Lái thử Magic Fires: lịch sử của công nghệ máy nén
Trong loạt bài này, chúng ta sẽ nói về việc nạp nhiên liệu cưỡng bức và sự phát triển của động cơ đốt trong.
Anh ấy là một nhà tiên tri trong kinh điển về độ xe. Anh ấy là vị cứu tinh của động cơ diesel. Trong nhiều năm, các nhà thiết kế động cơ xăng đã bỏ qua hiện tượng này, nhưng ngày nay nó đang trở nên phổ biến. Đó là một bộ tăng áp... Tốt hơn bao giờ hết.
Anh trai của anh, một máy nén chạy bằng điện, cũng không có kế hoạch rời sân khấu. Hơn nữa, anh ta đã sẵn sàng cho một liên minh sẽ dẫn đến sự cộng sinh hoàn hảo. Vì vậy, trong sự hỗn loạn của sự cạnh tranh công nghệ hiện đại, đại diện của hai trào lưu đối lập thời tiền sử đã thống nhất với nhau, chứng minh cho châm ngôn rằng chân lý vẫn như cũ bất kể sự khác biệt về quan điểm.
Mức tiêu thụ 4500 l / 100 km và rất nhiều oxy
Số học tương đối đơn giản và chỉ dựa trên các định luật vật lý… Giả sử rằng một chiếc ô tô nặng khoảng 1000 kg và có lực cản khí động học vô vọng di chuyển 305 mét từ trạng thái dừng trong vòng chưa đầy 4,0 giây, đạt tốc độ 500 km/h khi kết thúc của phần này, công suất động cơ của chiếc xe này phải vượt quá 9000 mã lực. Các tính toán tương tự cho thấy rằng trong một đoạn, trục khuỷu quay của động cơ quay ở tốc độ 8400 vòng / phút sẽ chỉ có thể quay khoảng 560 lần, nhưng điều đó sẽ không ngăn động cơ 8,2 lít hấp thụ khoảng 15 lít nhiên liệu. Kết quả của một phép tính đơn giản hơn, rõ ràng là theo thước đo tiêu chuẩn về mức tiêu thụ nhiên liệu, mức tiêu thụ trung bình của chiếc xe này là hơn 4500 l / 100 km. Trong một từ - bốn nghìn năm trăm lít. Trên thực tế, những động cơ này không có hệ thống làm mát - chúng được làm mát bằng nhiên liệu ...
Không có gì hư cấu trong những con số này ... Đây là những giá trị lớn, nhưng khá thực từ thế giới đua xe kéo hiện đại. Hầu như không chính xác khi coi những chiếc xe tham gia các cuộc đua để tăng tốc tối đa là xe đua, vì những sáng tạo bốn bánh siêu thực, bao phủ trong làn khói xanh, không thể so sánh được ngay cả với công nghệ ô tô hiện đại được sử dụng trong Công thức 1. Do đó, chúng tôi sẽ sử dụng tên phổ biến "dragsters" . – Chắc chắn là thú vị theo cách riêng của chúng, những chiếc xe độc đáo mang lại cảm giác độc đáo cho cả người hâm mộ bên ngoài đường đua dài 305 mét và những phi công có bộ não, với gia tốc nhanh 5 g, có thể ở dạng hình ảnh hai chiều có màu trên đường đua mặt sau của hộp sọ
Những chiếc dragster này được cho là loại mô tô thể thao nổi tiếng và ấn tượng nhất ở Hoa Kỳ, thuộc hạng Top Fuel gây tranh cãi. Cái tên này được đặt theo hiệu suất cực cao của hóa chất nitromethane mà những cỗ máy quái quỷ sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ của chúng. Dưới tác động của hỗn hợp nổ này, các động cơ hoạt động ở chế độ quá tải và chỉ trong một vài vòng đua sẽ biến thành một đống kim loại không cần thiết, và do xu hướng liên tục phát nổ của nhiên liệu, âm thanh hoạt động của chúng giống như tiếng gầm rú điên cuồng của một con quái thú đang đếm những giây phút cuối cùng của cuộc đời bạn. Các quá trình trong động cơ chỉ có thể được so sánh với sự hỗn loạn tuyệt đối không thể kiểm soát được bao quanh việc theo đuổi sự tự hủy hoại vật lý. Thông thường một trong các xi lanh bị hỏng khi kết thúc phần đầu tiên. Sức mạnh của các động cơ được sử dụng trong môn thể thao điên rồ này đạt đến những giá trị mà không một lực kế nào trên thế giới có thể đo được, và việc lạm dụng máy móc thực sự vượt quá mọi giới hạn của chủ nghĩa cực đoan kỹ thuật ...
