Testovací jízda Magic Fires: historie kompresorové technologie

V seriálu si povíme o nuceném tankování a vývoji spalovacích motorů.

Je prorokem v písmech tuningu automobilů. Je to zachránce dieselového motoru. Dlouhá léta konstruktéři benzinových motorů tento fenomén zanedbávali, ale dnes se stává všudypřítomným. Je to turbodmychadlo... Lepší než kdy jindy.

Jeho bratr, motorový kompresor, rovněž neplánuje scénu opustit. Kromě toho je připraven na spojenectví, které povede k dokonalé symbióze. V turbulencích moderní technologické rivality se tak spojili zástupci dvou prehistorických protichůdných proudů, což dokazuje zásadu, že pravda zůstává stejná bez ohledu na rozdíly v názorech.

Spotřeba 4500 l / 100 km a hodně kyslíku

Aritmetika je poměrně jednoduchá a vychází pouze z fyzikálních zákonů… Za předpokladu, že auto vážící kolem 1000 kg s beznadějným aerodynamickým odporem ujede 305 metrů z klidu za méně než 4,0 sekundy a na konci dosáhne rychlosti 500 km/h oddílu musí výkon motoru tohoto vozu přesáhnout 9000 koní. Stejné výpočty ukazují, že v rámci sekce se roztočený klikový hřídel motoru točícího se rychlostí 8400 otáček za minutu bude moci otočit pouze asi 560krát, ale to nezabrání 8,2litrovému motoru absorbovat asi 15 litrů paliva. Výsledkem ještě jednoho jednoduchého výpočtu je zřejmé, že podle standardního měření spotřeby paliva je průměrná spotřeba tohoto vozu více než 4500 l / 100 km. Jedním slovem - čtyři tisíce pět set litrů. Ve skutečnosti tyto motory nemají chladicí systémy - jsou chlazeny palivem ...

V těchto figurách není nic fikce ... Jsou to velké, ale zcela reálné hodnoty ze světa moderních drag racing. Je stěží správné označovat vozy účastnící se závodů na maximální zrychlení jako závodní vozy, neboť surrealistické čtyřkolové kreace zahalené modrým kouřem jsou nesrovnatelné ani se smetánkou moderní automobilové techniky používané ve Formuli 1. použijte lidový název „dragsters“ . – Svým způsobem nepochybně zajímavé unikátní vozy, které přinášejí jedinečné vjemy jak fanouškům mimo 305metrovou trať, tak pilotům, jejichž mozek při rychlém zrychlení 5 g pravděpodobně získá podobu barevného dvourozměrného obrázku na zadní část lebky

Tito dragsteri jsou pravděpodobně nejslavnější a nejpůsobivější formou populárního motoristického sportu ve Spojených státech, patřící do kontroverzní třídy Top Fuel. Název je založen na extrémním výkonu nitromethanové chemikálie, kterou pekelné stroje používají jako palivo pro své motory. Pod vlivem této výbušné směsi fungují motory v režimu přetížení a během několika závodů se promění v hromadu zbytečného kovu a díky sklonu nepřetržitého odpalování paliva se zvuk jejich provozu podobá hysterickému řevu šelmy počítající poslední okamžiky vašeho života. Procesy v motorech lze srovnávat pouze s absolutním nekontrolovatelným chaosem hraničícím se snahou o fyzické sebezničení. Obvykle jeden z válců selže na konci první sekce. Síla motorů použitých v tomto šíleném sportu dosahuje hodnot, které žádný dynamometr na světě nedokáže měřit, a zneužívání strojů skutečně překračuje všechny meze strojírenského extremismu ...

Vraťme se však k jádru našeho příběhu a podívejme se blíže na vlastnosti nitromethanového paliva (ve směsi s několika procenty vyváženého methanolu), což je bezpochyby nejmocnější látka používaná v jakékoli formě automobilových závodů. aktivita. Každý atom uhlíku ve své molekule (CH3NO2) má dva atomy kyslíku, což znamená, že palivo nese s sebou většinu oxidantu potřebného pro spalování. Ze stejného důvodu je energetický obsah na litr nitromethanu nižší než na litr benzínu, ale se stejným množstvím čerstvého vzduchu, který může motor nasávat do spalovacích komor, poskytne nitromethan během spalování podstatně více celkové energie. ... To je možné, protože sám obsahuje kyslík, a proto může oxidovat většinu uhlovodíkových palivových složek (obvykle je bez kyslíku nehořlavý). Jinými slovy, nitromethan má 3,7krát méně energie než benzín, ale se stejným množstvím vzduchu lze oxidovat 8,6krát více nitromethanu než benzín.

Kdo zná spalovací procesy v automobilovém motoru, ví, že skutečným problémem „vymáčknout“ ze spalovacího motoru větší výkon není zvýšit průtok paliva do komor – k tomu stačí výkonná hydraulická čerpadla. dosahující extrémně vysokého tlaku. Skutečnou výzvou je poskytnout dostatek vzduchu (nebo kyslíku) k oxidaci uhlovodíků a zajistit co nejúčinnější spalování. Proto palivo dragster používá nitrogetan, bez kterého by bylo zcela nemyslitelné dosáhnout výsledků tohoto řádu s motorem o zdvihovém objemu 8,2 litru. Auta přitom pracují s dosti bohatými směsmi (za určitých podmínek může začít oxidovat nitrometan), díky čemuž se část paliva zoxiduje ve výfukových potrubích a tvoří nad nimi působivá magická světla.

