Toetsrit Magic Fires: die geskiedenis van kompressortegnologie
In hierdie reeks sal ons praat oor gedwonge vul en die ontwikkeling van binnebrandenjins.
Hy is 'n profeet in die geskrifte van motorverstelling. Hy is die redder van die dieselenjin. Vir baie jare het petrolenjinontwerpers hierdie verskynsel verwaarloos, maar vandag word dit alomteenwoordig. Dit is 'n turboaanjaer... Beter as ooit.
Sy broer, 'n meganiese aangedrewe kompressor, is ook nie van plan om die verhoog te verlaat nie. Boonop is hy gereed vir 'n alliansie wat tot perfekte simbiose sal lei. In die warboel van moderne tegnologiese wedywering het verteenwoordigers van twee prehistoriese opponerende strominge dus verenig, wat bewys dat die waarheid dieselfde bly ongeag die verskil in sienings.
Verbruik 4500 l / 100 km en baie suurstof
Die rekenkunde is betreklik eenvoudig en uitsluitlik gebaseer op die wette van fisika... Aanvaar dat 'n motor wat ongeveer 1000 kg weeg en met hopelose aërodinamiese weerstand 305 meter van stilstand in minder as 4,0 sekondes beweeg, en aan die einde 'n spoed van 500 km/h bereik. van die afdeling moet die enjinkrag van hierdie motor 9000 pk oorskry. Dieselfde berekeninge toon dat die draaiende krukas van 'n enjin wat teen 8400 rpm tol, binne 'n gedeelte net sowat 560 keer sal kan draai, maar dit sal nie keer dat die 8,2-liter-enjin sowat 15 liter brandstof absorbeer nie. As gevolg van nog 'n eenvoudige berekening, word dit duidelik dat, volgens die standaard maatstaf van brandstofverbruik, die gemiddelde verbruik van hierdie motor meer as 4500 l / 100 km is. In 'n woord - vierduisend vyfhonderd liter. Trouens, hierdie enjins het nie verkoelingstelsels nie - hulle word deur brandstof verkoel ...
Daar is niks fiksie in hierdie figure nie ... Dit is groot, maar redelik werklike waardes uit die wêreld van moderne drag racing. Dit is kwalik korrek om na motors wat aan wedrenne vir maksimum versnelling deelneem as renmotors te verwys, aangesien die surrealistiese vierwielskeppings, gehul in blou rook, onvergelykbaar is selfs met die room van moderne motortegnologie wat in Formule 1 gebruik word. Daarom sal ons gebruik die gewilde naam “dragsters” . – Ongetwyfeld interessant op hul eie manier, unieke motors wat unieke sensasies lewer aan beide aanhangers buite die 305 meter baan en aan vlieëniers wie se brein, teen 'n vinnige versnelling van 5 g, waarskynlik die vorm aanneem van 'n gekleurde tweedimensionele beeld op die agterkant van die skedel
Hierdie dragsters is miskien die bekendste en indrukwekkendste verskeidenheid gewilde motorsport in die Verenigde State, wat deel uitmaak van die omstrede Top Fuel-klas. Die naam is gebaseer op die uiterste prestasie van die nitrometaan-chemikalie wat helse masjiene as brandstof vir hul enjins gebruik. Onder die invloed van hierdie plofbare mengsel werk die enjins in oorbelasting en verander hulle in 'n paar rasse in 'n hoop onnodige metaal, en as gevolg van die geneigdheid van brandstof tot deurlopende ontploffing, lyk die geluid van hul werking soos die histeriese gedreun van 'n dier wat die laaste oomblikke van u lewe tel. Prosesse in enjins kan slegs vergelyk word met absolute onbeheerbare chaos wat grens aan die strewe na fisiese selfvernietiging. Een van die silinders misluk gewoonlik aan die einde van die eerste gedeelte. Die krag van die enjins wat in hierdie mal sport gebruik word, bereik waardes wat geen dinamometer in die wêreld kan meet nie, en die misbruik van masjiene oorskry regtig al die grense van ingenieursekstremisme ...
