Test Drive Magic Fires: Historia inżynierii sprężarek II

Druga część serii: Era kompresorów - przeszłość i teraźniejszość

„Karl zahamował niezauważalnie i buick powoli nas wyprzedził. Obok nas pełzały szerokie lśniące skrzydła. Tłumik wypluł głośno niebieski dym w nasze twarze. Stopniowo buick zyskał około dwudziestu metrów ołowiu, a potem, jak się spodziewaliśmy, w oknie pojawiła się twarz właściciela, uśmiechając się triumfalnie.

Myślał, że wygrał ... Dał nam sygnały szczególnie spokojnie, pewny swojego zwycięstwa. W tym momencie Karl podskoczył. Sprężarka eksplodowała. I nagle ręka machająca z okna zniknęła, kiedy Karl przyjął zaproszenie i podszedł. Zbliżał się niekontrolowanie.

1938 Ericha Marii Remarque'a. „Trzej towarzysze”. Skazana na porażkę miłość, zdruzgotana dusza i wartość kilkudziesięciu drobiazgów, które przypominają nam, że proste rzeczy doceniamy tylko wtedy, gdy płynnie i nieodwracalnie przemijają. Powieść o przywileju życia tu i teraz, czerpaniu radości życia pełnymi garściami, arcydzieło o niezmierzonych ludzkich wartościach i… Carl to samochód o skromnym ego, ale o bezgranicznej duszy.

Trzech towarzyszy ukazało się w punkcie zwrotnym historii ludzkości w 1938 roku. Zaledwie kilka miesięcy po publikacji, 1 września 1939 r., W dniu, w którym samochody Grand Prix rywalizowały w zaciętym wyścigu o Grand Prix Jugosławii, niemieckie czołgi przekroczyły granicę z Polską i doprowadziły ludzkość do największego upadku. Ten dzień to koniec epoki w branży motoryzacyjnej. Era sprężarek dobiega końca.

Do niedawna skrupulatnie napisane niemieckie słowo „Kompressor” było widoczne w wielu modelach Mercedesa. Oczywiście dużo wygodniej byłoby użyć prostego skrótu, takiego jak CDI lub CGI, ale skrupulatna pisownia całego słowa nie jest w tym przypadku przypadkowa. Bez tego większość wpływu marketingowego zostałaby utracona, gdyby pojawiło się wyzwanie, by przypomnieć sobie te wspaniałe czasy z życia producenta samochodów luksusowych, kiedy wszystko opierało się na motcie Kompressor oder Nichts (sprężarka albo nic).

Akronim TSI na plastikowej masce VW Golfa GT w 2005 roku był znacznie bardziej powściągliwy i nie miał na celu budowania mostów do jakiegoś wspaniałego dziedzictwa. Nadmierna skromność zdecydowanie nie należy do cech VW, a producent z Wolfsburga nie przepuściłby okazji do przypomnienia niektórych swoich sukcesów, ale w tym przypadku etykieta TSI musiała pokazać techniczną awangardę, a nie tradycję. Formuła technologiczna zastosowana przez inżynierów VW była równie banalna jak pomysł, tak skomplikowana jak realizacja – mały silnik (w tym przypadku zaledwie 1,4 litra) zapewnia doskonałe osiągi dynamiczne i imponującą moc 170 KM. dzięki tandemowi potężnej turbosprężarki i małej, ale wydajnej jednostki mechanicznej, która wypełnia „dziurę” wyżłobioną przez dużą moc turbosprężarki i działa jak swego rodzaju lekarstwo na początkową awarię silnika. I właśnie wtedy, gdy myśleliśmy, że pomysł się powiódł, na scenę wkroczyła nowa linia silników dwulitrowych. Volvo, z których najmocniejszy ma ten sam system tankowania z mechanicznymi i turbosprężarkami. Wszystko to skłania nas do powrotu do historii i przywołania odległych prototypów arcydzieł współczesnej inżynierii. Tak, arcydzieła, bo rozwój Volvo po raz kolejny postawił na porządku dziennym niezwykle ciekawe rozwiązanie techniczne, które z powodzeniem zastosowano w superdrogim samochodzie wyścigowym dwie dekady temu. Włócznia Delta S4.