Točivý moment 6750 Newton metrů

Průměrný točivý moment těchto motorů dosahuje 6750 Nm. Pravděpodobně jste si již všimli, že v celé této aritmetice je něco divného... Faktem je, že k dosažení uvedených mezních hodnot musí motor běžící na 8400 ot./min. každou sekundu nasát ne více, ne méně než 1,7 metru krychlového čerstvý vzduch. Existuje pouze jeden způsob, jak to udělat - nucené plnění. Hlavní roli v tomto případě hraje obrovská klasická mechanická jednotka typu Roots, díky které tlak v rozdělovačích motoru dragsteru (inspirovaného prehistorickým Chryslerem Hemi Elephant) dosahuje ohromujících 5 barů.

Abychom lépe pochopili, o jaké zátěže se v tomto případě jedná, vezměme si jako příklad jednu z legend zlatého věku mechanických kompresorů – 3,0litrový závodní V12. Mercedes-Benz W154. Výkon tohoto stroje byl 468 koní. s., ale je třeba si uvědomit, že pohon kompresoru zabral ohromných 150 koní. s., nedosahující specifikovaných 5 barů. Když nyní na konto připočteme 150 tisíc s, dojdeme k závěru, že W154 měla na svou dobu opravdu neuvěřitelných 618 koní. Sami můžete posoudit, jakého skutečného výkonu motory ve třídě Top Fuel dosahují a jakou jeho část pohltí mechanický pohon kompresoru. Samozřejmě použití turbodmychadla by v tomto případě bylo mnohem efektivnější, ale jeho konstrukce si nedokázala poradit s extrémní tepelnou zátěží od výfukových plynů.

Začátek kontrakce

Po většinu historie automobilu byla přítomnost jednotky vynuceného zapalování ve spalovacích motorech odrazem nejnovější technologie pro odpovídající fázi vývoje. Tak tomu bylo v roce 2005, kdy bylo vedoucímu VW Engine Development Rudolfu Krebsovi a jeho vývojovému týmu uděleno prestižní ocenění za technologické inovace v automobilovém a sportovním průmyslu, pojmenované po zakladateli časopisu Paulu Peachovi. použití technologie Twincharger v benzínovém motoru o objemu 1,4 litru. Díky kombinovanému nucenému plnění válců pomocí synchronního systému mechaniky a turbodmychadla jednotka dovedně kombinuje rovnoměrné rozdělení točivého momentu a charakteristiku vysokého výkonu u atmosférických motorů s velkým zdvihovým objemem s účinností a hospodárností malých motorů. O jedenáct let později má 11litrový motor TSI (s mírně zvýšeným zdvihovým objemem, který kompenzuje jeho efektivní kontrakci v důsledku použitého Millerova cyklu), nyní mnohem pokročilejší technologii turbodmychadla VNT a je opět nominován na cenu Paul Peach.

Porsche 911 Turbo, první sériově vyráběný vůz se zážehovým motorem a přeplňovanou geometrií, byl uveden na trh v roce 2005. Oba kompresory, společně vyvinuté inženýry Porsche R&D a jejich kolegy z Borg Warner Turbo Systems, VW využívají známou a dlouho zavedenou myšlenku variabilní geometrie v turbodieselových jednotkách, která nebyla v benzínových motorech implementována kvůli problému s vyšší (asi 200 stupňů ve srovnání s naftou) průměrnou teplotou výfukových plynů. K tomu byly použity žáruvzdorné kompozitní materiály z leteckého průmyslu pro plynové vodicí lopatky a ultra rychlý řídicí algoritmus v řídicím systému. Úspěch inženýrů VW.

Zlatý věk turbodmychadla

Od vyřazení 745i v roce 1986 BMW dlouhodobě hájí vlastní filozofii designu benzínových motorů, podle níž jediným „ortodoxním“ způsobem, jak dosáhnout většího výkonu, bylo spouštění motoru ve vysokých otáčkách. Žádné hereze a koketování s mechanickými kompresory a la Mercedes (C 200 Kompressor) nebo Toyota (Corolla Compressor), žádné předpojatosti vůči turbodmychadlům VW nebo Opel. Stavitelé mnichovských motorů upřednostňovali vysokofrekvenční plnění a normální atmosférický tlak, použití špičkových řešení a v extrémních případech větší výtlak. Experimenty s kompresory na bázi bavorských motorů téměř úplně přenesla na „fakíry“ tuningová společnost Alpina, která má blízko k mnichovskému koncernu.

BMW dnes již nevyrábí atmosférické zážehové motory a řada vznětových motorů již zahrnuje čtyřválcový přeplňovaný motor. Volvo využívá kombinaci tankování s mechanickým a turbodmychadlem, Audi vytvořilo naftový motor s kombinací elektrického kompresoru a dvou kaskádových turbodmychadel, Mercedes má benzinový motor s elektrickým a turbodmychadlem.

Než však o nich budeme mluvit, vrátíme se zpět v čase, abychom našli kořeny tohoto technologického přechodu. Dozvíme se, jak se američtí výrobci snažili pomocí turbotechnologie kompenzovat zmenšení motorů v důsledku dvou ropných krizí v osmdesátých letech a jak se jim tyto pokusy nepovedly. Budeme mluvit o neúspěšných pokusech Rudolfa Diesela o vytvoření kompresorového motoru. Připomeneme si slavnou éru kompresorových motorů ve 20. a 30. letech i dlouhá léta zapomnění. Samozřejmě nevynecháme ani vzhled prvních sériových modelů turbodmychadel po první velké ropné krizi 70. let. Nebo pro směsný systém Scania Turbo. Stručně řečeno - povíme vám o historii a vývoji kompresorové techniky ...

(následovat)

Text: Georgy Kolev