Test drive Magic Fires: Η ιστορία της τεχνολογίας συμπιεστών II

Το δεύτερο μέρος της σειράς: Η εποχή των συμπιεστών - παρελθόν και παρόν

«Ο Καρλ φρενάρει απαράδεκτα και ο Μπουικ μας ξεπέρασε αργά. Τα φαρδιά λαμπερά φτερά μας πέρασαν. Ο σιγαστήρας έριξε δυνατά τον μπλε καπνό στα πρόσωπά μας. Σταδιακά, ο Buick κέρδισε περίπου είκοσι μέτρα προβάδισμα, και, όπως περιμέναμε, το πρόσωπο του ιδιοκτήτη εμφανίστηκε στο παράθυρο, χαμογελώντας θριαμβευτικά.

Σκέφτηκε ότι κέρδισε ... Μας έδωσε σήματα ιδιαίτερα ήρεμα, σίγουροι για τη νίκη του. Εκείνη τη στιγμή ο Καρλ πήδηξε. Ο συμπιεστής εξερράγη. Και ξαφνικά το χέρι που κυματίζει από το παράθυρο εξαφανίστηκε όταν ο Καρλ δέχτηκε την πρόσκληση και ήρθε. Πλησίασε ανεξέλεγκτα.

1938 Έριχ Μαρία Ρεμάρκ. «Τρεις σύντροφοι». Μια καταδικασμένη αγάπη, μια κατεστραμμένη ψυχή και η αξία μερικών δεκάδων μικρών πραγμάτων που μας θυμίζουν ότι εκτιμούμε τα απλά πράγματα μόνο όταν σβήνουν ομαλά και αμετάκλητα. Ένα μυθιστόρημα για το προνόμιο να ζεις εδώ και τώρα, κωπηλατικές χούφτες από τις χαρές της ζωής, ένα αριστούργημα για τις τεράστιες ανθρώπινες αξίεςκαι... Ο Καρλ είναι ένα αυτοκίνητο με σεμνό εγώ, αλλά με ψυχή αστείρευτη.

Τρεις σύντροφοι δημοσιεύθηκαν σε μια καμπή στην ανθρώπινη ιστορία το 1938. Λίγους μήνες μετά τη δημοσίευση, την 1η Σεπτεμβρίου 1939, την ημέρα που τα αυτοκίνητα Grand Prix ανταγωνίστηκαν σε έναν σκληρό αγώνα για το Γιουγκοσλαβικό Grand Prix, τα γερμανικά τανκς διέσχισαν τα σύνορα στην Πολωνία και οδήγησαν την ανθρωπότητα στη μεγαλύτερη πτώση της. Αυτή η ημέρα σηματοδοτεί το τέλος μιας εποχής στην αυτοκινητοβιομηχανία. Η εποχή των συμπιεστών πλησιάζει στο τέλος της.

Μέχρι πρόσφατα, η σχολαστικά γραμμένη γερμανική λέξη "Kompressor" ήταν ορατή σε αρκετά μοντέλα της Mercedes. Φυσικά, θα ήταν πολύ πιο βολικό να χρησιμοποιηθεί μια απλή συντομογραφία όπως CDI ή CGI, αλλά η σχολαστική ορθογραφία ολόκληρης της λέξης σε αυτή την περίπτωση δεν είναι τυχαία. Χωρίς αυτό, μεγάλο μέρος του αντίκτυπου στο μάρκετινγκ θα είχε χαθεί αν η πρόκληση ήταν να θυμηθούμε εκείνες τις λαμπρές εποχές στη ζωή ενός κατασκευαστή πολυτελών αυτοκινήτων, όταν όλα βασίζονταν στο σύνθημα Kompressor oder Nichts ("συμπιεστής ή τίποτα").

