ทดลองขับ Magic Fires: ประวัติเทคโนโลยีคอมเพรสเซอร์

ในซีรีส์นี้เราจะพูดถึงการเติมเชื้อเพลิงแบบบังคับและการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ท่านเป็นพระศาสดาในคัมภีร์การปรับแต่งรถ เขาคือผู้กอบกู้เครื่องยนต์ดีเซล เป็นเวลาหลายปีที่นักออกแบบเครื่องยนต์เบนซินละเลยปรากฏการณ์นี้ แต่ปัจจุบันนี้เริ่มเป็นที่แพร่หลาย เป็นเทอร์โบชาร์จเจอร์...ดีกว่าเดิม

น้องชายของเขาซึ่งเป็นคอมเพรสเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานก็ไม่มีแผนที่จะลงจากเวทีเช่นกัน ยิ่งไปกว่านั้นเขาพร้อมสำหรับการเป็นพันธมิตรที่จะนำไปสู่การมีชีวิตที่สมบูรณ์แบบ ดังนั้นในความวุ่นวายของการแข่งขันทางเทคโนโลยีสมัยใหม่ตัวแทนของกระแสต่อต้านในยุคก่อนประวัติศาสตร์สองแห่งจึงรวมตัวกันพิสูจน์ให้เห็นว่าความจริงยังคงเหมือนเดิมไม่ว่าจะมีมุมมองที่แตกต่างกันอย่างไร

ปริมาณการใช้ 4500 ลิตร / 100 กม. และออกซิเจนจำนวนมาก

เลขคณิตนั้นค่อนข้างเรียบง่ายและขึ้นอยู่กับกฎของฟิสิกส์เท่านั้น… สมมติว่ารถที่มีน้ำหนักประมาณ 1000 กก. และแรงต้านอากาศพลศาสตร์ที่สิ้นหวังสามารถเดินทางได้ 305 เมตรจากจุดหยุดนิ่งภายในเวลาน้อยกว่า 4,0 วินาที และถึงความเร็ว 500 กม./ชม. ในตอนท้าย ของส่วน กำลังเครื่องยนต์ของรถคันนี้ต้องเกิน 9000 แรงม้า การคำนวณเดียวกันนี้แสดงให้เห็นว่าภายในส่วนหนึ่ง เพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ที่หมุนที่ 8400 รอบต่อนาทีจะสามารถหมุนได้เพียง 560 ครั้ง แต่นั่นจะไม่ทำให้เครื่องยนต์ 8,2 ลิตรหยุดดูดซับเชื้อเพลิงประมาณ 15 ลิตร จากการคำนวณอย่างง่าย ๆ อีกอย่างหนึ่งเป็นที่ชัดเจนว่าตามการวัดปริมาณการใช้เชื้อเพลิงมาตรฐานการบริโภคเฉลี่ยของรถคันนี้มากกว่า 4500 ลิตร / 100 กม. ในคำ - สี่พันห้าร้อยลิตร ในความเป็นจริงเครื่องยนต์เหล่านี้ไม่มีระบบระบายความร้อน - ระบายความร้อนด้วยเชื้อเพลิง ...

ตัวเลขเหล่านี้ไม่มีนิยาย ... สิ่งเหล่านี้ยิ่งใหญ่ แต่มีคุณค่าที่แท้จริงจากโลกแห่งการแข่งรถลากสมัยใหม่ แทบจะไม่ถูกต้องเลยที่จะกล่าวถึงรถที่เข้าร่วมการแข่งขันเพื่อให้ได้อัตราเร่งสูงสุดเหมือนรถแข่ง เนื่องจากการสร้างสรรค์สี่ล้อเหนือจริงที่ปกคลุมไปด้วยควันสีฟ้านั้นหาที่เปรียบไม่ได้แม้แต่กับครีมของเทคโนโลยียานยนต์สมัยใหม่ที่ใช้ใน Formula 1 ดังนั้นเราจะ ใช้ชื่อยอดนิยมว่า "dragsters" . – น่าสนใจในแบบของตัวเองอย่างไม่ต้องสงสัย รถยนต์ที่ไม่เหมือนใครซึ่งมอบความรู้สึกที่ไม่เหมือนใครให้กับแฟนๆ ที่อยู่นอกลู่วิ่ง 305 เมตร และสำหรับนักบินที่สมองด้วยอัตราเร่งที่รวดเร็ว 5 กรัม อาจอยู่ในรูปของภาพสองมิติสีบน ด้านหลังของกะโหลกศีรษะ

