Magic Fires の試乗: コンプレッサー技術の歴史

このシリーズでは、強制給油と内燃機関の開発について話します。

彼は車のチューニングの聖典の預言者です。彼はディーゼルエンジンの救世主です。長年、ガソリンエンジンの設計者はこの現象を軽視してきましたが、今日ではいたるところに見られるようになっています。それはターボチャージャーです...これまで以上に優れています。

彼の兄、パワー駆動コンプレッサーも、ステージを離れる計画はありません。さらに、彼は完全な共生につながる同盟の準備ができています。このように、現代の技術的競争の混乱の中で、XNUMXつの先史時代の対立する流れの代表が団結し、見方の違いに関係なく真理が同じままであるという格言を証明しました。

消費量4500 l / 100 kmと大量の酸素

計算は比較的単純で、物理法則のみに基づいています… 重量が約 1000 kg で絶望的な空力抵抗を備えた車が、静止状態から 305 メートルを 4,0 秒未満で移動し、最終的に時速 500 km の速度に達すると仮定します。セクションの中で、この車のエンジン出力は 9000 馬力を超えなければなりません。同じ計算によると、8400 rpm で回転するエンジンの回転するクランクシャフトは、560 セクション内で約 8,2 回しか回転できませんが、15 リットルのエンジンが約 4500 リットルの燃料を吸収するのを止めることはできません。もう100つの簡単な計算の結果、標準的な燃料消費量によると、この車の平均消費量はXNUMX l / XNUMX kmを超えることが明らかになりました。一言で言えば、XNUMXリットルです。実際、これらのエンジンには冷却システムがありません-燃料によって冷却されます...

これらの数字にはフィクションは何もありません...これらは大きいですが、現代のドラッグレースの世界からの非常に現実的な値です. 青い煙に包まれた超現実的な 1 輪の作品は、フォーミュラ 305 で使用されている最新の自動車技術の精鋭と比較することさえできないため、最大の加速のためにレースに参加する車をレーシングカーと呼ぶことはほとんど正しくありません。したがって、私たちは通称「ドラッグスター」を使用。 – 間違いなく独自の方法で興味深い、5 メートルトラックの外のファンと、XNUMX g の高速加速度で脳がおそらく色付きの XNUMX 次元画像の形をとるパイロットの両方に独特の感覚を提供するユニークな車頭蓋骨の後ろ

これらのドラッグスターは、おそらく米国で最も有名で最も印象的な人気のモータースポーツであり、物議を醸しているトップフューエルクラスに属しています。この名前は、地獄のような機械がエンジンの燃料として使用するニトロメタン化学物質の極端な性能に基づいています。この爆発的な混合物の影響下で、エンジンは過負荷モードで動作し、わずか数レースで不要な金属の山に変わります。燃料が継続的に爆発する傾向があるため、その動作音は、人生の最後の瞬間を数える獣のヒステリックな轟音に似ています。エンジンのプロセスは、物理的な自己破壊の追求に隣接する、絶対に制御できないカオスとのみ比較できます。通常、最初のセクションの終わりでシリンダーのXNUMXつが故障します。このクレイジーなスポーツで使用されるエンジンのパワーは、世界のダイナモメーターでは測定できない値に達し、機械の乱用は実際にエンジニアリングの極端主義のすべての限界を超えています...

しかし、私たちの話の中心に戻り、ニトロメタン燃料（数パーセントの平衡化メタノールと混合）の特性を詳しく見てみましょう。これは、間違いなく、あらゆる種類のカーレースで使用される最も強力な物質です。アクティビティ。分子内の各炭素原子（CH3NO2）には3,7つの酸素原子があります。つまり、燃料には、燃焼に必要な酸化剤のほとんどが一緒に運ばれます。同じ理由で、ニトロメタン8,6リットルあたりのエネルギー含有量はガソリンXNUMXリットルあたりよりも低くなりますが、エンジンが燃焼室に吸い込むのと同じ量の新鮮な空気の場合、ニトロメタンは燃焼中に著しく多くの総エネルギーを提供します。 ... これは、それ自体が酸素を含んでいるため、ほとんどの炭化水素燃料成分を酸化できるので可能です（通常、酸素がない場合は不燃性）。つまり、ニトロメタンはガソリンのXNUMX分のXNUMXのエネルギーですが、同じ量の空気を使用すると、ガソリンのXNUMX倍のニトロメタンを酸化できます。

自動車エンジンの燃焼プロセスに精通している人なら誰でも、内燃エンジンからより多くの出力を「絞り出す」際の本当の問題は、チャンバーへの燃料の流れを増やすことではないことを知っています。これには強力な油圧ポンプで十分です。非常に高い圧力に達します。本当の課題は、炭化水素を酸化し、可能な限り最も効率的な燃焼を確保するのに十分な空気 (または酸素) を提供することです。そのため、ドラッグスター燃料はニトロゲタンを使用しています。これがなければ、排気量8,2リットルのエンジンでこの順序の結果を達成することはまったく考えられません。同時に、車はかなり濃い混合気で動作します（特定の条件下では、ニトロメタンが酸化し始める可能性があります）。これにより、燃料の一部が排気管で酸化され、その上に印象的な魔法の光が形成されます。

