Testrit Magic Fires: de geschiedenis van compressortechnologie
Testrit

Testrit Magic Fires: de geschiedenis van compressortechnologie

Testrit Magic Fires: de geschiedenis van compressortechnologie

In deze serie gaan we in op gedwongen tanken en de ontwikkeling van verbrandingsmotoren.

Hij is een profeet in de geschriften van autotuning. Hij is de redder van de dieselmotor. Jarenlang hebben ontwerpers van benzinemotoren dit fenomeen verwaarloosd, maar tegenwoordig wordt het alomtegenwoordig. Het is een turbocompressor... Beter dan ooit.

Zijn broer, een mechanisch aangedreven compressor, heeft ook geen plannen om het podium te verlaten. Bovendien is hij klaar voor een alliantie die zal leiden tot een perfecte symbiose. Dus, in de onrust van de moderne technologische rivaliteit, hebben vertegenwoordigers van twee prehistorische tegengestelde stromingen zich verenigd, waarmee ze de stelregel bewijzen dat de waarheid hetzelfde blijft, ongeacht het verschil in opvattingen.

Verbruik 4500 l / 100 km en veel zuurstof

De rekenkunde is relatief eenvoudig en uitsluitend gebaseerd op de wetten van de natuurkunde... Stel dat een auto van ongeveer 1000 kg en met hopeloze luchtweerstand vanuit stilstand 305 meter aflegt in minder dan 4,0 seconden en uiteindelijk een snelheid van 500 km/u bereikt van de sectie moet het motorvermogen van deze auto hoger zijn dan 9000 pk. Dezelfde berekeningen laten zien dat binnen een sectie de draaiende krukas van een motor die draait met 8400 tpm slechts ongeveer 560 keer kan draaien, maar dat weerhoudt de 8,2-liter motor er niet van om ongeveer 15 liter brandstof op te nemen. Als resultaat van nog een simpele rekensom wordt duidelijk dat het gemiddelde verbruik van deze auto volgens de standaardmaat voor brandstofverbruik ruim 4500 l/100 km bedraagt. In één woord - vierduizend vijfhonderd liter. In feite hebben deze motoren geen koelsystemen - ze worden gekoeld door brandstof ...

Er zit niets fictiefs in deze figuren... Dit zijn grote, maar vrij reële waarden uit de wereld van het moderne dragracen. Het is nauwelijks correct om auto's die deelnemen aan races voor maximale acceleratie raceauto's te noemen, aangezien de surrealistische vierwielige creaties, gehuld in blauwe rook, zelfs niet te vergelijken zijn met het neusje van de moderne autotechnologie die wordt gebruikt in de Formule 1. Daarom zullen we gebruik de populaire naam "dragsters" . - Ongetwijfeld op hun eigen manier interessante, unieke auto's die unieke sensaties bezorgen aan zowel fans buiten de 305 meter lange baan als aan piloten wiens brein, bij een snelle acceleratie van 5 g, waarschijnlijk de vorm aanneemt van een gekleurd tweedimensionaal beeld op de achterkant van de schedel

Deze dragsters zijn misschien wel de beroemdste en meest indrukwekkende variëteit aan populaire motorsport in de Verenigde Staten, en behoren tot de controversieel genoemde Top Fuel-klasse. De naam is gebaseerd op de extreme prestaties van de nitromethaanchemie die helse machines gebruiken als brandstof voor hun motoren. Onder invloed van dit explosieve mengsel werken de motoren in overbelastingsmodus en veranderen ze in slechts een paar races in een hoop onnodig metaal, en vanwege de neiging van brandstof om continu te ontploffen, lijkt het geluid van hun werking op het hysterische gebrul van een beest dat de laatste momenten van je leven telt. Processen in motoren kunnen alleen worden vergeleken met absoluut oncontroleerbare chaos die grenst aan het streven naar fysieke zelfvernietiging. Meestal faalt een van de cilinders aan het einde van de eerste sectie. De kracht van de motoren die in deze gekke sport worden gebruikt, bereikt waarden die geen enkele dynamometer ter wereld kan meten, en het misbruik van machines overschrijdt echt alle grenzen van technisch extremisme ...

