Koeajo Magic Fires: kompressoritekniikan historia

Tässä sarjassa puhumme pakotetusta tankkauksesta ja polttomoottoreiden kehittämisestä.

Hän on profeetta auton virityksen pyhissä kirjoituksissa. Hän on dieselmoottorin pelastaja. Bensiinimoottorien suunnittelijat ovat laiminlyöneet tämän ilmiön useiden vuosien ajan, mutta nykyään siitä on tulossa kaikkialla. Se on turboahdin... Parempi kuin koskaan.

Hänen veljensä, mekaanisesti ohjattavan kompressorin, ei myöskään aio lähteä näyttämöltä. Lisäksi hän on valmis liittoon, joka johtaa täydelliseen symbioosiin. Niinpä nykyaikaisen teknologisen kilpailun myllerryksessä kahden esihistoriallisen vastakkaisen virtauksen edustajat ovat yhdistyneet, mikä osoittaa, että totuus pysyy samana näkemysten eroista riippumatta.

Kulutus 4500 l / 100 km ja paljon happea

Aritmetiikka on suhteellisen yksinkertainen ja perustuu yksinomaan fysiikan lakeihin... Olettaen, että noin 1000 kg painava ja toivottomalla aerodynaamisella vastustavalla auto kulkee 305 metriä pysähdyksestä alle 4,0 sekunnissa ja saavuttaa lopussa 500 km/h nopeuden osasta tämän auton moottorin tehon on oltava yli 9000 hv. Samat laskelmat osoittavat, että osassa 8400 rpm pyörivän moottorin pyörivä kampiakseli pystyy pyörimään vain noin 560 kertaa, mutta se ei estä 8,2 litran moottoria imemästä noin 15 litraa polttoainetta. Yhden yksinkertaisen laskelman tuloksena käy selväksi, että polttoaineenkulutuksen vakiomitan mukaan tämän auton keskikulutus on yli 4500 l / 100 km. Sanalla sanoen - neljä tuhatta viisisataa litraa. Itse asiassa näissä moottoreissa ei ole jäähdytysjärjestelmiä - ne jäähdytetään polttoaineella ...

Näissä hahmoissa ei ole mitään fiktiota ... Nämä ovat suuria, mutta melko todellisia arvoja nykyaikaisen drag racingin maailmasta. On tuskin oikein kutsua huippukiihtyvyyteen osallistuvia autoja kilpa-autoiksi, koska sinisen savun peittämät surrealistiset nelipyöräiset luomukset ovat vertaansa vailla edes Formula 1:ssä käytetyn modernin autotekniikan kerman kanssa. käytä suosittua nimeä "dragsters" . – Epäilemättä omalla tavallaan mielenkiintoisia, ainutlaatuisia autoja, jotka tuottavat ainutlaatuisia elämyksiä sekä faneille 305 metrin radan ulkopuolella että lentäjille, joiden aivot 5 g:n nopealla kiihtyvyydellä luultavasti ottavat värillisen kaksiulotteisen kuvan muodossa. kallon takaosa

Nämä dragsterit ovat epäilemättä tunnetuin ja vaikuttavin suosittu moottoriurheilulaji Yhdysvalloissa, joka kuuluu kiistanalaiseen Top Fuel -luokkaan. Nimi perustuu nitrometaanikemikaalin äärimmäiseen suorituskykyyn, jota helvetin koneet käyttävät moottoriensa polttoaineena. Tämän räjähtävän seoksen vaikutuksesta moottorit toimivat ylikuormitustilassa ja muutamassa kilpailussa muuttuvat tarpeettoman metallin kasaksi, ja polttoaineen taipumuksensa vuoksi jatkuvasti räjähtää niiden toiminnan ääni muistuttaa pedon hysteeristä mölyä, joka laskee elämäsi viimeiset hetket. Moottoreiden prosesseja voidaan verrata vain absoluuttiseen hallitsemattomaan kaaokseen, joka rajoittuu fyysisen itsetuhon tavoitteluun. Yleensä yksi sylintereistä epäonnistuu ensimmäisen osan loppuun mennessä. Tässä hullussa urheilussa käytettyjen moottoreiden teho saavuttaa arvot, joita mikään dynamometri ei voi mitata maailmassa, ja koneiden väärinkäyttö ylittää kaikki teknisen ääriliikkeen rajat ...

