Testna vožnja Magic Fires: povijest tehnologije kompresora

U ovoj ćemo seriji govoriti o prisilnom punjenju gorivom i razvoju motora s unutarnjim izgaranjem.

On je prorok u svetim spisima ugađanja automobila. On je spasitelj dizelskog motora. Godinama su dizajneri benzinskih motora zanemarivali ovaj fenomen, ali danas postaje sveprisutan. To je turbopunjač... Bolji nego ikada.

Ni njegov brat, kompresor na električni pogon, ne planira napustiti pozornicu. Štoviše, spreman je za savez koji će dovesti do savršene simbioze. Tako su se u previranju suvremenog tehnološkog rivalstva ujedinili predstavnici dviju prapovijesnih suprotstavljenih struja, dokazujući maksimu da istina ostaje ista bez obzira na razliku u pogledima.

Potrošnja 4500 l / 100 km i puno kisika

Aritmetika je relativno jednostavna i temelji se isključivo na zakonima fizike… Uz pretpostavku da automobil težak oko 1000 kg i beznadnog aerodinamičkog otpora prijeđe 305 metara iz mjesta za manje od 4,0 sekunde, dostižući na kraju brzinu od 500 km/h dionice, snaga motora ovog automobila mora biti veća od 9000 KS. Isti izračuni pokazuju da će se unutar jedne sekcije rotirajuća radilica motora koji se vrti na 8400 okretaja u minuti moći okrenuti samo oko 560 puta, ali to neće spriječiti motor od 8,2 litre da apsorbira oko 15 litara goriva. Kao rezultat još jedne jednostavne računice, postaje jasno da je, prema standardnoj mjeri potrošnje goriva, prosječna potrošnja ovog automobila veća od 4500 l / 100 km. Jednom riječju - četiri tisuće petsto litara. Zapravo, ovi motori nemaju rashladne sustave - hlade se gorivom ...

U ovim brojkama nema ničeg fikcije ... To su velike, ali sasvim stvarne vrijednosti iz svijeta modernog drag racinga. Teško da je ispravno automobile koji sudjeluju u utrkama za maksimalno ubrzanje nazivati ​​trkaćim automobilima, budući da su nadrealne kreacije na četiri kotača, obavijene plavim dimom, neusporedive čak i s kremom moderne automobilske tehnologije koja se koristi u Formuli 1. Stoga ćemo koristiti popularni naziv “dragsters” . – Nedvojbeno zanimljivi na svoj način, jedinstveni automobili koji pružaju jedinstvene senzacije kako navijačima izvan staze od 305 metara, tako i pilotima čiji mozak pri velikom ubrzanju od 5 g vjerojatno poprima oblik obojene dvodimenzionalne slike na stražnji dio lubanje

Ovi su dragsteri vjerojatno najpoznatiji i najimpresivniji oblik popularnog moto sporta u Sjedinjenim Državama, koji pripadaju kontroverznoj klasi Top Fuel. Naziv se temelji na ekstremnim performansama nitrometanske kemikalije koju pakleni strojevi koriste kao gorivo za svoje motore. Pod utjecajem ove eksplozivne smjese motori rade u načinu preopterećenja i u samo nekoliko utrka pretvaraju se u gomilu nepotrebnog metala, a zbog sklonosti goriva da kontinuirano detonira, zvuk njihova djelovanja nalikuje histeričnom riku zvijeri koja broji posljednje trenutke vašeg života. Procesi u motorima mogu se usporediti samo s apsolutnim nekontroliranim kaosom koji graniči s težnjom za fizičkim samouništenjem. Obično jedan od cilindara otkaže na kraju prvog dijela. Snaga motora koji se koriste u ovom ludom sportu doseže vrijednosti koje niti jedan dinamometar na svijetu ne može izmjeriti, a zlostavljanje strojeva doista prelazi sve granice inženjerskog ekstremizma ...

