Втората част на поредицата: Компресорната ера - минало и настояще
"Карл неусетно намали скоростта си, а буикът бавно ни изпревари. Широките блестящи калници се промъкнаха край нас. Ауспухът шумно блъвна към лицата ни синкав дим. Постепенно буикът си извоюва около двайсет метра преднина и тогава, както очаквахме, на прозореца се появи лицето на собственика, победоносно ухилено.
Смяташе, че е спечелил... Даваше ни знак особено спокойно, уверен в победата си. В същия миг Карл подскочи. Компресорът просвири. И неочаквано ръката, махаща от прозореца, изчезна, тъй като Карл бе приел поканата и приближаваше. Приближаваше неудържимо... С всички сили се понесе напред, потънал в кал, с тресящи се калници, един пожънал победа мърльо.”
1938 година. Ерих Мария Ремарк. „Трима другари”. Една обречена любов, една опустошена душа и стойността на няколко дузини дреболии, които ни напомнят, че оценяваме простичките неща едва когато те безметежно и необратимо си отидат. Един роман за привилегията да си жив тук и сега, да гребеш с пълни шепи от радостите на живота, шедьовър за неизмеримите човешки стойности и за... Карл – един автомобил с възскромно его, но с безгранична душа.
Романът „Трима другари” излиза на бял свят през преломната за човешката история 1938 година. Само няколко месеца след публикуването му, на 1 септември 1939 г., в деня, в който болидите от Гран При се състезават в бясна надпревара за Голямата награда на Югославия, германските танкове прекосяват границата с Полша и повеждат човечеството към неговото най-голямо грехопадение. На този ден настъпва и краят на една епоха в автомобилостроенето. Отива си “компресорната ера”.
Доскоро върху немалко от моделите на Mercedes можеше да бъде забелязана грижливо изписаната с релефен хром немска дума „Kompressor”. Разбира се, далеч по-удобно би било да се използва някое простичко съкращение от типа на CDI или CGI, но педантичното изписване на цялата дума в случая съвсем не е случайно. Без нея би се загубила сериозна част от маркетинговия ефект, имащ за задача да напомни за онези славни времена от житието на производителя на луксозни автомобили, когато всичко се основава на девиза Kompressor oder Nichts („компресор или нищо”).
Съкращението TSI върху пластмасовия капак на двигателя на VW Golf GT през 2005 година бе далеч по-дискретно и съвсем нямаше за цел да прокарва мостове към някакво бляскаво историческо наследство. Прекомерната скромност определено не е сред присъщите на VW качества и волфсбургският производител не би пропуснал възможността да напомни за някой свой успех, но в случая надписът ТSI трябваше да демонстрира по-скоро технически авангардизъм, отколкото наличие на традиции. Използваната от инженерите на VW технологична формула бе колкото тривиална като идея, толкова и комплексна като реализация – двигателят с малък работен обем (в случая едва 1,4 литра) постига отлични динамични характеристики и впечатляваща мощ от 170 к. с. благодарение на тандема от мощен турбокомпресор и малък, но ефективен механичен агрегат, запълващ опразнената от големия капацитет на турбото „дупка” и изпълняващ ролята на своеобразен допинг срещу първоначалната немощ на двигателя. И когато смятахме че и тази идея си отива, на сцената се появи новата гама от двулитрови двигатели на Volvo, най-мощният от които разполага със същата система за пълнене с механичен и турбокомпресор. Всичко това ни провокира да се върнем към историята и да си припомним далечните първообрази на съвременните инженерни шедьоври. Да, именно шедьоври, защото разработката на Volvo постави отново на дневен ред едно изключително интересно техническо решение, използвано с успех преди две десетилетия в свърхскъпата състезателна Lancia Delta S4.
Както вече споменахме, в концептуалната идея зад двигателите на VW и Volvo няма нищо сложно или странно. Отдавна предъвкваме невралгичната тема за високите цени на горивата и сложния комплекс от задачи, пред който се изправят съвременните автомобилни конструктори в своя стремеж към създаване на едновременно динамични и икономични задвижващи агрегати.
Вихърът на този технологичен устрем не можеше да подмине компресорите в двете им разновидности. Нещо повече – днес турбокомпресорите са сред основните играчи в надпреварата за постигане на максимална ефективност, наливайки ново масло в огъня на една стара история, започнала още през далечната 1885 година...
Рудолф Дизел и компресорните машини
В разказите за първите моторни превозни средства с двигател с вътрешно горене има нещо от сантименталния привкус на роман от края на XIX век. Техните създатели обаче не са били просто амбициозни и неуки “алхимици” и смахнати експериментатори, а по правило изключително образовани хора, чиито изобретения са поставени на сериозна научна основа. Именно тази сериозна база от знания извиква още в съзнанието на Готлиб Даймлер идеята за оборудване на неговите работещи с бензин и керосин двигатели с външна компресираща машина. За съжаление първите му опити в тази насока се оказват отчайващо неуспешни и в крайна сметка той се отказва от по-нататъшни разработки. Очевидно по онова време шансовете да се осъществи предварително сгъстяване на постъпващия в цилиндрите свеж въздух са изключително малки – достатъчно е да споменем, че в Daimler се заемат отново с активни изследвания в тази област чак след края на Първата световна война. Аналогичен е и пътят на Рудолф Дизел. По същото време, по което той се опитва да лансира патентите си пред някоя от големите нефтени компании и в края на краищата успява да ги продаде скъпо и прескъпо на шведите братя Нобел, опериращи в кавказките нефтени полета на Русия, той чертае схеми и мъдрува как да увеличи допълнително коефициента на полезно действие на своята доста ефективна по принцип топлинна машина. Малко известен днес факт е, че Дизел монтира агрегат за предварително сгъстяване на въздуха още на втория си лабораторен образец, заработил в развойната база на M.A.N. в Аугсбург, а през декември 1896 г. се появява цяла серия от оборудвани с компресори дизелови двигатели.
