Pandu uji Magic Fires: sejarah teknologi pemampat

Dalam siri ini kita akan membincangkan mengenai pengisian bahan bakar paksa dan pengembangan enjin pembakaran dalaman.

Dia adalah seorang nabi dalam kitab suci penalaan kereta. Dia adalah penyelamat enjin diesel. Selama bertahun-tahun, pereka enjin petrol mengabaikan fenomena ini, tetapi hari ini ia menjadi di mana-mana. Ia adalah pengecas turbo... Lebih baik daripada sebelumnya.

Abangnya, pemampat yang digerakkan secara mekanikal, tidak mempunyai rancangan untuk meninggalkan pentas. Lebih-lebih lagi, dia bersedia untuk pakatan yang akan membawa kepada simbiosis yang sempurna. Oleh itu, dalam pergolakan persaingan teknologi moden, perwakilan dua arus menentang prasejarah telah bersatu, membuktikan pepatah bahawa kebenaran tetap sama tanpa mengira perbezaan pandangan.

Penggunaan 4500 l / 100 km dan banyak oksigen

Aritmetik adalah agak mudah dan berdasarkan undang-undang fizik semata-mata... Dengan mengandaikan bahawa sebuah kereta dengan berat sekitar 1000 kg dan dengan seretan aerodinamik yang tiada harapan bergerak sejauh 305 meter dari pegun dalam masa kurang daripada 4,0 saat, mencapai kelajuan 500 km/j pada penghujungnya daripada bahagian tersebut, kuasa enjin kereta ini mestilah melebihi 9000 hp. Pengiraan yang sama menunjukkan bahawa dalam bahagian, aci engkol berputar enjin berputar pada 8400 rpm hanya akan dapat berputar kira-kira 560 kali, tetapi itu tidak akan menghalang enjin 8,2 liter daripada menyerap kira-kira 15 liter bahan api. Hasil daripada satu lagi pengiraan mudah, menjadi jelas bahawa, mengikut ukuran standard penggunaan bahan api, penggunaan purata kereta ini adalah lebih daripada 4500 l / 100 km. Dalam satu perkataan - empat ribu lima ratus liter. Malah, enjin ini tidak mempunyai sistem penyejukan - ia disejukkan oleh bahan api ...

Tidak ada fiksyen dalam angka-angka ini ... Ini adalah nilai yang besar, tetapi agak nyata dari dunia perlumbaan drag moden. Sukar betul untuk merujuk kepada kereta yang mengambil bahagian dalam perlumbaan untuk pecutan maksimum sebagai kereta lumba, kerana ciptaan beroda empat yang nyata, diselubungi asap biru, tidak dapat ditandingi walaupun dengan krim teknologi automotif moden yang digunakan dalam Formula 1. Oleh itu, kami akan gunakan nama popular "dragsters" . – Tidak dinafikan menarik dengan cara mereka sendiri, kereta unik yang memberikan sensasi unik kepada peminat di luar trek 305 meter dan kepada juruterbang yang otaknya, pada pecutan pantas 5 g, mungkin mengambil bentuk imej dua dimensi berwarna pada belakang tengkorak

Penarik ini boleh dikatakan sebagai sukan permotoran yang paling terkenal dan paling mengagumkan di Amerika Syarikat, termasuk dalam kelas Top Fuel yang kontroversial. Nama itu berdasarkan prestasi hebat bahan kimia nitrometana yang digunakan oleh mesin neraka sebagai bahan bakar untuk enjinnya. Di bawah pengaruh campuran letupan ini, enjin beroperasi dalam mod kelebihan beban dan hanya dalam beberapa perlumbaan berubah menjadi timbunan logam yang tidak perlu, dan kerana kecenderungan bahan bakar untuk terus meletup, suara operasi mereka menyerupai raungan binatang yang histeris menghitung saat-saat terakhir dalam hidup anda. Proses dalam mesin hanya dapat dibandingkan dengan kekacauan yang tidak dapat dikawal mutlak yang bersempadan dengan usaha pemusnahan diri fizikal. Biasanya salah satu silinder gagal pada akhir bahagian pertama. Kekuatan enjin yang digunakan dalam sukan gila ini mencapai nilai yang tidak dapat diukur oleh dinamometer di dunia, dan penyalahgunaan mesin benar-benar melebihi semua had ekstremisme kejuruteraan ...

