Essai Magic Fires : l'histoire de la technologie des compresseurs

Dans cette série, nous parlerons du ravitaillement forcé et du développement des moteurs à combustion interne.

Il est un prophète dans les écritures du tuning automobile. Il est le sauveur du moteur diesel. Pendant de nombreuses années, les concepteurs de moteurs à essence ont négligé ce phénomène, mais aujourd'hui, il devient omniprésent. C'est un turbocompresseur... Meilleur que jamais.

Son frère, un compresseur à moteur, n'a pas non plus l'intention de quitter la scène. De plus, il est prêt pour une alliance qui conduira à une symbiose parfaite. Ainsi, dans l'agitation de la rivalité technologique moderne, les représentants de deux courants préhistoriques opposés se sont unis, prouvant la maxime selon laquelle la vérité reste la même quelle que soit la différence de vues.

Consommation 4500 l / 100 km et beaucoup d'oxygène

L'arithmétique est relativement simple et basée uniquement sur les lois de la physique… En supposant qu'une voiture pesant environ 1000 kg et avec une traînée aérodynamique sans espoir parcourt 305 mètres d'un arrêt en moins de 4,0 secondes, atteignant une vitesse de 500 km/h à la fin de la section, la puissance du moteur de cette voiture doit dépasser 9000 ch. Les mêmes calculs montrent que dans une coupe transversale, le vilebrequin en rotation d'un moteur tournant à 8400 tr/min ne pourra tourner qu'environ 560 fois, mais cela n'empêchera pas le moteur de 8,2 litres d'absorber environ 15 litres de carburant. À la suite d'un autre calcul simple, il devient clair que, selon la mesure standard de la consommation de carburant, la consommation moyenne de cette voiture est supérieure à 4500 l / 100 km. En un mot - quatre mille cinq cents litres. En fait, ces moteurs n'ont pas de systèmes de refroidissement - ils sont refroidis par du carburant ...

Il n'y a rien de fiction dans ces chiffres ... Ce sont des valeurs importantes, mais bien réelles, du monde des courses de dragsters modernes. Il n'est guère correct de désigner les voitures participant à des courses pour une accélération maximale comme des voitures de course, car les créations surréalistes à quatre roues, enveloppées de fumée bleue, sont incomparables même avec la crème de la technologie automobile moderne utilisée en Formule 1. Par conséquent, nous allons utilisez le nom populaire "dragsters" . – Sans aucun doute intéressantes à leur manière, des voitures uniques qui procurent des sensations uniques à la fois aux fans en dehors de la piste de 305 mètres et aux pilotes dont le cerveau, à une accélération rapide de 5 g, prend probablement la forme d'une image bidimensionnelle colorée sur le arrière du crâne

Ces dragsters sont peut-être la variété la plus célèbre et la plus impressionnante du sport automobile populaire aux États-Unis, appartenant à la classe controversée Top Fuel. Le nom est basé sur les performances extrêmes du produit chimique nitrométhane que les machines infernales utilisent comme carburant pour leurs moteurs. Sous l'influence de ce mélange explosif, les moteurs fonctionnent en mode surcharge et en quelques courses se transforment en un tas de métal inutile, et en raison de la propension du carburant à exploser continuellement, le son de leur fonctionnement ressemble au rugissement hystérique d'une bête comptant les derniers moments de votre vie. Les processus dans les moteurs ne peuvent être comparés qu'à un chaos absolu et incontrôlable à la limite de la poursuite de l'autodestruction physique. En général, l'un des cylindres tombe en panne à la fin de la première section. La puissance des moteurs utilisés dans ce sport fou atteint des valeurs qu'aucun dynamomètre au monde ne peut mesurer, et l'abus des machines dépasse vraiment toutes les limites de l'extrémisme technique ...