Nhưng chúng ta hãy quay trở lại trọng tâm của câu chuyện và xem xét kỹ hơn các đặc tính của nhiên liệu nitromethane (pha trộn với một vài phần trăm metanol cân bằng), chắc chắn là chất mạnh nhất được sử dụng trong mọi hình thức đua xe. Hoạt động. Mỗi nguyên tử cacbon trong phân tử của nó (CH3NO2) có hai nguyên tử oxy, có nghĩa là nhiên liệu mang theo phần lớn chất oxy hóa cần thiết cho quá trình đốt cháy. Vì lý do tương tự, hàm lượng năng lượng trên một lít nitromethane thấp hơn so với mỗi lít xăng, nhưng với cùng một lượng không khí trong lành mà động cơ có thể hút vào buồng đốt, nitromethane sẽ cung cấp tổng năng lượng nhiều hơn đáng kể trong quá trình đốt cháy. ... Điều này có thể thực hiện được vì bản thân nó chứa oxy và do đó có thể oxy hóa hầu hết các thành phần nhiên liệu hydrocacbon (thường không cháy khi thiếu oxy). Nói cách khác, nitromethane có năng lượng ít hơn xăng 3,7 lần, nhưng với cùng một lượng không khí, nitromethane có thể bị oxy hóa nhiều hơn 8,6 lần so với xăng.
Bất kỳ ai quen thuộc với quá trình đốt cháy trong động cơ ô tô đều biết rằng vấn đề thực sự của việc "bóp" thêm công suất ra khỏi động cơ đốt trong không phải là tăng lưu lượng nhiên liệu vào các buồng - điều này là đủ đối với việc này là bơm thủy lực mạnh. đạt áp suất cực cao. Thách thức thực sự là cung cấp đủ không khí (hoặc oxy) để oxy hóa hydrocacbon và đảm bảo quá trình đốt cháy hiệu quả nhất có thể. Đó là lý do tại sao nhiên liệu của dragster sử dụng nitrogetan, nếu không có nó thì hoàn toàn không thể đạt được kết quả theo thứ tự này với động cơ có dung tích 8,2 lít. Đồng thời, những chiếc xe hoạt động với hỗn hợp khá giàu (trong một số điều kiện nhất định, nitromethane có thể bắt đầu bị oxy hóa), do đó một số nhiên liệu bị oxy hóa trong ống xả và tạo thành những ánh sáng ma thuật ấn tượng phía trên chúng.
Mô-men xoắn 6750 Newton mét
Mô-men xoắn trung bình của các động cơ này đạt 6750 Nm. Bạn có thể đã nhận thấy rằng có điều gì đó kỳ lạ trong tất cả các số học này ... Thực tế là để đạt được các giá trị giới hạn đã chỉ định, mỗi giây, động cơ chạy ở tốc độ 8400 vòng / phút phải hút không nhiều hơn, không dưới 1,7 mét khối không khí trong lành. Chỉ có một cách để làm điều này - buộc phải điền. Vai trò chính trong trường hợp này được thực hiện bởi một đơn vị cơ khí khổng lồ kiểu Roots cổ điển, nhờ đó áp suất trong các ống góp của động cơ dragster (lấy cảm hứng từ chiếc Chrysler Hemi Elephant thời tiền sử) đạt tới mức 5 bar đáng kinh ngạc.
Để hiểu rõ hơn về những tải nào liên quan đến trường hợp này, chúng ta hãy lấy một trong những huyền thoại về thời kỳ hoàng kim của máy nén cơ học làm ví dụ - động cơ V3,0 12 lít dành cho xe đua. Mercedes-Benz W154. Sức mạnh của cỗ máy này là 468 mã lực. với., nhưng cần lưu ý rằng bộ truyền động của máy nén đã chiếm công suất khổng lồ 150 mã lực. với., không đạt 5 vạch quy định. Nếu bây giờ chúng tôi thêm 150 nghìn s vào tài khoản, chúng tôi sẽ đi đến kết luận rằng W154 thực sự có công suất đáng kinh ngạc 618 mã lực vào thời điểm đó. Bạn có thể tự đánh giá xem các động cơ thuộc loại Nhiên liệu hàng đầu đạt được bao nhiêu công suất thực và bao nhiêu trong số đó được truyền động máy nén cơ học hấp thụ. Tất nhiên, việc sử dụng bộ tăng áp trong trường hợp này sẽ hiệu quả hơn nhiều, nhưng thiết kế của nó không thể đối phó với tải nhiệt cực lớn từ khí thải.
