Test Drive Magic Fires: History of Compressor Engineering II

La deuxième partie de la série : L'ère des compresseurs - passé et présent

«Karl a freiné imperceptiblement et la Buick nous a lentement dépassés. De larges ailes brillantes nous dépassaient. Le silencieux a craché de la fumée bleue bruyamment sur nos visages. Peu à peu, la Buick gagna une vingtaine de mètres d'avance, puis, comme on s'y attendait, le visage du propriétaire apparut dans la vitre, souriant triomphalement.

Il pensait avoir gagné ... Il nous a donné des signaux particulièrement calmement, confiant dans sa victoire. À ce moment, Karl sursauta. Le compresseur a explosé. Et soudain, la main agitant de la fenêtre a disparu lorsque Karl a accepté l'invitation et est venu. Il s'est approché de manière incontrôlable.

1938 Erich Maria Remarque. "Trois camarades". Un amour condamné, une âme dévastée et la valeur de quelques dizaines de petites choses qui nous rappellent que nous n'apprécions les choses simples que lorsqu'elles s'estompent en douceur et de manière irréversible. Un roman sur le privilège de vivre ici et maintenant, ramant à pleines mains les joies de la vie, un chef-d'œuvre sur d'immenses valeurs humaines et... Carl est une voiture à l'ego modeste, mais à l'âme sans limites.

Trois camarades a été publié à un tournant de l'histoire humaine en 1938. Quelques mois à peine après leur publication, le 1er septembre 1939, jour où les voitures du Grand Prix ont concouru dans une course féroce pour le Grand Prix de Yougoslavie, les chars allemands ont traversé la frontière avec la Pologne et ont conduit l'humanité à sa plus grande chute. Cette journée marque la fin d'une époque de l'industrie automobile. L'ère des compresseurs touche à sa fin.

Jusqu'à récemment, le mot allemand méticuleusement orthographié "Kompressor" était visible sur de nombreux modèles Mercedes. Bien sûr, il serait beaucoup plus pratique d'utiliser une simple abréviation telle que CDI ou CGI, mais l'orthographe scrupuleuse du mot entier dans ce cas n'est pas accidentelle. Sans elle, une grande partie de l'impact marketing aurait été perdue si le défi se posait de rappeler ces moments glorieux de la vie d'un constructeur automobile de luxe, où tout était basé sur la devise Kompressor oder Nichts (compresseur ou rien).

L'acronyme TSI sur le capot en plastique de la VW Golf GT en 2005 était beaucoup plus sobre et n'était pas destiné à jeter des ponts vers un héritage glamour. L'excès de modestie ne fait décidément pas partie des qualités de VW, et le constructeur de Wolfsburg ne manquerait pas l'occasion de rappeler quelques-uns de ses succès, mais en l'occurrence, le label TSI se devait de mettre en avant l'avant-garde technique, pas la tradition. La formule technologique utilisée par les ingénieurs de VW était aussi triviale qu'une idée, aussi complexe que sa mise en œuvre - un petit moteur (dans ce cas, seulement 1,4 litre) offre d'excellentes performances dynamiques et une puissance impressionnante de 170 ch. grâce au tandem d'un turbocompresseur puissant et d'une mécanique petite mais efficace qui comble le "trou" ravagé par la grosse puissance du turbocompresseur et agit comme une sorte de dopant contre la panne moteur initiale. Et juste au moment où nous pensions que l'idée était un succès, une nouvelle gamme de moteurs de deux litres est entrée en scène. Volvo, dont le plus puissant a le même système de ravitaillement avec mécanique et turbocompresseurs. Tout cela nous incite à retourner dans l'histoire et à rappeler les prototypes lointains des chefs-d'œuvre de l'ingénierie moderne. Oui, des chefs-d'œuvre, car le développement de Volvo a remis à l'ordre du jour une solution technique extrêmement intéressante qui a été utilisée avec succès dans une voiture de course super chère il y a deux décennies. Lance Delta S4.

