Bandomasis važiavimas Magic Fires: kompresorių technologijos istorija

Šioje serijoje kalbėsime apie priverstinį degalų papildymą ir vidaus degimo variklių kūrimą.

Jis yra pranašas automobilių tiuningo raštuose. Jis yra dyzelinio variklio gelbėtojas. Daugelį metų benzininių variklių dizaineriai nekreipė dėmesio į šį reiškinį, tačiau šiandien jis tampa visur paplitęs. Tai turbokompresorius... Geriau nei bet kada.

Jo brolis, varomas kompresorius, taip pat neketina palikti scenos. Be to, jis yra pasirengęs aljansui, kuris sukels tobulą simbiozę. Taigi šiuolaikinės technologinės varžybos suirutėje dviejų priešistorinių priešingų srovių atstovai susivienijo, įrodydami maksimumą, kad tiesa išlieka ta pati, nepaisant požiūrių skirtumo.

Panaudojimas 4500 l / 100 km ir daug deguonies

Aritmetika gana paprasta ir pagrįsta tik fizikos dėsniais... Darant prielaidą, kad apie 1000 kg sveriantis ir beviltišką aerodinaminį pasipriešinimą turintis automobilis 305 metrus nuo sustojimo nuvažiuoja greičiau nei per 4,0 sekundės, o pabaigoje pasiekia 500 km/h greitį. ruožo, šio automobilio variklio galia turi viršyti 9000 AG. Tie patys skaičiavimai rodo, kad atkarpoje besisukantis 8400 aps./min. greičiu besisukantis variklio alkūninis velenas galės apsisukti tik apie 560 kartų, tačiau tai nesutrukdys 8,2 l varikliui sugerti apie 15 litrų degalų. Atlikus dar vieną paprastą skaičiavimą, paaiškėja, kad pagal standartinį degalų sąnaudų matą šio automobilio vidutinės sąnaudos yra daugiau nei 4500 l / 100 km. Žodžiu – keturi tūkstančiai penki šimtai litrų. Tiesą sakant, šie varikliai neturi aušinimo sistemų - jie aušinami kuru ...

Šiose figūrose nėra nieko išgalvoto... Tai didelės, bet gana tikros vertybės iš šiuolaikinių drag lenktynių pasaulio. Vargu ar būtų teisinga automobilius, dalyvaujančius lenktynėse dėl maksimalaus pagreičio, vadinti lenktyniniais automobiliais, nes siurrealistiniai keturračiai kūriniai, apgaubti mėlynų dūmų, yra nepalyginami net su šiuolaikinių automobilių technologijų grietinėle, naudojama Formulėje 1. naudokite populiarų pavadinimą „dragsters“ . – Neabejotinai savaip įdomūs, unikalūs automobiliai, suteikiantys nepakartojamus pojūčius tiek gerbėjams už 305 metrų trasos ribų, tiek pilotams, kurių smegenys greitu 5 g pagreičiu greičiausiai įgauna spalvoto dvimačio vaizdo formą. kaukolės nugarėlė

Šie „dragsteriai“ yra bene garsiausia ir įspūdingiausia populiarių automobilių sporto įvairovė JAV, priklausanti prieštaringai pavadintai „Top Fuel“ klasei. Šis pavadinimas pagrįstas ypatingu nitrometano cheminės medžiagos, kurią pragaro mašinos naudoja kaip variklį, našumu. Veikiant šiam sprogiam mišiniui, varikliai veikia perkrovos režimu ir vos per kelias varžybas virsta nereikalingo metalo krūva, o dėl kuro polinkio į nuolatinę detonaciją jų veikimo garsas primena isterišką žvėries riaumojimą skaičiuojant paskutines jūsų gyvenimo akimirkas. Procesus varikliuose galima palyginti tik su absoliučiu nevaldomu chaosu, besiribojančiu su fizinio savęs sunaikinimo siekiu. Paprastai vienas iš cilindrų sugenda iki pirmojo skyriaus pabaigos. Varžybų, naudojamų šiame beprotiškame sporte, galia pasiekia vertes, kurių nė vienas pasaulio dinamometras negali išmatuoti, o piktnaudžiavimas mašinomis iš tikrųjų viršija visas inžinerinio ekstremizmo ribas ...

