Test Drive Magic Fires: The History of Compressor Engineering II

Den andra delen av serien: Kompressorernas era – förr och nu

”Karl bromsade omärkligt och Buick passerade oss långsamt. Breda glänsande vingar kröp förbi oss. Ljuddämparen spydde blå rök högt i våra ansikten. Så småningom fick Buick cirka tjugo meter bly och sedan, som vi förväntade oss, dök upp ägarens ansikte i fönstret och glottade triumferande.

Han trodde att han vann ... Han gav oss signaler särskilt lugnt, säker på sin seger. I det ögonblicket hoppade Karl upp. Kompressorn exploderade. Och plötsligt försvann handen som vinkade från fönstret när Karl accepterade inbjudan och kom upp. Han närmade sig okontrollerat.

1938 Erich Maria Remarque. "Tre kamrater". En dödsdömd kärlek, en förkrossad själ och värdet av några dussin småsaker som påminner oss om att vi uppskattar enkla saker bara när de försvinner smidigt och oåterkalleligt. En roman om förmånen att leva här och nu, rodda en handfull av livets glädjeämnen, ett mästerverk om enorma mänskliga värden​ och ... Carl är en bil med ett blygsamt ego, men med en gränslös själ.

Tre kamrater publicerades vid en vändpunkt i mänsklighetens historia 1938. Bara några månader efter publiceringen, den 1 september 1939, dagen Grand Prix-bilarna tävlade i ett tufft lopp om den jugoslaviska Grand Prix, gick tyska stridsvagnar över gränsen till Polen och ledde mänskligheten till sitt största undergång. Denna dag markerar slutet på en era inom bilindustrin. Kompressorernas era närmar sig sitt slut.

Fram till nyligen var det noggrant stavade tyska ordet "Kompressor" synligt på en hel del Mercedes -modeller. Naturligtvis skulle det vara mycket mer bekvämt att använda en enkel förkortning som CDI eller CGI, men den noggranna stavningen av hela ordet i detta fall är inte av misstag. Utan det skulle mycket av marknadsföringseffekten ha gått förlorad om utmaningen uppstod för att återkalla de härliga tiderna i en lyxbilstillverkares liv, när allt baserades på Kompressor oder Nichts motto (kompressor eller ingenting).

Förkortningen TSI på plasthuven på VW Golf GT 2005 var mycket mer återhållsam och inte menad att bygga broar till något glamoröst arv. Överdriven blygsamhet är definitivt inte en av egenskaperna hos VW, och Wolfsburg-tillverkaren skulle inte missa möjligheten att påminna om några av dess framgångar, men i det här fallet var TSI-etiketten tvungen att visa upp det tekniska avantgardet, inte traditionen. Den tekniska formeln som användes av VW-ingenjörer var lika trivial som en idé, lika komplex som implementering - en liten motor (i detta fall endast 1,4 liter) ger utmärkt dynamisk prestanda och en imponerande effekt på 170 hk. tack vare tandem av en kraftfull turboladdare och en liten men effektiv mekanisk enhet som fyller "hålet" som härjats av turboladdarens stora kraft och fungerar som ett slags dop mot det initiala motorhaveriet. Och precis när vi trodde att idén var en succé kom en ny serie tvålitersmotorer in på scenen. Volvo, den kraftfullaste av dem har samma tankningssystem med mekaniska och turboladdare. Allt detta får oss att återvända till historien och minnas de avlägsna prototyperna av moderna tekniska mästerverk. Ja, mästerverk, för utvecklingen av Volvo har återigen satt på agendan en extremt intressant teknisk lösning som framgångsrikt användes i en superdyr racerbil för två decennier sedan. Spear Delta S4.

Som redan nämnts finns det inget komplicerat eller konstigt med den konceptuella idén med VW- och Volvomotorer. Vi har länge levt igenom det neuralgiska temat om höga bränslepriser och den komplexa uppsättning utmaningar som moderna bildesigners står inför i deras strävan att skapa både dynamiska och bränsleeffektiva drivlinor.

Virvelvinden av teknisk spänning kunde inte kringgå kompressorer i sina två varianter. Dessutom är idag turboladdare bland de viktigaste aktörerna i loppet för maximal effektivitet, vilket ger nytt bränsle till elden i en gammal historia som går tillbaka till 1885 ...

Rudolph Diesel och kompressormaskiner

Det finns något av den sentimentala smaken av en roman från slutet av 1896-talet om de första bilarna med förbränningsmotorer. Deras skapare var dock inte bara ambitiösa och okunniga "alkemister" och galna experimenterare, utan vanligtvis högutbildade människor vars uppfinningar bygger på en seriös vetenskaplig grund. Det är denna solida kunskapsbas som väcker i Gottlieb Daimlers sinne tanken på att utrusta sina bensin- och fotogenmotorer med en extern kompressormaskin. Tyvärr misslyckades hans första försök i denna riktning, och till slut övergav han ytterligare utveckling. Tydligen vid den tiden var chanserna att förkomprimera den friska luften som kom in i cylindrarna extremt små - det räcker med att säga att Daimler återigen engagerade sig i aktiv forskning på detta område först efter slutet av första världskriget. Rudolf Diesels väg är liknande. Samtidigt som han försökte driva sina patent i ett stort oljebolag och slutade med att sälja dem dyra och för dyra till de svenska bröderna Nobel som arbetade på de ryska oljefälten i Kaukasus, ritade han diagram och kom på hur han skulle kunna fortsätta förbättra effektiviteten, det är en ganska effektiv värmemotor i princip. Ett faktum som är lite känt idag är att Diesel installerade en förkompressionsenhet på sitt andra laboratorieprov, som arbetade på MANs utvecklingsbas i Augsburg, och i december XNUMX dök en hel serie dieselmotorer utrustade med kompressorer upp.

