Test drive Magic Fires: istoria tehnologiei compresoarelor

În această serie vom vorbi despre realimentarea forțată și dezvoltarea motoarelor cu ardere internă.

El este un profet în scripturile tuningului auto. El este salvatorul motorului diesel. Timp de mulți ani, designerii de motoare pe benzină au neglijat acest fenomen, dar astăzi devine omniprezent. Este un turbocompresor... Mai bine ca niciodată.

Nici fratele său, un compresor motorizat, nu are de gând să părăsească scena. Mai mult, el este pregătit pentru o alianță care va duce la o simbioză perfectă. Astfel, în frământarea rivalității tehnologice moderne, reprezentanții a două curente opuse preistorice s-au unit, demonstrând maxima că adevărul rămâne același indiferent de diferența de puncte de vedere.

Consum 4500 l / 100 km și mult oxigen

Aritmetica este relativ simplă și se bazează exclusiv pe legile fizicii... Presupunând că o mașină care cântărește în jur de 1000 kg și cu o rezistență aerodinamică fără speranță parcurge 305 de metri de la oprire în mai puțin de 4,0 secunde, atingând la sfârșit o viteză de 500 km/h a secțiunii, puterea motorului acestei mașini trebuie să depășească 9000 CP. Aceleași calcule arată că într-o secțiune, arborele cotit care se învârte al unui motor care se rotește la 8400 rpm va putea să se rotească doar de aproximativ 560 de ori, dar asta nu va împiedica motorul de 8,2 litri să absoarbă aproximativ 15 litri de combustibil. Ca rezultat al unui calcul mai simplu, devine clar că, conform măsurării standard a consumului de combustibil, consumul mediu al acestei mașini este mai mare de 4500 l / 100 km. Într-un cuvânt - patru mii cinci sute de litri. De fapt, aceste motoare nu au sisteme de răcire - sunt răcite cu combustibil ...

Nu există nimic ficțiune în aceste cifre... Acestea sunt valori mari, dar destul de reale din lumea curselor moderne de drag. Nu este deloc corect să ne referim la mașinile care participă la curse pentru accelerație maximă ca mașini de curse, deoarece creațiile suprareale cu patru roți, învăluite în fum albastru, sunt incomparabile chiar și cu crema tehnologiei moderne auto utilizate în Formula 1. Prin urmare, vom folosiți numele popular „dragsters” . – Fără îndoială interesante în felul lor, mașini unice care oferă senzații unice atât fanilor din afara pistei de 305 de metri, cât și piloților al căror creier, la o accelerație rapidă de 5 g, ia probabil forma unei imagini bidimensionale colorate pe spatele craniului

Acești dragsters sunt, fără îndoială, cea mai faimoasă și mai impresionantă formă de sport cu motor popular din Statele Unite, aparținând controversatei clase Top Fuel. Numele se bazează pe performanța extremă a substanței chimice nitro-metanice pe care mașinile infernale o folosesc drept combustibil pentru motoarele lor. Sub influența acestui amestec exploziv, motoarele funcționează în modul de supraîncărcare și în doar câteva curse se transformă într-o grămadă de metal inutil și, din cauza înclinației combustibilului la detonarea continuă, sunetul funcționării lor seamănă cu vuietul isteric al unei fiare care numără ultimele momente din viața ta. Procesele din motoare pot fi comparate numai cu haosul absolut incontrolabil care se învecinează cu urmărirea autodistrugerii fizice. De obicei, unul dintre cilindri eșuează până la sfârșitul primei secțiuni. Puterea motoarelor utilizate în acest sport nebun atinge valori pe care niciun dinamometru din lume nu le poate măsura, iar abuzul de mașini întrece într-adevăr toate limitele extremismului ingineresc ...