No, vratimo se srcu naše priče i pobliže proučimo svojstva nitrometanskog goriva (pomiješanog s nekoliko postotaka uravnotežujućeg metanola), koji je bez sumnje najsnažnija tvar koja se koristi u bilo kojem obliku automobilskih utrka. aktivnost. Svaki atom ugljika u svojoj molekuli (CH3NO2) ima dva atoma kisika, što znači da gorivo sa sobom nosi većinu oksidansa potrebnog za izgaranje. Iz istog razloga, sadržaj energije po litri nitrometana niži je nego po litri benzina, ali s jednakom količinom svježeg zraka koji motor može usisati u komore za izgaranje, nitrometan će osigurati znatno više ukupne energije tijekom izgaranja. ... To je moguće jer sam sadrži kisik i stoga može oksidirati većinu komponenata ugljikovodičnog goriva (obično nezapaljivo u odsutnosti kisika). Drugim riječima, nitrometan ima 3,7 puta manje energije od benzina, ali s istom količinom zraka može se oksidirati 8,6 puta više nitrometana od benzina.

Svatko tko je upoznat s procesima izgaranja u automobilskom motoru zna da pravi problem kod "istiskivanja" više snage iz motora s unutarnjim izgaranjem nije povećati protok goriva u komore - za to su dovoljne snažne hidrauličke pumpe. dostizanje izuzetno visokog pritiska. Pravi izazov je osigurati dovoljno zraka (ili kisika) za oksidaciju ugljikovodika i osigurati najučinkovitije moguće izgaranje. Zato dragster gorivo koristi nitrogetan bez kojeg bi bilo potpuno nezamislivo postići rezultate ovog reda s motorom obujma 8,2 litre. U isto vrijeme, automobili rade s prilično bogatim smjesama (pod određenim uvjetima, nitrometan može početi oksidirati), zbog čega se dio goriva oksidira u ispušnim cijevima i stvara impresivna čarobna svjetla iznad njih.

Okretni moment 6750 Njutno metara

Prosječni okretni moment ovih motora doseže 6750 Nm. Vjerojatno ste već primijetili da u cijeloj toj aritmetici ima nečeg čudnog... Činjenica je da za postizanje navedenih graničnih vrijednosti svake sekunde motor koji radi na 8400 o/min mora usisati ni više, ni manje nego 1,7 kubnih metara svježi zrak. Postoji samo jedan način za to - prisilno punjenje. Glavnu ulogu u ovom slučaju igra ogromna klasična mehanička jedinica tipa Roots, zahvaljujući kojoj tlak u razvodnicima dragster motora (inspiriranog prapovijesnim Chrysler Hemi Elephant) doseže vrtoglavih 5 bara.

Da bismo bolje razumjeli o kakvim se opterećenjima u ovom slučaju radi, uzmimo kao primjer jednu od legendi zlatnog doba mehaničkih kompresora – 3,0-litreni trkaći V12. Mercedes-Benz W154. Snaga ovog stroja bila je 468 KS. s., ali treba imati na umu da je pogon kompresora uzeo ogromnih 150 KS. s., ne dostižući navedenih 5 bara. Dodamo li sada na račun i 150 tisuća s, doći ćemo do zaključka da je W154 doista imao za svoje vrijeme nevjerojatnih 618 KS. Sami prosudite koliku stvarnu snagu postižu motori u Top Fuel klasi i koliko je apsorbira mehanički pogon kompresora. Naravno, korištenje turbopunjača u ovom bi slučaju bilo mnogo učinkovitije, ali njegov dizajn nije mogao podnijeti ekstremno toplinsko opterećenje ispušnih plinova.

