נסיעת מבחן Magic Fires: ההיסטוריה של טכנולוגיית המדחס

בסדרה זו נדבר על תדלוק כפוי ופיתוח מנועי בעירה פנימית.

הוא נביא בכתבי הקודש של כוונון מכוניות. הוא המושיע של מנוע הדיזל. במשך שנים רבות, מתכנני מנועי בנזין הזניחו את התופעה הזו, אך כיום היא הופכת להיות בכל מקום. זה מגדש טורבו... טוב מתמיד.

גם אחיו, מדחס מונע חשמל, לא מתכוון לעזוב את הבמה. יתר על כן, הוא מוכן לברית שתוביל לסימביוזה מושלמת. לפיכך, בתוך סערת היריבות הטכנולוגית המודרנית התאחדו נציגי שני זרמים מנוגדים פרה-היסטוריים, והוכיחו את המקסימום שהאמת נותרה זהה ללא קשר להבדל בהשקפות.

צריכת 4500 ליטר / 100 ק"מ והרבה חמצן

החשבון פשוט יחסית ומבוסס אך ורק על חוקי הפיזיקה... בהנחה שמכונית ששוקלת בסביבות 1000 ק"ג ועם גרר אווירודינמי חסר סיכוי נוסעת 305 מטר מעמידה בפחות מ-4,0 שניות, ומגיעה בסוף למהירות של 500 קמ"ש. בסעיף, הספק המנוע של מכונית זו חייב לעלות על 9000 כ"ס. אותם חישובים מראים שבתוך קטע, גל ארכובה מסתובב של מנוע שמסתובב ב-8400 סל"ד יוכל להסתובב רק כ-560 פעמים, אבל זה לא ימנע ממנוע ה-8,2 ליטר לספוג כ-15 ליטר דלק. כתוצאה מחישוב פשוט נוסף, מתברר שלפי המדד הסטנדרטי של צריכת הדלק, הצריכה הממוצעת של מכונית זו היא יותר מ-4500 ליטר/100 ק"מ. במילה אחת - ארבעת אלפים וחמש מאות ליטר. למעשה, למנועים אלה אין מערכות קירור - הם מקוררים על ידי דלק ...

אין שום דבר בדיוני בדמויות האלה... אלו הם ערכים גדולים, אבל די אמיתיים מעולם מרוצי הדראג המודרניים. בקושי נכון להתייחס למכוניות המשתתפות במירוצי תאוצה מרבית כמכוניות מירוץ, שכן יצירות ארבעת הגלגלים הסוריאליסטיות, עטויות עשן כחול, אינן ניתנות להשוואה אפילו לקרם של טכנולוגיית הרכב המודרנית המשמשת בפורמולה 1. לכן, אנו נעשה השתמש בשם העממי "דראגסטרים". – ללא ספק מעניינות בדרכן, מכוניות ייחודיות המספקות תחושות ייחודיות הן לאוהדים מחוץ למסלול 305 מטר והן לטייסים שהמוח שלהם, בתאוצה מהירה של 5 גרם, כנראה מקבל צורה של תמונה דו-ממדית צבעונית על גבי האחורי של הגולגולת

דרקונים אלה הם אולי המגוון המפורסם והמרשים ביותר בספורט המוטורי הפופולרי בארצות הברית, השייך למחלקת Top Fuel המחלוקת. השם מבוסס על הביצועים הקיצוניים של הכימיקל ניטרומטן שמשמשים מכונות גיהינום כדלק למנועים שלהם. בהשפעת תערובת נפץ זו, המנועים פועלים במצב עומס יתר ובכמה מירוצים הופכים לערימת מתכת מיותרת, ובשל נטיית הדלק להתפוצץ ברציפות, צליל פעולתם מזכיר את שאגת ההיסטריה של חיה המונה את הרגעים האחרונים בחייכם. ניתן להשוות בין תהליכים במנועים רק לכאוס בלתי נשלט מוחלט הגובל במרדף להרס עצמי פיזי. בדרך כלל אחד הצילינדרים נכשל בסוף החלק הראשון. כוחם של המנועים המשמשים בספורט משוגע זה מגיע לערכים שאף דינמומטר בעולם אינו יכול למדוד, והתעללות במכונות חורגת באמת מכל גבולות הקיצוניות ההנדסית ...

