Prøvekjør Magic Fires: historien til kompressorteknologi

I denne serien vil vi snakke om tvungen påfylling og utvikling av forbrenningsmotorer.

Han er en profet i Bibelen om biltuning. Han er dieselmotorens redningsmann. I mange år forsømte bensinmotordesignere dette fenomenet, men i dag blir det allestedsnærværende. Det er en turbolader... Bedre enn noen gang.

Broren hans, en kraftdrevet kompressor, har heller ikke planer om å forlate scenen. Videre er han klar for en allianse som vil føre til perfekt symbiose. I uroen med moderne teknologisk rivalisering har representanter for to forhistoriske motstrømmer samlet seg, noe som viser maksimalt at sannheten forblir uendret uavhengig av synsforskjellen.

Forbruk 4500 l / 100 km og mye oksygen

Regnestykket er relativt enkelt og utelukkende basert på fysikkens lover... Forutsatt at en bil som veier rundt 1000 kg og med håpløs aerodynamisk luftmotstand kjører 305 meter fra stillestående på mindre enn 4,0 sekunder, og når en hastighet på 500 km/t på slutten av seksjonen må motoreffekten til denne bilen overstige 9000 hk. De samme beregningene viser at innenfor en seksjon vil den roterende veivakselen til en motor som snurrer med 8400 rpm bare kunne snu rundt 560 ganger, men det vil ikke stoppe 8,2-liters motoren fra å absorbere rundt 15 liter drivstoff. Som et resultat av enda en enkel beregning, blir det klart at i henhold til standardmålet for drivstofforbruk er gjennomsnittsforbruket til denne bilen mer enn 4500 l / 100 km. I et ord - fire tusen fem hundre liter. Faktisk har disse motorene ikke kjølesystemer - de kjøles av drivstoff ...

Det er ingenting fiksjon i disse figurene ... Dette er store, men ganske reelle verdier fra verden av moderne dragracing. Det er neppe riktig å omtale biler som deltar i løp for maksimal akselerasjon som racerbiler, siden de surrealistiske firehjulskreasjonene, innhyllet i blå røyk, er uforlignelige selv med kremen av moderne bilteknologi som brukes i Formel 1. Derfor vil vi bruk det populære navnet "dragsters". – Utvilsomt interessante på hver sin måte, unike biler som leverer unike opplevelser både til fans utenfor 305-metersbanen og til piloter hvis hjerne, med en rask akselerasjon på 5 g, sannsynligvis har form av et farget todimensjonalt bilde på baksiden av skallen

Disse dragsters er kanskje det mest berømte og mest imponerende utvalget av populær motorsport i USA, og tilhører den kontroversielt kalt Top Fuel-klassen. Navnet er basert på den ekstreme ytelsen til nitrometankjemikaliet som helvete maskiner bruker som drivstoff for motorene sine. Under påvirkning av denne eksplosive blandingen fungerer motorene i overbelastningsmodus, og på bare noen få løp blir de til en haug av unødvendig metall, og på grunn av drivstoffens tilbøyelighet til å kontinuerlig detonere, ligner lyden av deres operasjon det hysteriske brølet fra et dyr som teller de siste øyeblikkene i livet ditt. Prosesser i motorer kan bare sammenlignes med absolutt ukontrollerbart kaos som grenser til jakten på fysisk selvødeleggelse. Vanligvis svikter en av sylindrene ved slutten av den første seksjonen. Kraften til motorene som brukes i denne vanvittige sporten når verdier som ingen dynamometer i verden kan måle, og misbruk av maskiner overgår virkelig grensene for teknisk ekstremisme ...

Men la oss komme tilbake til hjertet av historien vår og se nærmere på egenskapene til nitrometanbrensel (blandet med noen få prosent balanserende metanol), som uten tvil er det kraftigste stoffet som brukes i noen form for bilracing. aktivitet. Hvert karbonatom i molekylet (CH3NO2) har to oksygenatomer, noe som betyr at drivstoffet bærer mesteparten av oksidanten som kreves for forbrenning. Av samme grunn er energiinnholdet per liter nitrometan lavere enn per liter bensin, men med samme mengde frisk luft som motoren kan suge inn i forbrenningskamrene, vil nitrometan gi betydelig mer total energi under forbrenningen. ... Dette er mulig fordi det i seg selv inneholder oksygen og derfor kan oksidere de fleste hydrokarbonbrenselkomponenter (vanligvis ikke brennbart i fravær av oksygen). Med andre ord, nitrometan har 3,7 ganger mindre energi enn bensin, men med samme mengde luft kan 8,6 ganger mer nitrometan oksideres enn bensin.

Alle som er kjent med forbrenningsprosesser i en bilmotor vet at det virkelige problemet med å "klemme" mer kraft ut av en forbrenningsmotor er ikke å øke strømmen av drivstoff inn i kamrene - kraftige hydrauliske pumper er nok til dette. når ekstremt høyt trykk. Den virkelige utfordringen er å skaffe nok luft (eller oksygen) til å oksidere hydrokarbonene og sikre en mest mulig effektiv forbrenning. Det er grunnen til at dragsterdrivstoff bruker nitrogetan, uten hvilket det ville være helt utenkelig å oppnå resultater i denne rekkefølgen med en motor med et slagvolum på 8,2 liter. Samtidig jobber bilene med ganske rike blandinger (under visse forhold kan nitrometan begynne å oksidere), på grunn av noe av drivstoffet oksideres i eksosrørene og danner imponerende magiske lys over dem.

