Тест драйв Magic Fires: историята на компресорната технология
В тази поредица ще говорим за принудително зареждане с гориво и развитие на двигатели с вътрешно горене.
Той е пророк в писанията за автомобилния тунинг. Той е спасителят на дизеловия двигател. Дълги години дизайнерите на бензинови двигатели пренебрегваха това явление, но днес то става повсеместно. Това е турбокомпресор... По-добър от всякога.
Брат му, компресор със задвижване, също не планира да напуска сцената. Нещо повече, той е готов за съюз, който ще доведе до перфектна симбиоза. По този начин, в сътресенията на съвременното технологично съперничество, представители на две праисторически противоположни течения се обединиха, доказвайки максимата, че истината остава непроменена независимо от разликата във възгледите.
Разход 4500 л / 100 км и много кислород
Аритметиката е сравнително проста и се основава единствено на законите на физиката... Ако приемем, че кола с тегло около 1000 кг и безнадеждно аеродинамично съпротивление изминава 305 метра от място за по-малко от 4,0 секунди, достигайки скорост от 500 км/ч накрая от участъка, мощността на двигателя на този автомобил трябва да надвишава 9000 к.с. Същите изчисления показват, че в рамките на една секция въртящият се колянов вал на двигател, въртящ се с 8400 оборота в минута, ще може да се завърти само около 560 пъти, но това няма да попречи на 8,2-литровия двигател да абсорбира около 15 литра гориво. В резултат на още едно просто изчисление става ясно, че според стандартната мярка за разход на гориво средният разход на този автомобил е повече от 4500 л / 100 км. С една дума - четири хиляди и петстотин литра. Всъщност тези двигатели нямат охладителни системи - те се охлаждат с гориво ...
В тези цифри няма нищо измислено ... Това са големи, но доста реални стойности от света на съвременните драг състезания. Едва ли е правилно автомобилите, участващи в състезания за максимално ускорение, да се наричат състезателни автомобили, тъй като сюрреалистичните четириколесни творения, обвити в син дим, са несравними дори с каймака на съвременните автомобилни технологии, използвани във Формула 1. Затова ще използвайте популярното наименование „драгстери“. – Несъмнено интересни по свой собствен начин, уникални автомобили, които доставят уникални усещания както на феновете извън 305-метровата писта, така и на пилотите, чийто мозък при бързо ускорение от 5 g вероятно приема формата на цветно двуизмерно изображение на задната част на черепа
Тези драгстери са може би най-известната и най-впечатляващата разновидност на популярния автомобилен спорт в САЩ, принадлежащи към противоречивия клас Top Fuel. Името се основава на екстремните характеристики на нитрометановия химикал, който адските машини използват като гориво за своите двигатели. Под въздействието на тази експлозивна смес двигателите работят в режим на претоварване и само за няколко състезания се превръщат в куп ненужен метал и поради склонността на горивото към непрекъсната детонация, звукът от тяхната работа наподобява истеричния рев на звяр, отчитащ последните моменти от живота ви. Процесите в двигателите могат да се сравняват само с абсолютен неконтролируем хаос, граничещ с физическото самоунищожение. Обикновено един от цилиндрите се проваля в края на първата секция. Мощността на двигателите, използвани в този луд спорт, достига стойности, които никой динамометър в света не може да измери, а злоупотребата с машини наистина надхвърля всички граници на инженерния екстремизъм ...
Но нека се върнем към същността на нашата история и да разгледаме по-отблизо свойствата на нитрометановото гориво (смесено с няколко процента балансиращ метанол), което без съмнение е най-мощното вещество, използвано във всяка форма на автомобилни състезания. дейност. Всеки въглероден атом в неговата молекула (CH3NO2) има два кислородни атома, което означава, че горивото носи със себе си по-голямата част от окислителя, необходим за горенето. По същата причина енергийното съдържание на литър нитрометан е по-ниско, отколкото на литър бензин, но със същото количество чист въздух, което двигателят може да засмуче в горивните камери, нитрометанът ще осигури значително повече обща енергия по време на горенето. ... Това е възможно, тъй като самият той съдържа кислород и следователно може да окисли повечето компоненти на въглеводородното гориво (обикновено негорими при липса на кислород). С други думи, нитрометанът има 3,7 пъти по-малко енергия от бензина, но при същото количество въздух 8,6 пъти повече нитрометан може да се окисли от бензина.
Всеки, който е запознат с горивните процеси в автомобилния двигател, знае, че истинският проблем с "изстискването" на повече мощност от двигателя с вътрешно горене не е да се увеличи потокът на гориво в камерите - за това са достатъчни мощни хидравлични помпи. достигайки изключително високо налягане. Истинското предизвикателство е да се осигури достатъчно въздух (или кислород), за да се окислят въглеводородите и да се осигури възможно най-ефективното изгаряне. Ето защо горивото за драгстър използва нитрогетан, без който би било напълно немислимо постигането на резултати от този порядък с двигател с работен обем 8,2 литра. В същото време автомобилите работят с доста богати смеси (при определени условия нитрометанът може да започне да се окислява), поради което част от горивото се окислява в изпускателните тръби и образува впечатляващи магически светлини над тях.