Maar kom ons keer terug na die kern van ons verhaal en bekyk die eienskappe van nitrometaanbrandstof (gemeng met 'n paar persent balanserende metanol), wat sonder twyfel die kragtigste stof is wat in enige vorm van motorrenne gebruik word. aktiwiteit. Elke koolstofatoom in sy molekule (CH3NO2) het twee suurstofatome, wat beteken dat die brandstof die meeste oksidant wat benodig word vir verbranding, saamneem. Om dieselfde rede is die energie-inhoud per liter nitrometaan laer as per liter petrol, maar met dieselfde hoeveelheid vars lug wat die enjin in die verbrandingskamers kan insuig, sal nitrometaan tydens verbranding aansienlik meer totale energie lewer. ... Dit is moontlik omdat dit self suurstof bevat en daarom die meeste koolwaterstofbrandstofkomponente kan oksideer (gewoonlik nie-brandbaar in die afwesigheid van suurstof). Met ander woorde, nitrometaan het 3,7 keer minder energie as petrol, maar met dieselfde hoeveelheid lug kan 8,6 keer meer nitrometaan geoksideer word as petrol.
Enigiemand wat vertroud is met verbrandingsprosesse in 'n motorenjin weet dat die werklike probleem om meer krag uit 'n binnebrandenjin te "druk" is om nie die vloei van brandstof in die kamers te verhoog nie - kragtige hidrouliese pompe is genoeg hiervoor. uiters hoë druk bereik. Die werklike uitdaging is om genoeg lug (of suurstof) te voorsien om die koolwaterstowwe te oksideer en die doeltreffendste moontlike verbranding te verseker. Daarom gebruik dragster-brandstof nitrogetaan, waarsonder dit heeltemal ondenkbaar sou wees om resultate van hierdie orde te behaal met 'n enjin met 'n verplasing van 8,2 liter. Terselfdertyd werk die motors met redelik ryk mengsels (onder sekere omstandighede kan nitrometaan begin oksideer), waardeur van die brandstof in die uitlaatpype geoksideer word en indrukwekkende towerligte bo hulle vorm.
Wringkrag 6750 Newton meter
Die gemiddelde wringkrag van hierdie enjins bereik 6750 Nm. Jy het seker al agtergekom dat daar iets vreemds in al hierdie rekenkunde is ... Die feit is dat om die aangeduide limietwaardes te bereik, elke sekonde 'n enjin wat teen 8400 rpm werk nie meer nie, nie minder nie as 1,7 kubieke meter van moet insuig vars lug. Daar is net een manier om dit te doen - gedwonge vulling. Die hoofrol in hierdie geval word gespeel deur 'n groot klassieke meganiese eenheid van die Roots-tipe, waardeur die druk in die spruitstukke van die dragster-enjin (geïnspireer deur die prehistoriese Chrysler Hemi Elephant) 'n verbysterende 5 bar bereik.
Om beter te verstaan watter vragte in hierdie geval betrokke is, kom ons neem as voorbeeld een van die legendes van die goue era van meganiese kompressors - 'n 3,0-liter racing V12. Mercedes-Benz W154. Die krag van hierdie masjien was 468 pk. met., maar daar moet in gedagte gehou word dat die kompressoraandrywing 'n allemintige 150 pk geneem het. met., nie die gespesifiseerde 5 bar bereik nie. As ons nou 150 duisend s by die rekening voeg, sal ons tot die gevolgtrekking kom dat die W154 werklik 'n ongelooflike 618 pk vir sy tyd gehad het. Jy kan self oordeel hoeveel werklike krag die enjins in die Top Fuel-klas behaal en hoeveel daarvan deur die meganiese kompressoraandrywing geabsorbeer word. Natuurlik sal die gebruik van 'n turbo-aanjaer in hierdie geval baie doeltreffender wees, maar die ontwerp daarvan kon nie die uiterste hittelading van die uitlaatgasse hanteer nie.
