试驾 Magic Fires：压缩机技术的历史

在本系列中，我们将讨论强制加油和内燃机的发展。

他是汽车改装经典中的先知。 他是柴油机的救星。 多年来，汽油发动机设计者都忽视了这一现象，但如今它正变得无处不在。 这是一个涡轮增压器……比以往任何时候都好。

他的兄弟是机械驱动的压缩机，也没有退出舞台的计划。 此外，他准备结成联盟，这将导致完美的共生。 因此，在现代技术竞争的动荡中，两个史前反对潮流的代表团结了起来，证明了无论观点如何不同，真理仍然不变的格言。

消耗4500 l / 100 km和大量氧气

算法相对简单，完全基于物理定律……假设一辆重约 1000 公斤且具有无可救药的空气阻力的汽车在不到 305 秒的时间内从静止状态行驶 4,0 米，最后达到 500 公里/小时的速度的部分，这辆车的发动机功率必须超过 9000 马力。 同样的计算表明，在一个区间内，以 8400 rpm 转速旋转的发动机的旋转曲轴只能转动约 560 圈，但这不会阻止 8,2 升发动机吸收约 15 升燃油。 经过更简单的计算，很明显，根据油耗的标准测量，这辆车的平均油耗超过 4500 l / 100 km。 一句话—​​—四千五百升。 事实上，这些发动机没有冷却系统——它们是靠燃油冷却的……

这些数字中没有任何虚构......这些都是现代飙车世界的重要但真实的价值。 将参加最大加速度比赛的汽车称为赛车几乎是不正确的，因为笼罩在蓝色烟雾中的超现实四轮创作即使与一级方程式中使用的现代汽车技术精华也无法比拟。因此，我们将使用通俗的名字“dragsters”。 – 毫无疑问，独特的汽车以其独特的方式为 1 米跑道外的车迷和飞行员带来独特的感觉，他们的大脑在 305 g 的快速加速度下，可能会以彩色二维图像的形式出现在赛道上头骨的背面

这些高速赛车也许是美国流行赛车运动中最著名和最令人印象深刻的品种，属于备受争议的顶级燃料类别。 这个名字是基于地狱机器用作发动机燃料的硝基甲烷化学品的极端性能。 在这种爆炸性混合物的影响下，发动机以过载模式运转，在短短的几场比赛中就变成了一大堆不必要的金属，并且由于燃料易于连续爆炸，它们的运转声就像野兽的歇斯底里咆哮，数着生命的最后时刻。 引擎中的过程只能与追求物理自我毁灭的绝对无法控制的混乱相提并论。 通常情况下，其中一个气缸会在第一部分结束时失效。 这项疯狂运动中使用的引擎的力量达到了世界上没有任何测力计可以衡量的价值，并且机器的滥用确实超出了工程极端主义的所有极限...

但是，让我们回到故事的核心，仔细研究一下硝基甲烷燃料的特性（混合了百分之几的平衡甲醇），无疑这是在任何形式的赛车中使用的最强大的物质。 活动。 其分子（CH3NO2）中的每个碳原子都有两个氧原子，这意味着燃料携带了燃烧所需的大部分氧化剂。 出于同样的原因，每升硝基甲烷的能量含量低于每升汽油的能量含量，但是由于发动机可以吸入燃烧室的新鲜空气量相同，因此硝基甲烷将在燃烧过程中提供更多的总能量。 ... 这是可能的，因为它本身含有氧气，因此可以氧化大多数碳氢化合物燃料成分（在没有氧气的情况下通常不燃烧）。 换句话说，硝基甲烷的能量是汽油的3,7倍，但是在相同的空气量下，硝基甲烷的氧化能力是汽油的8,6倍。

任何熟悉汽车发动机燃烧过程的人都知道，从内燃机“挤出”更多动力的真正问题不是增加进入燃烧室的燃料流量——强大的液压泵就足够了。 达到极高的压力。 真正的挑战是提供足够的空气（或氧气）来氧化碳氢化合物并确保最有效的燃烧。 这就是高速赛车燃料使用 nitrogetan 的原因，如果没有它，使用排量为 8,2 升的发动机实现此订单的结果是完全不可想象的。 同时，汽车在相当浓的混合物中工作（在某些条件下，硝基甲烷会开始氧化），因此一些燃料在排气管中被氧化，并在排气管上方形成令人印象深刻的魔法灯。

