Тэст драйв Magic Fires: гісторыя кампрэсарнай тэхнікі

У серыі мы раскажам аб прымусовай запраўцы і развіцці рухавікоў унутранага згарання.

Ён прарок у пісаннях цюнінгу аўтамабіляў. Ён выратавальнік дызельнага рухавіка. Многія гады канструктары бензінавых рухавікоў грэбавалі гэтай з'явай, а сёння ён становіцца паўсюдным. Гэта турбакампрэсар... Больш дасканалы, чым калі-небудзь.

Яго брат, кампрэсар з механічным прывадам, таксама не плануе сыходзіць са сцэны. Больш за тое, ён гатовы да саюза, які прывядзе да ідэальнага сімбіёз. Такім чынам, у мітусні сучаснага тэхналагічнага суперніцтва прадстаўнікі двух дагістарычных якія супрацьстаяць плыняў аб'ядналіся, давёўшы максіму, згодна з якой ісціна застаецца нязменнай незалежна ад розніцы ў поглядах.

Выдатак 4500 л / 100 км і шмат кіслароду

Арыфметыка адносна простая і заснаваная выключна на законах фізікі… Мяркуючы, што аўтамабіль вагой каля 1000 кг і безнадзейным аэрадынамічным супрацівам пераадольвае 305 метраў з месца менш за за 4,0 секунды, дасягаючы ў канцы хуткасці 500 км/г. павінна перавышаць 9000 л.з. Тыя ж разлікі паказваюць, што ўнутры перасеку які верціцца каленчаты вал рухавіка, які верціцца з хуткасцю 8400 аб / мін, зможа павярнуцца ўсяго каля 560 разоў, але гэта не перашкодзіць 8,2-літроваму рухавіку паглынуць каля 15 літраў паліва. У выніку яшчэ аднаго нескладанага разліку становіцца ясна, што па стандартнай меры выдатку паліва сярэдні выдатак гэтага аўтамабіля складае больш за 4500 л / 100 км. Адным словам - чатыры тысячы пяцьсот літраў. Насамрэч у гэтых рухавікоў няма сістэм астуджэння яны астуджаюцца палівам.

У гэтых лічбах няма нічога выдумкі… Гэта вялікія, але цалкам рэальныя каштоўнасці са свету сучаснага дрэг-рэйсінгу. Адносіць машыны, якія ўдзельнічаюць у гонках па максімальным разгоне, да гоначных машын ці наўрад будзе правільна, бо сюррэалістычныя чатырохколавыя стварэнні, ахутаныя блакітным дымам, непараўнальныя нават са сліўкамі сучасных аўтамабільных тэхналогій, выкарыстоўваных у Формуле 1. Таму мы будзем выкарыстаць папулярную назву «драгстеры . - Несумнеўна цікавыя па-свойму, непаўторныя аўтамабілі, якія дастаўляюць непаўторныя адчуванні як заўзятарам за межамі 305-метровай трасы, так і пілотам, мозг якіх пры хуткім паскарэнні ў 5 g, верагодна, прымае выгляд каляровага двухмернага малюнка на задняй сценцы чэрапа чэрапа.

Гэтыя драгстеры, мабыць, самая вядомая і самая ўражлівая разнавіднасць папулярнага аўтаспорту ў ЗША, якая належыць да класа з неадназначным назвай Top Fuel. Назва заснавана на экстрэмальных характарыстыках хімічнага злучэння нитрометана, які пякельныя машыны выкарыстоўваюць у якасці паліва для сваіх рухавікоў. Пад уздзеяннем гэтай небяспечнай сумесі рухавікі працуюць у рэжыме перагрузкі і ўсяго за некалькі гонак ператвараюцца ў груду непатрэбнага металу, а з-за схільнасці паліва да бесперапыннай дэтанацыі гук іх працы нагадвае істэрычны роў звера, які лічыць апошнія моманты вашага жыцця. Працэсы ў рухавіках можна параўнаць толькі з абсалютным некіравальным хаосам, якія мяжуюць з пагоняй за фізічным самазнішчэннем. Звычайна да канца першай секцыі выходзіць з ладу адзін з цыліндраў. Магутнасць рухавікоў, якія выкарыстоўваюцца ў гэтым вар'яцкім спорце, дасягае значэнняў, якія не можа вымераць ні адзін дынамометрамі ў свеце, а злоўжыванне машынамі сапраўды перавышае ўсе межы інжынернага экстрэмізму ...