Maar laten we teruggaan naar de kern van ons verhaal en de eigenschappen van nitromethaanbrandstof (gemengd met een paar procent uitgebalanceerde methanol) nader bekijken, wat zonder twijfel de krachtigste stof is die in elke vorm van autoraces wordt gebruikt. activiteit. Elk koolstofatoom in zijn molecuul (CH3NO2) heeft twee zuurstofatomen, wat betekent dat de brandstof het grootste deel van het oxidatiemiddel dat nodig is voor verbranding met zich meedraagt. Om dezelfde reden is de energie-inhoud per liter nitromethaan lager dan per liter benzine, maar met dezelfde hoeveelheid verse lucht die de motor in de verbrandingskamers kan aanzuigen, zal nitromethaan tijdens de verbranding aanzienlijk meer totale energie leveren. ... Dit is mogelijk omdat het zelf zuurstof bevat en daarom de meeste koolwaterstofbrandstofcomponenten kan oxideren (meestal niet-brandbaar in afwezigheid van zuurstof). Met andere woorden, nitromethaan heeft 3,7 keer minder energie dan benzine, maar met dezelfde hoeveelheid lucht kan 8,6 keer meer nitromethaan worden geoxideerd dan benzine.

Iedereen die bekend is met verbrandingsprocessen in een automotor weet dat het echte probleem met het "persen" van meer vermogen uit een verbrandingsmotor niet is om de brandstofstroom naar de kamers te vergroten - hiervoor zijn krachtige hydraulische pompen voldoende. extreem hoge druk bereiken. De echte uitdaging is om voldoende lucht (of zuurstof) te leveren om de koolwaterstoffen te oxideren en een zo efficiënt mogelijke verbranding te garanderen. Dat is de reden waarom dragster-brandstof nitrogetan gebruikt, zonder welke het volkomen ondenkbaar zou zijn om resultaten van deze orde te behalen met een motor met een cilinderinhoud van 8,2 liter. Tegelijkertijd werken de auto's met vrij rijke mengsels (onder bepaalde omstandigheden kan nitromethaan beginnen te oxideren), waardoor een deel van de brandstof in de uitlaatpijpen wordt geoxideerd en daarboven indrukwekkende magische lichten vormt.

Koppel 6750 Newtonmeter

Het gemiddelde koppel van deze motoren bereikt 6750 Nm. Je hebt waarschijnlijk al gemerkt dat er iets vreemds aan de hand is in al dat rekenen... Feit is dat om de aangegeven grenswaarden te halen, een motor die draait met 8400 tpm elke seconde niet meer, maar liefst 1,7 kubieke meter aan verse lucht. Er is maar één manier om dit te doen: geforceerd vullen. De hoofdrol in dit geval wordt gespeeld door een enorme klassieke Roots-type mechanische eenheid, waardoor de druk in de spruitstukken van de dragster-motor (geïnspireerd op de prehistorische Chrysler Hemi Elephant) maar liefst 5 bar bereikt.

Om beter te begrijpen welke belastingen in dit geval betrokken zijn, nemen we als voorbeeld een van de legendes uit de gouden eeuw van mechanische compressoren - een 3,0-liter race-V12. Mercedes-Benz W154. Het vermogen van deze machine was 468 pk. met., maar er moet rekening mee worden gehouden dat de compressoraandrijving maar liefst 150 pk kostte. met., bereikt niet de gespecificeerde 5 bar. Als we nu 150 duizend s bij de rekening optellen, komen we tot de conclusie dat de W154 echt een ongelooflijke 618 pk had voor zijn tijd. U kunt zelf beoordelen hoeveel echt vermogen de motoren in de Top Fuel-klasse leveren en hoeveel daarvan wordt opgenomen door de mechanische compressoraandrijving. Natuurlijk zou het gebruik van een turbocompressor in dit geval veel efficiënter zijn, maar het ontwerp kon de extreme hittebelasting van de uitlaatgassen niet aan.

