Prueba de manejo 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 del tuning de autos. Es el salvador del motor diesel. Durante muchos años, los diseñadores de motores de gasolina ignoraron este fenómeno, pero hoy en día se está volviendo omnipresente. Es un turbocargador... Mejor que nunca.
Su hermano, un compresor de motor, 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, 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 pese alrededor de 1000 kg y con una resistencia aerodinámica irremediable recorra 305 metros desde parado en menos de 4,0 segundos, alcanzando una velocidad de 500 km/h al final del tramo, la potencia del motor de este coche debe superar los 9000 CV. Los mismos cálculos muestran que dentro de una sección, el cigüeñal giratorio de un motor que gira a 8400 rpm solo podrá girar unas 560 veces, pero eso no impedirá que el motor de 8,2 litros absorba unos 15 litros de combustible. Como resultado de un cálculo más simple, queda claro que, según la medida estándar de consumo de combustible, el consumo promedio de este automóvil es 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 estas cifras ... Estos son valores grandes, pero bastante reales del mundo de las carreras de resistencia modernas. No es correcto referirse a los autos que participan en carreras de máxima aceleración como autos de carreras, ya que las creaciones surrealistas de cuatro ruedas, envueltas en humo azul, son incomparables incluso con la flor y nata de la tecnología automotriz moderna utilizada en la Fórmula 1. Por lo tanto, vamos a utilizan el nombre popular “dragsters”. – Sin duda interesantes a su manera, coches únicos que transmiten sensaciones únicas tanto a los aficionados fuera de la pista de 305 metros como a los pilotos cuyo cerebro, a una rápida aceleración de 5 g, probablemente tome la forma de una imagen bidimensional coloreada en el parte posterior del cráneo
Estos dragsters son quizás la variedad más famosa e impresionante de los deportes de motor más 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 se pueden comparar con un caos incontrolable absoluto que linda con 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 que se utilizan en este loco deporte alcanza valores que ningún dinamómetro del mundo puede medir, y el abuso de las máquinas supera realmente 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 un motor de automóvil sabe que el verdadero problema de "exprimir" más potencia de un motor de combustión interna no es aumentar el flujo de combustible en las cámaras; para esto basta con bombas hidráulicas potentes. alcanzando presiones extremadamente altas. El verdadero desafío es proporcionar suficiente aire (u oxígeno) para oxidar los hidrocarburos y garantizar la combustión más eficiente posible. Por eso, el combustible dragster utiliza nitrogetan, sin el cual sería completamente impensable lograr resultados de este orden con un motor de 8,2 litros de cilindrada. Al mismo tiempo, los automóviles funcionan 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. Seguramente ya habrás notado que hay algo raro en toda esta aritmética... El caso es que para alcanzar los valores límite indicados, cada segundo un motor funcionando a 8400 rpm debe aspirar nada más, nada menos que 1,7 metros cúbicos de aire fresco. Solo hay una forma de hacer esto: llenado forzado. El papel principal en este caso lo juega una enorme unidad mecánica clásica tipo Roots, gracias a la cual la presión en los colectores del motor dragster (inspirado en el prehistórico Chrysler Hemi Elephant) alcanza la asombrosa cifra de 5 bar.
Para comprender mejor qué cargas están involucradas en este caso, tomemos como ejemplo una de las leyendas de la edad de oro de los compresores mecánicos: un V3,0 de carreras de 12 litros. Mercedes Benz W154. La potencia de esta máquina era de 468 hp. con., pero debe tenerse en cuenta que el accionamiento del compresor tomó la friolera de 150 hp. con., sin alcanzar los 5 bar especificados. Si ahora sumamos 150 mil s a la cuenta, llegaremos a la conclusión de que el W154 realmente tenía unos increíbles 618 hp para su época. Puede juzgar por sí mismo cuánta potencia real alcanzan los motores de la clase Top Fuel y cuánta es absorbida por el accionamiento del compresor mecánico. Por supuesto, el uso de un turbocompresor en este caso sería mucho más eficiente, pero su diseño no podía hacer frente a la carga de calor 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 correspondiente etapa de desarrollo. Este fue el caso en 2005 cuando el prestigioso premio a la innovación tecnológica en las industrias automotriz y deportiva, que lleva el nombre del fundador de la revista, Paul Peach, fue entregado al Jefe de Desarrollo de Motores VW, Rudolf Krebs, y 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 eficiente contracción debido al ciclo Miller utilizado) ahora cuenta con una tecnología de turbocompresor VNT mucho más avanzada y está nuevamente nominado para un premio Paul Peach.
De hecho, el primer automóvil de producción con motor de gasolina y geometría variable turboalimentado, el Porsche 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 una temperatura media de los gases de escape más alta (unos 200 grados en comparación con el diésel). 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
Desde la descontinuación del 745i en 1986, BMW ha defendido durante mucho tiempo su propia filosofía de diseño para motores de gasolina, según la cual la única forma "ortodoxa" de lograr más potencia era hacer funcionar el motor a altas revoluciones. Sin herejías y coqueteos con compresores mecánicos a la Mercedes (C 200 Kompressor) o Toyota (Corolla Compressor), sin prejuicios hacia los turbocompresores VW u Opel. Los fabricantes de motores de Munich dieron preferencia al 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 la línea de motores diésel ya incluye un motor turboalimentado de cuatro cilindros. Volvo utiliza una combinación de repostaje con un mecánico y un turbocompresor, Audi ha creado un motor diésel con una combinación de un compresor eléctrico y dos turbocompresores en cascada, Mercedes tiene un motor de gasolina con un eléctrico y un turbocompresor.
Sin embargo, antes de hablar de ellos, retrocederemos en el tiempo para encontrar las raíces de esta transición tecnológica. Conoceremos cómo los fabricantes americanos intentaron utilizar la tecnología turbo para compensar la reducción del tamaño de los motores derivada de las dos crisis del petróleo de los años ochenta y cómo fracasaron en estos intentos. Hablaremos sobre los intentos fallidos de Rudolf Diesel de crear un motor compresor. Recordaremos la época gloriosa de los motores compresores en los años 20 y 30, así como los largos años de olvido. Por supuesto, no nos perderemos la aparición de los primeros modelos de producción de turbocompresores tras la primera gran crisis del petróleo de los años 70. O para el sistema compuesto Scania Turbo. En resumen, le informaremos sobre la historia y la evolución de la tecnología de compresores...
(seguir)
Texto: Georgy Kolev
