Тест драйв Magic Fires: історія компресорної техніки

У серії ми розповімо про примусову заправці і розвитку двигунів внутрішнього згоряння.

Він – пророк у писаннях тюнінгу автомобілів. Він рятівник дизельного двигуна. Багато років конструктори бензинових двигунів нехтували цим явищем, а сьогодні він стає повсюдним. Це турбокомпресор… Більш досконалий, ніж будь-коли.

Його брат, компресор з механічним приводом, теж не планує йти зі сцени. Більш того, він готовий до союзу, який призведе до ідеального симбіозу. Таким чином, в метушні сучасного технологічного суперництва представники двох доісторичних протистоять течій об'єдналися, довівши максиму, згідно з якою істина залишається незмінною незалежно від різниці в поглядах.

Витрата 4500 л / 100 км і багато кисню

Арифметика відносно проста і заснована виключно на законах фізики… Припускаючи, що автомобіль вагою близько 1000 кг та безнадійним аеродинамічний опір долає 305 метрів з місця менш ніж за 4,0 секунди, досягаючи наприкінці швидкості 500 км/год. на ділянці потужність двигуна цього автомобіля має перевищувати 9000 к.с. Ті ж розрахунки показують, що всередині перерізу колінчастий вал двигуна, що обертається, що обертається зі швидкістю 8400 об/хв, зможе повернутися всього близько 560 разів, але це не завадить 8,2-літровому двигуну поглинути близько 15 літрів палива. В результаті ще одного нескладного розрахунку стає ясно, що за стандартною мірою витрати палива середня витрата цього автомобіля становить понад 4500 л/100 км. Одним словом – чотири тисячі п'ятсот літрів. Насправді ці двигуни не мають систем охолодження – вони охолоджуються паливом.

У цих цифрах немає нічого вигадки... Це великі, але цілком реальні цінності зі світу сучасного дрег-рейсингу. Відносити машини, що беруть участь у гонках за максимальним розгоном, до гоночних машин навряд чи буде правильно, оскільки сюрреалістичні чотириколісні створіння, оповиті блакитним димом, незрівнянні навіть із вершками сучасних автомобільних технологій, що використовуються у Формулі 1. Тому ми будемо використовувати популярну назву «Драгстери» . - Безсумнівно цікаві по-своєму, неповторні автомобілі, що доставляють неповторні відчуття як уболівальникам за межами 305-метрової траси, так і пілотам, мозок яких при швидкому прискоренні в 5 g, ймовірно, набуває вигляду кольорового двовимірного зображення на задній стінці черепа черепа

Ці драгстери, мабуть, найвідоміша і найбільш вражаюча різновид популярного автоспорту в США, що належить до класу з неоднозначною назвою Top Fuel. Назва засноване на екстремальних характеристиках хімічної сполуки нітрометану, який пекельні машини використовують в якості палива для своїх двигунів. Під впливом цієї вибухонебезпечної суміші двигуни працюють в режимі перевантаження і всього за кілька гонок перетворюються на купу непотрібного металу, а з-за схильності палива до безперервної детонації звук їх роботи нагадує істеричний рев звіра, який вважає останні моменти вашого життя. Процеси в двигунах можна порівняти тільки з абсолютним некерованим хаосом, що межує з гонитвою за фізичним самознищенням. Зазвичай до кінця першої секції виходить з ладу один з циліндрів. Потужність двигунів, використовуваних в цьому шаленому спорті, досягає значень, які не може виміряти жоден динамометр в світі, а зловживання машинами дійсно перевищує всі межі інженерного екстремізму ...

Але давайте повернемося до суті нашої історії і докладніше розглянемо властивості нітрометанового палива (змішаного з кількома відсотками врівноважує метанолу), який, без сумніву, є найпотужнішим речовиною, використовуваним в будь-якій формі автомобільних гонок. діяльність. Кожен атом вуглецю в своїй молекулі (CH3NO2) має два атома кисню, а це означає, що паливо несе з собою велику частину окислювача, необхідного для згоряння. З тієї ж причини зміст енергії на літр нітрометану нижче, ніж на літр бензину, але з тією ж кількістю свіжого повітря, яке двигун може всмоктувати в камери згоряння, при згорянні нитрометан забезпечуватиме значно більше загальна кількість енергії. . Це можливо, тому що він сам містить кисень і тому може окисляти більшість вуглеводневих компонентів палива (зазвичай негорючих за відсутності кисню). Іншими словами, нитрометан має в 3,7 рази менше енергії, ніж бензин, але при тій же кількості повітря можна окислити в 8,6 рази більше нітрометану, ніж бензин.

Будь-хто, хто знайомий з процесами згоряння в автомобільному двигуні, знає, що справжня проблема з «вичавленням» більшої потужності з двигуна внутрішнього згоряння полягає не у збільшенні потоку палива, що надходить до камер – для цього досить потужних гідравлічних насосів. досягнення надзвичайно високого тиску. Справді складне завдання – забезпечити достатньо повітря (або кисню) для окислення вуглеводнів та забезпечення максимально ефективного згоряння. Саме тому в паливі драгстерів використовується нітрогетан, без якого було б абсолютно немислимо досягти результатів такого порядку з двигуном робочим об'ємом 8,2 літра. При цьому машини працюють із досить багатими сумішами (за певних умов нітрометан може почати окислюватися), через що частина палива окислюється у вихлопних трубах і утворює над ними вражаючі магічні вогні.