Begin van contractie

Gedurende het grootste deel van de geschiedenis van de auto is de aanwezigheid van een geforceerde ontstekingseenheid in interne verbrandingsmotoren een weerspiegeling van de nieuwste technologie voor de overeenkomstige ontwikkelingsfase. Dit was het geval in 2005 toen de prestigieuze prijs voor technologische innovatie in de auto-industrie en sport, genoemd naar de oprichter van het tijdschrift, Paul Peach, werd uitgereikt aan het hoofd van VW-motorontwikkeling Rudolf Krebs en zijn ontwikkelingsteam. toepassing van Twincharger-technologie in een 1,4-liter benzinemotor. Dankzij de gecombineerde geforceerde vulling van de cilinders met behulp van een synchroon systeem van mechanica en een turbocompressor, combineert de eenheid vakkundig de uniforme verdeling van het koppel en het hoge vermogen dat kenmerkend is voor atmosferische motoren met een grote cilinderinhoud met de zuinigheid en economie van kleine motoren. Elf jaar later beschikt VW's 11-liter TSI-motor (met een iets grotere cilinderinhoud om zijn efficiënte krimp als gevolg van de gebruikte Miller-cyclus te compenseren) nu over veel geavanceerdere VNT-turbocompressortechnologie en is opnieuw genomineerd voor een Paul Peach Award.

De eerste productieauto met een benzinemotor en variabele geometrie met turbocompressor, de Porsche 911 Turbo, werd in 2005 uitgebracht. Beide compressoren, gezamenlijk ontwikkeld door Porsche R&D-ingenieurs en hun collega's van Borg Warner Turbo Systems, VW gebruiken het bekende en lang gevestigde idee van variabele geometrie in turbodieseleenheden, dat vanwege een probleem niet is geïmplementeerd in benzinemotoren met een hogere (ongeveer 200 graden in vergelijking met diesel) gemiddelde uitlaatgastemperatuur. Hiervoor werden hittebestendige composietmaterialen uit de lucht- en ruimtevaartindustrie gebruikt voor gasleischoepen en een ultrasnel regelalgoritme in het regelsysteem. Prestatie van VW-ingenieurs.

De gouden eeuw van de turbocompressor

Sinds de stopzetting van de 745i in 1986 heeft BMW lang zijn eigen ontwerpfilosofie voor benzinemotoren verdedigd, volgens welke de enige "orthodoxe" manier om meer vermogen te verkrijgen was om de motor op hoge toeren te laten draaien. Geen ketterijen en geflirt met mechanische compressoren a la Mercedes (C 200 Kompressor) of Toyota (Corolla Compressor), geen voorkeur voor VW of Opel turbochargers. De motorbouwers in München gaven de voorkeur aan hoogfrequent vullen en normale atmosferische druk, het gebruik van hightech oplossingen en, in extreme gevallen, een grotere cilinderinhoud. Compressorexperimenten op basis van Beierse motoren werden bijna volledig overgedragen aan de "fakirs" door het tuningbedrijf Alpina, dat dicht bij het München-concern ligt.

Tegenwoordig produceert BMW geen benzinemotoren meer met natuurlijke aanzuiging en omvat het aanbod van dieselmotoren al een viercilindermotor met turbocompressor. Volvo gebruikt een combinatie van tanken met een mechanische en turbocompressor, Audi heeft een dieselmotor gemaakt met een combinatie van een elektrische compressor en twee cascade-turbocompressoren, Mercedes heeft een benzinemotor met een elektrische en een turbocompressor.

Maar voordat we erover praten, gaan we terug in de tijd om de wortels van deze technologische transitie te vinden. We zullen leren hoe Amerikaanse fabrikanten turbotechnologie probeerden te gebruiken om de kleinere motorafmetingen als gevolg van de twee oliecrises in de jaren tachtig te compenseren en hoe ze in deze pogingen faalden. We zullen het hebben over de mislukte pogingen van Rudolf Diesel om een ​​compressormotor te maken. We zullen ons het glorieuze tijdperk van compressormotoren in de jaren 20 en 30 herinneren, evenals de lange jaren van vergetelheid. Natuurlijk zullen we het verschijnen van de eerste productiemodellen van turbo's na de eerste grote oliecrisis van de jaren '70 niet missen. Of voor het Scania Turbo compoundsysteem. Kortom - we zullen u vertellen over de geschiedenis en evolutie van compressortechnologie ...

(volgen)

Tekst: Georgy Kolev

Voeg een reactie