Tačiau grįžkime prie savo istorijos esmės ir atidžiau pažvelkime į nitrometano kuro (sumaišyto su keliais procentais balansuojančiu metanoliu), be abejonės, galingiausios medžiagos, naudojamos bet kokioje automobilių lenktynių formoje, savybes. veikla. Kiekvienas anglies atomas savo molekulėje (CH3NO2) turi du deguonies atomus, o tai reiškia, kad degalai su savimi turi didžiąją dalį degimui reikalingo oksidatoriaus. Dėl tos pačios priežasties energijos kiekis litre nitrometano yra mažesnis nei litre benzino, tačiau esant tokiam pat kiekiui gryno oro, kurį variklis gali įsiurbti į degimo kameras, degimo metu nitrometanas suteiks žymiai daugiau bendros energijos. ... Tai įmanoma, nes jame yra deguonies, todėl jis gali oksiduoti daugumą angliavandenilių kuro komponentų (paprastai nedegus, nesant deguonies). Kitaip tariant, nitrometanas turi 3,7 karto mažiau energijos nei benzinas, tačiau esant tokiam pat kiekiui oro, oksiduotis gali 8,6 karto daugiau nei benzinas.

Kas išmano degimo procesus automobilių variklyje, žino, kad tikroji problema „išspaudžiant“ daugiau galios iš vidaus degimo variklio yra nepadidinti degalų srauto į kameras – tam pakanka galingų hidraulinių siurblių. pasiekiantis itin aukštą slėgį. Tikras iššūkis yra aprūpinti pakankamai oro (arba deguonies), kad oksiduotų angliavandenilius ir užtikrintų kuo efektyvesnį degimą. Būtent todėl dragsterio degaluose naudojamas azotas, be kurio visiškai neįsivaizduojama būtų pasiekti tokios eilės rezultatų su 8,2 litro darbinio tūrio varikliu. Tuo pačiu metu automobiliai dirba su gana sodriais mišiniais (tam tikromis sąlygomis nitrometanas gali pradėti oksiduotis), dėl ko dalis kuro oksiduojasi išmetimo vamzdžiuose ir virš jų susidaro įspūdingi stebuklingi žibintai.

Sukimo momentas 6750 Niutono metrų

Vidutinis šių variklių sukimo momentas siekia 6750 Nm. Tikriausiai jau pastebėjote, kad visoje šioje aritmetikoje yra kažkas keisto... Faktas yra tas, kad norint pasiekti nurodytas ribines vertes, kas sekundę 8400 aps./min. variklis turi įsiurbti ne daugiau, ne mažiau 1,7 kub. grynas oras. Yra tik vienas būdas tai padaryti – priverstinis užpildymas. Pagrindinį vaidmenį šiuo atveju atlieka didžiulis klasikinis Roots tipo mechaninis blokas, kurio dėka dragsterio variklio (įkvėpto priešistorinio Chrysler Hemi Elephant) kolektoriuose slėgis siekia stulbinančius 5 barus.

Kad geriau suprastume, kokios apkrovos yra šiuo atveju, paimkime kaip pavyzdį vieną iš mechaninių kompresorių aukso amžiaus legendų – 3,0 litrų lenktyninį V12. Mercedes-Benz W154. Šios mašinos galia siekė 468 AG. su., tačiau reikia turėti omenyje, kad kompresoriaus pavara pareikalavo milžiniškų 150 AG. su., nepasiekus nurodyto 5 bar. Jei dabar į sąskaitą pridėsime 150 tūkstančių s, padarysime išvadą, kad W154 tikrai turėjo neįtikėtinus 618 AG savo laikui. Kiek realios galios pasiekia Top Fuel klasės varikliai ir kiek jos sugeria mechaninė kompresoriaus pavara, galite įvertinti patys. Žinoma, turbokompresoriaus naudojimas šiuo atveju būtų daug efektyvesnis, tačiau jo konstrukcija neatlaikytų itin didelės išmetamųjų dujų šilumos apkrovos.