Много по-късно в ролята на основен помощник на дизеловия двигател ще влезе задвижваният от отработилите газове турбокомпресор, благодарение на който изобретението на Рудолф Дизел ще се изкачи до днешния си ранг. Първите експериментални двигатели на Рудолф Дизел с механичен компресор отбелязват очакваното значително покачване на мощността, но нещата съвсем не се оказват толкова розови по отношение на коефициента на полезно действие. Дизел, за когото икономичността на двигателя е първостепенен фактор, оценява резултатите от собствените си експерименти като негативни. За гениалния инженер те се превръщат в абсолютна и неразрешима загадка, противоречаща на добре познатите му закони на термодинамиката. След като приключва опитите в тази област, той записва в бележника си следното: „Проведеният на 28 януари 1897 г. експеримент и сравнението между него и предхождащите го експерименти от 12 януари, поставиха остро въпроса за въздействието на предварителната компресия. Тя очевидно е извънредно вредна и затова от този момент нататък следва да се откажем от тази идея и да се концентрираме върху обикновения четирицилиндров двигател с директно всмукване на свеж въздух от атмосферата в досегашния му вид.” Слава богу, тук гениалният Дизел дълбоко се заблуждава! Впоследствие се оказва, че погрешна е не самата идея за принудително пълнене, а начинът за нейната реализация....
Компресорни дизели в корабите
След серията от неуспешни експерименти на Рудолф Дизел и последвалите погрешни изводи, конструкторите за дълго време се отказват от използването на подобно устройство за принудително захранване с допълнително количество свеж въздух, осланяйки се изключително и само на естественото атмосферното налягане. Единственият правоверен и проверен на практика способ за постигане на по-висока мощност по това време си остава увеличаването на работния обем и нивото на оборотите, доколкото последното е технологично осъществимо. Мъглата на заблудата се стеле цели две десетилетия, докато технологиите не достигат необходимото ниво и фирмата за производство на двигатели M.A.N. от германския град Аугсбург отново не поставя идеята на дневен ред. В резултата от интензивната работа на компанията в началото на 20-те години на миналия век се появяват първите серийно произведени дизелови агрегати, използващи принудително пълнене с механичен компресор. През 1924 г. вече съществуват кораби с компресорни дизелови двигатели, сред които може да бъде открито и едно интересното технологично решение, при което компресорите се задвижват не директно от коляновия вал, а от специално пригодени за целта електрически двигатели (забелязвате ли аналогията с днешния V8 дизел на Audi), вследствие на което мощността им нараства от стандартните 900 на цели 1200 к. с. Разбира се, във всички тези случаи става дума за задвижвани по механичен път агрегати – макар в началото на века идеята за задвижван от отработилите газове компресор вече да е патентована, до момента на внедряването й в серийни образци ще измине още дълъг период от време. Изключително бавното развитие на компресорните технологии се дължи на две основни причини – слабото познаване на поведението на бензините с тяхната вродена склонност към детонации и неяснотата относно ефективността на различните видове компресорни агрегати.
Началото на принудителното пълнене при бензиновите машини е поставено през 1901 г., когато сър Дугалд Клерк (между другото, той е и един от пионерите в областта на двутактовите двигатели) решава да използва помпа за нагнетяване на допълнително количество свеж въздух в горивните камери на един двигател с огромен работен обем. Клерк подхожда сериозно и научно към проблемите на топлинните машини и с помощта на това устройство се стреми съзнателно да повиши термодинамичната ефективност на мотора. В края на краищата обаче и той, както и Дизел преди него, успява единствено да повиши неговата мощност.
Най-често прилаганите днес компресори от типа Roots са базирани на устройство за изпомпване на вода, патентовано от Франк и Филандър Руутс от Индиана през шейсетте години на XIX век. Принципът на който действа агрегатът Roots, е заимстван от зъбната помпа, изобретена още през XVI век от Йоханес Кеплер, а първите опити на Готлиб Даймлер и главния му инженер Вилхелм Майбах са базирани именно на Roots компресори. Най-впечатляващият резултат от прилагането на механичното принудително пълнене все пак принадлежи на американеца Лий Чадуик, който през 1907 г. поставя на огромния шестцилиндров двигател на своя автомобил компресор, чиито работни обороти са девет пъти по-високи от тези на коляновия вал. По този начин Чадуик постига чудовищно увеличение на мощността, а автомобилът му е първият в света, достигнал официално регистрирана скорост от 100 мили в час. Разбира се, в зората на развитието на тази технология много конструктори правят експерименти и с различни други видове компресорни устройства от рода на центробежни и лопатъчни агрегати. Сред заявките за получаване на патент може да бъде открит и предшественикът на широко използваните през 80-те години на миналия век от няколко фирми роторно-бутални компресори, както и лопатъчният компресор на Арнолд Теодор Цолер.
В крайна сметка принудителното пълнене оправдава очакваното повишаване на литровата мощност и се оказва идеално средство за подобряване на динамичните параметри на вече проектирани агрегати.
Но автомобилите не остават единствените му привърженици – още през 1913 г. вече съществуват локомотивни двигатели с компресор, а по време на Първата световна война принудителното пълнене се превръща в идеално средство за компенсиране на разредеността на въздуха при самолетите, летящи на голяма височина.
(следва)
Текст: Георги Колев