นักแข่งรถเหล่านี้ถือเป็นรูปแบบของมอเตอร์สปอร์ตยอดนิยมที่มีชื่อเสียงและน่าประทับใจที่สุดในสหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นของคลาส Top Fuel ที่เป็นที่ถกเถียงกัน ชื่อนี้ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพสูงสุดของสารเคมีไนโตรมีเธนที่เครื่องจักรนรกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ ภายใต้อิทธิพลของส่วนผสมที่ระเบิดได้เครื่องยนต์จะทำงานในโหมดโอเวอร์โหลดและในการแข่งขันเพียงไม่กี่ครั้งจะกลายเป็นกองโลหะที่ไม่จำเป็นและเนื่องจากเชื้อเพลิงมีแนวโน้มที่จะระเบิดอย่างต่อเนื่องเสียงของการทำงานของพวกมันจึงคล้ายกับเสียงคำรามของสัตว์ร้ายที่นับช่วงเวลาสุดท้ายของชีวิตคุณ กระบวนการในเครื่องยนต์สามารถเปรียบเทียบได้กับความสับสนวุ่นวายที่ไม่สามารถควบคุมได้ซึ่งมีพรมแดนติดกับการแสวงหาการทำลายล้างทางกายภาพ โดยปกติแล้วหนึ่งในกระบอกสูบจะล้มเหลวในตอนท้ายของส่วนแรก พลังของเครื่องยนต์ที่ใช้ในกีฬาที่บ้าคลั่งนี้ถึงค่าที่ไม่มีเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าในโลกสามารถวัดได้และการใช้เครื่องจักรในทางที่ผิดนั้นเกินขีด จำกัด ของความคลั่งไคล้ทางวิศวกรรมจริงๆ ...

แต่กลับมาที่หัวใจหลักของเรื่องราวของเราและศึกษาคุณสมบัติของเชื้อเพลิงไนโตรมีเธน (ผสมกับเมทานอลที่สมดุลเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์) ซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นสารที่ทรงพลังที่สุดที่ใช้ในการแข่งรถทุกรูปแบบ กิจกรรม. คาร์บอนแต่ละอะตอมในโมเลกุล (CH3NO2) มีออกซิเจนสองอะตอมซึ่งหมายความว่าเชื้อเพลิงมีสารออกซิแดนท์ส่วนใหญ่ที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้ ด้วยเหตุผลเดียวกันปริมาณพลังงานต่อลิตรของไนโตรมีเธนจึงต่ำกว่าน้ำมันเบนซินต่อลิตร แต่ด้วยปริมาณอากาศบริสุทธิ์ที่เครื่องยนต์สามารถดูดเข้าไปในห้องเผาไหม้ได้ไนโตรมีเทนจะให้พลังงานทั้งหมดในระหว่างการเผาไหม้อย่างมีนัยสำคัญ ... สิ่งนี้เป็นไปได้เพราะในตัวมันเองมีออกซิเจนดังนั้นจึงสามารถออกซิไดซ์ส่วนประกอบเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่ได้ (โดยปกติจะไม่ติดไฟหากไม่มีออกซิเจน) กล่าวอีกนัยหนึ่งไนโตรมีเธนมีพลังงานน้อยกว่าน้ำมันเบนซิน 3,7 เท่า แต่ด้วยอากาศในปริมาณเท่ากันไนโตรมีเธนสามารถออกซิไดซ์ได้มากกว่าน้ำมันเบนซินถึง 8,6 เท่า

ใครก็ตามที่คุ้นเคยกับกระบวนการเผาไหม้ในเครื่องยนต์รถยนต์รู้ดีว่าปัญหาที่แท้จริงของการ "บีบ" กำลังออกจากเครื่องยนต์สันดาปภายในให้มากขึ้นนั้นไม่ใช่การเพิ่มการไหลของเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเครื่อง - ปั๊มไฮดรอลิกอันทรงพลังก็เพียงพอแล้วสำหรับสิ่งนี้ ถึงความดันสูงมาก ความท้าทายที่แท้จริงคือการจัดหาอากาศ (หรือออกซิเจน) ให้เพียงพอเพื่อออกซิไดซ์ไฮโดรคาร์บอนและทำให้การเผาไหม้มีประสิทธิภาพมากที่สุด นั่นคือเหตุผลที่เชื้อเพลิงแดร็กสเตอร์ใช้ไนโตรเจแทน ซึ่งเป็นไปไม่ได้เลยที่จะบรรลุผลตามคำสั่งนี้ด้วยเครื่องยนต์ที่มีปริมาตรกระบอกสูบ 8,2 ลิตร ในขณะเดียวกันรถยนต์ก็ทำงานกับส่วนผสมที่ค่อนข้างเข้มข้น (ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ไนโตรมีเทนสามารถเริ่มออกซิไดซ์ได้) เนื่องจากเชื้อเพลิงบางส่วนถูกออกซิไดซ์ในท่อไอเสียและสร้างแสงวิเศษที่น่าประทับใจเหนือพวกมัน

