Probefahrt Magic Fires: Die Geschichte der Kompressortechnologie

In dieser Reihe werden wir über Zwangsbetankung und die Entwicklung von Verbrennungsmotoren sprechen.

Er ist ein Prophet in den Schriften des Autotunings. Er ist der Retter des Dieselmotors. Viele Jahre lang wurde dieses Phänomen von den Konstrukteuren von Ottomotoren vernachlässigt, aber heute ist es allgegenwärtig. Es ist ein Turbolader ... Besser als je zuvor.

Sein Bruder, ein mechanisch angetriebener Kompressor, hat ebenfalls keine Pläne, die Bühne zu verlassen. Darüber hinaus ist er bereit für ein Bündnis, das zu einer perfekten Symbiose führen wird. In den Wirren der modernen technologischen Rivalität haben sich Vertreter zweier prähistorischer Gegenströme zusammengeschlossen, was die Maxime beweist, dass die Wahrheit ungeachtet der unterschiedlichen Ansichten unverändert bleibt.

Verbrauch 4500 l / 100 km und viel Sauerstoff

Die Rechnung ist relativ einfach und beruht allein auf den Gesetzen der Physik… Angenommen, ein rund 1000 kg schweres Auto mit hoffnungslosem Luftwiderstand legt aus dem Stand in weniger als 305 Sekunden 4,0 Meter zurück und erreicht am Ende eine Geschwindigkeit von 500 km/h des Abschnitts muss die Motorleistung dieses Autos 9000 PS überschreiten. Dieselben Berechnungen zeigen, dass sich die drehende Kurbelwelle eines Motors mit 8400 U/min innerhalb eines Abschnitts nur etwa 560 Mal drehen kann, aber das hindert den 8,2-Liter-Motor nicht daran, etwa 15 Liter Kraftstoff aufzunehmen. Als Ergebnis einer weiteren einfachen Berechnung wird deutlich, dass der Durchschnittsverbrauch dieses Autos nach dem Standardmaß des Kraftstoffverbrauchs mehr als 4500 l / 100 km beträgt. Mit einem Wort - viertausendfünfhundert Liter. Tatsächlich haben diese Motoren keine Kühlsysteme - sie werden durch Kraftstoff gekühlt ...

An diesen Figuren ist nichts Fiktionales ... Das sind große, aber durchaus reale Werte aus der Welt des modernen Drag Racing. Es ist kaum richtig, Autos, die an Rennen um maximale Beschleunigung teilnehmen, als Rennwagen zu bezeichnen, da die surrealen vierrädrigen Kreationen, eingehüllt in blauen Rauch, selbst mit der Crème de la Crème der modernen Automobiltechnologie aus der Formel 1 nicht zu vergleichen sind. Deshalb werden wir es tun Verwenden Sie den populären Namen „Dragsters“. – Auf ihre Weise zweifellos interessant, einzigartige Autos, die sowohl den Fans außerhalb der 305 Meter langen Strecke als auch den Piloten, deren Gehirn bei einer schnellen Beschleunigung von 5 g wahrscheinlich die Form eines farbigen zweidimensionalen Bildes annimmt, einzigartige Empfindungen vermitteln Rückseite des Schädels

Diese Dragster sind vielleicht die berühmteste und beeindruckendste Variante des beliebten Motorsports in den USA und gehören zur umstrittenen Top Fuel-Klasse. Der Name basiert auf der extremen Leistung der Nitromethan-Chemikalie, die höllische Maschinen als Kraftstoff für ihre Motoren verwenden. Unter dem Einfluss dieses explosiven Gemisches arbeiten die Motoren im Überlastmodus und verwandeln sich in nur wenigen Rennen in einen Haufen unnötigen Metalls. Aufgrund der Neigung des Kraftstoffs zur kontinuierlichen Detonation ähnelt das Geräusch ihres Betriebs dem hysterischen Dröhnen eines Tieres, das die letzten Momente Ihres Lebens zählt. Prozesse in Motoren können nur mit einem absolut unkontrollierbaren Chaos verglichen werden, das an das Streben nach physischer Selbstzerstörung grenzt. Normalerweise fällt einer der Zylinder am Ende des ersten Abschnitts aus. Die Leistung der Motoren, die in diesem verrückten Sport eingesetzt werden, erreicht Werte, die kein Dynamometer auf der Welt messen kann, und der Missbrauch von Maschinen überschreitet wirklich alle Grenzen des technischen Extremismus ...

