Вход

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

0 продукта | 0 лв.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Теория на еволюцията: Част I

26.02.2016 23:33
Туит

Множество високотехнологични решения от нашето автомобилно съвремие всъщност са базирани на отдавна родени идеи, които стават факт благодарение на днешните възможности на металургията, електрониката, химията и множество други науки.

Това е един поглед към актуалната техника с намигване към гениалните конструктори, успели да реализират подобно нещо с рудиментарните средства от миналото.  

Според фундаменталните икономически теории при предлагането и потреблението винаги цари някакъв баланс. По ред причини днес цените на горивата се връщат към непознати от много години ценови равнища и потреблението расте, но какво ще бъде финансово уравнение утре? Пазарите през 2008 година бяха в неистов стрес когато цената на барел достигна и дори задмина 140 долара. Нима тогава някой е вярвал че днес тя ще спадне под 35 долара?
Ако се върнем малко назад в историята ще си спомним че процесът на къде плавен, къде бърз ръст на цените започна в началото на XX век след десетилетия на равнища, вариращи в тесни рамки. Те се отклоняваха незначителни от нивото 20-25 долара, а в края на 90-те за известно време дори се сринаха до 9 долара за барел. Какво ще стане оттук насетне и колко време ще се задържат тези стойности все още никой не знае. Пък и не това е темата на този материал. Идеята на това завръщане назад в историята обаче идва да ни покаже за сетен път как чрезвичайни обстоятелства могат да се превърнат в предпоставки за невероятно катализиране на техническия прогрес. Съчетание от високи цени на горивата и изключителни ограничения по отношение на емисиите всъщност доведоха до уникален прогрес в автомобилните технологии в рамките на малко повече от десетилетие. Кой в началото на века си е представял масово производство на трицилиндрови мотори, чието създаване изисква развойна дейност по-голяма по обем от тази за високотехнологични състезателни машини. Или също толкова масово внедряване на хибридни системи, които през 2000 година все още изглеждаха като скъпи маркетингови играчки и на които мнозина автомобилостроители гледаха дори с насмешка. Нима тогава някой си е предполагал че сериен дизелов двигател с работен обем от три литра може да достигне умопомрачителната мощност от 381 к.с. и че на пазара ще се предлагат електромобили с възможност за достигане на пробег от почти 400 км с едно зареждане.           
Историята познава и други периоди, в които техниката преживява светкавичен разцвет вследствие на форсмажорни събития – авиацията например навлиза във Втората световна война със стари допотопни двуплощници, а я завършва с първите прототипи на реактивни изтребители... Подобна по мащаби и напрежение надпревара цари и днес в отделите за перспективни разработки на големите автомобилни компании, където не с дни, а с часове никнат нови и нови авангардни решения на болния проблем с горивата и емисиите. За ролята на универсална панацея кандидатстват всевъзможни техномагии, а интегрираната в съвременните автомобили изчислителна мощ значително надвишава възможностите на свръхкомпютрите, управлявали полетите на космическите кораби през седемдесетте. Дали ситуацията щеше да се развие с подобни темпове, ако цената на горивата не бе подскочила така рязко?
Всъщност няма никакво значение. Реалността е такава, каквато е и в момента всички усилия са насочени към изпълнението на невъзможния наглед шпагат между ограничаването на разхода на гориво и запазване на динамиката и всичко това в съчетание с високо ниво на безопасност. За постигането на подобна комбинация по правило са необходими колосални инвестиции, изключителен интелект, богат опит и безкрайни експерименти. Или може би не са? Нима няма случаи, в които новите изобретения не се оказват добре забравени стари открития като в приключенските трилъри на Клайв Къслър? Изключено ли е току-що роденото в секретните лаборатории да е било пред очите на всички в продължение на десетилетия в очакване да бъде пуснато на свобода като духа от бутилката?
Истината е, че доста от внедрените наскоро или от подготвяните за серийно приложение технологии не се базират на принципно нови изобретения, а на своеобразни „спящи красавици”, чакащи развитието на химията, металургията и най-вече на електрониката да ги целуне и събуди. Разходката ни из позабравените анали на автомобилната история ще ви разкрие доста изненади, сред които и такива, които не засягат пряко урагана от нововъведения за пестене на гориво. Но пък изключенията съществуват, за да потвърждават правилата...