แรงบิด 6750 นิวตันเมตร

แรงบิดเฉลี่ยของเครื่องยนต์เหล่านี้สูงถึง 6750 นิวตันเมตร คุณอาจสังเกตเห็นแล้วว่ามีสิ่งแปลก ๆ ในเลขคณิตทั้งหมดนี้ ... ความจริงก็คือเพื่อให้ถึงค่าขีด จำกัด ที่ระบุทุก ๆ วินาทีเครื่องยนต์ที่ทำงานที่ 8400 รอบต่อนาทีจะต้องดูดเข้าไปไม่มาก ไม่น้อยกว่า 1,7 ลูกบาศก์เมตรของ อากาศบริสุทธิ์. มีวิธีเดียวเท่านั้นที่จะทำเช่นนี้ - การบังคับการบรรจุ บทบาทหลักในกรณีนี้แสดงโดยหน่วยกลไกประเภท Roots แบบคลาสสิกขนาดใหญ่ ซึ่งต้องขอบคุณแรงดันในท่อร่วมของเครื่องยนต์แดร็กสเตอร์ (ที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก Chrysler Hemi Elephant ยุคก่อนประวัติศาสตร์) ถึง 5 บาร์ที่ส่าย

เพื่อให้เข้าใจถึงโหลดที่เกี่ยวข้องในกรณีนี้มากขึ้น ลองมาเป็นตัวอย่างหนึ่งในตำนานของยุคทองของคอมเพรสเซอร์เชิงกล - 3,0 ลิตร V12 สำหรับรถแข่ง เมอร์เซเดส-เบนซ์ W154. พลังของเครื่องนี้คือ 468 แรงม้า ด้วย., แต่ควรระลึกไว้เสมอว่าไดรฟ์คอมเพรสเซอร์ใช้กำลังมากถึง 150 แรงม้า กับ., ไม่ถึง 5 bar ที่กำหนด. หากตอนนี้เราเพิ่ม 150 s ในบัญชีเราจะได้ข้อสรุปว่า W154 มี 618 แรงม้าที่เหลือเชื่อจริงๆ คุณสามารถตัดสินได้ด้วยตัวคุณเองว่าเครื่องยนต์ในกลุ่ม Top Fuel มีกำลังจริงเท่าใดและถูกดูดซับโดยกลไกของคอมเพรสเซอร์มากน้อยเพียงใด แน่นอนว่าการใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์ในกรณีนี้จะมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก แต่การออกแบบนั้นไม่สามารถรับมือกับภาระความร้อนสูงจากไอเสียได้

เริ่มหดตัว

สำหรับประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ของรถยนต์การมีหน่วยจุดระเบิดแบบบังคับในเครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นภาพสะท้อนของเทคโนโลยีล่าสุดสำหรับขั้นตอนการพัฒนาที่สอดคล้องกัน กรณีนี้เกิดขึ้นในปี 2005 เมื่อรางวัลอันทรงเกียรติสำหรับนวัตกรรมเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมยานยนต์และกีฬาซึ่งตั้งชื่อตามผู้ก่อตั้งนิตยสาร Paul Peach ถูกเสนอต่อหัวหน้าฝ่ายพัฒนาเครื่องยนต์ของ VW Rudolf Krebs และทีมพัฒนาของเขา การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี Twincharger ในเครื่องยนต์เบนซิน 1,4 ลิตร ต้องขอบคุณการเติมกระบอกสูบแบบบังคับโดยใช้ระบบซิงโครนัสของกลไกและเทอร์โบชาร์จเจอร์หน่วยนี้จึงผสมผสานการกระจายแรงบิดที่สม่ำเสมอและกำลังสูงตามแบบฉบับของเครื่องยนต์ที่ดูดอากาศโดยธรรมชาติเข้ากับการกระจัดขนาดใหญ่ด้วยความประหยัดและความประหยัดของเครื่องยนต์ขนาดเล็ก สิบเอ็ดปีต่อมาเครื่องยนต์ TSI ขนาด 11 ลิตรของ VW (พร้อมการกระจัดที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเพื่อชดเชยการหดตัวที่มีประสิทธิภาพเนื่องจากใช้วงจรมิลเลอร์) ในขณะนี้มีเทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จเจอร์ VNT ขั้นสูงมากขึ้นและได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัล Paul Peach Award อีกครั้ง