Dreiemoment 6750 Newton meter

Gjennomsnittlig dreiemoment for disse motorene når 6750 Nm. Du har sikkert allerede lagt merke til at det er noe rart i all denne aritmetikken ... Faktum er at for å nå de angitte grenseverdiene, må en motor som går med 8400 rpm hvert sekund ikke suge inn mer, ikke mindre enn 1,7 kubikkmeter av frisk luft. Det er bare én måte å gjøre dette på - tvungen fylling. Hovedrollen i dette tilfellet spilles av en enorm klassisk Roots-type mekanisk enhet, takket være hvilken trykket i manifoldene til dragster-motoren (inspirert av den forhistoriske Chrysler Hemi Elephant) når svimlende 5 bar.

For bedre å forstå hvilke belastninger som er involvert i dette tilfellet, la oss som eksempel ta en av legendene fra gullalderen til mekaniske kompressorer - en 3,0-liters racing V12. Mercedes-Benz W154. Effekten til denne maskinen var 468 hk. med., men man skal huske på at kompressordriften tok hele 150 hk. med., ikke når de spesifiserte 5 bar. Hvis vi nå legger til 150 tusen s på kontoen, kommer vi til at W154 virkelig hadde utrolige 618 hk for sin tid. Du kan selv vurdere hvor mye reell kraft motorene i Top Fuel-klassen oppnår og hvor mye av den som absorberes av den mekaniske kompressordriften. Selvfølgelig ville bruken av en turbolader i dette tilfellet være mye mer effektiv, men dens design kunne ikke takle den ekstreme varmebelastningen fra eksosgassene.

Start av sammentrekning

I det meste av bilens historie har tilstedeværelsen av en tvungen tenningsenhet i forbrenningsmotorer vært en refleksjon av den nyeste teknologien for det tilsvarende utviklingsstadiet. Dette var tilfelle i 2005 da den prestisjetunge prisen for teknologisk innovasjon i bilindustrien og sport, oppkalt etter grunnleggeren av bladet, Paul Peach, ble overrakt lederen for VW-motorutviklingen Rudolf Krebs og hans utviklingsteam. anvendelse av Twincharger-teknologi i en 1,4-liters bensinmotor. Takket være kombinert tvungen fylling av sylindrene ved hjelp av et synkront mekanisk system og en turbolader, kombinerer enheten dyktig den jevne fordelingen av dreiemoment og den høye effekten som er typisk for naturlig sugede motorer med stor forskyvning med effektiviteten og økonomien til små motorer. Elleve år senere har VWs 11-liters TSI-motor (med litt økt slagvolum for å kompensere for effektiv sammentrekning på grunn av den brukte Miller-syklusen) nå mye mer avansert VNT-turboladeteknologi og er igjen nominert til en Paul Peach Award.

Faktisk, den første produksjonsbilen med bensinmotor og turboladet variabel geometri, ble Porsche 911 Turbo utgitt i 2005. Begge kompressorene, utviklet i fellesskap av Porsche R & D-ingeniører og deres kolleger ved Borg Warner Turbo Systems, bruker VW den velkjente og veletablerte ideen om variabel geometri i turbodiesel-enheter, som ikke har blitt implementert i bensinmotorer på grunn av et problem med høyere (omtrent 200 grader sammenlignet med diesel) gjennomsnittlig avgass temperatur. Til dette ble varmebestandige komposittmaterialer fra luftfartsindustrien brukt til gassstyreskovler og en ultra-rask kontrollalgoritme i kontrollsystemet. Prestasjon av VW -ingeniører.

Gullalderen til turboladeren

Siden avviklingen av 745i i 1986 har BMW lenge forsvart sin egen designfilosofi for bensinmotorer, ifølge hvilken den eneste "ortodokse" måten å oppnå mer kraft var å kjøre motoren på høye turtall. Ingen vranglære og flørting med mekaniske kompressorer a la Mercedes (C 200 Kompressor) eller Toyota (Corolla Compressor), ingen skjevhet mot VW eller Opel turboladere. Motorbyggerne i München ga preferanse til høyfrekvent fylling og normalt atmosfæretrykk, bruk av høyteknologiske løsninger og i ekstreme tilfeller større forskyvning. Kompressoreksperimenter basert på bayerske motorer ble nesten fullstendig overført til "fakirene" av tuningselskapet Alpina, som ligger nær München -bekymringen.

I dag produserer BMW ikke lenger naturlig aspirerte bensinmotorer, og dieselmotorutvalget inkluderer allerede en firesylindret turboladet motor. Volvo bruker en kombinasjon av tanking med en mekanisk og turbolader, Audi har laget en dieselmotor med en kombinasjon av en elektrisk kompressor og to kaskade turboladere, Mercedes har en bensinmotor med en elektrisk og en turbolader.

Men før vi snakker om dem, vil vi gå tilbake i tid for å finne røttene til denne teknologiske overgangen. Vi vil lære hvordan amerikanske produsenter prøvde å bruke turboteknologi for å kompensere for reduksjonen i motorstørrelser som følge av de to oljekrisene på åttitallet og hvordan de mislyktes i disse forsøkene. Vi vil snakke om de mislykkede forsøkene til Rudolf Diesel for å lage en kompressormotor. Vi vil huske den strålende epoken med kompressormotorer på 20- og 30-tallet, så vel som de lange årene med glemsel. Selvfølgelig vil vi ikke gå glipp av utseendet til de første produksjonsmodellene av turboladere etter den første store oljekrisen på 70-tallet. Eller for Scania Turbo compound-systemet. Kort sagt - vi vil fortelle deg om historien og utviklingen av kompressorteknologi ...

(å følge)

Tekst: Georgy Kolev