Mycket senare kommer rollen som dieselmotorns huvudassistent att spelas av avgasturboladdaren, tack vare vilken uppfinningen av Rudolf Diesel kommer att stiga till sin nuvarande rang. De första experimentella Rudolf Dieselmotorerna med en mekanisk kompressor noterade den förväntade betydande ökningen av effekten, men när det gäller effektivitet var sakerna inte så rosiga. Diesel, för vilken motorns ekonomi är av största vikt, bedömer resultaten av sina egna experiment som negativa. För en lysande ingenjör blir de en absolut och olöslig gåta, i strid med hans välkända termodynamiska lagar. Efter att ha slutfört sina experiment på detta område skrev han följande i sin anteckningsbok: ”Ett experiment som genomfördes den 28 januari 1897 och jämförelse med tidigare experiment den 12 januari väckte frågan om effekten av förkomprimering. Uppenbarligen är detta extremt skadligt, så från och med nu måste vi överge denna idé och fokusera på en konventionell fyrcylindrig motor med direkt intag av frisk luft från atmosfären i sin nuvarande form. " Tack och lov, genialet Diesel har djupt fel här! Senare stod det klart att det inte var tanken på tvångsfyllning som var fel, utan sättet att implementera den ....

Kompressordieselmotorer på fartyg

Efter en serie misslyckade experiment av Rudolf Diesel och de felaktiga slutsatserna som följde dem, övergav designarna under lång tid användningen av en sådan anordning för tvångstillförsel av ytterligare frisk luft, och förlitade sig enbart på naturligt atmosfärstryck. Det enda ortodoxa och beprövade sättet att uppnå mer kraft vid den tiden var att öka förskjutningen och hastighetsnivån, eftersom det senare är tekniskt genomförbart. Dimman av vanföreställningar dröjde sig kvar i två decennier, tills tekniken nådde den krävda nivån, och motorföretaget MAN från den tyska staden Augsburg satte åter denna idé på agendan. Som ett resultat av företagets intensiva arbete i början av 20-talet av förra seklet dök de första massproducerade dieselenheterna med tvångstankning med hjälp av en mekanisk kompressor upp. Redan 1924 fanns det fartyg med kompressordieselmotorer, bland vilka man kan hitta en intressant teknisk lösning där kompressorerna inte drivs direkt från vevaxeln, utan från specialanpassade elmotorer (ni märkte analogin med dagens V8-diesel på Audi) , som ett resultat som ökar deras effekt från standard 900 till 1200 hk. Naturligtvis talar vi i alla dessa fall om mekaniskt drivna enheter - även om idén om gaskompressorn patenterades i början av århundradet, när den implementeras i seriemodeller, kommer det att vara en länge sedan. . Den extremt långsamma utvecklingen av kompressorteknik beror på två huvudorsaker - dålig medvetenhet om bensinens beteende med deras inneboende knackningsbenägenhet och osäkerhet om effektiviteten hos olika typer av kompressorenheter.

Påfyllningen av bensinmotorer började 1901, när Sir Dugald Clerk (som förresten var en av pionjärerna för tvåtaktsmotorer) beslutade att använda en pump för att tvinga ytterligare frisk luft in i förbränningskamrarna. motor med enormt slagvolym. Kontoristen tar problemen med värmemotorer på allvar och vetenskapligt och försöker med den här enheten avsiktligt förbättra motorns termodynamiska effektivitet. Men i slutändan lyckades han, precis som Diesel före honom, bara öka sin makt.

De vanligaste rotkompressorerna idag är baserade på en pumpanordning som patenterades av Frank och Philander Roots från Indiana på 1907-talet. Grundprincipen för rotenheten lånas från växelpumpen som uppfanns på 100-talet av Johannes Kepler, och de första experimenten med Gottlieb Daimler och hans överingenjör Wilhelm Maybach baserades på rotkompressorer. Det mest imponerande resultatet av mekanisk positiv fyllning kommer emellertid från amerikanen Lee Chadwick, som 80 installerade en kompressor på den enorma sexcylindriga motorn i sin bil, vars arbetshastighet är nio gånger vevaxelns hastighet. Således uppnådde Chadwick en enorm ökning av kraften, och hans bil blev den första i världen som nådde den officiellt registrerade hastigheten på XNUMX miles per timme. Naturligtvis under de första dagarna av denna teknik experimenterade många designers med olika andra typer av kompressoranordningar som centrifugal och blad. Bland patentansökningarna finns föregångaren till den roterande kolvkompressorn, som i stor utsträckning användes i XNUMX-åren under förra seklet av flera företag, liksom vinge kompressor av Arnold Theodor Zoller.

Som ett resultat motiverar tvångsfyllning den förväntade ökningen av liter kapacitet och visar sig vara ett idealiskt verktyg för att förbättra de dynamiska parametrarna för redan designade enheter.

Men bilar var inte de enda anhängarna av det – redan 1913 fanns lokmotorer med kompressor, och under första världskriget blev tvångsladdning ett idealiskt medel för att kompensera för förtärd luft i flygplan på hög höjd.

(att följa)

Text: Georgy Kolev