Početak stezanja

Većinu povijesti automobila prisutnost jedinice prisilnog paljenja u motorima s unutarnjim izgaranjem odraz je najnovije tehnologije za odgovarajući stupanj razvoja. To je bio slučaj 2005. godine kada je prestižna nagrada za tehnološke inovacije u automobilskoj i sportskoj industriji, nazvana po osnivaču časopisa, Paulu Peachu, uručena šefu VW-ovog razvoja motora Rudolfu Krebsu i njegovom razvojnom timu. primjena tehnologije Twincharger u 1,4-litrenom benzinskom motoru. Zahvaljujući kombiniranom prisilnom punjenju cilindara pomoću sinkronog mehaničkog sustava i turbopunjača, jedinica vješto kombinira ujednačenu raspodjelu okretnog momenta i veliku snagu tipičnu za atmosferske motore velikog zapremnine s ekonomičnošću i ekonomičnošću malih motora. Jedanaest godina kasnije, VW-ov 11-litreni TSI motor (s malo povećanim obujmom kako bi nadoknadio svoje učinkovito skupljanje zbog korištenog Millerovog ciklusa) sada ima puno napredniju tehnologiju VNT turbopunjača i ponovno je nominiran za nagradu Paul Peach.

Zapravo, prvi serijski automobil s benzinskim motorom i promjenjivom geometrijom s turbopunjačem, Porsche 911 Turbo objavljen je 2005. godine. Oba kompresora, koja su zajedno razvili inženjeri Porschea za istraživanje i razvoj i njihovi kolege iz Borg Warner Turbo Systems, VW koriste dobro poznatu i dugo utvrđenu ideju o promjenjivoj geometriji u turbodizelskim jedinicama, koja zbog problema nije primijenjena u benzinskim motorima s višom (oko 200 stupnjeva u odnosu na dizel) prosječnom temperaturom ispušnih plinova. U tu svrhu, kompozitni materijali otporni na toplinu iz svemirske industrije korišteni su za lopatice za vođenje plina i ultrabrzi algoritam upravljanja u upravljačkom sustavu. Uspjeh VW inženjera.

Zlatno doba turbopunjača

Od prekida proizvodnje 745i 1986. godine, BMW je dugo branio vlastitu filozofiju dizajna benzinskih motora, prema kojoj je jedini "ortodoksni" način postizanja veće snage bio rad motora pri visokim okretajima. Nema hereza i koketiranja s mehaničkim kompresorima a la Mercedes (C 200 Kompressor) ili Toyotom (Corolla Compressor), bez pristranosti prema VW ili Opelovim turbopunjačima. Graditelji motora u Münchenu preferirali su visokofrekventno punjenje i normalni atmosferski tlak, uporabu visokotehnoloških rješenja i, u ekstremnim slučajevima, veći pomak. Kompresorske pokuse na bazi bavarskih motora gotovo je u potpunosti "fakire" prenijela tuning tvrtka Alpina, koja je bliska minhenskom koncernu.

Danas BMW više ne proizvodi benzinske motore s prirodnim usisavanjem, a linija dizelskih motora već uključuje četverocilindrični motor s turbopunjačem. Volvo koristi kombinaciju točenja goriva s mehaničkim i turbopunjačem, Audi je napravio dizelski motor s kombinacijom električnog kompresora i dva kaskadna turbopunjača, Mercedes ima benzinski motor s električnim i turbopunjačem.

Međutim, prije nego što govorimo o njima, vratit ćemo se u prošlost kako bismo pronašli korijene ove tehnološke tranzicije. Saznat ćemo kako su američki proizvođači pokušali iskoristiti turbo tehnologiju da kompenziraju smanjenje veličine motora koje je proizašlo iz dviju naftnih kriza u osamdesetima i kako u tim pokušajima nisu uspjeli. Govorit ćemo o neuspješnim pokušajima Rudolfa Diesela da stvori kompresorski motor. Pamtit ćemo slavno doba kompresorskih motora 20-ih i 30-ih godina prošlog stoljeća, kao i duge godine zaborava. Naravno, nećemo propustiti ni pojavu prvih serijskih modela turbopunjača nakon prve velike naftne krize 70-ih. Ili za Scania Turbo složeni sustav. Ukratko - reći ćemo vam o povijesti i evoluciji kompresorske tehnologije ...

(pratiti)

Tekst: Georgy Kolev