Magic Fires: la historia de la tecnología de compresores

Magic Fires: la historia de la tecnología de compresores

En esta serie hablaremos sobre el repostaje forzoso y el desarrollo de motores de combustión interna.

Es un profeta en las escrituras de tuning de automóviles. Es el salvador del motor diesel. Los diseñadores de motores de gasolina descuidaron este fenómeno durante muchos años y hoy se está volviendo omnipresente. Este es un turbocompresor ... Más avanzado que nunca.


Su hermano, un compresor de accionamiento mecánico, tampoco tiene planes de abandonar el escenario. Además, está listo para una alianza que conducirá a una simbiosis perfecta. Así, en la confusión de la rivalidad tecnológica moderna, los representantes de dos corrientes opuestas prehistóricas se han unido, demostrando la máxima de que la verdad sigue siendo la misma independientemente de la diferencia de puntos de vista.

Consumo 4500 l / 100 km y mucho oxígeno

La aritmética es relativamente simple y se basa únicamente en las leyes de la física ... Suponiendo que un automóvil que pesa unos 1000 kg y una resistencia aerodinámica desesperada supera los 305 metros desde parado en menos de 4,0 segundos, alcanzando una velocidad de 500 km / h al final. en el sitio, la potencia del motor de este automóvil debe exceder los 9000 hp. Los mismos cálculos muestran que dentro de la sección, el cigüeñal giratorio de un motor que gira a 8400 rpm solo podrá girar unas 560 veces, pero esto no evitará que el motor de 8,2 litros absorba unos 15 litros de combustible. Como resultado de otro cálculo sencillo, queda claro que, según la medida estándar de consumo de combustible, el consumo medio de este coche es de más de 4500 l / 100 km. En una palabra, cuatro mil quinientos litros. De hecho, estos motores no tienen sistemas de enfriamiento, se enfrían con combustible ...

No hay nada de ficción en estos números ... Son valores geniales, pero bastante reales del mundo de las carreras de resistencia modernas. Difícilmente sería correcto clasificar los autos que participan en carreras con máxima aceleración como autos de carreras, ya que las criaturas surrealistas de cuatro ruedas, envueltas en humo azul, son incomparables incluso con la crema de la tecnología automotriz moderna utilizada en la Fórmula 1. Por lo tanto, usaremos el nombre popular de "dragsters". - Indudablemente interesantes a su manera, autos únicos, que brindan una sensación única tanto a los fanáticos fuera de la pista de 305 metros como a los pilotos, cuyo cerebro, a una rápida aceleración de 5 g, probablemente toma la forma de una imagen bidimensional en color en la pared posterior del cráneo.

Estos dragsters son posiblemente la variedad más famosa e impresionante de deportes de motor populares en los Estados Unidos, pertenecientes a la controvertida clase Top Fuel. El nombre se basa en el rendimiento extremo del nitrometano que las máquinas infernales utilizan como combustible para sus motores. Bajo la influencia de esta mezcla explosiva, los motores funcionan en modo de sobrecarga y en pocas carreras se convierten en un montón de metal innecesario, y debido a la propensión del combustible a la detonación continua, el sonido de su funcionamiento se asemeja al rugido histérico de una bestia contando los últimos momentos de tu vida. Los procesos en los motores solo pueden compararse con un caos absoluto incontrolable, rayano en la búsqueda de la autodestrucción física. Por lo general, uno de los cilindros falla al final de la primera sección. La potencia de los motores utilizados en este loco deporte alcanza valores que ningún dinamómetro en el mundo puede medir, y el abuso de las máquinas realmente supera todos los límites del extremismo de la ingeniería ...

Pero volvamos al corazón de nuestra historia y echemos un vistazo más de cerca a las propiedades del combustible de nitrometano (mezclado con un pequeño porcentaje de metanol equilibrante), que es sin duda la sustancia más poderosa utilizada en cualquier forma de carreras de autos. actividad. Cada átomo de carbono en su molécula (CH3NO2) tiene dos átomos de oxígeno, lo que significa que el combustible lleva consigo la mayor parte del oxidante necesario para la combustión. Por la misma razón, el contenido de energía por litro de nitrometano es menor que por litro de gasolina, pero con la misma cantidad de aire fresco que el motor puede aspirar en las cámaras de combustión, el nitrometano proporcionará significativamente más energía total durante la combustión. . Esto es posible porque él mismo contiene oxígeno y, por lo tanto, puede oxidar la mayoría de los componentes del combustible de hidrocarburos (generalmente no combustibles en ausencia de oxígeno). En otras palabras, el nitrometano tiene 3,7 veces menos energía que la gasolina, pero con la misma cantidad de aire se puede oxidar 8,6 veces más nitrometano que la gasolina.

Cualquiera que esté familiarizado con los procesos de combustión en el motor de un automóvil sabe que el problema real de exprimir más potencia de un motor de combustión interna no es aumentar el flujo de combustible hacia las cámaras; hay suficientes bombas hidráulicas potentes para eso. logrando una presión extremadamente alta. El verdadero desafío es proporcionar suficiente aire (u oxígeno) para oxidar los hidrocarburos y garantizar la combustión más eficiente. Por eso se utiliza nitrógeno en el combustible de los dragsters, sin el cual sería absolutamente impensable lograr resultados de este orden con un motor de 8,2 litros. Al mismo tiempo, los automóviles operan con mezclas bastante ricas (bajo ciertas condiciones, el nitrometano puede comenzar a oxidarse), por lo que parte del combustible se oxida en los tubos de escape y forma impresionantes luces mágicas sobre ellos.