Jak już wspomniano, w koncepcyjnej idei silników VW i Volvo nie ma nic skomplikowanego ani dziwnego. Od dawna przeżywamy neuralgiczny temat wysokich cen paliwa i złożonego zestawu wyzwań, przed którymi stają współcześni projektanci samochodów, dążąc do stworzenia dynamicznych i oszczędnych układów napędowych.

Wir technologicznej ekscytacji nie mógł ominąć sprężarek w ich dwóch odmianach. Co więcej, turbosprężarki są dziś jednymi z głównych graczy w wyścigu o maksymalną wydajność, dodając nowe paliwo do ognia starej historii, która sięga 1885 roku ...

Rudolph Diesel i maszyny sprężarkowe

Jest coś z sentymentalnego posmaku powieści z końca XIX wieku o pierwszych samochodach z silnikiem spalinowym. Jednak ich twórcami byli nie tylko ambitni i ignoranccy „alchemicy” i szaleni eksperymentatorzy, ale zazwyczaj ludzie z wyższym wykształceniem, których wynalazki opierają się na poważnych podstawach naukowych. To właśnie ta solidna baza wiedzy budzi w umyśle Gottlieba Daimlera pomysł wyposażenia jego silników benzynowych i naftowych w zewnętrzną sprężarkę. Niestety, jego pierwsze próby w tym kierunku zakończyły się niepowodzeniem i ostatecznie porzucił dalszy rozwój. Najwyraźniej w tamtym czasie szanse na wstępne sprężenie świeżego powietrza przedostającego się do cylindrów były bardzo małe - wystarczy powiedzieć, że Daimler ponownie zaangażował się w aktywne badania w tej dziedzinie dopiero po zakończeniu pierwszej wojny światowej. Podobna jest droga Rudolfa Diesela. W tym samym czasie, gdy próbował uruchomić swoje patenty w dużej firmie naftowej i ostatecznie sprzedał je drogim i zbyt drogim szwedzkim braciom Nobel pracującym na rosyjskich polach naftowych na Kaukazie, rysował diagramy i wymyślił, jak dalej poprawić wydajność. w zasadzie jest to dość wydajny silnik cieplny. Mało znanym dziś faktem jest to, że Diesel zainstalował jednostkę wstępnego sprężania na swojej drugiej próbce laboratoryjnej, pracującej w bazie rozwojowej MAN w Augsburgu, aw grudniu 1896 roku pojawiła się cała seria silników wysokoprężnych wyposażonych w sprężarki.

Dużo później rolę głównego pomocnika silnika wysokoprężnego będzie pełnić turbosprężarka wydechowa, dzięki której wynalazek Rudolfa Diesla osiągnie swoją obecną rangę. Pierwsze eksperymentalne silniki Rudolf Diesel z mechaniczną sprężarką odnotowały oczekiwany znaczny wzrost mocy, ale pod względem wydajności nie było tak różowo. Diesel, dla którego ekonomia silnika ma ogromne znaczenie, ocenia wyniki własnych eksperymentów jako negatywne. Dla genialnego inżyniera stają się absolutną i nierozwiązywalną zagadką, wbrew jego dobrze znanym prawom termodynamiki. Po zakończeniu swoich eksperymentów w tej dziedzinie napisał w swoim notatniku: „Eksperyment przeprowadzony 28 stycznia 1897 r. I porównanie z wcześniejszymi eksperymentami 12 stycznia podniosło kwestię wpływu wstępnej kompresji. Oczywiście jest to niezwykle szkodliwe, więc od teraz musimy porzucić ten pomysł i skupić się na konwencjonalnym czterocylindrowym silniku z bezpośrednim zasysaniem świeżego powietrza z atmosfery w jego obecnej formie ”. Dzięki Bogu, genialny Diesel bardzo się tu myli! Później okazało się, że to nie pomysł wymuszonego wypełnienia był błędny, ale sposób jego realizacji….

