Testovacia jazda Magic Fires: história kompresorovej technológie

V tejto sérii si povieme niečo o nútenom tankovaní a vývoji spaľovacích motorov.

Je prorokom v písmach tuningu áut. Je záchrancom naftového motora. Dlhé roky konštruktéri benzínových motorov tento fenomén zanedbávali, no dnes sa stáva všadeprítomným. Je to turbodúchadlo... Lepšie ako kedykoľvek predtým.

Jeho brat, motorový kompresor, takisto neplánuje opustiť pódium. Okrem toho je pripravený na spojenectvo, ktoré povedie k dokonalej symbióze. V nepokojoch modernej technologickej rivality sa teda zjednotili zástupcovia dvoch pravekých protichodných prúdov, čo dokazuje maximálnu pravdu, ktorá zostáva rovnaká bez ohľadu na rozdielnosť názorov.

Spotreba 4500 l / 100 km a veľa kyslíka

Aritmetika je pomerne jednoduchá a je založená výlučne na fyzikálnych zákonoch... Za predpokladu, že auto s hmotnosťou okolo 1000 kg a beznádejným aerodynamickým odporom prejde 305 metrov z pokoja za menej ako 4,0 sekundy a na konci dosiahne rýchlosť 500 km/h úseku musí výkon motora tohto auta presiahnuť 9000 koní. Rovnaké výpočty ukazujú, že v rámci sekcie sa otáčajúci sa kľukový hriadeľ motora otáčajúceho sa rýchlosťou 8400 otáčok za minútu bude môcť otočiť len asi 560-krát, ale to nezabráni 8,2-litrovému motoru absorbovať asi 15 litrov paliva. Výsledkom ešte jedného jednoduchého výpočtu je, že podľa štandardného merania spotreby paliva je priemerná spotreba tohto vozidla viac ako 4500 l / 100 km. Jedným slovom - štyritisíc päťsto litrov. V skutočnosti tieto motory nemajú chladiace systémy - sú chladené palivom ...

V týchto číslach nie je nič fikcia ... Toto sú veľké, ale celkom reálne hodnoty zo sveta moderných drag racing. Je sotva správne označovať autá zúčastňujúce sa pretekov na maximálnu akceleráciu ako pretekárske, keďže neskutočné štvorkolesové kreácie zahalené modrým dymom sú neporovnateľné ani so smotánkou modernej automobilovej techniky používanej vo Formule 1. použite populárny názov „dragsters“ . – Svojím spôsobom nepochybne zaujímavé unikátne autá, ktoré prinášajú jedinečné pocity ako fanúšikom mimo 305-metrovej trate, tak aj pilotom, ktorých mozog pri rýchlom zrýchlení 5 g pravdepodobne získa podobu farebného dvojrozmerného obrazu na zadnej časti lebky

Tieto dragstery sú pravdepodobne najslávnejšou a najpôsobivejšou paletou populárneho motoristického športu v Spojených štátoch patriacich do kontroverznej triedy Top Fuel. Názov je založený na extrémnom výkone nitrometánovej chemikálie, ktorú pekelné stroje používajú ako palivo pre svoje motory. Pod vplyvom tejto výbušnej zmesi pracujú motory v režime preťaženia a za niekoľko málo pretekov sa premenia na hromadu nepotrebného kovu a kvôli sklonu paliva k nepretržitej detonácii zvuk ich činnosti pripomína hysterický rev šelmy počítajúcej posledné chvíle vášho života. Procesy v motoroch sa dajú porovnať iba s absolútnym nekontrolovateľným chaosom, ktorý hraničí s úsilím o fyzické zničenie. Zvyčajne jeden z valcov zlyhá na konci prvej časti. Sila motorov použitých v tomto šialenom športe dosahuje hodnoty, ktoré žiadny dynamometer na svete nedokáže zmerať, a zneužívanie strojov skutočne prekračuje všetky hranice strojárskeho extrémizmu ...