Aber kehren wir zum Kern unserer Geschichte zurück und schauen uns die Eigenschaften von Nitromethan-Kraftstoff (gemischt mit ein paar Prozent ausgleichendem Methanol) genauer an, der zweifellos die stärkste Substanz ist, die in jeder Form von Autorennen verwendet wird. Aktivität. Jedes Kohlenstoffatom in seinem Molekül (CH3NO2) hat zwei Sauerstoffatome, was bedeutet, dass der Brennstoff den größten Teil des für die Verbrennung erforderlichen Oxidationsmittels mit sich führt. Aus dem gleichen Grund ist der Energiegehalt pro Liter Nitromethan niedriger als pro Liter Benzin, aber mit der gleichen Menge Frischluft, die der Motor in die Brennräume saugen kann, liefert Nitromethan während der Verbrennung erheblich mehr Gesamtenergie. ... Dies ist möglich, weil es selbst Sauerstoff enthält und daher die meisten Kohlenwasserstoffbrennstoffkomponenten oxidieren kann (normalerweise in Abwesenheit von Sauerstoff nicht brennbar). Mit anderen Worten, Nitromethan hat 3,7-mal weniger Energie als Benzin, aber mit der gleichen Luftmenge kann 8,6-mal mehr Nitromethan oxidiert werden als Benzin.

Wer sich mit Verbrennungsvorgängen in einem Automotor auskennt, weiß, dass das eigentliche Problem, mehr Leistung aus einem Verbrennungsmotor zu „quetschen“, nicht darin besteht, den Kraftstofffluss in die Kammern zu erhöhen – dafür reichen leistungsstarke Hydraulikpumpen. extrem hohen Druck erreichen. Die eigentliche Herausforderung besteht darin, genügend Luft (oder Sauerstoff) bereitzustellen, um die Kohlenwasserstoffe zu oxidieren und eine möglichst effiziente Verbrennung zu gewährleisten. Deshalb wird im Dragster-Kraftstoff Nitrogetan verwendet, ohne das bei einem Motor mit 8,2 Liter Hubraum Ergebnisse in dieser Größenordnung undenkbar wären. Gleichzeitig arbeiten die Autos mit ziemlich fetten Gemischen (unter bestimmten Bedingungen kann Nitromethan zu oxidieren beginnen), wodurch ein Teil des Kraftstoffs in den Auspuffrohren oxidiert und darüber beeindruckende magische Lichter bildet.

Drehmoment 6750 Newtonmeter

Das durchschnittliche Drehmoment dieser Motoren erreicht 6750 Nm. Sie haben wahrscheinlich schon bemerkt, dass an dieser ganzen Rechnung etwas seltsam ist ... Tatsache ist, dass ein Motor, der mit 8400 U / min läuft, jede Sekunde nicht mehr, nicht weniger als 1,7 Kubikmeter ansaugen darf, um die angegebenen Grenzwerte zu erreichen frische Luft. Es gibt nur eine Möglichkeit, dies zu tun - Zwangsbefüllung. Die Hauptrolle spielt in diesem Fall eine riesige mechanische Einheit vom klassischen Roots-Typ, dank der der Druck in den Krümmern des Dragster-Motors (inspiriert vom prähistorischen Chrysler Hemi Elephant) erstaunliche 5 bar erreicht.

Um besser zu verstehen, um welche Lasten es in diesem Fall geht, nehmen wir als Beispiel eine der Legenden aus dem goldenen Zeitalter der mechanischen Kompressoren – einen 3,0-Liter-Renn-V12. Mercedes-Benz W154. Die Leistung dieser Maschine betrug 468 PS. mit., wobei man aber bedenken sollte, dass der Kompressorantrieb satte 150 PS abgenommen hat. mit., die angegebenen 5 bar nicht erreichen. Wenn wir jetzt 150 Tsd. s auf das Konto addieren, kommen wir zu dem Schluss, dass der W154 für seine Zeit wirklich unglaubliche 618 PS hatte. Sie können selbst beurteilen, wie viel Realleistung die Motoren der Top-Fuel-Klasse erreichen und wie viel davon vom mechanischen Kompressorantrieb aufgenommen wird. Natürlich wäre der Einsatz eines Turboladers in diesem Fall wesentlich effizienter, aber dessen Konstruktion wäre der extremen Hitzebelastung durch die Abgase nicht gewachsen.