Begin van inkrimping
Gedurende die grootste deel van die geskiedenis van die motor was die aanwesigheid van 'n noodontstekingseenheid in binnebrandenjins 'n weerspieëling van die nuutste tegnologie vir die ooreenstemmende ontwikkelingstadium. Dit was die geval in 2005 toe die gesogte toekenning vir tegnologiese innovasie in die motorbedryf en sport, vernoem na die stigter van die tydskrif, Paul Peach, aan die hoof van die VW-enjinontwikkeling Rudolf Krebs en sy ontwikkelingspan oorhandig is. toepassing van Twincharger-tegnologie in 'n 1,4 liter-petrolenjin. Danksy die gekombineerde gevulde vulling van die silinders met behulp van 'n sinchrone meganika en 'n turboaanjaer, kombineer die eenheid die eenvormige wringkragverdeling en die hoë krag wat kenmerkend is vir natuurlike enjins met 'n groot verplasing met die doeltreffendheid en ekonomie van klein enjins. Elf jaar later is die 11-liter TSI-enjin van VW (met effens verhoogde verplasing om te vergoed vir sy doeltreffende inkrimping as gevolg van die gebruikte Miller-siklus) nou baie meer gevorderde VNT-turboaanjaagtegnologie en word hy weer genomineer vir 'n Paul Peach-toekenning.
Trouens, die eerste produksiemotor met 'n petrolenjin en turbo -veranderlike meetkunde, die Porsche 911 Turbo is in 2005 vrygestel. Beide kompressors, gesamentlik ontwikkel deur Porsche R & D-ingenieurs en hul kollegas by Borg Warner Turbo Systems, gebruik VW die bekende en lang gevestigde idee van veranderlike meetkunde in turbodiesel-eenhede, wat weens 'n probleem nie in petrolenjins geïmplementeer is nie met 'n hoër (ongeveer 200 grade in vergelyking met diesel) gemiddelde uitlaatgastemperatuur. Hiervoor is hittebestande saamgestelde materiale uit die lugvaartbedryf gebruik vir gasgeleide voue en 'n ultra-vinnige beheersalgoritme in die beheerstelsel. Prestasie van VW -ingenieurs.
Die goue era van die turboaanjaer
Sedert die staking van die 745i in 1986, het BMW lankal sy eie ontwerpfilosofie vir petrolenjins verdedig, waarvolgens die enigste 'ortodokse' manier om meer krag te bewerkstellig, was om die enjin teen hoë toere te laat loop. Geen dwaalleer en flirt met meganiese kompressors a la Mercedes (C 200 Kompressor) of Toyota (Corolla Compressor), geen vooroordeel teenoor VW of Opel turbo's nie. Motorbouers in München het voorkeur gegee aan hoëfrekwensie-vulling en normale atmosferiese druk, die gebruik van hoëtegnologiese oplossings en, in uiterste gevalle, 'n groter verplasing. Kompressor -eksperimente gebaseer op Beierse enjins is byna heeltemal oorgedra na die "fakirs" deur die stemmaatskappy Alpina, wat naby die München -onderneming is.
Vandag vervaardig BMW nie meer petrolenjins met natuurlike aspirasie nie, en die reeks dieselenjins sluit reeds 'n viersilinder turbo-aangejaagde enjin in. Volvo gebruik 'n kombinasie van brandstof met 'n meganiese en turbo-aanjaer, Audi het 'n dieselenjin geskep met 'n kombinasie van 'n elektriese kompressor en twee kaskade-turbo-aanjaers, Mercedes het 'n petrolenjin met 'n elektriese en 'n turbo-aanjaer.
Voordat ons egter oor hulle praat, sal ons teruggaan in tyd om die wortels van hierdie tegnologiese oorgang te vind. Ons sal leer hoe Amerikaanse vervaardigers turbotegnologie probeer gebruik het om te kompenseer vir die vermindering in enjingroottes as gevolg van die twee oliekrisisse in die tagtigerjare en hoe hulle in hierdie pogings misluk het. Ons sal praat oor die onsuksesvolle pogings van Rudolf Diesel om 'n kompressorenjin te skep. Ons sal die glorieryke era van kompressorenjins in die 20's en 30's onthou, asook die lang jare van vergetelheid. Natuurlik sal ons nie die verskyning van die eerste produksiemodelle van turbo-aanjaers na die eerste groot oliekrisis van die 70's mis nie. Of vir die Scania Turbo saamgestelde stelsel. Kortom - ons sal jou vertel van die geskiedenis en evolusie van kompressortegnologie ...
(om te volg)
Teks: Georgy Kolev