Comme déjà mentionné, l'idée conceptuelle des moteurs VW et Volvo n'a rien de compliqué ni d'étrange. Nous avons longtemps vécu le thème névralgique des prix élevés du carburant et l'ensemble complexe de défis auxquels les concepteurs automobiles modernes sont confrontés dans leur quête pour créer des groupes motopropulseurs à la fois dynamiques et économes en carburant.

Le tourbillon de l'excitation technologique ne pouvait pas contourner les compresseurs dans leurs deux variétés. De plus, les turbocompresseurs sont aujourd'hui parmi les principaux acteurs de la course à l'efficacité maximale, ajoutant du nouveau carburant au feu d'une vieille histoire qui remonte à 1885 ...

Rudolph Diesel et machines à compresseur

Il y a quelque chose de la saveur sentimentale d'un roman de la fin du XIXe siècle sur les premières automobiles à moteur à combustion interne. Cependant, leurs créateurs n'étaient pas seulement des "alchimistes" ambitieux et ignorants et des expérimentateurs fous, mais généralement des personnes très instruites dont les inventions reposent sur une base scientifique sérieuse. C'est cette solide base de connaissances qui éveille dans l'esprit de Gottlieb Daimler l'idée d'équiper ses moteurs essence et kérosène d'une machine à compresseur externe. Malheureusement, ses premières tentatives dans cette direction ont échoué et, à la fin, il a abandonné tout développement ultérieur. Apparemment, à cette époque, les chances de pré-comprimer l'air frais entrant dans les cylindres étaient extrêmement faibles - il suffit de dire que Daimler ne s'est de nouveau engagé dans des recherches actives dans ce domaine qu'après la fin de la Première Guerre mondiale. Le parcours de Rudolf Diesel est similaire. En même temps qu'il essayait de faire fonctionner ses brevets dans une grande compagnie pétrolière et qu'il finissait par les vendre cher et trop cher aux frères Nobel suédois travaillant dans les champs pétrolifères russes du Caucase, il a dessiné des schémas et compris comment approfondir améliorer l'efficacité. c'est un moteur thermique assez efficace en principe. Un fait peu connu aujourd'hui est que Diesel a installé une unité de précompression sur son deuxième échantillon de laboratoire, travaillant à la base de développement MAN à Augsbourg, et en décembre 1896, toute une série de moteurs diesel équipés de compresseurs est apparue.

Bien plus tard, le rôle de l'assistant principal du moteur diesel sera joué par le turbocompresseur d'échappement, grâce auquel l'invention de Rudolf Diesel atteindra son rang actuel. Les premiers moteurs expérimentaux Rudolf Diesel avec compresseur mécanique ont noté l'augmentation significative attendue de la puissance, mais du point de vue de l'efficacité, les choses n'étaient pas si roses. Le diesel, pour lequel l'économie du moteur est d'une importance capitale, évalue les résultats de ses propres expériences comme négatifs. Pour un ingénieur brillant, ils deviennent une énigme absolue et insoluble, malgré ses lois bien connues de la thermodynamique. Ayant achevé ses expériences dans ce domaine, il écrit dans son cahier: «L'expérience du 28 janvier 1897 et sa comparaison avec des expériences précédentes le 12 janvier soulevaient la question de l'effet de la pré-compression. De toute évidence, cela est extrêmement nocif, donc à partir de maintenant nous devons abandonner cette idée et nous concentrer sur un moteur quatre cylindres conventionnel avec prise directe d'air frais de l'atmosphère dans sa forme actuelle. " Dieu merci, le génie Diesel se trompe profondément ici! Plus tard, il est devenu clair que ce n'était pas l'idée du remplissage forcé qui était erronée, mais la manière de sa mise en œuvre….