Tetapi mari kita kembali ke inti kisah kita dan melihat lebih dekat sifat bahan bakar nitrometana (dicampurkan dengan metanol yang menyeimbangkan beberapa peratus), yang pasti bahan yang paling kuat digunakan dalam sebarang bentuk perlumbaan kereta. aktiviti. Setiap atom karbon dalam molekulnya (CH3NO2) mempunyai dua atom oksigen, yang bermaksud bahawa bahan bakar itu membawa sebahagian besar oksidan yang diperlukan untuk pembakaran. Atas sebab yang sama, kandungan tenaga per liter nitrometana lebih rendah daripada per liter petrol, tetapi dengan jumlah udara segar yang sama dengan yang dapat diserap oleh mesin ke dalam ruang pembakaran, nitrometana akan memberikan lebih banyak tenaga semasa pembakaran. ... Ini mungkin kerana ia sendiri mengandungi oksigen dan oleh itu dapat mengoksidakan sebahagian besar komponen bahan bakar hidrokarbon (biasanya tidak mudah terbakar jika tidak ada oksigen). Dengan kata lain, nitromethane mempunyai 3,7 kali lebih sedikit tenaga daripada petrol, tetapi dengan jumlah udara yang sama, 8,6 kali lebih banyak nitromethane dapat dioksidasi daripada petrol.

Sesiapa yang biasa dengan proses pembakaran dalam enjin kereta tahu bahawa masalah sebenar dengan "memerah" lebih banyak kuasa daripada enjin pembakaran dalaman bukanlah untuk meningkatkan aliran bahan api ke dalam ruang - pam hidraulik yang berkuasa sudah cukup untuk ini. mencapai tekanan yang sangat tinggi. Cabaran sebenar adalah untuk menyediakan udara (atau oksigen) yang mencukupi untuk mengoksidakan hidrokarbon dan memastikan pembakaran yang paling cekap mungkin. Itulah sebabnya bahan api dragster menggunakan nitrogetan, tanpanya ia tidak dapat difikirkan sepenuhnya untuk mencapai hasil pesanan ini dengan enjin dengan anjakan 8,2 liter. Pada masa yang sama, kereta berfungsi dengan campuran yang agak kaya (dalam keadaan tertentu, nitrometana boleh mula mengoksidakan), yang menyebabkan sebahagian bahan api teroksida dalam paip ekzos dan membentuk lampu ajaib yang mengagumkan di atasnya.

Tork 6750 Newton meter

Purata tork enjin ini mencapai 6750 Nm. Anda mungkin sudah perasan bahawa terdapat sesuatu yang pelik dalam semua aritmetik ini ... Hakikatnya ialah untuk mencapai nilai had yang ditunjukkan, setiap saat enjin yang berjalan pada 8400 rpm mesti menyedut tidak lebih, tidak kurang daripada 1,7 meter padu udara segar. Hanya ada satu cara untuk melakukan ini - pengisian paksa. Peranan utama dalam kes ini dimainkan oleh unit mekanikal jenis Roots klasik yang besar, berkat tekanan dalam manifold enjin dragster (diilhamkan oleh Chrysler Hemi Elephant prasejarah) mencapai 5 bar yang mengejutkan.

Untuk lebih memahami beban yang terlibat dalam kes ini, mari kita ambil sebagai contoh salah satu legenda zaman keemasan pemampat mekanikal - lumba 3,0 liter V12. Mercedes-Benz W154. Kuasa mesin ini ialah 468 hp. dengan., tetapi perlu diingat bahawa pemacu pemampat mengambil 150 hp. dengan., tidak mencapai 5 bar yang ditentukan. Jika kita kini menambah 150 ribu s ke akaun, kita akan sampai pada kesimpulan bahawa W154 benar-benar mempunyai 618 hp yang luar biasa pada masanya. Anda boleh menilai sendiri berapa banyak kuasa sebenar yang dicapai oleh enjin dalam kelas Bahan Api Teratas dan berapa banyak daripadanya diserap oleh pemacu pemampat mekanikal. Sudah tentu, penggunaan pengecas turbo dalam kes ini akan menjadi lebih cekap, tetapi reka bentuknya tidak dapat menampung beban haba yang melampau dari gas ekzos.