Але давайце вернемся да сутнасці нашай гісторыі і падрабязней разгледзім ўласцівасці нитрометанового паліва (змешанага з некалькімі адсоткамі ўраўнаважвае метанолу), які, без сумневу, з'яўляецца самым магутным рэчывам, выкарыстоўваным у любой форме аўтамабільных гонак. дзейнасць. Кожны атам вугляроду ў сваёй малекуле (CH3NO2) мае два атама кіслароду, а гэта азначае, што паліва нясе з сабой вялікую частку акісляльніка, неабходнага для згарання. Па той жа прычыне ўтрыманне энергіі на літр нитрометана ніжэй, чым на літр бензіну, але з тым жа колькасцю свежага паветра, якое рухавік можа ўсмоктваць у камеры згарання, пры згаранні нитрометан будзе забяспечваць значна большае агульная колькасць энергіі. . Гэта магчыма, таму што ён сам ўтрымлівае кісларод і таму можа акісляць большасць вуглевадародных кампанентаў паліва (звычайна негаручых ў адсутнасць кіслароду). Іншымі словамі, нитрометан мае ў 3,7 разы менш энергіі, чым бензін, але пры тым жа колькасці паветра можна акісліць ў 8,6 разы больш нитрометана, чым бензін.

Любы, хто знаёмы з працэсамі згарання ў аўтамабільным рухавіку, ведае, што сапраўдная праблема з выцісканнем большай магутнасці з рухавіка ўнутранага згарання складаецца не ў павелічэнні струменя паліва, які паступае ў камеры для гэтага досыць магутных гідраўлічных помпаў. дасягненне надзвычай высокага ціску. Сапраўды складаная задача - забяспечыць дастаткова паветра (або кіслароду) для акіслення вуглевадародаў і забеспячэння максімальна эфектыўнага згарання. Менавіта таму ў паліве драгстэраў выкарыстоўваецца нітрагетан, без якога было б зусім неймаверна дамагчыся вынікаў такога парадку з рухавіком працоўным аб'ёмам 8,2 літра. Пры гэтым машыны працуюць з даволі багатымі сумесямі (пры пэўных умовах нітраметан можа пачаць акісляцца), з-за чаго частка паліва акісляецца ў выхлапных трубах і ўтварае над імі ўражлівыя магічныя агні.

Крутоўны момант 6750 ньютан-метраў

Сярэдні крутоўны момант гэтых рухавікоў дасягае 6750 Нм. Вы, мусіць, ужо заўважылі, што ва ўсёй гэтай арыфметыцы ёсць нешта дзіўнае… Справа ў тым, што для дасягнення паказаных лімітавых значэнняў кожную секунду рухавік, які працуе пры 8400 аб/мін, павінен усмоктваць не больш, не меней 1,7 5 кубаметраў свежага паветра. Ёсць толькі адзін спосаб зрабіць гэта - прымусовае запаўненне. Асноўную ролю ў гэтым выпадку выконвае велізарны класічны механічны агрэгат тыпу Рутс, дзякуючы якому ціск у калектарах рухавіка драгстара (па матывах дагістарычных Chrysler Hemi Elephant) дасягае ашаламляльных XNUMX бар.

Каб лепш зразумець, якія нагрузкі задзейнічаны ў гэтым выпадку, прывядзем у якасці прыкладу адну з легенд залатога стагоддзя механічных кампрэсараў 3,0-літровы гоначны V12. Mercedes-Benz W154. Магутнасць гэтай машыны складала 468 л.з. с., але пры гэтым варта ўлічваць, што прывад кампрэсара браў каласальныя 150 л.з. с., не дасягнуўшы ўказаных 5 бар. Калі зараз дадаць да рахунку 150 тыс. з., мы прыйдзем да высновы, што W154 сапраўды меў неверагодныя для свайго часу 618 л.з. Вы можаце самі судзіць, які рэальнай магутнасці дасягаюць рухавікі ў класе Top Fuel і якая яе частка паглынаецца прывадам механічнага кампрэсара. Вядома, выкарыстанне турбакампрэсара ў гэтым выпадку было б нашмат больш эфектыўна, але яго канструкцыя не магла справіцца з экстрэмальнай цеплавой нагрузкай ад выхлапных газаў.

