Prova de conducció Magic Fires: la història de la tecnologia del compressor

A la sèrie, parlarem sobre el proveïment de combustible forçat i el desenvolupament de motors de combustió interna.

Ell és un profeta a les escriptures de l'ajust de cotxes. És el salvador del motor dièsel. Durant molts anys, els dissenyadors de motors de gasolina van deixar de banda aquest fenomen, però avui s'està convertint en omnipresent. És un turbocompressor... Millor que mai.

El seu germà, un compressor motoritzat, tampoc té previst sortir de l’escenari. A més, està preparat per a una aliança que conduirà a una simbiosi perfecta. Així, en la turbulència de la moderna rivalitat tecnològica, els representants de dos corrents oposats prehistòrics s’han unit, demostrant la màxima que la veritat es manté inalterada independentment de la diferència de punts de vista.

Consum 4500 l / 100 km i molt oxigen

L'aritmètica és relativament senzilla i es basa únicament en les lleis de la física... Suposant que un cotxe d'uns 1000 kg de pes i amb una resistència aerodinàmica desesperada recorre 305 metres des d'un parat en menys de 4,0 segons, arribant a una velocitat de 500 km/h al final. de la secció, la potència del motor d'aquest cotxe ha de superar els 9000 CV. Els mateixos càlculs mostren que dins d'una secció, el cigonyal que gira d'un motor que gira a 8400 rpm només podrà girar unes 560 vegades, però això no impedirà que el motor de 8,2 litres absorbeixi uns 15 litres de combustible. Com a resultat d'un càlcul més senzill, queda clar que, segons la mesura estàndard de consum de combustible, el consum mitjà d'aquest cotxe és de més de 4500 l / 100 km. En una paraula: quatre mil cinc-cents litres. De fet, aquests motors no tenen sistemes de refrigeració: es refreden amb combustible ...

No hi ha res de ficció en aquestes figures... Són valors grans, però força reals del món de les curses d'arrossegament modernes. Difícilment és correcte referir-se als cotxes que participen en curses per a la màxima acceleració com a cotxes de carreres, ja que les creacions surrealistes de quatre rodes, envoltades de fum blau, són incomparables fins i tot amb la crema de la tecnologia moderna d'automoció utilitzada a la Fórmula 1. Per tant, utilitzeu el nom popular "dragsters". – Sens dubte interessants a la seva manera, cotxes únics que ofereixen sensacions úniques tant als aficionats fora de la pista de 305 metres com als pilots el cervell dels quals, amb una ràpida acceleració de 5 g, probablement pren la forma d'una imatge bidimensional de colors a la pista. posterior del crani

Aquests dragsters són potser la varietat d’automobilisme més famosa i impressionant dels Estats Units, pertanyent a la controvertida classe Top Fuel. El nom es basa en el rendiment extrem de la substància química del nitrometà que les màquines infernals utilitzen com a combustible per als seus motors. Sota la influència d’aquesta barreja explosiva, els motors funcionen en mode de sobrecàrrega i en poques carreres es converteixen en un munt de metall innecessari i, a causa de la propensió del combustible a la detonació contínua, el so del seu funcionament s’assembla al rugit histèric d’un bèstia comptant els darrers moments de la teva vida. Els processos als motors només es poden comparar amb un caos incontrolable absolut, que limita amb la recerca de l'autodestrucció física. Normalment, al final de la primera secció, un dels cilindres falla. La potència dels motors que s’utilitzen en aquest esbojarrat esport assoleix valors que cap dinamòmetre del món pot mesurar i l’abús de màquines supera realment tots els límits de l’extremisme enginyer ...

Però tornem al nucli de la nostra història i analitzem de prop les propietats del combustible nitrometà (barrejat amb un percentatge d’equilibri de metanol), que és sens dubte la substància més poderosa que s’utilitza en qualsevol forma de cursa de cotxes. activitat. Cada àtom de carboni de la seva molècula (CH3NO2) té dos àtoms d’oxigen, cosa que significa que el combustible transporta la major part de l’oxidant necessari per a la combustió. Per la mateixa raó, el contingut energètic per litre de nitrometà és inferior a per litre de gasolina, però amb la mateixa quantitat d’aire fresc que el motor pot aspirar a les cambres de combustió, el nitrometà proporcionarà una energia total significativament més gran durant la combustió. ... Això és possible perquè en si mateix conté oxigen i, per tant, pot oxidar la majoria dels components d’hidrocarburs del combustible (normalment no combustibles en absència d’oxigen). En altres paraules, el nitrometà té 3,7 vegades menys energia que la gasolina, però amb la mateixa quantitat d’aire es pot oxidar 8,6 vegades més nitrometà que la gasolina.

Qualsevol persona que estigui familiaritzada amb els processos de combustió en un motor d'automòbil sap que el veritable problema de "prémer" més potència d'un motor de combustió interna no és augmentar el flux de combustible a les cambres: per això n'hi ha prou amb bombes hidràuliques potents. arribant a una pressió extremadament alta. El veritable repte és proporcionar prou aire (o oxigen) per oxidar els hidrocarburs i garantir la combustió més eficient possible. És per això que el combustible de dragster utilitza nitrogetan, sense el qual seria totalment impensable aconseguir resultats d'aquest ordre amb un motor amb una cilindrada de 8,2 litres. Al mateix temps, els cotxes funcionen amb mescles bastant riques (en determinades condicions, el nitrometà pot començar a oxidar-se), a causa de les quals part del combustible s'oxida als tubs d'escapament i forma impressionants llums màgiques a sobre.