Bắt đầu co lại
Trong phần lớn lịch sử của ô tô, sự hiện diện của bộ phận đánh lửa cưỡng bức trong động cơ đốt trong phản ánh công nghệ mới nhất cho giai đoạn phát triển tương ứng. Đó là trường hợp vào năm 2005 khi giải thưởng danh giá về đổi mới công nghệ trong ngành ô tô và thể thao, được đặt theo tên người sáng lập của tạp chí, Paul Peach, được trao cho Giám đốc phát triển động cơ VW Rudolf Krebs và nhóm phát triển của ông. ứng dụng công nghệ Twincharger trong động cơ xăng 1,4 lít. Nhờ sự kết hợp nạp cưỡng bức các xi-lanh sử dụng hệ thống đồng bộ cơ khí và turbo tăng áp, bộ phận này đã kết hợp nhuần nhuyễn giữa sự phân bổ mô-men xoắn đồng đều và công suất cao đặc trưng của động cơ hút khí tự nhiên phân khối lớn với tính kinh tế và tiết kiệm của động cơ nhỏ. Mười một năm sau, động cơ TSI 11 lít của VW (với dung tích tăng lên một chút để bù lại sự co bóp hiệu quả do sử dụng chu trình Miller) giờ đây có công nghệ tăng áp VNT tiên tiến hơn nhiều và một lần nữa được đề cử cho Giải thưởng Paul Peach.
Trên thực tế, chiếc xe sản xuất đầu tiên có động cơ xăng và tăng áp biến thiên hình học, Porsche 911 Turbo đã được ra mắt vào năm 2005. Cả hai máy nén, do các kỹ sư R&D của Porsche và các đồng nghiệp của họ tại Borg Warner Turbo Systems cùng phát triển, VW sử dụng ý tưởng nổi tiếng và lâu đời về dạng hình học biến đổi trong các đơn vị turbodiesel, vốn đã không được thực hiện trong động cơ xăng do sự cố. với nhiệt độ khí thải trung bình cao hơn (khoảng 200 độ so với động cơ diesel). Đối với điều này, vật liệu composite chịu nhiệt từ ngành hàng không vũ trụ đã được sử dụng cho các cánh gạt dẫn khí và một thuật toán điều khiển cực nhanh trong hệ thống điều khiển. Thành tích của các kỹ sư VW.
Thời kỳ hoàng kim của bộ tăng áp
Kể từ khi ngừng sản xuất 745i vào năm 1986, BMW từ lâu đã bảo vệ triết lý thiết kế riêng cho động cơ xăng, theo đó cách "chính thống" duy nhất để đạt được nhiều công suất hơn là chạy động cơ ở vòng tua cao. Không dị nghị và tán tỉnh máy nén cơ khí như Mercedes (C 200 Kompressor) hoặc Toyota (Corolla Compressor), không thiên vị đối với bộ tăng áp VW hoặc Opel. Các nhà chế tạo động cơ ở Munich ưa thích việc nạp đầy tần số cao và áp suất khí quyển bình thường, sử dụng các giải pháp công nghệ cao và trong những trường hợp cực đoan, dịch chuyển lớn hơn. Các thí nghiệm về máy nén dựa trên động cơ Bavarian gần như đã được chuyển giao hoàn toàn cho "fakirs" bởi công ty điều chỉnh Alpina, công ty gần với mối quan tâm của Munich.
Ngày nay, BMW không còn sản xuất động cơ xăng hút khí tự nhiên nữa và dòng động cơ diesel đã bao gồm động cơ tăng áp bốn xi-lanh. Volvo sử dụng kết hợp tiếp nhiên liệu với cơ khí và bộ tăng áp, Audi đã tạo ra động cơ diesel với sự kết hợp của máy nén điện và hai bộ tăng áp theo tầng, Mercedes có động cơ xăng với điện và bộ tăng áp.
Tuy nhiên, trước khi nói về chúng, chúng ta sẽ quay ngược thời gian để tìm ra gốc rễ của quá trình chuyển đổi công nghệ này. Chúng ta sẽ tìm hiểu xem các nhà sản xuất Mỹ đã cố gắng sử dụng công nghệ tăng áp như thế nào để bù đắp cho việc giảm kích thước động cơ do hai cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 20 và họ đã thất bại như thế nào trong những nỗ lực này. Chúng ta sẽ nói về những nỗ lực không thành công của Rudolf Diesel để tạo ra động cơ máy nén. Chúng ta sẽ nhớ về kỷ nguyên huy hoàng của động cơ máy nén trong những năm 30 và 70, cũng như những năm dài bị lãng quên. Tất nhiên, chúng ta sẽ không bỏ lỡ sự xuất hiện của những mẫu động cơ tăng áp sản xuất đầu tiên sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ lớn đầu tiên của thập niên XNUMX. Hoặc cho hệ thống hỗn hợp Scania Turbo. Tóm lại - chúng tôi sẽ cho bạn biết về lịch sử và sự phát triển của công nghệ máy nén ...
(theo dõi)
Văn bản: Georgy Kolev