Beginn der Kontraktion

Für den größten Teil der Geschichte des Automobils war das Vorhandensein einer Zwangszündeinheit in Verbrennungsmotoren ein Spiegelbild der neuesten Technologie für den entsprechenden Entwicklungsstand. Dies war 2005 der Fall, als der renommierte Preis für technologische Innovation in der Automobil- und Sportbranche, benannt nach dem Gründer des Magazins, Paul Peach, an VW-Motorenentwicklungsleiter Rudolf Krebs und sein Entwicklungsteam verliehen wurde. Anwendung der Twincharger-Technologie in einem 1,4-Liter-Benziner. Dank der kombinierten Zwangsbefüllung der Zylinder mit einem Synchronsystem aus Mechanik und Turbolader kombiniert die Einheit gekonnt die gleichmäßige Drehmomentverteilung und die Hochleistungscharakteristik von Saugmotoren mit großem Hubraum mit dem Wirkungsgrad und der Wirtschaftlichkeit kleiner Motoren. Elf Jahre später verfügt der 11-Liter-TSI-Motor von VW (mit leicht erhöhtem Hubraum, um seine effiziente Kontraktion aufgrund des verwendeten Miller-Zyklus auszugleichen) über eine wesentlich fortschrittlichere VNT-Turboladertechnologie und wird erneut für den Paul Peach Award nominiert.

Tatsächlich wurde 911 der Porsche 2005 Turbo als erstes Serienauto mit Benzinmotor und Turbolader variabler Geometrie auf den Markt gebracht. Beide Kompressoren, gemeinsam entwickelt von Porsche-F&E-Ingenieuren und ihren Kollegen bei Borg Warner Turbo Systems, nutzt VW die bekannte und seit langem etablierte Idee der variablen Geometrie in Turbodiesel-Aggregaten, die aufgrund eines Problems bei Ottomotoren nicht umgesetzt wurde mit höherer (ca. 200 Grad gegenüber Diesel) durchschnittlicher Abgastemperatur. Dabei wurden hitzebeständige Verbundwerkstoffe aus der Luft- und Raumfahrtindustrie für Gasleitschaufeln und ein ultraschneller Regelalgorithmus im Regelsystem verwendet. Leistung der VW-Ingenieure.

Das goldene Zeitalter des Turboladers

Seit der Abkündigung des 745i im Jahr 1986 verteidigt BMW seit langem seine eigene Konstruktionsphilosophie für Benzinmotoren, wonach der einzige "orthodoxe" Weg zu mehr Leistung darin besteht, den Motor mit hohen Drehzahlen zu betreiben. Keine Häresien und Flirts mit mechanischen Kompressoren à la Mercedes (C 200 Kompressor) oder Toyota (Corolla Compressor), keine Vorliebe für VW- oder Opel-Turbolader. Die Münchner Motorenbauer gaben der Hochfrequenzbefüllung und normalem Atmosphärendruck den Vorzug, dem Einsatz von Hightech-Lösungen und im Extremfall einem größeren Hubraum. Kompressorversuche auf Basis bayerischer Motoren wurden von der dem Münchner Konzern nahestehenden Tuning-Firma Alpina fast vollständig auf die „Fakire“ übertragen.

Heute produziert BMW keine Benzin-Saugmotoren mehr, und die Dieselmotorenpalette umfasst bereits einen Vierzylinder-Turbomotor. Volvo verwendet eine Kombination aus Betankung mit einem mechanischen und einem Turbolader, Audi hat einen Dieselmotor mit einer Kombination aus einem elektrischen Kompressor und zwei Kaskaden-Turboladern entwickelt, Mercedes hat einen Benzinmotor mit einem elektrischen und einem Turbolader.

Bevor wir jedoch darüber sprechen, werden wir in der Zeit zurückgehen, um die Wurzeln dieses technologischen Wandels zu finden. Wir erfahren, wie amerikanische Hersteller versuchten, die durch die beiden Ölkrisen in den 20er Jahren bedingte Verkleinerung der Motorisierung durch Turbotechnologie zu kompensieren, und wie sie bei diesen Versuchen scheiterten. Wir werden über die erfolglosen Versuche von Rudolf Diesel sprechen, einen Kompressormotor zu bauen. Wir werden uns an die glorreiche Ära der Kompressormotoren in den 30er und 70er Jahren sowie an die langen Jahre des Vergessens erinnern. Natürlich werden wir das Erscheinen der ersten Serienmodelle von Turboladern nach der ersten großen Ölkrise der XNUMXer Jahre nicht verpassen. Oder für das Verbundsystem Scania Turbo. Kurz gesagt - wir erzählen Ihnen etwas über die Geschichte und Entwicklung der Kompressortechnologie ...

(Folgen)

Text: Georgy Kolev