אבל בואו נחזור ללב הסיפור שלנו ונסתכל מקרוב על התכונות של דלק ניטרומתן (מעורבב עם כמה אחוזים של מתנול איזון), שהוא ללא ספק החומר החזק ביותר המשמש בכל סוג של מרוצי מכוניות. פעילות. לכל אטום פחמן במולקולה שלו (CH3NO2) שני אטומי חמצן, מה שאומר שהדלק נושא עמו את רוב החמצון הדרוש לבעירה. מאותה סיבה, תכולת האנרגיה לליטר ניטרומתן נמוכה מליטר בנזין, אך עם אותה כמות אוויר צח שהמנוע יכול לינוק לתאי הבעירה, ניטרומתן יספק אנרגיה כוללת משמעותית יותר במהלך הבעירה. ... זה אפשרי מכיוון שהוא עצמו מכיל חמצן ולכן יכול להתחמצן ברוב רכיבי הדלק הפחמימנים (בדרך כלל לא דליקים בהיעדר חמצן). במילים אחרות, לניטרומטן יש אנרגיה פי 3,7 פחות מאשר בנזין, אך עם אותה כמות אוויר, ניתן לחמצן פי פי 8,6 ניטרומתן מאשר בנזין.

כל מי שמכיר תהליכי בעירה במנוע רכב יודע שהבעיה האמיתית ב"סחיטת" יותר כוח ממנוע בעירה פנימית היא לא להגביר את זרימת הדלק לתוך החדרים - מספיקות לכך משאבות הידראוליות חזקות. להגיע ללחץ גבוה במיוחד. האתגר האמיתי הוא לספק מספיק אוויר (או חמצן) כדי לחמצן את הפחמימנים ולהבטיח את הבעירה היעילה ביותר האפשרית. לכן דלק דראגסטר משתמש בניטרוגטן, שבלעדיו לא יעלה על הדעת להגיע לתוצאות בסדר גודל כזה עם מנוע בנפח של 8,2 ליטר. במקביל, המכוניות עובדות עם תערובות עשירות למדי (בתנאים מסוימים, ניטרומתאן יכול להתחיל להתחמצן), שבגללן חלק מהדלק מתחמצן בצינורות הפליטה ויוצר מעליהם אורות קסם מרשימים.

מומנט 6750 מטר ניוטון

המומנט הממוצע של מנועים אלה מגיע ל-6750 ננומטר. בטח כבר שמתם לב שיש משהו מוזר בכל החשבון הזה... העובדה היא שכדי להגיע לערכי הגבול המצוינים, כל שנייה מנוע שפועל ב-8400 סל"ד חייב לשאוב פנימה לא יותר, לא פחות מ-1,7 מ"ק. אוויר צח. יש רק דרך אחת לעשות זאת - מילוי מאולץ. את התפקיד העיקרי במקרה זה ממלאת יחידה מכאנית ענקית מסוג Roots, שבזכותה הלחץ בסעפות של מנוע הדראגסטר (בהשראת קרייזלר חמי אלפנט הפרהיסטורי) מגיע ל-5 בר מדהים.

כדי להבין טוב יותר באילו עומסים מדובר במקרה זה, בואו ניקח כדוגמה את אחת האגדות של תור הזהב של המדחסים המכניים - V3,0 מירוץ בנפח 12 ליטר. מרצדס בנץ W154. ההספק של מכונה זו היה 468 כ"ס. עם., אבל צריך לזכור שהנעת המדחס לקחה 150 כ"ס עצומים. עם., לא מגיע ל-5 בר שצוין. אם נוסיף כעת 150 אלף שניות לחשבון, נגיע למסקנה של-W154 באמת היו 618 כ"ס מדהימים לתקופתו. אתה יכול לשפוט בעצמך כמה כוח אמיתי משיגים המנועים בדרגת Top Fuel וכמה ממנו נספג בהנעת המדחס המכני. כמובן, השימוש במגדש טורבו במקרה זה יהיה הרבה יותר יעיל, אך העיצוב שלו לא יכול היה להתמודד עם עומס החום הקיצוני מגזי הפליטה.