扭矩6750牛顿米

这些发动机的平均扭矩达到 6750 Nm。 您可能已经注意到所有这些算术中有一些奇怪的东西......事实是，为了达到指定的极限值，以 8400 rpm 运行的发动机每秒必须吸入不超过 1,7 立方米的新鲜空气。 只有一种方法可以做到这一点——强制填充。 在这种情况下，一个巨大的经典 Roots 型机械装置发挥了主要作用，由于它，高速赛车发动机歧管中的压力（灵感来自史前克莱斯勒 Hemi Elephant）达到了惊人的 5 巴。

为了更好地理解这种情况涉及哪些负载，让我们以机械压缩机黄金时代的传奇之一——一台 3,0 升 V12 赛车为例。 梅赛德斯-奔驰 W154。 这台机器的功率是 468 马力。 与。，但应该记住，压缩机驱动器的功率高达 150 马力。 与., 未达到指定的 5 bar。 如果我们现在将 150 s 添加到帐户中，我们将得出这样的结论：W154 在当时确实拥有令人难以置信的 618 hp。 您可以自己判断 Top Fuel 级发动机的实际功率有多少，以及机械压缩机驱动吸收了多少功率。 当然，在这种情况下使用涡轮增压器会更有效率，但其设计无法应对废气产生的极端热负荷。

开始收缩

在汽车的大多数历史中，内燃机中强制点火装置的出现一直反映了相应开发阶段的最新技术。 2005年就是这种情况，以杂志创始人保罗·皮奇（Paul Peach）的名字命名的汽车和体育行业技术创新大奖授予了大众汽车发动机开发主管Rudolf Krebs及其开发团队。 Twincharger技术在1,4升汽油发动机中的应用。 由于采用了机械同步系统和涡轮增压器共同对气缸进行强制填充，因此该装置巧妙地将扭矩的均匀分布和自然吸气发动机的高功率（大排量）与小型发动机的效率和经济性完美地结合在一起。 十一年后，大众的11升TSI发动机（由于使用了米勒循环而使排量略有增加，以补偿其有效的收缩）现在采用了更为先进的VNT涡轮增压器技术，并再次获得了Paul Peach奖的提名。

事实上，保时捷 911 Turbo 是第一款配备汽油发动机和涡轮增压可变几何形状的量产车，于 2005 年发布。 这两款压缩机均由保时捷研发工程师和他们在博格华纳涡轮系统的同事共同开发，大众在涡轮柴油机中使用了众所周知且由来已久的可变几何理念，但由于存在问题，该理念尚未在汽油发动机中实施平均排气温度更高（与柴油相比约 200 度）。 为此，来自航空航天工业的耐热复合材料被用于导气叶片和控制系统中的超快速控制算法。 大众工程师的成就。

涡轮增压器的黄金时代

自 745 年 1986i 停产以来，宝马长期以来一直为自己的汽油发动机设计理念辩护，根据该理念，获得更多动力的唯一“正统”方法是让发动机以高转速运行。 没有异端邪说，也没有像梅赛德斯（C 200 Kompressor）或丰田（卡罗拉压缩机）这样的机械压缩机调情，也没有对大众或欧宝涡轮增压器的偏见。 慕尼黑发动机制造商更喜欢高频加注和正常大气压，使用高科技解决方案，在极端情况下，更喜欢更大的排量。 基于巴伐利亚发动机的压缩机实验几乎完全被调音公司 Alpina 转让给“fakirs”，这与慕尼黑的关注关系密切。

如今，BMW 不再生产自然吸气式汽油发动机，而柴油发动机系列中已经包括一款四缸涡轮增压发动机。 沃尔沃将加油与机械增压器和涡轮增压器相结合，奥迪创造了一款柴油发动机，结合了电动压缩机和两个级联涡轮增压器，梅赛德斯有一款汽油发动机，配备电动和涡轮增压器。

然而，在谈论它们之前，我们将回到过去寻找这种技术转变的根源。 我们将了解美国制造商如何尝试使用涡轮技术来弥补八十年代两次石油危机导致的发动机尺寸减小，以及他们如何在这些尝试中失败。 我们将讨论 Rudolf Diesel 制造压缩机发动机的失败尝试。 我们会记住20、30年代压缩机发动机的辉煌时代，也会记住漫长的遗忘岁月。 当然，我们也不会错过 70 年代第一次重大石油危机后首款涡轮增压器量产车型的亮相。 或者用于 Scania Turbo 复合系统。 简而言之 - 我们将向您介绍压缩机技术的历史和演变......

（跟随）

文字：Georgy Kolev