Palatkaamme kuitenkin takaisin tarinamme ytimeen ja tarkastellaan tarkemmin nitrometaanipolttoaineen ominaisuuksia (sekoitettuna muutaman prosentin tasapainottavaan metanoliin), joka on epäilemättä tehokkain aine, jota käytetään kaikissa kilpa-autoissa. toiminta. Jokaisella molekyylin hiiliatomilla (CH3NO2) on kaksi happiatomia, mikä tarkoittaa, että polttoaine kuljettaa mukanaan suurimman osan palamiseen tarvittavasta hapettimesta. Samasta syystä energiasisältö litraa nitrometaania kohti on pienempi kuin litraa bensiiniä kohti, mutta samalla määrällä raitista ilmaa, jonka moottori voi vetää polttokammioihin, nitrometaani tuottaa huomattavasti enemmän kokonaisenergiaa palamisen aikana. ... Tämä on mahdollista, koska se itse sisältää happea ja voi siten hapettaa suurimman osan hiilivetypolttoainekomponenteista (yleensä palamattomia hapen puuttuessa). Toisin sanoen, nitrometaanilla on 3,7 kertaa vähemmän energiaa kuin bensiinillä, mutta samalla ilmamäärällä 8,6 kertaa enemmän nitrometaania voidaan hapettaa kuin bensiini.

Jokainen, joka tuntee automoottorin polttoprosesseja, tietää, että todellinen ongelma polttomoottorin tehon "puristamisessa" ei ole polttoaineen virtauksen lisääminen kammioihin - tehokkaat hydraulipumput riittävät tähän. saavuttaa erittäin korkean paineen. Todellinen haaste on tarjota riittävästi ilmaa (tai happea) hiilivetyjen hapettamiseksi ja mahdollisimman tehokkaan palamisen varmistamiseksi. Siksi dragster-polttoaineessa käytetään typpeä, jota ilman olisi täysin mahdotonta saavuttaa tämän luokan tuloksia 8,2 litran moottorilla. Samaan aikaan autot toimivat melko rikkailla seoksilla (tietyissä olosuhteissa nitrometaani voi alkaa hapettua), minkä vuoksi osa polttoaineesta hapettuu pakoputkissa ja muodostaa vaikuttavia taikavaloja niiden yläpuolelle.

Vääntömomentti 6750 Newton metriä

Näiden moottoreiden keskimääräinen vääntömomentti on 6750 Nm. Olet varmaan jo huomannut, että kaikessa tässä aritmetiikassa on jotain outoa... Tosiasia on, että ilmoitetut raja-arvot saavuttaakseen 8400 rpm:n moottorin täytyy joka sekunti imeä sisään enintään 1,7 kuutiometriä raikas ilma. On vain yksi tapa tehdä tämä - pakkotäyttö. Pääroolissa tässä tapauksessa on valtava klassinen Roots-tyyppinen mekaaninen yksikkö, jonka ansiosta paine dragster-moottorin jakoputkissa (esihistoriallisen Chrysler Hemi Elephantin inspiraationa) saavuttaa huikeat 5 baaria.

Ymmärtääksemme paremmin, mitä kuormia tässä tapauksessa on, otetaan esimerkkinä yksi mekaanisten kompressorien kulta-ajan legendoista - 3,0-litrainen kilpa-V12. Mercedes-Benz W154. Tämän koneen teho oli 468 hv. kanssa., mutta on syytä muistaa, että kompressorikäyttö kesti huimat 150 hv. kanssa., ei saavuta määritettyä 5 baaria. Jos nyt lisäämme tilille 150 tuhatta s, tulemme siihen tulokseen, että W154:ssä oli todella uskomattomat 618 hv omaan aikaansa. Voit itse arvioida, kuinka paljon todellista tehoa Top Fuel -luokan moottorit saavuttavat ja kuinka paljon mekaaninen kompressorikäyttö imee siitä. Tietenkin turboahtimen käyttö olisi tässä tapauksessa paljon tehokkaampaa, mutta sen suunnittelu ei kestänyt pakokaasujen äärimmäistä lämpökuormaa.