อันที่จริง Porsche 911 Turbo เป็นรถยนต์สำหรับการผลิตคันแรกที่มีเครื่องยนต์เบนซินและรูปทรงแปรผันของเทอร์โบชาร์จ ซึ่งเปิดตัวในปี 2005 คอมเพรสเซอร์ทั้งสองซึ่งพัฒนาโดยวิศวกรของ Porsche R&D และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาที่ Borg Warner Turbo Systems VW ใช้แนวคิดที่รู้จักกันดีและเป็นที่ยอมรับมายาวนานเกี่ยวกับเรขาคณิตแปรผันในหน่วย turbodiesel ซึ่งไม่ได้ใช้งานในเครื่องยนต์เบนซินเนื่องจากมีปัญหา ด้วยอุณหภูมิก๊าซไอเสียเฉลี่ยที่สูงขึ้น (ประมาณ 200 องศาเมื่อเทียบกับดีเซล) ด้วยเหตุนี้ วัสดุคอมโพสิตที่ทนความร้อนจากอุตสาหกรรมการบินและอวกาศจึงถูกนำมาใช้สำหรับใบพัดนำก๊าซและอัลกอริธึมการควบคุมที่รวดเร็วเป็นพิเศษในระบบควบคุม ความสำเร็จของวิศวกร VW

ยุคทองของเทอร์โบชาร์จเจอร์

นับตั้งแต่การหยุดผลิต 745i ในปี 1986 บีเอ็มดับเบิลยูได้ปกป้องปรัชญาการออกแบบของตัวเองสำหรับเครื่องยนต์เบนซินมาอย่างยาวนาน ตามแนวทาง "ดั้งเดิม" ทางเดียวที่จะบรรลุพละกำลังที่มากขึ้นได้คือการใช้เครื่องยนต์ที่รอบสูง ไม่มีการนอกรีตและเจ้าชู้กับคอมเพรสเซอร์แบบกลไก a la Mercedes (C 200 Kompressor) หรือ Toyota (Corolla Compressor) ไม่มีอคติต่อเทอร์โบชาร์จเจอร์ของ VW หรือ Opel ผู้สร้างเครื่องยนต์ในมิวนิกต้องการการเติมความถี่สูงและความดันบรรยากาศปกติ การใช้โซลูชันที่ใช้เทคโนโลยีขั้นสูง และในกรณีที่รุนแรง ให้ใช้ขนาดกระบอกสูบที่ใหญ่ขึ้น การทดลองเกี่ยวกับคอมเพรสเซอร์โดยใช้เครื่องยนต์บาวาเรียเกือบทั้งหมดถูกถ่ายโอนไปยัง "fakirs" โดยบริษัทปรับแต่ง Alpina ซึ่งใกล้เคียงกับความกังวลของมิวนิก

ทุกวันนี้ BMW ไม่ได้ผลิตเครื่องยนต์เบนซินแบบดูดอากาศตามธรรมชาติอีกต่อไป และกลุ่มผลิตภัณฑ์เครื่องยนต์ดีเซลมีเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จแบบสี่สูบแล้ว วอลโว่ใช้การผสมผสานระหว่างการเติมน้ำมันกับเครื่องกลและเทอร์โบชาร์จเจอร์ Audi ได้สร้างเครื่องยนต์ดีเซลที่ประกอบด้วยคอมเพรสเซอร์ไฟฟ้าและเทอร์โบชาร์จเจอร์แบบคาสเคดสองตัว Mercedes มีเครื่องยนต์เบนซินพร้อมไฟฟ้าและเทอร์โบชาร์จเจอร์

อย่างไรก็ตาม ก่อนที่จะพูดถึงสิ่งเหล่านี้ เราจะย้อนเวลากลับไปหาต้นตอของการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีนี้กัน เราจะได้เรียนรู้วิธีที่ผู้ผลิตในอเมริกาพยายามใช้เทคโนโลยีเทอร์โบเพื่อชดเชยการลดขนาดเครื่องยนต์อันเป็นผลจากวิกฤตน้ำมันสองครั้งในทศวรรษที่ 20 และวิธีที่ล้มเหลวในความพยายามเหล่านี้ เราจะพูดถึงความพยายามที่ไม่ประสบความสำเร็จของ Rudolf Diesel ในการสร้างเครื่องยนต์คอมเพรสเซอร์ เราจะจดจำยุครุ่งเรืองของเครื่องยนต์คอมเพรสเซอร์ในช่วงทศวรรษที่ 30 และ 70 ตลอดจนช่วงเวลาที่ยาวนานแห่งการลืมเลือน แน่นอนเราจะไม่พลาดการปรากฏตัวของเทอร์โบชาร์จเจอร์รุ่นแรกที่ผลิตหลังจากวิกฤตน้ำมันครั้งใหญ่ครั้งแรกในยุค XNUMX หรือสำหรับระบบผสม Scania Turbo ในระยะสั้น - เราจะบอกคุณเกี่ยวกับประวัติและวิวัฒนาการของเทคโนโลยีคอมเพรสเซอร์ ...

(ติดตาม)

ข้อความ: Georgy Kolev