كانت حقًا تتمتع بقوة 618 حصانًا مذهلة في وقتها. يمكنك أن تحكم بنفسك على مقدار القوة الحقيقية التي تحققها المحركات في فئة Top Fuel ومقدار امتصاصها بواسطة محرك الضاغط الميكانيكي. بالطبع ، سيكون استخدام الشاحن التوربيني في هذه الحالة أكثر كفاءة ، لكن تصميمه لا يمكنه التعامل مع الحمل الحراري الشديد من غازات العادم.

بداية الانكماش

بالنسبة لمعظم تاريخ السيارة ، كان وجود وحدة الاشتعال القسري في محركات الاحتراق الداخلي انعكاسًا لأحدث التقنيات لمرحلة التطوير المقابلة. كان هذا هو الحال في عام 2005 عندما تم تقديم الجائزة المرموقة للابتكار التكنولوجي في صناعات السيارات والرياضة ، والتي سميت على اسم مؤسس المجلة ، بول بيتش ، إلى رئيس تطوير محرك فولكس فاجن رودولف كريبس وفريق التطوير الخاص به. تطبيق تقنية Twincharger في محرك بنزين سعة 1,4 لتر. بفضل الملء القسري المشترك للأسطوانات باستخدام نظام متزامن للميكانيكا وشاحن توربيني ، تجمع الوحدة بمهارة بين التوزيع المنتظم لعزم الدوران والطاقة العالية النموذجية للمحركات ذات السحب الطبيعي ذات الإزاحة الكبيرة مع كفاءة واقتصاد المحركات الصغيرة. بعد أحد عشر عامًا ، أصبح محرك TSI بسعة 11 لترًا من فولكس فاجن (مع زيادة طفيفة في الإزاحة للتعويض عن تقلصها الفعال بسبب دورة ميلر المستخدمة) يتميز الآن بتكنولوجيا شاحن توربيني VNT أكثر تقدمًا وتم ترشيحه مرة أخرى لجائزة بول بيتش.

في الواقع ، أول سيارة إنتاج بمحرك بنزين وشاحن توربيني متغير هندسي ، تم إصدار بورش 911 توربو في عام 2005. كلا الضواغط ، اللذان تم تطويرهما بشكل مشترك من قبل مهندسي شركة بورش للبحث والتطوير وزملائهم في شركة بورج وارنر توربو سيستمز ، يستخدم فولكس فاجن الفكرة المعروفة والراسخة للهندسة المتغيرة في وحدات التوربوديزل ، والتي لم يتم تنفيذها في محركات البنزين بسبب مشكلة مع ارتفاع متوسط ​​درجة حرارة غاز العادم (حوالي 200 درجة مقارنة بالديزل). لهذا الغرض ، تم استخدام المواد المركبة المقاومة للحرارة من صناعة الطيران لدوارات توجيه الغاز وخوارزمية تحكم فائقة السرعة في نظام التحكم. إنجازات مهندسي فولكس فاجن.

العصر الذهبي للشاحن التوربيني

منذ توقف الموديل 745i في عام 1986 ، دافعت BMW منذ فترة طويلة عن فلسفتها التصميمية لمحركات البنزين ، والتي بموجبها كانت الطريقة "التقليدية" الوحيدة لتحقيق المزيد من القوة هي تشغيل المحرك في دورات عالية. لا بدعة ومغازلة للضواغط الميكانيكية مثل لا مرسيدس (C 200 كومبريسور) أو تويوتا (كورولا كومبريسور) ، ولا تحيز تجاه فولكس فاجن أو أوبل توربو شواحن. أعطى صانعو محركات ميونيخ الأفضلية للملء عالي التردد والضغط الجوي العادي ، واستخدام حلول عالية التقنية ، وفي الحالات القصوى ، إزاحة أكبر. تم نقل تجارب الضاغط التي تعتمد على المحركات البافارية بالكامل تقريبًا إلى "الفقراء" بواسطة شركة التوليف Alpina القريبة من اهتمام ميونيخ.

اليوم ، لم تعد BMW تنتج محركات البنزين الطبيعي ، وتشتمل مجموعة محركات الديزل بالفعل على محرك رباعي الأسطوانات بشاحن توربيني. تستخدم فولفو مزيجًا من إعادة التزود بالوقود مع شاحن ميكانيكي وتوربيني ، وقد أنشأت أودي محرك ديزل بمزيج من ضاغط كهربائي وشاحنين توربينيين متتاليين ، وتحتوي مرسيدس على محرك بنزين مزود بشاحن توربيني وكهربائي.

ومع ذلك ، قبل الحديث عنها ، سنعود بالزمن إلى الوراء لنجد جذور هذا التحول التكنولوجي. سنتعلم كيف حاول المصنعون الأمريكيون استخدام تقنية التربو لتعويض الانخفاض في أحجام المحركات الناتج عن أزمات النفط في الثمانينيات وكيف فشلوا في هذه المحاولات. سنتحدث عن المحاولات الفاشلة لرودولف ديزل لإنشاء محرك ضاغط. سوف نتذكر العصر المجيد لمحركات الضاغط في العشرينات والثلاثينيات ، وكذلك سنوات النسيان الطويلة. بالطبع ، لن يفوتنا ظهور نماذج الإنتاج الأولى للشواحن التوربينية بعد أزمة النفط الكبرى الأولى في السبعينيات. أو لنظام سكانيا توربو المركب. باختصار - سنخبرك عن تاريخ وتطور تقنية الضاغط ...

(للمتابعة)

النص: جورجي كوليف

إضافة تعليق