Moteurs diesel à compresseur sur les navires

Après une série d'expériences infructueuses de Rudolf Diesel et les conclusions erronées qui les ont suivies, les concepteurs ont longtemps abandonné l'utilisation d'un tel dispositif pour l'apport forcé d'air frais supplémentaire, en s'appuyant uniquement sur la pression atmosphérique naturelle. Le seul moyen orthodoxe et éprouvé d'obtenir plus de puissance à l'époque était d'augmenter le niveau de cylindrée et de vitesse, car ce dernier est technologiquement faisable. Le brouillard des illusions a persisté pendant deux décennies jusqu'à ce que la technologie atteigne le niveau requis, et la société de moteurs MAN de la ville allemande d'Augsbourg a remis cette idée à l'ordre du jour. À la suite du travail intensif de l'entreprise au début des années 20 du siècle dernier, les premières unités diesel produites en série avec ravitaillement forcé à l'aide d'un compresseur mécanique sont apparues. En 1924, il existait déjà des navires équipés de moteurs diesel à compresseur, parmi lesquels on peut trouver une solution technologique intéressante dans laquelle les compresseurs ne sont pas entraînés directement à partir du vilebrequin, mais à partir de moteurs électriques spécialement adaptés (vous remarquez l'analogie avec le diesel V8 d'aujourd'hui sur Audi ), ce qui fait passer leur puissance de la norme de 900 à 1200 ch. Bien sûr, dans tous ces cas, nous parlons d'unités à entraînement mécanique - bien qu'au début du siècle l'idée d'un compresseur à gaz ait été brevetée, au moment où il sera mis en œuvre dans des modèles de série, ce sera un longue durée. . Le développement extrêmement lent de la technologie des compresseurs est dû à deux raisons principales : une mauvaise connaissance du comportement des essences avec leur tendance inhérente au cognement et une incertitude quant à l'efficacité des différents types de compresseurs.

Le remplissage des moteurs à essence a commencé en 1901 lorsque Sir Dugald Clerk (qui était l'un des pionniers du moteur à deux temps, soit dit en passant) a décidé d'utiliser une pompe pour forcer de l'air frais supplémentaire dans les chambres de combustion. moteur avec une énorme cylindrée. L'employé prend les problèmes de moteur thermique au sérieux et scientifiquement, et avec cet appareil cherche à augmenter délibérément l'efficacité thermodynamique du moteur. Cependant, au final, lui, comme Diesel avant lui, n'a réussi qu'à augmenter sa puissance.

Les compresseurs Roots les plus couramment utilisés aujourd'hui sont basés sur un dispositif de pompage breveté par Frank et Philander Roots of Indiana dans les années 1907. Le principe de fonctionnement de l'unité Roots a été emprunté à la pompe à engrenages inventée au 100ème siècle par Johannes Kepler, et les premières expériences de Gottlieb Daimler et de son ingénieur en chef Wilhelm Maybach étaient basées sur des compresseurs Roots. Le résultat le plus impressionnant du remplissage mécanique positif vient cependant de l'Américain Lee Chadwick, qui en 80 a installé un compresseur sur son énorme moteur six cylindres avec une vitesse de travail neuf fois supérieure à la vitesse du vilebrequin. Ainsi, Chadwick a réalisé une augmentation de puissance monstrueuse, et sa voiture est devenue la première au monde à atteindre la vitesse officiellement enregistrée de XNUMX miles par heure. Bien sûr, au début de cette technologie, de nombreux concepteurs ont expérimenté divers autres types de compresseurs tels que les appareils centrifuges et à palettes. Parmi les demandes de brevet, on trouve le prédécesseur du compresseur à piston rotatif, largement utilisé dans les XNUMX-s du siècle dernier par plusieurs sociétés, ainsi que le compresseur à palettes d'Arnold Theodor Zoller.

En conséquence, le remplissage forcé justifie l'augmentation attendue de la capacité en litres et s'avère être un outil idéal pour améliorer les paramètres dynamiques des unités déjà conçues.

Mais les voitures n'en étaient pas les seules partisanes - dès 1913, des moteurs de locomotive à compresseur existaient déjà, et pendant la Première Guerre mondiale, la charge forcée est devenue un moyen idéal de compenser l'air raréfié dans les avions à haute altitude.

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Texte: Georgy Kolev