Vráťme sa však k jadru nášho príbehu a bližšie sa pozrieme na vlastnosti nitrometánového paliva (zmiešaného s niekoľkými percentami vyváženého metanolu), ktoré je bezpochyby najsilnejšou látkou používanou v akejkoľvek forme automobilových pretekov. činnosť. Každý atóm uhlíka vo svojej molekule (CH3NO2) má dva atómy kyslíka, čo znamená, že palivo nesie so sebou väčšinu oxidantu potrebného na spaľovanie. Z rovnakého dôvodu je energetický obsah na liter nitrometánu nižší ako na liter benzínu, ale pri rovnakom množstve čerstvého vzduchu, ktoré môže motor nasávať do spaľovacích komôr, poskytne nitrometán počas spaľovania podstatne viac celkovej energie. ... Je to možné, pretože sám obsahuje kyslík, a preto môže oxidovať väčšinu zložiek uhľovodíkového paliva (zvyčajne je bez kyslíka nehorľavý). Inými slovami, nitrometán má 3,7-krát menej energie ako benzín, ale pri rovnakom množstve vzduchu sa dá oxidovať 8,6-krát viac nitrometánu ako benzín.

Kto pozná spaľovacie procesy v automobilovom motore, vie, že skutočným problémom „vyžmýkania“ väčšieho výkonu zo spaľovacieho motora nie je zvýšenie prietoku paliva do komôr – na to stačia výkonné hydraulické čerpadlá. dosiahnutie extrémne vysokého tlaku. Skutočnou výzvou je poskytnúť dostatok vzduchu (alebo kyslíka) na oxidáciu uhľovodíkov a zabezpečiť čo najefektívnejšie spaľovanie. Preto palivo dragster používa nitrogetán, bez ktorého by bolo úplne nemysliteľné dosiahnuť výsledky tohto rádu s motorom so zdvihovým objemom 8,2 litra. Autá zároveň pracujú s pomerne bohatými zmesami (za určitých podmienok môže začať oxidovať nitrometán), vďaka čomu sa časť paliva okysličuje vo výfukovom potrubí a vytvára nad nimi pôsobivé magické svetlá.

Krútiaci moment 6750 Newton metrov

Priemerný krútiaci moment týchto motorov dosahuje 6750 Nm. Pravdepodobne ste si už všimli, že v celej tejto aritmetike je niečo zvláštne... Faktom je, že na dosiahnutie uvedených limitných hodnôt musí motor s otáčkami 8400 ot./min. každú sekundu nasať nie viac, nie menej ako 1,7 kubických metrov čerstvý vzduch. Existuje len jeden spôsob, ako to urobiť - nútené plnenie. Hlavnú úlohu v tomto prípade hrá obrovská klasická mechanická jednotka typu Roots, vďaka ktorej tlak v rozdeľovačoch motora dragstera (inšpirovaného pravekým Chrysler Hemi Elephant) dosahuje závratných 5 barov.

Aby sme lepšie pochopili, o aké záťaže v tomto prípade ide, zoberme si ako príklad jednu z legiend zlatého veku mechanických kompresorov – 3,0-litrový pretekársky V12. Mercedes-Benz W154. Výkon tohto stroja bol 468 koní. s., ale treba si uvedomiť, že pohon kompresora zabral ohromných 150 koní. s., ktoré nedosahujú špecifikovaných 5 barov. Ak si teraz na účet pripočítame 150 tisíc s, prídeme na to, že W154 mala na svoju dobu naozaj neskutočných 618 koní. Sami môžete posúdiť, koľko reálneho výkonu dosahujú motory v triede Top Fuel a koľko z neho pohltí mechanický pohon kompresora. Samozrejme, použitie turbodúchadla by v tomto prípade bolo oveľa efektívnejšie, no jeho konštrukcia si nevedela poradiť s extrémnym tepelným zaťažením výfukovými plynmi.