Το ακρωνύμιο TSI στο πλαστικό καπό του VW Golf GT το 2005 ήταν πολύ πιο συγκρατημένο και δεν προοριζόταν να χτίσει γέφυρες σε κάποια λαμπερή κληρονομιά. Η υπερβολική σεμνότητα σίγουρα δεν είναι ένα από τα χαρακτηριστικά της VW και ο κατασκευαστής της Wolfsburg δεν θα έχανε την ευκαιρία να θυμηθεί μερικές από τις επιτυχίες του, αλλά σε αυτήν την περίπτωση, η ετικέτα TSI έπρεπε να επιδείξει την τεχνική πρωτοπορία και όχι την παράδοση. Η τεχνολογική φόρμουλα που χρησιμοποιούσαν οι μηχανικοί της VW ήταν τόσο τετριμμένη όσο ιδέα, τόσο περίπλοκη όσο η υλοποίηση - ένας μικρός κινητήρας (σε αυτήν την περίπτωση, μόνο 1,4 λίτρα) παρέχει εξαιρετική δυναμική απόδοση και εντυπωσιακή ισχύ 170 ίππων. χάρη στο συνδυασμό ενός πανίσχυρου στροβιλοσυμπιεστή και μιας μικρής αλλά αποτελεσματικής μηχανικής μονάδας που γεμίζει την «τρύπα» που έχει καταστραφεί από τη μεγάλη ισχύ του στροβιλοσυμπιεστή και λειτουργεί ως ένα είδος τρόμου κατά της αρχικής βλάβης του κινητήρα. Και τη στιγμή που πιστεύαμε ότι η ιδέα είχε επιτυχία, μια νέα σειρά δίλιτρων κινητήρων μπήκε στο προσκήνιο. Η Volvo, το πιο ισχυρό από τα οποία έχει το ίδιο σύστημα ανεφοδιασμού με μηχανικούς και υπερσυμπιεστές. Όλα αυτά μας ωθούν να επιστρέψουμε στην ιστορία και να θυμηθούμε τα μακρινά πρωτότυπα των σύγχρονων αριστουργημάτων μηχανικής. Ναι, αριστουργήματα, γιατί η εξέλιξη της Volvo έβαλε για άλλη μια φορά στην ημερήσια διάταξη μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα τεχνική λύση που χρησιμοποιήθηκε με επιτυχία σε ένα υπερακριβό αγωνιστικό αυτοκίνητο πριν από δύο δεκαετίες. Spear Delta S4.

Όπως προαναφέρθηκε, δεν υπάρχει τίποτα περίπλοκο ή περίεργο για την εννοιολογική ιδέα των κινητήρων VW και Volvo. Έχουμε ζήσει εδώ και πολύ καιρό το νευραλγικό θέμα των υψηλών τιμών καυσίμων και το περίπλοκο σύνολο προκλήσεων που αντιμετωπίζουν οι σύγχρονοι σχεδιαστές αυτοκινήτων στην προσπάθειά τους να δημιουργήσουν δυναμικούς και αποδοτικούς κινητήρες.

Η ανεμοστρόβιλος του τεχνολογικού ενθουσιασμού δεν μπορούσε να παρακάμψει τους συμπιεστές στις δύο ποικιλίες τους. Επιπλέον, σήμερα οι υπερσυμπιεστές είναι από τους κύριους παίκτες στον αγώνα για μέγιστη απόδοση, προσθέτοντας νέο καύσιμο στη φωτιά μιας παλιάς ιστορίας που χρονολογείται από το 1885 ...

Μηχανήματα Rudolph Diesel και συμπιεστών

Υπάρχει κάτι από τη συναισθηματική γεύση ενός μυθιστορήματος του τέλους του 1896ου αιώνα για τα πρώτα αυτοκίνητα με κινητήρα εσωτερικής καύσης. Ωστόσο, οι δημιουργοί τους δεν ήταν απλώς φιλόδοξοι και αδαείς «αλχημιστές» και τρελοί πειραματιστές, αλλά συνήθως άνθρωποι με υψηλή μόρφωση που οι εφευρέσεις τους βασίζονται σε σοβαρή επιστημονική βάση. Αυτή η σταθερή βάση γνώσεων είναι που ξυπνά στο μυαλό του Gottlieb Daimler την ιδέα να εξοπλίσει τους κινητήρες βενζίνης και κηροζίνης του με μια εξωτερική μηχανή συμπιεστή. Δυστυχώς, οι πρώτες του προσπάθειες προς αυτή την κατεύθυνση ήταν ανεπιτυχείς και στο τέλος εγκατέλειψε την περαιτέρω ανάπτυξη. Προφανώς, εκείνη την εποχή, οι πιθανότητες προ-συμπίεσης του φρέσκου αέρα που εισέρχονταν στους κυλίνδρους ήταν εξαιρετικά μικρές - αρκεί να πούμε ότι η Daimler ασχολήθηκε και πάλι με ενεργή έρευνα σε αυτόν τον τομέα μόνο μετά το τέλος του Πρώτου Παγκοσμίου Πολέμου. Ανάλογη είναι και η πορεία του Ρούντολφ Ντίζελ. Την ίδια στιγμή που προσπαθούσε να τρέξει τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας του σε μια μεγάλη εταιρεία πετρελαίου και κατέληξε να τα πουλήσει ακριβά και πολύ ακριβά στους Σουηδούς αδελφούς Νόμπελ που εργάζονταν στα ρωσικά κοιτάσματα πετρελαίου του Καυκάσου, σχεδίασε διαγράμματα και σκέφτηκε πώς να προχωρήσει. Βελτίωση της απόδοσης, είναι καταρχήν ένας αρκετά αποδοτικός θερμικός κινητήρας. Ένα γεγονός ελάχιστα γνωστό σήμερα είναι ότι η Diesel εγκατέστησε μια μονάδα προσυμπίεσης στο δεύτερο εργαστηριακό δείγμα της, που εργαζόταν στη βάση ανάπτυξης της MAN στο Augsburg, και τον Δεκέμβριο του XNUMX εμφανίστηκε μια ολόκληρη σειρά κινητήρων ντίζελ εξοπλισμένων με συμπιεστές.