Mais revenons au cœur de notre histoire et examinons de plus près les propriétés du carburant nitrométhane (mélangé à quelques pour cent de méthanol d'équilibrage), qui est sans aucun doute la substance la plus puissante utilisée dans toute forme de course automobile. activité. Chaque atome de carbone de sa molécule (CH3NO2) a deux atomes d'oxygène, ce qui signifie que le carburant transporte la plupart de l'oxydant nécessaire à la combustion. Pour la même raison, le contenu énergétique par litre de nitrométhane est inférieur à celui par litre d'essence, mais avec la même quantité d'air frais que le moteur peut aspirer dans les chambres de combustion, le nitrométhane fournira beaucoup plus d'énergie totale lors de la combustion. ... Ceci est possible car il contient lui-même de l'oxygène et peut donc oxyder la plupart des composants du combustible hydrocarboné (généralement non combustible en l'absence d'oxygène). En d'autres termes, le nitrométhane a 3,7 fois moins d'énergie que l'essence, mais avec la même quantité d'air, 8,6 fois plus de nitrométhane peut être oxydé que l'essence.

Toute personne familière avec les processus de combustion dans un moteur automobile sait que le vrai problème de "extraire" plus de puissance d'un moteur à combustion interne n'est pas d'augmenter le débit de carburant dans les chambres - de puissantes pompes hydrauliques suffisent pour cela. atteindre une pression extrêmement élevée. Le véritable défi consiste à fournir suffisamment d'air (ou d'oxygène) pour oxyder les hydrocarbures et assurer la combustion la plus efficace possible. C'est pourquoi le carburant dragster utilise du nitrogetan, sans lequel il serait totalement impensable d'obtenir des résultats de cet ordre avec un moteur d'une cylindrée de 8,2 litres. Dans le même temps, les voitures fonctionnent avec des mélanges assez riches (dans certaines conditions, le nitrométhane peut commencer à s'oxyder), grâce à quoi une partie du carburant est oxydée dans les tuyaux d'échappement et forme d'impressionnantes lumières magiques au-dessus d'eux.

Couple 6750 Newton mètres

Le couple moyen de ces moteurs atteint 6750 Nm. Vous avez probablement déjà remarqué qu'il y a quelque chose d'étrange dans toute cette arithmétique... Le fait est que pour atteindre les valeurs limites indiquées, chaque seconde un moteur tournant à 8400 tr/min ne doit pas aspirer plus, pas moins de 1,7 mètre cube de air frais. Il n'y a qu'une seule façon de le faire - le remplissage forcé. Le rôle principal dans ce cas est joué par une énorme unité mécanique classique de type Roots, grâce à laquelle la pression dans les collecteurs du moteur du dragster (inspiré de la préhistorique Chrysler Hemi Elephant) atteint un niveau stupéfiant de 5 bars.

Pour mieux comprendre quelles charges sont impliquées dans ce cas, prenons comme exemple l'une des légendes de l'âge d'or des compresseurs mécaniques - un V3,0 de course de 12 litres. Mercedes-Benz W154. La puissance de cette machine était de 468 ch. s., mais il ne faut pas oublier que l'entraînement du compresseur a pris 150 ch. avec., n'atteignant pas les 5 bars spécifiés. Si nous ajoutons maintenant 150 154 s au compte, nous arriverons à la conclusion que le W618 avait vraiment un incroyable XNUMX ch pour l'époque. Vous pouvez juger par vous-même de la puissance réelle des moteurs de la classe Top Fuel et de la quantité absorbée par l'entraînement mécanique du compresseur. Bien sûr, l'utilisation d'un turbocompresseur dans ce cas aurait été beaucoup plus efficace, mais sa conception ne pouvait pas faire face à la charge thermique extrême des gaz d'échappement.