Par 6750 Newton metros

El par medio de estos motores alcanza los 6750 Nm. Probablemente ya hayas notado que hay algo extraño en toda esta aritmética ... El caso es que para alcanzar los valores límite especificados, cada segundo un motor que funciona a 8400 rpm no debe aspirar más, no menos de 1,7 XNUMX metros cúbicos de aire fresco. Solo hay una forma de hacer esto, y es el llenado de fuerza. El papel principal en este caso lo juega una enorme unidad mecánica clásica del tipo Roots, gracias a la cual la presión en los colectores del motor dragster (basado en prehistóricos Chrysler Hemi Elephant) alcanza la asombrosa cifra de 5 bar.

Para comprender mejor las cargas involucradas en este caso, tomemos como ejemplo una de las leyendas de la edad de oro de los compresores mecánicos: el V3,0 de carreras de 12 litros. Mercedes-Benz W154. La potencia de este coche era de 468 CV. con., pero debe tenerse en cuenta que la transmisión del compresor tomó la friolera de 150 hp. con., sin alcanzar los 5 bar especificados. Si ahora sumamos 150 mil a la cuenta. Con., Llegaremos a la conclusión de que el W154 realmente tenía unos increíbles 618 CV para su época. Puede juzgar por sí mismo cuánta potencia real alcanzan los motores Top Fuel y cuánta es absorbida por el accionamiento mecánico del compresor. Por supuesto, usar un turbocompresor en este caso sería mucho más eficiente, pero su diseño no podría hacer frente al estrés térmico extremo de los gases de escape.

Inicio de la contracción

Durante la mayor parte de la historia del automóvil, la presencia de una unidad de encendido forzado en los motores de combustión interna ha sido un reflejo de la última tecnología para la respectiva etapa de desarrollo. Este fue el caso en 2005 cuando el prestigioso premio a la innovación tecnológica en la industria automotriz y deportiva, que lleva el nombre del fundador de la revista, Paul Peach, fue entregado al director de desarrollo de motores VW, Rudolf Krebs, y a su equipo de desarrollo. Aplicación de la tecnología Twincharger en un motor de gasolina de 1,4 litros. Gracias al llenado forzado combinado de los cilindros mediante un sistema síncrono de mecánica y un turbocompresor, la unidad combina hábilmente la distribución uniforme del par y la alta potencia típica de los motores de aspiración natural con una gran cilindrada con la economía y la economía de los motores pequeños. Once años después, el motor TSI de 11 litros de VW (con un desplazamiento ligeramente mayor para compensar su contracción eficiente debido al ciclo Miller utilizado) ahora presenta una tecnología de turbocompresor VNT mucho más avanzada y nuevamente está nominado para un premio Paul Peach.

De hecho, el primer vehículo de producción con motor de gasolina y geometría variable turboalimentado, Porsche El 911 Turbo fue lanzado en 2005. Ambos compresores, desarrollados conjuntamente por los ingenieros de I + D de Porsche y sus colegas de Borg Warner Turbo Systems, VW utilizan la conocida y arraigada idea de geometría variable en unidades turbodiésel, que no se ha implementado en motores de gasolina debido a un problema con más de 200 grados en comparación con el diésel) temperatura media de los gases de escape. Para ello, se utilizaron materiales compuestos resistentes al calor de la industria aeroespacial para las paletas de guía de gas y un algoritmo de control ultrarrápido en el sistema de control. Logro de los ingenieros de VW.

La edad de oro del turbocompresor

Después de que el 745i fuera descontinuado en 1986. BMW durante mucho tiempo defendieron con firmeza su propia filosofía constructiva en la creación de motores de gasolina, según la cual la única forma "ortodoxa" de lograr más potencia era hacer funcionar el motor a altas velocidades. Sin herejías y coqueteos con compresores mecánicos a la Mercedes (C 200 Kompressor) o Toyota (Compresor Corolla), sin sesgo hacia VW o turbocompresores turbo Opel... Los fabricantes de motores de Munich favorecieron el llenado de alta frecuencia y la presión atmosférica normal, el uso de soluciones de alta tecnología y, en casos extremos, un desplazamiento mayor. Los experimentos de compresores basados ​​en motores bávaros fueron transferidos casi por completo a los "faquires" por la empresa de tuning Alpina, que está cerca de la empresa de Munich.

Hoy en día, BMW ya no produce motores de gasolina de aspiración natural, y el cuatro cilindros turboalimentado ya forma parte de la línea diésel. Volvo utiliza una combinación de mecánica y turbocompresor, Audi creó un motor diesel con una combinación de un compresor eléctrico y dos turbocompresores en cascada, Mercedes - un motor de gasolina con eléctrico y turbocompresor.

Sin embargo, antes de hablar de ellos, retrocederemos en el tiempo para encontrar las raíces de esta transición tecnológica. Aprendemos cómo en la década de XNUMX los fabricantes estadounidenses intentaron utilizar la tecnología turbo para compensar el desplazamiento del motor causado por las dos crisis del petróleo, y cómo fallaron en esos intentos. Le informaremos sobre los intentos fallidos de Rudolf Diesel de crear un motor de compresor. Recordaremos la gloriosa era de los motores de compresor en las décadas de 20 y 30, así como los largos años de olvido. Por supuesto, no nos perderemos la aparición de los primeros modelos de turbocompresores de producción tras la primera gran crisis del petróleo de los años 70. O para el sistema compuesto Scania Turbo. En resumen, le contaremos sobre la historia y la evolución de la tecnología de compresores ...

(seguir)

Texto: Georgy Kolev

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