Πολύ αργότερα, ο ρόλος του κύριου βοηθού του κινητήρα ντίζελ θα παίξει ο υπερσυμπιεστής εξάτμισης, χάρη στον οποίο η εφεύρεση του Rudolf Diesel θα ανέλθει στην τρέχουσα κατάταξή του. Οι πρώτοι πειραματικοί κινητήρες Rudolf Diesel με μηχανικό συμπιεστή σημείωσαν την αναμενόμενη σημαντική αύξηση ισχύος, αλλά από άποψη απόδοσης, τα πράγματα δεν ήταν τόσο ρόδινα. Το ντίζελ, για το οποίο η οικονομία του κινητήρα είναι υψίστης σημασίας, εκτιμά τα αποτελέσματα των πειραμάτων του ως αρνητικά. Για έναν λαμπρό μηχανικό, γίνονται ένα απόλυτο και αδιάλυτο αίνιγμα, παρά τους γνωστούς νόμους της θερμοδυναμικής. Έχοντας ολοκληρώσει τα πειράματά του σε αυτόν τον τομέα, έγραψε τα ακόλουθα στο σημειωματάριό του: «Το πείραμα που πραγματοποιήθηκε στις 28 Ιανουαρίου 1897 και η σύγκριση του με προηγούμενα πειράματα στις 12 Ιανουαρίου, έθεσε το ζήτημα της επίδρασης της προ-συμπίεσης. Προφανώς, αυτό είναι εξαιρετικά επιβλαβές, οπότε από τώρα και στο εξής πρέπει να εγκαταλείψουμε αυτήν την ιδέα και να επικεντρωθούμε σε έναν συμβατικό τετρακύλινδρο κινητήρα με άμεση εισαγωγή φρέσκου αέρα από την ατμόσφαιρα στην τρέχουσα μορφή του. " Δόξα τω Θεώ, η μεγαλοφυία Diesel είναι βαθιά λάθος εδώ! Αργότερα κατέστη σαφές ότι δεν ήταν λάθος η ιδέα της αναγκαστικής πλήρωσης, αλλά ο τρόπος εφαρμογής της….

Κινητήρες ντίζελ συμπιεστών σε πλοία

Μετά από μια σειρά ανεπιτυχών πειραμάτων του Rudolf Diesel και τα λανθασμένα συμπεράσματα που τα ακολούθησαν, οι σχεδιαστές εγκατέλειψαν για μεγάλο χρονικό διάστημα τη χρήση μιας τέτοιας συσκευής για την αναγκαστική παροχή πρόσθετου καθαρού αέρα, βασιζόμενοι αποκλειστικά στη φυσική ατμοσφαιρική πίεση. Ο μόνος ορθόδοξος και αποδεδειγμένος τρόπος για την επίτευξη μεγαλύτερης ισχύος εκείνη την εποχή ήταν να αυξηθεί το επίπεδο μετατόπισης και ταχύτητας, αφού το τελευταίο είναι τεχνολογικά εφικτό. Η ομίχλη των ψευδαισθήσεων παρέμεινε για δύο δεκαετίες, έως ότου η τεχνολογία έφτασε στο απαιτούμενο επίπεδο και η εταιρεία κινητήρων MAN από τη γερμανική πόλη του Άουγκσμπουργκ έθεσε ξανά αυτή την ιδέα στην ημερήσια διάταξη. Ως αποτέλεσμα της εντατικής εργασίας της εταιρείας στις αρχές της δεκαετίας του 20 του περασμένου αιώνα, εμφανίστηκαν οι πρώτες μονάδες ντίζελ μαζικής παραγωγής με αναγκαστικό ανεφοδιασμό με χρήση μηχανικού συμπιεστή. Το 1924 υπήρχαν ήδη πλοία με κινητήρες ντίζελ με συμπιεστή, μεταξύ των οποίων μπορεί κανείς να βρει μια ενδιαφέρουσα τεχνολογική λύση στην οποία οι συμπιεστές δεν κινούνται απευθείας από τον στροφαλοφόρο άξονα, αλλά από ειδικά προσαρμοσμένους ηλεκτρικούς κινητήρες (παρατηρήσατε την αναλογία με το σημερινό V8 diesel στο Audi) , με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ισχύς τους από τους τυπικούς 900 στους 1200 ίππους. Φυσικά, σε όλες αυτές τις περιπτώσεις μιλάμε για μηχανικά κινούμενα μοντέλα - αν και στις αρχές του αιώνα η ιδέα του συμπιεστή αερίου κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, από τη στιγμή που θα εφαρμοστεί σε σειριακά μοντέλα, θα είναι πολύς καιρός. . Η εξαιρετικά αργή ανάπτυξη της τεχνολογίας συμπιεστών οφείλεται σε δύο βασικούς λόγους - την κακή επίγνωση της συμπεριφοράς των βενζινών με την εγγενή τους τάση να χτυπούν και την αβεβαιότητα σχετικά με την απόδοση διαφόρων τύπων μονάδων συμπιεστή.