Permulaan penguncupan

Untuk sebahagian besar sejarah automobil, kehadiran unit pencucuhan paksa dalam enjin pembakaran dalaman telah mencerminkan teknologi terkini untuk tahap pengembangan yang sesuai. Ini berlaku pada tahun 2005 ketika penghargaan berprestij untuk inovasi teknologi dalam industri automotif dan sukan, yang dinamakan sempena pengasas majalah, Paul Peach, disampaikan kepada ketua pengembangan mesin VW Rudolf Krebs dan tim pengembangannya. penerapan teknologi Twincharger dalam enjin petrol 1,4 liter. Berkat gabungan pengisian silinder paksa menggunakan sistem mekanik segerak dan pengecas turbo, unit ini dengan mahir menggabungkan pengedaran tork yang seragam dan kuasa tinggi khas enjin aspirasi semula jadi dengan anjakan besar dengan ekonomi dan ekonomi enjin kecil. Sebelas tahun kemudian, enjin TSI 11-liter VW (dengan anjakan yang sedikit meningkat untuk mengimbangi penguncupannya yang efisien kerana kitaran Miller yang digunakan) kini menampilkan teknologi pengecas turbo VNT yang jauh lebih maju dan sekali lagi dicalonkan untuk Paul Peach Award.

Malah, kereta produksi pertama dengan enjin petrol dan geometri pembolehubah turbo, Porsche 911 Turbo dilancarkan pada tahun 2005. Kedua-dua pemampat, yang dikembangkan bersama oleh jurutera Porsche R&D dan rakan-rakannya di Borg Warner Turbo Systems, VW menggunakan idea geometri berubah-ubah yang terkenal dan telah lama wujud dalam unit turbodiesel, yang belum dilaksanakan dalam mesin petrol kerana masalah dengan suhu gas ekzos purata (sekitar 200 darjah berbanding diesel) yang lebih tinggi. Untuk ini, bahan komposit tahan panas dari industri aeroangkasa digunakan untuk baling-baling panduan gas dan algoritma kawalan ultra cepat dalam sistem kawalan. Pencapaian jurutera VW.

Zaman kegemilangan pengecas turbo

Sejak penghentian 745i pada tahun 1986, BMW telah lama mempertahankan falsafah reka bentuknya sendiri untuk enjin petrol, yang mana satu-satunya cara "ortodoks" untuk mencapai lebih banyak kuasa adalah dengan menjalankan mesin pada putaran tinggi. Tidak ada bidah dan menggoda kompresor mekanikal a la Mercedes (C 200 Kompressor) atau Toyota (Corolla Compressor), tidak ada kecenderungan terhadap turbocharger VW atau Opel. Pembangun mesin Munich lebih suka pengisian frekuensi tinggi dan tekanan atmosfera normal, penggunaan penyelesaian berteknologi tinggi dan, dalam kes yang melampau, perpindahan yang lebih besar. Eksperimen pemampat berdasarkan enjin Bavaria hampir sepenuhnya dipindahkan ke "fakirs" oleh syarikat penalaan Alpina, yang dekat dengan masalah Munich.

Hari ini, BMW tidak lagi mengeluarkan enjin petrol beraspirasi semula jadi, dan barisan enjin diesel sudah termasuk enjin pengecas turbo empat silinder. Volvo menggunakan gabungan mengisi minyak dengan pengecas mekanikal dan turbo, Audi telah mencipta enjin diesel dengan gabungan pemampat elektrik dan dua pengecas turbo lata, Mercedes mempunyai enjin petrol dengan elektrik dan pengecas turbo.

Walau bagaimanapun, sebelum bercakap tentang mereka, kami akan kembali ke masa lalu untuk mencari punca peralihan teknologi ini. Kita akan mempelajari bagaimana pengeluar Amerika cuba menggunakan teknologi turbo untuk mengimbangi pengurangan saiz enjin akibat daripada dua krisis minyak pada tahun lapan puluhan dan bagaimana mereka gagal dalam percubaan ini. Kami akan bercakap tentang percubaan Rudolf Diesel yang tidak berjaya untuk mencipta enjin pemampat. Kami akan mengingati era kegemilangan enjin pemampat pada tahun 20-an dan 30-an, serta tahun-tahun yang lama dilupakan. Sudah tentu, kami tidak akan terlepas kemunculan model bersiri pertama pengecas turbo selepas krisis minyak utama pertama pada tahun 70-an. Atau untuk sistem kompaun Scania Turbo. Ringkasnya - kami akan memberitahu anda tentang sejarah dan evolusi teknologi pemampat ...

(ikut)

Teks: Georgy Kolev