Testna vožnja Magic Fires: istorija kompresorske tehnologije

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

On je prorok u svetim spisima o podešavanju automobila. On je spasilac dizel motora. Dugi niz godina dizajneri benzinskih motora zanemarivali su ovaj fenomen, ali danas postaje sveprisutan. To je turbopunjač... Bolji nego ikad.

Ni njegov brat, kompresor na električni pogon, ne planira napustiti pozornicu. Štoviše, spreman je za savez koji će dovesti do savršene simbioze. Dakle, u previranju modernog tehnološkog rivalstva, predstavnici dvije prapovijesne suprotstavljene struje ujedinili su se, dokazujući maksimu da istina ostaje ista bez obzira na razlike u pogledima.

Potrošnja 4500 l / 100 km i puno kiseonika

Aritmetika je relativno jednostavna i zasniva se isključivo na zakonima fizike... Pod pretpostavkom da automobil težak oko 1000 kg i beznadežnog aerodinamičkog otpora pređe 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. Iste kalkulacije pokazuju da će unutar jednog dijela, radilica motora koji se okreće na 8400 o/min moći da se okrene samo oko 560 puta, ali to neće spriječiti 8,2-litarski motor 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 hiljade i petsto litara. Zapravo, ovi motori nemaju sisteme za hlađenje - oni se hlade gorivom...

U ovim ciframa nema ničeg fikcije... Ovo su velike, ali sasvim stvarne vrijednosti iz svijeta modernih drag trka. Teško je da se automobili koji učestvuju u trkama za maksimalno ubrzanje nazivaju trkaćim automobilima, budući da su nadrealne kreacije na četiri točka, obavijene plavim dimom, neuporedive čak ni sa kremom moderne automobilske tehnologije koja se koristi u Formuli 1. Stoga ćemo koristite popularni naziv "dragsters". – Nesumnjivo zanimljivi na svoj način, jedinstveni automobili koji pružaju jedinstvene senzacije kako navijačima izvan staze od 305 metara tako i pilotima čiji mozak, pri brzom ubrzanju od 5 g, vjerovatno poprima oblik dvodimenzionalne slike u boji na zadnji deo lobanje

Ovi su dragsteri vjerojatno najpoznatija i najimpresivnija vrsta popularnog moto sporta u Sjedinjenim Državama, koji pripadaju kontroverznoj klasi Top Fuel. Naziv se temelji na ekstremnim performansama nitrometanske hemikalije koju paklene mašine koriste kao gorivo za svoje motore. Pod utjecajem ove eksplozivne smjese motori rade u režimu preopterećenja i u samo nekoliko utrka pretvaraju se u gomilu nepotrebnog metala, a zbog sklonosti goriva da kontinuirano detonira, zvuk njihovog rada nalikuje histeričnom riku zvijeri koja broji posljednje trenutke vašeg života. Procesi u motorima mogu se porediti samo sa apsolutnim nekontroliranim kaosom koji graniči sa težnjom za fizičkim samouništenjem. Obično jedan od cilindara otkaže na kraju prvog dijela. Snaga motora koji se koriste u ovom ludom sportu dostiže vrijednosti koje niti jedan dinamometar na svijetu ne može izmjeriti, a zloupotreba mašina zaista premašuje sve granice inženjerskog ekstremizma ...

No, vratimo se u srž naše priče i pobliže proučimo svojstva nitrometanskog goriva (pomiješanog s nekoliko posto balansirajućeg metanola), koji je bez sumnje najsnažnija supstanca koja se koristi u bilo kojem obliku automobilskih utrka. aktivnost. Svaki atom ugljenika u svom molekulu (CH3NO2) ima dva atoma kiseonika, što znači da gorivo sa sobom nosi većinu oksidansa potrebnog za sagorijevanje. Iz istog razloga, sadržaj energije po litri nitrometana niži je nego po litri benzina, ali s istom količinom svježeg zraka koji motor može usisati u komore za sagorijevanje, nitrometan će osigurati znatno više ukupne energije tokom sagorijevanja. ... To je moguće jer sam sadrži kisik i stoga može oksidirati većinu komponenata ugljikovodičnog goriva (obično nezapaljivo u odsustvu 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.

Svako ko je upoznat sa procesima sagorevanja u automobilskom motoru zna da pravi problem sa "isceđivanjem" veće snage iz motora sa unutrašnjim sagorevanjem nije povećanje protoka goriva u komore - za to su dovoljne snažne hidraulične pumpe. dostizanje izuzetno visokog pritiska. Pravi izazov je obezbediti dovoljno vazduha (ili kiseonika) za oksidaciju ugljovodonika i obezbediti najefikasnije moguće sagorevanje. Zato dragster gorivo koristi nitrogetan, bez kojeg bi bilo potpuno nezamislivo postići ovakve rezultate sa motorom zapremine 8,2 litara. Istovremeno, automobili rade s prilično bogatim smjesama (pod određenim uvjetima, nitrometan može početi oksidirati), zbog čega se dio goriva oksidira u izduvnim cijevima i formira impresivna magična svjetla iznad njih.