Sprężarki wysokoprężne na statkach

Po serii nieudanych eksperymentów Rudolfa Diesela i wynikających z nich błędnych wnioskach projektanci na długi czas zrezygnowali z używania takiego urządzenia do wymuszonego dostarczania dodatkowego świeżego powietrza, opierając się wyłącznie na naturalnym ciśnieniu atmosferycznym. Jedynym ortodoksyjnym i sprawdzonym sposobem na osiągnięcie większej mocy w tamtym czasie było zwiększenie wyporności i poziomu prędkości, ponieważ to drugie jest technicznie wykonalne. Mgła złudzeń utrzymywała się przez dwie dekady, aż technologia osiągnęła wymagany poziom, a firma produkująca silniki MAN z niemieckiego miasta Augsburg ponownie umieściła ten pomysł na porządku dziennym. W wyniku intensywnych prac firmy na początku lat 20. ubiegłego wieku pojawiły się pierwsze masowo produkowane jednostki wysokoprężne z wymuszonym tankowaniem za pomocą mechanicznej sprężarki. W 1924 roku istniały już statki z kompresorowymi silnikami wysokoprężnymi, wśród których można znaleźć ciekawe rozwiązanie technologiczne, w którym sprężarki nie są napędzane bezpośrednio z wału korbowego, ale ze specjalnie przystosowanych silników elektrycznych (zauważyliście analogię z dzisiejszym dieslem V8 w Audi) , w efekcie czego zwiększa się ich moc ze standardowych 900 do 1200 KM. Oczywiście we wszystkich tych przypadkach mówimy o jednostkach napędzanych mechanicznie - choć na początku wieku opatentowano pomysł kompresora gazu, to do czasu jego wdrożenia w modelach seryjnych będzie już długi czas. . Niezwykle powolny rozwój techniki sprężarkowej wynika z dwóch głównych przyczyn – słabej świadomości zachowania się benzyn z ich nieodłączną tendencją do stukania oraz niepewności co do sprawności różnych typów agregatów sprężarkowych.

Napełnianie silników benzynowych rozpoczęło się w 1901 roku, kiedy Sir Dugald Clerk (nawiasem mówiąc, jeden z pionierów silników dwusuwowych) zdecydował się użyć pompy do wtłaczania dodatkowego świeżego powietrza do komór spalania. silnik o dużej pojemności skokowej. Urzędnik poważnie i naukowo traktuje problemy z silnikiem cieplnym i za pomocą tego urządzenia stara się celowo zwiększyć wydajność termodynamiczną silnika. Jednak ostatecznie, podobnie jak wcześniej Diesel, zdołał tylko zwiększyć swoją moc.

Obecnie najczęściej używane sprężarki Roots są oparte na urządzeniu pompującym opatentowanym przez Franka i Philandera Rootsów z Indiany w 1907 roku. Zasada działania jednostki Roots została zapożyczona z pompy zębatej wynalezionej w 100-tym wieku przez Johannesa Keplera, a pierwsze eksperymenty Gottlieba Daimlera i jego głównego inżyniera Wilhelma Maybacha oparte były na sprężarkach Rootsa. Najbardziej imponujący wynik mechanicznego pozytywnego napełniania pochodzi jednak od Amerykanina Lee Chadwicka, który w 80 roku zainstalował sprężarkę na ogromnym sześciocylindrowym silniku swojego samochodu, którego prędkość robocza jest dziewięciokrotnie większa niż prędkość wału korbowego. W ten sposób Chadwick osiągnął potworny wzrost mocy, a jego samochód jako pierwszy na świecie osiągnął oficjalnie zarejestrowaną prędkość XNUMX mil na godzinę. Oczywiście we wczesnych dniach tej technologii wielu projektantów eksperymentowało z różnymi innymi typami urządzeń sprężarkowych, takich jak odśrodkowe i łopatkowe. Wśród zgłoszeń patentowych można znaleźć poprzednika rotacyjnej sprężarki tłokowej, szeroko stosowanej w XNUMX-ach ubiegłego wieku przez kilka firm, a także sprężarkę łopatkową Arnolda Theodora Zollera.

W efekcie wymuszone napełnianie uzasadnia spodziewany wzrost pojemności litrów i okazuje się idealnym narzędziem do poprawy parametrów dynamicznych już projektowanych jednostek.

Ale samochody nie były jedynymi jej zwolennikami - już w 1913 roku istniały już silniki lokomotyw ze sprężarką, a podczas pierwszej wojny światowej wymuszone ładowanie stało się idealnym sposobem kompensacji rozrzedzonego powietrza w samolotach wysokogórskich.

(podążać)

Tekst: Georgy Kolev