Dar să revenim la inima poveștii noastre și să aruncăm o privire mai atentă asupra proprietăților combustibilului nitrometanic (amestecat cu un procent de echilibrare a metanolului), care este fără îndoială cea mai puternică substanță utilizată în orice formă de curse auto. activitate. Fiecare atom de carbon din molecula sa (CH3NO2) are doi atomi de oxigen, ceea ce înseamnă că combustibilul transportă cu el cea mai mare parte a oxidantului necesar arderii. Din același motiv, conținutul de energie pe litru de nitrometan este mai mic decât pe litru de benzină, dar cu aceeași cantitate de aer proaspăt pe care motorul o poate trage în camerele de ardere, nitrometanul va furniza mult mai multă energie totală în timpul arderii. ... Acest lucru este posibil, deoarece el însuși conține oxigen și, prin urmare, poate oxida majoritatea componentelor combustibilului hidrocarbonat (de obicei necombustibil în absența oxigenului). Cu alte cuvinte, nitrometanul are de 3,7 ori mai puțină energie decât benzina, dar cu aceeași cantitate de aer, de 8,6 ori mai mult nitrometan poate fi oxidat decât benzina.

Oricine este familiarizat cu procesele de ardere într-un motor de automobile știe că adevărata problemă cu „strângerea” mai multă putere dintr-un motor cu ardere internă nu este creșterea debitului de combustibil în camere - pompele hidraulice puternice sunt suficiente pentru aceasta. ajungând la o presiune extrem de mare. Adevărata provocare este de a furniza suficient aer (sau oxigen) pentru a oxida hidrocarburile și a asigura cea mai eficientă combustie posibilă. De aceea, combustibilul dragster folosește nitrogetan, fără de care ar fi complet de neconceput să obținem rezultate de acest ordin cu un motor cu o cilindree de 8,2 litri. În același timp, mașinile funcționează cu amestecuri destul de bogate (în anumite condiții, nitrometanul poate începe să se oxideze), datorită cărora o parte din combustibil este oxidat în țevile de eșapament și formează lumini magice impresionante deasupra lor.

Cuplu 6750 Newton metri

Cuplul mediu al acestor motoare ajunge la 6750 Nm. Probabil ați observat deja că există ceva ciudat în toată această aritmetică... Cert este că pentru a atinge valorile limită indicate, în fiecare secundă un motor care merge la 8400 rpm trebuie să aspire nici mai mult, nici mai puțin de 1,7 metri cubi de aer proaspat. Există o singură modalitate de a face acest lucru - umplerea forțată. Rolul principal în acest caz este jucat de o unitate mecanică uriașă clasică de tip Roots, datorită căreia presiunea în colectoarele motorului dragster (inspirat de preistoric Chrysler Hemi Elephant) ajunge la 5 bari.

Pentru a înțelege mai bine ce sarcini sunt implicate în acest caz, să luăm ca exemplu una dintre legendele epocii de aur a compresoarelor mecanice - un V3,0 de curse de 12 litri. Mercedes-Benz W154. Puterea acestei mașini era de 468 CP. cu., dar trebuie avut în vedere că acționarea compresorului a luat 150 CP. cu., neatingând 5 bari specificati. Dacă acum adăugăm 150 de mii de s în cont, vom ajunge la concluzia că W154 avea într-adevăr o putere incredibilă de 618 CP pentru vremea lui. Puteți judeca singur cât de multă putere reală obțin motoarele din clasa Top Fuel și cât de mult este absorbită de acționarea mecanică a compresorului. Desigur, utilizarea unui turbocompresor în acest caz ar fi mult mai eficientă, dar designul său nu ar putea face față încărcăturii extreme de căldură a gazelor de eșapament.