Obrtni moment 6750 njuton metara

Prosječni obrtni moment ovih motora dostiže 6750 Nm. Vjerovatno ste već primijetili da ima nečeg čudnog u cijeloj ovoj aritmetici... Činjenica je da da bi dostigli naznačene granične vrijednosti, svake sekunde motor koji radi na 8400 o/min mora usisati ni više, ni manje od 1,7 kubnih metara svježi zrak. Postoji samo jedan način da to učinite - prisilno punjenje. Glavnu ulogu u ovom slučaju ima ogromna klasična mehanička jedinica tipa Roots, zahvaljujući kojoj pritisak u razdjelnicima dragster motora (inspiriran praistorijskim Chrysler Hemi Elephantom) doseže nevjerojatnih 5 bara.

Da bismo bolje razumjeli o kakvim se opterećenjima radi u ovom slučaju, uzmimo za primjer jednu od legendi zlatnog doba mehaničkih kompresora - 3,0-litarski trkaći V12. Mercedes-Benz W154. Snaga ove mašine bila je 468 KS. s., ali treba imati na umu da je pogon kompresora imao nevjerovatnih 150 KS. s., ne dostižući specificiranih 5 bara. Ako sada na račun dodamo 150 hiljada s, doći ćemo do zaključka da je W154 zaista imao nevjerovatnih 618 KS za svoje vrijeme. Možete sami procijeniti koliku stvarnu snagu postižu motori u klasi Top Fuel i koliko je apsorbira mehanički pogon kompresora. Naravno, upotreba turbo punjača u ovom slučaju bila bi mnogo efikasnija, ali njegov dizajn nije mogao da se nosi sa ekstremnim toplotnim opterećenjem izduvnih gasova.

Početak kontrakcije

Većinu istorije automobila prisustvo jedinice prisilnog paljenja u motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem 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 motora za razvoj Rudolfu Krebsu i njegovom razvojnom timu. primjena Twincharger tehnologije u 1,4-litarskom benzinskom motoru. Zahvaljujući kombinovanom prisilnom punjenju cilindara pomoću sinhronog mehaničkog sistema i turbopunjača, jedinica vješto kombinira ravnomjernu raspodjelu obrtnog momenta i veliku snagu tipičnu za atmosferske motore velikog obujma s ekonomičnošću i ekonomičnošću malih motora. Jedanaest godina kasnije, VW-ov 11-litreni TSI motor (s malo povećanim zapreminom radi kompenzacije efikasnog stezanja zbog korištenog Millerovog ciklusa) sada ima mnogo napredniju tehnologiju VNT turbopunjača i ponovo je nominiran za nagradu Paul Peach.

Zapravo, prvi serijski automobil s benzinskim motorom i turbopunjačem promjenjive geometrije, Porsche 911 Turbo objavljen je 2005. Oba kompresora, koja su zajedno razvili inženjeri Porsche-a za istraživanje i razvoj i njihove kolege iz Borg Warner Turbo Systems, VW koriste dobro poznatu i dugo utvrđenu ideju o promjenjivoj geometriji u turbodizelskim jedinicama, koja zbog problema nije implementirana u benzinske motore sa višom (oko 200 stepeni u odnosu na dizel) prosječnom temperaturom izduvnih gasova. U tu svrhu, kompozitni materijali otporni na toplinu iz svemirske industrije korišteni su za lopatice za vođenje plina i ultrabrzi algoritam upravljanja u upravljačkom sistemu. Uspeh VW inženjera.

Zlatno doba turbopunjača

Od ukidanja 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 flert sa mehaničkim kompresorima a la Mercedes (C 200 Kompressor) ili Toyota (Corolla kompresor), nema pristrasnosti prema VW ili Opelovim turbopunjačima. Proizvođači motora u Münchenu dali su prednost visokofrekventnom punjenju i normalnom atmosferskom tlaku, upotrebi visokotehnoloških rješenja i, u ekstremnim slučajevima, većim pomakom. Kompresorske eksperimente zasnovane na bavarskim motorima tjunerska kompanija Alpina, koja je bliska minhenskom koncernu, gotovo je u potpunosti prenijela na "fakire".

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

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 upotrijebiti turbo tehnologiju da kompenziraju smanjenje dimenzija motora kao rezultat dvije naftne krize osamdesetih i kako u tim pokušajima nisu uspjeli. Govorit ćemo o neuspješnim pokušajima Rudolfa Diesel-a da stvori kompresorski motor. Pamtićemo slavnu eru kompresorskih motora 20-ih i 30-ih godina, kao i duge godine zaborava. Naravno, nećemo propustiti ni pojavu prvih proizvodnih modela turbopunjača nakon prve veće naftne krize 70-ih. Ili za Scania Turbo složeni sistem. Ukratko - reći ćemo vam o povijesti i evoluciji tehnologije kompresora...

(pratiti)

Tekst: Georgy Kolev