Début de contraction

Pendant la majeure partie de l'histoire de l'automobile, la présence d'une unité d'allumage forcé dans les moteurs à combustion interne a été le reflet de la dernière technologie pour le stade de développement correspondant. Ce fut le cas en 2005, lorsque le prestigieux prix de l'innovation technologique dans les secteurs de l'automobile et du sport, du nom du fondateur du magazine, Paul Peach, a été remis à Rudolf Krebs, responsable du développement des moteurs de VW, et à son équipe de développement. application de la technologie Twincharger dans un moteur à essence de 1,4 litre. Grâce au remplissage forcé combiné des cylindres à l'aide d'un système mécanique synchrone et d'un turbocompresseur, l'unité combine habilement la distribution uniforme du couple et la puissance élevée typique des moteurs à aspiration naturelle à grande cylindrée avec l'économie et l'économie des petits moteurs. Onze ans plus tard, le moteur TSI de 11 litres de VW (avec une cylindrée légèrement augmentée pour compenser sa contraction efficace en raison du cycle Miller utilisé) dispose désormais d'une technologie de turbocompresseur VNT beaucoup plus avancée et est à nouveau nominé pour un prix Paul Peach.

En fait, la première voiture de série avec un moteur à essence et un turbo à géométrie variable, la Porsche 911 Turbo est sortie en 2005. Les deux compresseurs, développés conjointement par les ingénieurs R&D de Porsche et leurs collègues de Borg Warner Turbo Systems, VW utilisent l'idée bien connue et établie de longue date de la géométrie variable dans les unités turbodiesel, qui n'a pas été mise en œuvre dans les moteurs à essence en raison d'un problème. avec une température moyenne des gaz d'échappement plus élevée (environ 200 degrés par rapport au diesel). Pour cela, des matériaux composites résistants à la chaleur de l'industrie aérospatiale ont été utilisés pour les aubes directrices de gaz et un algorithme de contrôle ultra-rapide dans le système de contrôle. Réalisation des ingénieurs VW.

L'âge d'or du turbocompresseur

Depuis l'arrêt du 745i en 1986, BMW a longtemps défendu sa propre philosophie de conception des moteurs à essence, selon laquelle le seul moyen "orthodoxe" d'obtenir plus de puissance était de faire tourner le moteur à haut régime. Pas d'hérésie et de flirt avec les compresseurs mécaniques à la Mercedes (C 200 Kompressor) ou Toyota (Corolla Compressor), pas de parti pris pour les turbocompresseurs VW ou Opel. Les motoristes munichois ont privilégié le remplissage à haute fréquence et la pression atmosphérique normale, l'utilisation de solutions de haute technologie et, dans les cas extrêmes, une plus grande cylindrée. Les expériences de compresseurs basées sur des moteurs bavarois ont été presque entièrement transférées aux "fakirs" par la société de tuning Alpina, proche de la société munichoise.

Aujourd'hui, BMW ne produit plus de moteurs à essence à aspiration naturelle et la gamme de moteurs diesel comprend déjà un moteur turbocompressé à quatre cylindres. Volvo utilise une combinaison de ravitaillement avec une mécanique et un turbocompresseur, Audi a créé un moteur diesel avec une combinaison d'un compresseur électrique et de deux turbocompresseurs en cascade, Mercedes a un moteur à essence avec un électrique et un turbocompresseur.

Cependant, avant d'en parler, nous allons remonter le temps pour trouver les racines de cette transition technologique. Nous apprendrons comment les constructeurs américains ont tenté d'utiliser la technologie turbo pour compenser la réduction de cylindrée résultant des deux chocs pétroliers des années 20 et comment ils ont échoué dans ces tentatives. Nous parlerons des tentatives infructueuses de Rudolf Diesel pour créer un moteur à compresseur. On se souviendra de l'ère glorieuse des moteurs à compresseur dans les années 30 et 70, ainsi que des longues années d'oubli. Bien sûr, on ne manquera pas l'apparition des premiers modèles de série de turbocompresseurs après la première grande crise pétrolière des années XNUMX. Ou pour le système composé Scania Turbo. En bref - nous vous raconterons l'histoire et l'évolution de la technologie des compresseurs ...

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Texte: Georgy Kolev