Supistumisen alku

Suurimman osan auton historiasta pakosytytysyksikön läsnäolo polttomoottoreissa on heijastanut vastaavan kehityksen vaiheen uusinta tekniikkaa. Näin tapahtui vuonna 2005, kun arvostettu palkinto teknologiainnovaatioista autoteollisuudessa ja urheilussa, joka nimettiin lehden perustajan Paul Peachin mukaan, jaettiin VW-moottorikehityksen johtajalle Rudolf Krebsille ja hänen kehitystiimilleen. Twincharger-tekniikan soveltaminen 1,4-litraiseen bensiinimoottoriin. Yhdistettyjen mekaanisten järjestelmien ja turboahtimen sylinterien yhdistetyn pakkosyötön ansiosta yksikkö yhdistää taitavasti vääntömomentin tasaisen jakautumisen ja vapaasti hengittäville moottoreille tyypillisen suuren tehon suurella iskutilavuudella pienien moottoreiden taloudellisuuden ja taloudellisuuden kanssa. Yksitoista vuotta myöhemmin VW: n 11 litran TSI-moottorissa (jossa on hieman suurempi tilavuus kompensoimaan käytetyn Miller-syklin aiheuttaman tehokkaan supistumisen) on nyt paljon edistyneempi VNT-turboahtimen tekniikka ja se on jälleen ehdolla Paul Peach -palkinnolle.

Itse asiassa ensimmäinen tuotantoauto, jossa oli bensiinimoottori ja turboahdettu vaihteleva geometria, Porsche 911 Turbo julkaistiin vuonna 2005. Molemmat Porschen T & K-insinöörien ja heidän kollegoidensa Borg Warner Turbo Systemsissä, VW: ssä kehittämät kompressorit käyttävät tunnettua ja vakiintunutta ajatusta vaihtelevan geometrian suhteen turbodieselyksiköissä, jota ei ole toteutettu bensiinimoottoreissa ongelman vuoksi korkeampi (noin 200 astetta dieseliin verrattuna) keskimääräinen pakokaasulämpötila. Tätä varten käytettiin ilmailu- ja avaruusteollisuuden lämmönkestäviä komposiittimateriaaleja kaasun ohjaussiiviin ja erittäin nopeaa ohjausalgoritmia ohjausjärjestelmässä. VW -insinöörien saavutus.

Turboahtimen kulta-aika

Siitä lähtien, kun 745i lopetettiin vuonna 1986, BMW on pitkään puolustanut omaa bensiinimoottoreiden suunnittelufilosofiaa, jonka mukaan ainoa "ortodoksinen" tapa saavuttaa enemmän tehoa oli käyttää moottoria korkeilla kierroksilla. Ei harhaoppia ja flirttailua mekaanisilla kompressoreilla a la Mercedes (C 200 Kompressor) tai Toyota (Corolla -kompressori), ei puolueellisuutta VW- tai Opel -turboahtimia kohtaan. Münchenin moottorinrakentajat suosivat korkeataajuista täyttöä ja normaalia ilmanpainetta, korkean teknologian ratkaisujen käyttöä ja ääritapauksissa suurempaa iskutilavuutta. Baijerilaisiin moottoreihin perustuvia kompressorikokeita siirsi melkein kokonaan "fakireiksi" viritysyhtiö Alpina, joka on lähellä Münchenin konsernia.

Nykyään BMW ei enää valmista vapaasti hengittäviä bensiinimoottoreita, ja dieselmoottorivalikoimaan kuuluu jo nelisylinterinen turboahdettu moottori. Volvo käyttää tankkauksen yhdistelmää mekaanisella ja turboahtimella, Audi on luonut dieselmoottorin, jossa on sähkökompressorin ja kahden kaskaditurboahtimen yhdistelmä, Mercedesillä on bensiinimoottori sähköllä ja turboahtimella.

Ennen kuin puhumme niistä, palaamme ajassa taaksepäin löytääksemme tämän teknologisen siirtymän juuret. Opimme kuinka amerikkalaiset valmistajat yrittivät käyttää turbotekniikkaa kompensoidakseen moottoreiden koon pienenemistä 20-luvun kahdesta öljykriisistä ja kuinka he epäonnistuivat näissä yrityksissä. Puhumme Rudolf Dieselin epäonnistuneista yrityksistä luoda kompressorimoottori. Muistamme kompressorimoottorien loistokauden 30- ja 70-luvuilla sekä pitkät unohduksen vuodet. Emme tietenkään missaa turboahtimien ensimmäisten tuotantomallien ilmestymistä XNUMX-luvun ensimmäisen suuren öljykriisin jälkeen. Tai Scania Turbo -yhdistelmäjärjestelmään. Lyhyesti sanottuna - kerromme sinulle kompressoritekniikan historiasta ja kehityksestä ...

(seurata)

Teksti: Georgy Kolev