התחלת התכווצות

במשך רוב ההיסטוריה של הרכב, נוכחותה של יחידת הצתה מאולצת במנועי בעירה פנימית הייתה ביטוי לטכנולוגיה העדכנית ביותר לשלב הפיתוח המקביל. זה היה המקרה בשנת 2005, כאשר הפרס היוקרתי לחדשנות טכנולוגית בענפי הרכב והספורט, שנקרא על שם מייסד המגזין, פול אפרסק, הוענק לראש פיתוח המנועים של פולקסווגן, רודולף קרבס וצוות הפיתוח שלו. יישום של טכנולוגיית Twincharger במנוע בנזין בנפח 1,4 ליטר. הודות למילוי הכפוי המשולב של הגלילים באמצעות מערכת מכאנית סינכרונית ומגדש טורבו, היחידה משלבת במיומנות את חלוקת המומנט האחידה וההספק הגבוה האופייני למנועים עם שאיפה טבעית עם תזוזה גדולה עם כלכלה וחסכון של מנועים קטנים. 11 שנים מאוחר יותר, מנוע ה- TSI של XNUMX ליטר TSI (עם עקירה מוגברת מעט בכדי לפצות על התכווצותו היעילה עקב מחזור מילר המשמש) מציג כעת טכנולוגיית מגדשי טורבו VNT מתקדמת בהרבה והוא מועמד שוב לפרס פול פיץ '.

למעשה, מכונית הייצור הראשונה עם מנוע בנזין וגיאומטריה משתנה עם טורבו, פורשה 911 טורבו שוחררה בשנת 2005. שני המדחסים, שפותחו במשותף על ידי מהנדסי המחקר והפיתוח של פורשה ועמיתיהם בבורג וורנר מערכות טורבו, פולקסווגן משתמשים ברעיון הידוע והוותק של גיאומטריה משתנה ביחידות טורבו-דיזל, אשר לא יושם במנועי בנזין עקב בעיה. עם טמפרטורת גז פליטה ממוצעת גבוהה יותר (כ -200 מעלות בהשוואה לסולר). לשם כך, חומרים מרוכבים עמידים בחום מהתעשייה האווירית שימשו לשבבות הנחיית גז ואלגוריתם בקרה מהיר במיוחד במערכת הבקרה. הישג של מהנדסי פולקסווגן.

תור הזהב של מגדש הטורבו

מאז הפסקת ה- 745i ב -1986, ב.מ.וו הגנה זה מכבר על פילוסופיית העיצוב שלה למנועי בנזין, לפיה הדרך ה"אורתודוקסית "היחידה להשיג יותר כוח היא הפעלת המנוע בסל"ד גבוה. בלי כפירה ופלרטוט עם מדחסים מכניים א לה מרצדס (C 200 Kompressor) או טויוטה (מדחס קורולה), אין הטיה כלפי פולקסווגן או אופל מגדשי טורבו. בוני מנועי מינכן העדיפו מילוי בתדירות גבוהה ולחץ אטמוספרי רגיל, שימוש בפתרונות הייטק ובמקרים קיצוניים עקירה גדולה יותר. ניסויי מדחס המבוססים על מנועים בוואריים הועברו כמעט לחלוטין ל"פקירים "על ידי חברת הכוונון Alpina, הקרובה לדאגה של מינכן.

כיום, ב.מ.וו כבר לא מייצרת מנועי בנזין בשאיבה טבעית, ומערך מנועי הדיזל כבר כולל מנוע בעל ארבעה צילינדרים טורבו. וולוו משתמשת בשילוב של תדלוק עם מכני ומגדש טורבו, אאודי יצרה מנוע דיזל בשילוב של מדחס חשמלי ושני מגדשי טורבו מדורגים, למרצדס מנוע בנזין עם מגדש חשמלי ומגדש טורבו.

עם זאת, לפני שנדבר עליהם, נחזור אחורה בזמן כדי למצוא את שורשי המעבר הטכנולוגי הזה. נלמד כיצד יצרניות אמריקאיות ניסו להשתמש בטכנולוגיית טורבו כדי לפצות על הפחתת מידות המנוע שנבעה משני משברי הנפט בשנות השמונים וכיצד נכשלו בניסיונות אלו. נדבר על הניסיונות הלא מוצלחים של רודולף דיזל ליצור מנוע מדחס. נזכור את העידן המפואר של מנועי המדחס בשנות ה-20 וה-30, כמו גם את שנות השכחה הארוכות. כמובן, לא נחמיץ את הופעתם של דגמי הייצור הראשונים של מגדשי טורבו לאחר משבר הנפט הגדול הראשון של שנות ה-70. או למערכת המתחם סקניה טורבו. בקיצור - נספר לכם על ההיסטוריה וההתפתחות של טכנולוגיית המדחסים...

(לעקוב)

טקסט: ג'ורג'י קולב