Začiatok kontrakcie

Po väčšinu histórie automobilu bola prítomnosť jednotky núteného zapaľovania v spaľovacích motoroch odrazom najnovšej technológie pre zodpovedajúcu etapu vývoja. Bolo tomu tak v roku 2005, keď bolo vedúcemu vývoja motorov VW Rudolfovi Krebsovi a jeho vývojovému tímu odovzdané prestížne ocenenie za technologické inovácie v automobilovom priemysle a športe, pomenované po zakladateľovi časopisu Paulovi Peachovi. uplatnenie technológie Twincharger v benzínovom motore s objemom 1,4 litra. Vďaka kombinovanému vynútenému plneniu valcov pomocou synchrónneho systému mechaniky a turbodúchadla agregát umne kombinuje rovnomerné rozdelenie krútiaceho momentu a vysoký výkon typický pre atmosférické motory s veľkým zdvihovým objemom s hospodárnosťou a hospodárnosťou malých motorov. O jedenásť rokov neskôr má 11-litrový motor TSI (s mierne zvýšeným zdvihovým objemom, ktorý kompenzuje jeho efektívne kontrakcie spôsobené použitým Millerovým cyklom), oveľa pokrokovejšiu technológiu turbodúchadla VNT a je opäť nominovaný na cenu Paul Peach.

V skutočnosti bolo prvé sériové auto s benzínovým motorom a preplňovanou variabilnou geometriou, Porsche 911 Turbo, uvedené na trh v roku 2005. Oba kompresory, spoločne vyvinuté inžiniermi výskumu a vývoja spoločnosti Porsche a ich kolegami z Borg Warner Turbo Systems, VW, používajú známu a dlho zaužívanú myšlienku variabilnej geometrie v turbodieselových jednotkách, ktorá nebola v benzínových motoroch implementovaná kvôli problému. s vyššou (asi 200 stupňov v porovnaní s naftou) priemernou teplotou výfukových plynov. Na tento účel boli na plynové vodiace lopatky použité tepelne odolné kompozitné materiály z leteckého priemyslu a ultrarýchly riadiaci algoritmus v riadiacom systéme. Úspech inžinierov VW.

Zlatý vek turbodúchadla

Od vysadenia 745i v roku 1986 BMW dlhodobo obhajuje vlastnú filozofiu dizajnu benzínových motorov, podľa ktorej jediným „ortodoxným“ spôsobom, ako dosiahnuť vyšší výkon, bolo nechať motor bežať vo vysokých otáčkach. Žiadne kacírstvo a koketovanie s mechanickými kompresormi á la Mercedes (C 200 Kompressor) alebo Toyota (Corolla Compressor), žiadna zaujatosť voči turbodúchadlám VW alebo Opel. Výrobcovia mníchovských motorov uprednostnili vysokofrekvenčné plnenie a normálny atmosférický tlak, použitie špičkových riešení a v extrémnych prípadoch aj väčší zdvihový objem. Experimenty s kompresormi na báze bavorských motorov takmer úplne preniesla do „fakírov“ tuningová spoločnosť Alpina, ktorá má blízko k mníchovskému koncernu.

BMW dnes už nevyrába atmosférické benzínové motory a rad naftových motorov už obsahuje štvorvalcový preplňovaný motor. Volvo využíva kombináciu tankovania s mechanickým a turbodúchadlom, Audi vytvorilo naftový motor s kombináciou elektrického kompresora a dvoch kaskádových turbodúchadiel, Mercedes má benzínový motor s elektrickým a turbodúchadlom.

Predtým, ako o nich budeme hovoriť, sa však vrátime späť v čase, aby sme našli korene tohto technologického prechodu. Dozvieme sa, ako sa americkí výrobcovia pokúšali pomocou turbo technológie kompenzovať zmenšenie rozmerov motorov v dôsledku dvoch ropných kríz v osemdesiatych rokoch a ako pri týchto pokusoch zlyhali. Budeme hovoriť o neúspešných pokusoch Rudolfa Diesela o vytvorenie kompresorového motora. Zaspomíname si na slávnu éru kompresorových motorov v 20. a 30. rokoch, ako aj na dlhé roky zabudnutia. Samozrejme nevynecháme ani objavenie sa prvých sériových modelov turbodúchadiel po prvej veľkej ropnej kríze 70. rokov. Alebo pre zmesový systém Scania Turbo. Stručne povedané - povieme vám o histórii a vývoji kompresorovej technológie ...

(nasledovať)

Text: Georgy Kolev