пачатак скарачэння

На працягу большай часткі гісторыі аўтамабіля наяўнасць блока прымусовага запальвання ў рухавіках унутранага згарання было адлюстраваннем найноўшых тэхналогій для адпаведнай стадыі распрацоўкі. Так было ў 2005 годзе, калі прэстыжная ўзнагарода за тэхналагічныя інавацыі ў аўтамабільнай індустрыі і спорце, названая ў гонар заснавальніка часопіса Пола пінчукоў, была ўручана кіраўніку аддзела распрацоўкі рухавікоў VW Рудольфу Крэбс і яго камандзе распрацоўшчыкаў. прымяненне тэхналогіі Twincharger ў 1,4-літровым бензінавым рухавіку. Дзякуючы камбінаванаму прымусоваму напаўненні цыліндраў з дапамогай сінхроннай сістэмы механікі і турбонагнетателя, у агрэгаце ўмела спалучаюцца раўнамернае размеркаванне крутоўнага моманту і высокая магутнасць, характэрныя для атмасферных рухавікоў з вялікім працоўным аб'ёмам, з эканамічнасцю і эканамічнасцю малых рухавікоў. Адзінаццаць гадоў праз 11-літровы рухавік TSI VW (з крыху павялічаным працоўным аб'ёмам, каб кампенсаваць яго эфектыўнае скарачэнне з-за выкарыстоўванага цыклу Мілера) зараз абсталяваны значна больш дасканалай тэхналогіяй турбакампрэсара VNT і зноў намінаваны на прэмію Paul Peach Award.

Фактычна, першы серыйны аўтамабіль з бензінавым рухавіком і турбонаддувом з змянянай геаметрыяй, Porsche 911 Turbo пабачыў свет у 2005 годзе. Абодва кампрэсара, распрацаваныя сумесна інжынерамі Porsche R & D і іх калегамі з Borg Warner Turbo Systems, VW выкарыстоўваюць добра вядомую і даўно устояную ідэю зменнай геаметрыі ў турбодизельных агрэгатах, якая не была рэалізавана ў бензінавых рухавіках з-за праблемы з больш высокай (прыкладна на 200 градусаў у параўнанні з дызелем) сярэдняй тэмпературай выхлапных газаў. Для гэтага былі выкарыстаныя тэрмаўстойлівыя кампазітныя матэрыялы з аэракасмічнай прамысловасці для газавых накіроўвалых лапатак і звышхуткага алгарытму кіравання ў сістэме кіравання. Дасягненне інжынераў VW.

Залаты век турбакампрэсара

Пасля зняцця з вытворчасці 745i у 1986 годзе BMW доўгі час яны цвёрда адстойвалі ўласную канструктыўную філасофію пры стварэнні бензінавых рухавікоў, згодна з якой адзіным «артадаксальным» спосабам дасягнення большай магутнасці была праца рухавіка на высокіх абарачэннях. Ніякіх ерасяў і падлашчванняў з механічнымі кампрэсарамі а-ля Мэрсэдэс (C 200 Kompressor) або Toyota (Кампрэсар Corolla), без ўхілу ў бок VW або турбакампрэсараў з турбонаддувом Opel. Мюнхенскія двигателестроители аддавалі перавагу высокачашчыннай напаўненні і нармальнаму атмасфернага ціску, прымяненню высокатэхналагічных рашэнняў і, у крайнім выпадку, большаму працоўным аб'ёме. Кампрэсарныя эксперыменты на базе баварскіх рухавікоў амаль цалкам былі перададзеныя «факір» тюнінговый кампаніяй Alpina, блізкай да мюнхенскай канцэрну.

Сёння BMW больш не вырабляе бензінавыя рухавікі без наддува, а ў лінейку дызельных рухавікоў ужо ўваходзіць чатырохцыліндравы рухавік з турбанаддувам. Volvo выкарыстоўвае камбінацыю запраўкі з механічным і турбанагнетацелем, Audi стварыў дызельны рухавік з камбінацыяй электрычнага кампрэсара і двух каскадных турбанагнетальнікаў, Mercedes бензінавы рухавік з электрычным і турбанагнетацелем.

Аднак, перш чым казаць аб іх, мы вернемся ў мінулае, каб знайсці карані гэтага тэхналагічнага пераходу. Мы даведаемся, як у васьмідзесятыя гады амерыканскія вытворцы спрабавалі з дапамогай турбатэхналогій кампенсаваць зніжэнне аб'ёмаў рухавіка ў выніку двух нафтавых крызісаў і як яны пацярпелі няўдачу ў гэтых спробах. Мы раскажам аб беспаспяховых спробах Рудольфа Дызеля стварыць кампрэсарны рухавік. Мы будзем успамінаць хвалебную эпоху кампрэсарных рухавікоў 20-30-х гадоў, а таксама доўгія гады забыцця. Вядома, мы не прапусцім з'яўленне першых серыйных мадэляў турбакампрэсараў пасля першага буйнога нафтавага крызісу 70-х гадоў. Або для складовай сістэмы Scania Turbo. Сцісла - мы раскажам вам пра гісторыю і эвалюцыю кампрэсарных тэхналогій…

(Прытрымлівацца)

Тэкст: Георгій Колеў