Sutraukimo pradžia

Priverstinio uždegimo agregato buvimas vidaus degimo varikliuose beveik visą automobilio istoriją atspindėjo naujausias technologijas atitinkamam kūrimo etapui. Taip buvo 2005 m., Kai prestižinis apdovanojimas už technologines naujoves automobilių pramonėje ir sporte, pavadintas žurnalo įkūrėjo Paulo Peacho vardu, buvo įteiktas „VW“ variklių kūrimo vadovui Rudolfui Krebui ir jo kūrėjų komandai. „Twincharger“ technologijos taikymas 1,4 litro benzininiame variklyje. Dėka priverstinio cilindrų pripildymo naudojant sinchroninę mechanikos sistemą ir turbokompresorių, agregatas sumaniai sujungia vienodą sukimo momento paskirstymą ir didelę galią, būdingą laisvai įsiurbiantiems varikliams, turintiems didelį darbinį tūrį, su mažų variklių ekonomiškumu ir ekonomiškumu. Po vienuolikos metų VW 11 litrų TSI variklis (su šiek tiek padidintu darbiniu tūriu, siekiant kompensuoti jo efektyvų susitraukimą dėl naudojamo „Miller“ ciklo) dabar pasižymi daug pažangesne VNT turbokompresoriaus technologija ir vėl yra nominuotas Paulo Peacho apdovanojimui.

Tiesą sakant, pirmasis serijinis automobilis su benzininiu varikliu ir kintamos geometrijos turbokompresoriumi „Porsche 911 Turbo“ buvo išleistas 2005 m. Abu kompresoriai, bendrai sukurti „Porsche“ tyrimų ir plėtros inžinierių ir jų kolegų iš „Borg Warner Turbo Systems“, VW naudoja gerai žinomą ir seniai įsigalėjusią kintamos geometrijos idėją turbodyzeliniuose agregatuose, kuri dėl problemos nebuvo įgyvendinta benzininiuose varikliuose. su aukštesne (apie 200 laipsnių, palyginti su dyzelinu) vidutine išmetamųjų dujų temperatūra. Tam buvo naudojamos karščiui atsparios kompozicinės medžiagos iš aviacijos ir kosmoso pramonės, skirtos dujų kreipiamosioms mentėms ir itin greitam valdymo algoritmui valdymo sistemoje. VW inžinierių pasiekimai.

Turbokompresoriaus aukso amžius

Nuo tada, kai 745 metais buvo nutrauktas „1986i“, BMW jau seniai gynė savo benzininių variklių projektavimo filosofiją, pagal kurią vienintelis „stačiatikiškas“ būdas gauti daugiau galios buvo variklio veikimas didelėmis apsukomis. Jokių erezijų ir flirto su mechaniniais kompresoriais a la Mercedes (C 200 Kompressor) arba Toyota (Corolla kompresorius), jokio šališkumo VW ar Opel turbokompresorių atžvilgiu. Miuncheno variklių gamintojai pirmenybę teikė aukšto dažnio užpildymui ir normaliam atmosferos slėgiui, aukštųjų technologijų sprendimų naudojimui ir, kraštutiniais atvejais, didesniam darbiniam tūriui. Eksperimentai su kompresoriais, paremti Bavarijos varikliais, beveik visiškai buvo perduoti „fakyrams“ tiuningo kompanijai „Alpina“, kuri yra artima Miuncheno koncernui.

Šiandien BMW nebegamina atmosferinių benzininių variklių, o dyzelinių variklių gamoje jau yra keturių cilindrų turbokompresorinis variklis. „Volvo“ naudoja degalų papildymą mechaniniu ir turbokompresoriumi, „Audi“ sukūrė dyzelinį variklį su elektrinio kompresoriaus ir dviejų kaskadinių turbokompresorių deriniu, „Mercedes“ turi benzininį variklį su elektriniu ir turbokompresoriumi.

Tačiau prieš kalbėdami apie juos, grįšime į praeitį, kad surastume šio technologinio perėjimo šaknis. Sužinosime, kaip amerikiečių gamintojai bandė panaudoti turbo technologiją, kad kompensuotų dėl dviejų devintajame dešimtmetyje įvykusių naftos krizių sumažėjusį variklių tūrį ir kaip šie bandymai jiems nepavyko. Kalbėsime apie nesėkmingus Rudolfo Dieselio bandymus sukurti kompresorinį variklį. Prisiminsime šlovingą kompresorinių variklių erą 20–30-aisiais, taip pat ilgus užmaršties metus. Žinoma, nepraleisime pirmųjų serijinių turbokompresorių modelių pasirodymo po pirmosios didelės 70-ųjų naftos krizės. Arba Scania Turbo mišinio sistemai. Trumpai – papasakosime apie kompresorių technologijos istoriją ir raidą...

(Sekti)

Tekstas: Georgijus Kolevas