Începutul contracției

Pentru cea mai mare parte a istoriei automobilului, prezența unei unități de aprindere forțată în motoarele cu ardere internă a fost o reflectare a celei mai noi tehnologii pentru etapa corespunzătoare de dezvoltare. Acesta a fost cazul în 2005, când prestigiosul premiu pentru inovație tehnologică în industria auto și sport, numit după fondatorul revistei, Paul Peach, a fost prezentat șefului dezvoltării motorului VW Rudolf Krebs și echipei sale de dezvoltare. aplicarea tehnologiei Twincharger într-un motor pe benzină de 1,4 litri. Datorită umplerii forțate combinate a cilindrilor folosind un sistem sincron de mecanică și un turbocompresor, unitatea combină cu pricepere distribuția uniformă a cuplului și puterea mare tipică motoarelor cu aspirație naturală cu o cilindree mare cu economia și economia motoarelor mici. Unsprezece ani mai târziu, motorul TSI de 11 litri al VW (cu o deplasare ușor crescută pentru a compensa contracția sa eficientă datorită ciclului Miller utilizat) prezintă acum o tehnologie de turbocompresor VNT mult mai avansată și este din nou nominalizat la premiul Paul Peach.

De fapt, prima mașină de producție cu un motor pe benzină și cu geometrie variabilă turbo, Porsche 911 Turbo a fost lansată în 2005. Ambele compresoare, dezvoltate în comun de inginerii Porsche R&D și colegii lor de la Borg Warner Turbo Systems, VW utilizează ideea binecunoscută și de multă vreme a geometriei variabile în unitățile turbodiesel, care nu a fost implementată în motoarele pe benzină din cauza unei probleme cu temperatura medie a gazelor de eșapament mai mari (aproximativ 200 de grade comparativ cu motorina). Pentru aceasta, materialele compozite rezistente la căldură din industria aerospațială au fost utilizate pentru paletele de ghidare a gazelor și un algoritm de control ultrarapid în sistemul de control. Realizarea inginerilor VW.

Epoca de aur a turbocompresorului

De la întreruperea modelului 745i în 1986, BMW și-a apărat multă vreme propria filosofie de proiectare pentru motoarele pe benzină, potrivit cărora singurul mod „ortodox” de a obține mai multă putere a fost acela de a porni motorul la turații mari. Fără erezii și flirturi cu compresoare mecanice la Mercedes (C 200 Kompressor) sau Toyota (Corolla Compressor), fără părtinire față de turbocompresoarele VW sau Opel. Constructorii de motoare din München au preferat umplerea cu frecvență înaltă și presiunea atmosferică normală, utilizarea soluțiilor de înaltă tehnologie și, în cazuri extreme, o deplasare mai mare. Experimentele cu compresoare bazate pe motoare bavareze au fost aproape complet transferate către „fachiri” de către compania de tuning Alpina, care este aproape de preocuparea de la München.

Astăzi, BMW nu mai produce motoare pe benzină aspirate, iar gama de motoare diesel include deja un motor turbo cu patru cilindri. Volvo folosește o combinație de realimentare cu un mecanic și un turbocompresor, Audi a creat un motor diesel cu o combinație de un compresor electric și două turbocompresoare în cascadă, Mercedes are un motor pe benzină cu un electric și unul turbo.

Cu toate acestea, înainte de a vorbi despre ele, ne vom întoarce în timp pentru a găsi rădăcinile acestei tranziții tehnologice. Vom afla cum au încercat producătorii americani să folosească tehnologia turbo pentru a compensa reducerea dimensiunilor motorului rezultată din cele două crize ale petrolului din anii optzeci și cum au eșuat în aceste încercări. Vom vorbi despre încercările nereușite ale lui Rudolf Diesel de a crea un motor cu compresor. Ne vom aminti de era glorioasă a motoarelor cu compresor din anii 20 și 30, precum și de anii lungi de uitare. Desigur, nu vom rata apariția primelor modele de producție de turbocompresoare după prima criză majoră a petrolului din anii '70. Sau pentru sistemul compus Scania Turbo. Pe scurt - vă vom spune despre istoria și evoluția tehnologiei compresoarelor...

(a urma)

Text: Georgy Kolev