Въртящ момент 6750 нютон метра
Средният въртящ момент на тези двигатели достига 6750 Nm. Вероятно вече сте забелязали, че има нещо странно в цялата тази аритметика... Факт е, че за да достигне посочените гранични стойности, всяка секунда двигател, работещ на 8400 оборота в минута, трябва да засмуква нито повече, нито по-малко от 1,7 кубически метра свеж въздух. Има само един начин за това - принудително пълнене. Основна роля в случая играе огромен класически механичен агрегат тип Roots, благодарение на който налягането в колекторите на драгстер двигателя (вдъхновен от праисторическия Chrysler Hemi Elephant) достига зашеметяващите 5 бара.
За да разберем по-добре за какви натоварвания става въпрос в случая, нека вземем за пример една от легендите на златния век на механичните компресори - 3,0-литров състезателен V12. Mercedes-Benz W154. Мощността на тази машина беше 468 к.с. с., но трябва да се има предвид, че задвижването на компресора отне колосалните 150 к.с. с., недостигайки посочените 5 бара. Ако сега добавим към сметката 150 хиляди s, ще стигнем до извода, че W154 наистина е имал невероятните за времето си 618 к.с. Сами можете да прецените каква реална мощност постигат двигателите от класа Top Fuel и каква част от нея се поема от механичното задвижване на компресора. Разбира се, използването на турбокомпресор в този случай би било много по-ефективно, но неговият дизайн не можеше да се справи с екстремното топлинно натоварване от отработените газове.
Начало на свиването
През по-голямата част от историята на автомобила присъствието на принудително запалване в двигателите с вътрешно горене е отражение на най-новите технологии за съответния етап на развитие. Такъв беше случаят през 2005 г., когато престижната награда за технологични иновации в автомобилната индустрия и спорта, носеща името на основателя на списанието Пол Пийч, беше връчена на ръководителя на разработката на двигатели на VW Рудолф Кребс и неговия екип за разработка. приложение на технологията Twincharger в 1,4-литров бензинов двигател. Благодарение на комбинираното принудително пълнене на цилиндрите, използвайки синхронна механична система и турбокомпресор, агрегатът умело съчетава равномерното разпределение на въртящия момент и високата мощност, характерна за атмосферните двигатели с голям работен обем с икономичността и икономичността на малките двигатели. Единадесет години по-късно 11-литровият TSI двигател на VW (с леко увеличен работен обем, за да компенсира ефективното му свиване поради използвания цикъл на Милър) вече разполага с много по-усъвършенствана технология на турбокомпресора VNT и отново е номиниран за награда Paul Peach.
Всъщност първият сериен автомобил с бензинов двигател и променлива геометрия с турбокомпресор, Porsche 911 Turbo беше пуснат през 2005 г. И двата компресора, разработени съвместно от инженерите на Porsche R&D и техните колеги от Borg Warner Turbo Systems, VW използват добре познатата и отдавна утвърдена идея за променлива геометрия в турбодизеловите агрегати, която не е внедрена в бензиновите двигатели поради проблем с по -висока (около 200 градуса в сравнение с дизела) средна температура на отработените газове. За тази цел топлоустойчивите композитни материали от космическата индустрия бяха използвани за газоводещи лопатки и свръхбърз алгоритъм за управление в системата за управление. Успех на инженерите на VW.
Златната ера на турбокомпресора
След прекратяването на 745i през 1986 г., BMW отдавна защитава собствената си философия за проектиране на бензинови двигатели, според която единственият „ортодоксален“ начин за постигане на по -голяма мощност е да работи двигателя на високи обороти. Без ереси и флирт с механични компресори а ла Mercedes (C 200 Kompressor) или Toyota (Corolla Compressor), без пристрастия към турбокомпресорите на VW или Opel. Строителите на двигатели в Мюнхен предпочитат високочестотно пълнене и нормално атмосферно налягане, използването на високотехнологични решения и в краен случай по-голям работен обем. Експериментите с компресори, базирани на баварски двигатели, бяха почти напълно прехвърлени на "факирите" от тунинг компанията Alpina, която е близка до мюнхенския концерн.
Днес BMW вече не произвежда бензинови двигатели с атмосферно пълнене, а гамата от дизелови двигатели вече включва четирицилиндров двигател с турбокомпресор. Volvo използва комбинация от зареждане с механичен и турбокомпресор, Audi създаде дизелов двигател с комбинация от електрически компресор и два каскадни турбокомпресора, Mercedes има бензинов двигател с електрически и турбокомпресор.
Преди обаче да говорим за тях, ще се върнем назад във времето, за да открием корените на този технологичен преход. Ще научим как американските производители се опитаха да използват турбо технологията, за да компенсират намаляването на размерите на двигателя в резултат на двете петролни кризи през осемдесетте години и как се провалиха в тези опити. Ще говорим за неуспешните опити на Рудолф Дизел да създаде компресорен двигател. Ще си спомним славната ера на компресорните двигатели през 20-те и 30-те години, както и дългите години на забрава. Разбира се, няма да пропуснем появата на първите серийни модели турбокомпресори след първата голяма петролна криза от 70-те години. Или за комбинираната система Scania Turbo. Накратко – ще ви разкажем за историята и еволюцията на компресорната технология...
(да последвам)
Текст: Георги Колев