Parell 6750 Newton metres

El parell mitjà d'aquests motors arriba als 6750 Nm. Segurament ja us heu adonat que hi ha quelcom estrany en tota aquesta aritmètica... El cas és que per assolir els valors límit indicats, cada segon un motor que funciona a 8400 rpm ha de succionar ni més ni menys que 1,7 metres cúbics de aire fresc. Només hi ha una manera de fer-ho: l'ompliment forçat. El paper principal en aquest cas el juga una enorme unitat mecànica clàssica de tipus Roots, gràcies a la qual la pressió als col·lectors del motor dragster (inspirat en el prehistòric Chrysler Hemi Elephant) arriba a uns 5 bars sorprenents.

Per entendre millor les càrregues implicades en aquest cas, prenguem com a exemple una de les llegendes de l'època daurada dels compressors mecànics: un V3,0 de carreres de 12 litres. Mercedes-Benz W154. La potència d'aquesta màquina era de 468 CV. amb., però cal tenir en compte que l'accionament del compressor portava la friolera de 150 CV. amb., sense arribar als 5 bar especificats. Si ara afegim 150 mil s al compte, arribarem a la conclusió que el W154 realment tenia uns increïbles 618 CV per a la seva època. Podeu jutjar per vosaltres mateixos quanta potència real aconsegueixen els motors de la classe Top Fuel i quanta és absorbida per l'accionament del compressor mecànic. Per descomptat, l'ús d'un turbocompressor en aquest cas seria molt més eficient, però el seu disseny no podria fer front a la càrrega de calor extrema dels gasos d'escapament.

Inici de la contracció

Durant la major part de la història de l’automòbil, la presència d’una unitat d’encesa forçada en motors de combustió interna ha estat un reflex de l’última tecnologia per a la fase de desenvolupament corresponent. Aquest va ser el cas el 2005 quan es va lliurar el prestigiós premi a la innovació tecnològica a la indústria de l’automòbil i l’esport, que porta el nom del fundador de la revista, Paul Peach, al cap de desenvolupament de VW Engine Rudolf Krebs i al seu equip de desenvolupament. aplicació de la tecnologia Twincharger en un motor de gasolina d’1,4 litres. Gràcies al farciment forçat combinat dels cilindres mitjançant un sistema síncron de mecànica i un turbocompressor, la unitat combina hàbilment la distribució uniforme del parell i l’alta potència típica dels motors d’aspiració natural amb gran cilindrada amb l’economia i l’economia dels motors petits. Onze anys després, el motor TSI d’11 litres de VW (amb un desplaçament lleugerament augmentat per compensar la seva contracció efectiva a causa del cicle Miller utilitzat) ara està equipat amb una tecnologia de turbocompressor VNT molt més avançada i torna a estar nominat al premi Paul Peach.

De fet, el primer cotxe de producció amb motor de gasolina i geometria variable turboalimentada, el Porsche 911 Turbo es va llançar el 2005. Tots dos compressors, desenvolupats conjuntament per enginyers de R + D de Porsche i els seus col·legues de Borg Warner Turbo Systems, VW utilitzen la coneguda i consolidada idea de geometria variable en unitats de turbodièsel, que no s’ha implementat en motors de gasolina a causa d’un problema. amb una temperatura mitjana més elevada (uns 200 graus en comparació amb el gasoil). Per a això, es van utilitzar materials compostos resistents a la calor de la indústria aeroespacial per a paletes de guia de gas i un algorisme de control ultraràpid al sistema de control. Assoliment dels enginyers de VW.

L’època daurada del turbocompressor

Des de la suspensió del 745i el 1986, BMW ha defensat durant molt de temps la seva pròpia filosofia de disseny per a motors de gasolina, segons la qual l’única manera “ortodoxa” d’aconseguir més potència era fer funcionar el motor a revolucions elevades. Sense herejies ni coqueteig amb compressors mecànics a la Mercedes (C 200 Kompressor) o Toyota (Corolla Compressor), sense biaix cap als turbocompressors VW o Opel. Els constructors de motors de Munic van preferir el farciment d'alta freqüència i la pressió atmosfèrica normal, l'ús de solucions d'alta tecnologia i, en casos extrems, un desplaçament més gran. Els experiments de compressors basats en motors bavaresos van ser gairebé completament transferits als "fakirs" per la companyia de sintonització Alpina, que és a prop de la preocupació de Munic.

Avui dia, BMW ja no produeix motors de gasolina d'aspiració natural i la línia de motors dièsel ja inclou un motor turbo de quatre cilindres. Volvo utilitza una combinació de repostar amb un mecànic i un turbocompressor, Audi ha creat un motor dièsel amb una combinació d'un compressor elèctric i dos turbocompressors en cascada, Mercedes té un motor de gasolina amb un elèctric i un turbocompressor.

No obstant això, abans de parlar-ne, ens tornarem en el temps per trobar les arrels d'aquesta transició tecnològica. Coneixerem com els fabricants nord-americans van intentar utilitzar la tecnologia turbo per compensar la reducció de cilindres dels motors derivada de les dues crisis del petroli dels anys vuitanta i com van fracassar en aquests intents. Parlarem dels intents infructuosos de Rudolf Diesel per crear un motor de compressor. Recordarem la gloriosa era dels motors de compressor als anys 20 i 30, així com els llargs anys d'oblit. Per descomptat, no ens perdrem l'aparició dels primers models de producció de turbocompressors després de la primera gran crisi del petroli dels anys 70. O per al sistema compost Scania Turbo. En resum, us explicarem la història i l'evolució de la tecnologia dels compressors...

(seguir)

Text: Georgy Kolev