トルク6750ニュートンメートル

これらのエンジンの平均トルクは 6750 Nm に達します。おそらく、このすべての計算に奇妙な点があることにすでに気づいているでしょう...実際には、指定された限界値に到達するために、毎秒 8400 rpm で動作するエンジンは、1,7 立方メートル以上の燃料を吸い込まなければなりません。新鮮な空気。これを行う唯一の方法は、強制充填です。この場合の主な役割は、ドラッグスターエンジン (先史時代のクライスラーヘミエレファントに触発された) のマニホールド内の圧力が驚異的な 5 バールに達する、巨大な古典的なルーツタイプの機械ユニットによって演じられます。

この場合にどのような負荷がかかるかをよりよく理解するために、機械式コンプレッサーの黄金時代の伝説の 3,0 つ、12 リッターレーシング V154 を例に取りましょう。メルセデスベンツ W468。このマシンのパワーは150馬力でした。と、しかし、コンプレッサー駆動がなんと5馬力を要したことを心に留めておくべきです。で、指定された 150 バーに達していません。アカウントに 154 s を追加すると、W618 は当時としては信じられないほどの XNUMX 馬力を持っていたという結論に達します。トップフューエルクラスのエンジンがどれだけの実際のパワーを達成し、機械式コンプレッサードライブによってどれだけ吸収されるかを自分で判断できます. もちろん、この場合ターボチャージャーを使用するとはるかに効率的になりますが、その設計は排気ガスからの極端な熱負荷に対処できませんでした。

収縮の開始

自動車の歴史のほとんどにおいて、内燃機関における強制点火装置の存在は、対応する開発段階の最新の技術を反映しています。これは、雑誌の創設者であるポール・ピーチにちなんで名付けられた自動車およびスポーツ産業における技術革新に対する名誉ある賞が、VWエンジン開発ヘッドのルドルフクレブスと彼の開発チームに贈られた2005年の事例です。 1,4リッターガソリンエンジンへのツインチャージャー技術の適用。機械の同期システムとターボチャージャーを使用したシリンダーの強制充填の組み合わせのおかげで、ユニットは、トルクの均一な分配と自然吸気エンジンに典型的な高出力と大きな排気量を巧みに組み合わせ、小型エンジンの経済性と経済性を兼ね備えています。 11年後、VWのXNUMXリットルTSIエンジン（使用されるミラーサイクルによる効率的な収縮を補うために排気量がわずかに増加）は、はるかに高度なVNTターボチャージャーテクノロジーを備え、再びポールピーチ賞にノミネートされました。

実際、ガソリンエンジンとターボチャージャー付き可変ジオメトリを備えた最初の量産車であるポルシェ911ターボは2005年にリリースされました。ポルシェのR＆DエンジニアとBorg Warner Turbo Systemsの同僚によって共同開発された両方のコンプレッサーは、ターボディーゼルユニットの可変ジオメトリのよく知られた長年のアイデアを使用していますが、問題のためにガソリンエンジンには実装されていません平均排気ガス温度が高い（ディーゼルと比較して約200度）。このため、航空宇宙産業の耐熱複合材料がガスガイドベーンと制御システムの超高速制御アルゴリズムに使用されました。 VWエンジニアの業績。

ターボチャージャーの黄金時代

745年に1986iが廃止されて以来、BMWはガソリンエンジンの独自の設計哲学を長い間擁護してきました。それによると、より多くのパワーを得るための唯一の「正統な」方法は、エンジンを高回転で運転することでした。メルセデス（C 200 Kompressor）またはトヨタ（Corolla Compressor）のような機械式コンプレッサーで異端やいちゃつくことはなく、VWまたはOpelターボチャージャーへの偏見もありません。ミュンヘンのエンジンビルダーは、高周波充填と通常の大気圧、ハイテクソリューションの使用、そして極端な場合には、より大きな排気量を優先しました。バイエルンのエンジンに基づくコンプレッサーの実験は、ミュンヘンの懸念に近いチューニング会社アルピナによってほぼ完全に「ファキール」に移されました。

現在、BMW は自然吸気ガソリンエンジンを生産しておらず、ディーゼルエンジンのラインナップにはすでに XNUMX 気筒ターボチャージャー付きエンジンが含まれています。ボルボは機械式ターボチャージャーと給油を組み合わせて使用し、アウディは電動コンプレッサーとXNUMXつのカスケードターボチャージャーを組み合わせたディーゼルエンジンを作成し、メルセデスは電気とターボチャージャーを備えたガソリンエンジンを使用しています.

ただし、それらについて話す前に、時間をさかのぼって、この技術的移行のルーツを見つけます。 20 年代の 30 度の石油危機に起因するエンジンサイズの縮小を補うために、アメリカの製造業者がターボ技術をどのように使用しようとしたか、またこれらの試みがどのように失敗したかを学びます。 Rudolf Dieselがコンプレッサーエンジンを作成しようとして失敗したことについて話します。 70 年代から XNUMX 年代にかけてのコンプレッサーエンジンの輝かしい時代と、長い忘却の時代を思い出すでしょう。もちろん、XNUMX 年代の最初の主要なオイルショック後のターボチャージャーの最初の量産モデルの登場も見逃せません。または Scania Turbo コンパウンドシステムの場合。要するに、コンプレッサー技術の歴史と進化についてお話しします...

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テキスト：Georgy Kolev