Крутний момент 6750 ньютон-метрів

Середній момент, що крутить, цих двигунів досягає 6750 Нм. Ви, напевно, вже помітили, що у всій цій арифметиці є щось дивне… Справа в тому, що для досягнення вказаних граничних значень кожну секунду двигун, що працює при 8400 об/хв, повинен всмоктувати не більше не менше 1,7 5 кубометрів свіжого повітря. Є лише один спосіб зробити це – примусове наповнення. Основну роль у цьому випадку виконує величезний класичний механічний агрегат типу Рутс, завдяки якому тиск у колекторах двигуна драгстера (за мотивами доісторичних Chrysler Hemi Elephant) досягає приголомшливих XNUMX бар.

Щоб краще зрозуміти, які навантаження задіяні в цьому випадку, наведемо як приклад одну з легенд золотого віку механічних компресорів – 3,0-літровий гоночний V12. Mercedes-Benz W154 Потужність цієї машини становила 468 л. с., але при цьому слід враховувати, що привід компресора брав колосальні 150 л. с., не досягнувши зазначених 5 бар. Якщо тепер додати до рахунку 150 тис. с., ми дійдемо висновку, що W154 справді мав неймовірні для свого часу 618 л.с. Ви можете судити, якої реальної потужності досягають двигуни в класі Top Fuel і яка її частина поглинається приводом механічного компресора. Звичайно, використання турбокомпресора в цьому випадку було б набагато ефективнішим, але його конструкція не могла впоратися з екстремальним тепловим навантаженням від вихлопних газів.

початок скорочення

Протягом більшої частини історії автомобіля наявність блоку примусового запалювання в двигунах внутрішнього згоряння було відображенням новітніх технологій для відповідної стадії розробки. Так було в 2005 році, коли престижна нагорода за технологічні інновації в автомобільній індустрії та спорті, названа на честь засновника журналу Пола Піча, була вручена главі відділу розробки двигунів VW Рудольфу Кребсу і його команді розробників. застосування технології Twincharger в 1,4-літровому бензиновому двигуні. Завдяки комбінованому примусовому наповненню циліндрів за допомогою синхронної системи механіки і турбонагнетателя, в агрегаті вміло поєднуються рівномірний розподіл крутного моменту і висока потужність, характерні для атмосферних двигунів з великим робочим об'ємом, з економічністю і економічністю малих двигунів. Одинадцять років потому 11-літровий двигун TSI VW (з трохи збільшеним робочим об'ємом, щоб компенсувати його ефективне скорочення через використовуваного циклу Міллера) тепер оснащений набагато більш досконалою технологією турбокомпресора VNT і знову номінований на премію Paul Peach Award.

Фактично, перший серійний автомобіль з бензиновим двигуном і турбонаддувом зі змінною геометрією, Porsche 911 Turbo побачив світло в 2005 році. Обидва компресора, розроблені спільно інженерами Porsche R & D і їх колегами з Borg Warner Turbo Systems, VW використовують добре відому і давно усталену ідею змінної геометрії в турбодизельних агрегатах, яка не була реалізована в бензинових двигунах через проблеми з вищою (приблизно на 200 градусів в порівнянні з дизелем) середньою температурою вихлопних газів. Для цього були використані термостійкі композитні матеріали з аерокосмічної промисловості для газових напрямних лопаток і надшвидкого алгоритму управління в системі управління. Досягнення інженерів VW.

Золотий вік турбокомпресора

Після зняття з виробництва 745i в 1986 р BMW довгий час вони твердо відстоювали власну конструктивну філософію при створенні бензинових двигунів, згідно з якою єдиним «ортодоксальним» способом досягнення більшої потужності була робота двигуна на високих оборотах. Ніяких єресей і загравань з механічними компресорами а-ля Мерседес (C 200 Kompressor) або Toyota (Компресор Corolla), без ухилу в бік VW або турбокомпресорів з турбонаддувом Opel. Мюнхенські двигунобудівники віддавали перевагу високочастотного наповненню і нормальному атмосферному тиску, застосування високотехнологічних рішень і, в крайньому випадку, більшого робочого об'єму. Компресорні експерименти на базі баварських двигунів майже повністю були передані «факірам» тюнинговой компанією Alpina, близькою до мюнхенського концерну.

Сьогодні BMW більше не виробляє бензинові двигуни без наддуву, а в лінійку дизельних двигунів уже входить чотирициліндровий двигун із турбонаддувом. Volvo використовує комбінацію заправки з механічним та турбонагнітачом, Audi створив дизельний двигун з комбінацією електричного компресора та двох каскадних турбонагнітачів, Mercedes – бензиновий двигун з електричним та турбонагнітачем.

Однак, перш ніж говорити про них, ми повернемося до минулого, щоб знайти коріння цього технологічного переходу. Ми дізнаємося, як у вісімдесяті роки американські виробники намагалися за допомогою турботехнологій компенсувати зниження обсягів двигуна внаслідок двох нафтових криз і як вони зазнали невдачі у цих спробах. Ми розповімо про безуспішні спроби Рудольфа Дизеля створити компресорний двигун. Ми згадуватимемо славну епоху компресорних двигунів 20-30-х років, а також довгі роки забуття. Звичайно, ми не пропустимо появу перших серійних моделей турбокомпресорів після першої великої нафтової кризи 70-х років. Або для складової системи Scania Turbo. Коротко – ми розповімо вам про історію та еволюцію компресорних технологій.

(прямувати)

Текст: Георгій Колев