Η πλήρωση βενζινοκινητήρων ξεκίνησε το 1901 όταν ο Sir Dugald Clerk (ο οποίος ήταν ένας από τους πρωτοπόρους στον δίχρονο κινητήρα, παρεμπιπτόντως) αποφάσισε να χρησιμοποιήσει μια αντλία για να πιέσει επιπλέον καθαρό αέρα στους θαλάμους καύσης. κινητήρα με τεράστια μετατόπιση. Ο υπάλληλος λαμβάνει σοβαρά και επιστημονικά τα προβλήματα των κινητήρων θερμότητας και με αυτήν τη συσκευή επιδιώκει να βελτιώσει σκόπιμα τη θερμοδυναμική απόδοση του κινητήρα. Ωστόσο, στο τέλος, αυτός, όπως ο Ντίζελ μπροστά του, κατάφερε να αυξήσει μόνο τη δύναμή του.

Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι συμπιεστές Roots βασίζονται σε μια συσκευή άντλησης που κατοχυρώνεται με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τους Frank και Philander Roots της Ιντιάνα το 1907. Η αρχή της λειτουργίας της μονάδας Roots δανείζεται από την αντλία μετάδοσης που εφευρέθηκε τον 100ο αιώνα από τον Johannes Kepler και τα πρώτα πειράματα του Gottlieb Daimler και του επικεφαλής μηχανικού του Wilhelm Maybach βασίστηκαν σε συμπιεστές Roots. Το πιο εντυπωσιακό αποτέλεσμα της μηχανικής θετικής πλήρωσης, ωστόσο, προέρχεται από τον Αμερικανό Lee Chadwick, ο οποίος το 80 εγκατέστησε έναν συμπιεστή στον τετρακύλινδρο κινητήρα του με ταχύτητα λειτουργίας εννέα φορές την ταχύτητα του στροφαλοφόρου άξονα. Έτσι, ο Chadwick πέτυχε μια τεράστια αύξηση της ισχύος και το αυτοκίνητό του έγινε το πρώτο στον κόσμο που έφτασε στην επίσημα καταχωρημένη ταχύτητα των XNUMX μίλια ανά ώρα. Φυσικά, στις πρώτες μέρες αυτής της τεχνολογίας, πολλοί σχεδιαστές πειραματίστηκαν με διάφορους άλλους τύπους συσκευών συμπιεστών όπως φυγοκεντρικές και πτερύγια. Μεταξύ των αιτήσεων ευρεσιτεχνίας μπορεί να βρεθεί ο προκάτοχος του περιστροφικού συμπιεστή εμβόλου, που χρησιμοποιείται ευρέως στα XNUMX-ies του περασμένου αιώνα από διάφορες εταιρείες, καθώς και ο συμπιεστής πτερυγίων του Arnold Theodor Zoller.

Ως αποτέλεσμα, η αναγκαστική πλήρωση δικαιολογεί την αναμενόμενη αύξηση της χωρητικότητας λίτρων και αποδεικνύεται ιδανικό εργαλείο για τη βελτίωση των δυναμικών παραμέτρων των ήδη σχεδιασμένων μονάδων.

Αλλά τα αυτοκίνητα δεν ήταν οι μόνοι υποστηρικτές του - ήδη από το 1913, υπήρχαν ήδη μηχανές ατμομηχανών με συμπιεστή και κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκοσμίου Πολέμου, η αναγκαστική φόρτιση έγινε το ιδανικό μέσο αντιστάθμισης του σπάνιου αέρα σε αεροσκάφη μεγάλου υψόμετρου.

(ακολουθώ)

Κείμενο: Georgy Kolev