Текст: Георги Колев

Комбинация от механичен и турбокомпресор

Реализираното на практика от инженерите на Lancia решение е истински инженерен шедьовър  

С новата гама задвижващи агрегати Drive-E, инженерите на Volvo са си поставили самоограничението да не надвишават работен обем от два литра и брой на цилиндрите от четири. При най-мощните бензинови машини постигането на нужните динамични качества се постига с голям турбо и допълнителен механичен компресор, който има за задача запълването на създадената в този процес турбодупка. По този начин шведските конструктори развиват идеите залегнали в конструкцията на колегите и от VW с появилия се преди вече повече от десет години двигател 1.4 TwinCharger, който полага основите на даунсайзинга. Тогава те доста шумно обявяват, че са намерили още едно чудодейно лекарство за намаляване на разхода на гориво – модерен бензинов двигател с малък работен обем, директно впръскване на гориво и принудително пълнене, който да комбинира големия ефективен диапазон на бензиновия мотор с характерните за турбодизеловия еластичност и икономичност. Но и инженерите на VW далеч не са първите които реализират на практика такова решение. Точно двайсет години по-рано Lancia бележи своя апогей в моторните спортове, а италианските мотористи стигат до идеята за подобна комбинирана машина в търсенето на още по-висока мощност за двигателя на състезателната Delta S4, който по-късно се използва в надпреварите в група В. Техническите характеристики на сътвореното от тях чудо са повече от впечатляващи – при работен обем от едва 1759  куб. см., разпределени между четири цилиндъра, моторът достига феноменалната мощност от 450 к. с. при 8000 об./мин и разполага със смазващ максимален въртящ момент от 440 Нютонметра при 5000 об./мин. Принудителното пълнене се осъществява от гигатски по размер турбокомпресор ККК, работещ в тандем с механичен компресор Roots. Последният запълва „турбодупката” и осигурява необходимото налягане докато на сцената излезе турбокомпресора, след което преминава в неактивен „байпасен” режим. При сложната схема на италианската система двата компресора всъщност не се допълват, а се поддържат взаимно, но за съжаление решението не успява да просъществува достатъчно дълго, за да докаже своите предимства – след изменението на регламента за автомобилите от група В през 1986 година съдбата на „двойния компресор” е предрешена и скоро той се стопява в небитието.
Идеята обаче очевидно не умира, защото десет години по-късно изниква отново при шведите от Volvo. Максималната мощност на 5,5-литровия скандинавски шестцилиндров турбодизел с названието Supercharger постига възлиза на скромните 250 к. с., но благодарение на роторно-буталния механичен компресор Ogura (следващ конструктивна схема създадена от Феликс Ванкел), двигателят достига въртящ момент от 925 Нм (около 90% от максималната стойност) още при 900 об./мин! Нещо повече – благодарение на сложното взаимодействие между двата агрегата за принудително пълнене, максималният въртящ момент се запазва в целия диапазон между 1560 и 1800 об./мин.
През 2002 година за подобна комбинация се чува отново – този път благодарение на Daihatsu. При японците комбинацията от механичен и турбокомпресор е приложена в суперикономичен двутактов дизелов двигател, но поради ред причини моделът Sirion 2CD, който е единствен носител на тази технология си остава само концептуален. 
Ако трябва да сме прецизни докрай, следва непременно да отбележим, че първата идея за нещо подобно на днешния Т8 на Volvo и Twincharger на VW се появява още по-далеч назад във времето. Зад нея стои швейцарският инженер Алфред Бюхи – същият конструктор, който през 1905 година получава патент от федералното патентно ведомство на САЩ за турбомашина, задвижвана от отработилите газове, а през двайсетте години на ХХ век регистрира още няколко патента за комбинирани системи между турбо- и механичен компресор. На Бюхи дължим и идеята температурата на сгъстения въздух да се намалява с помощта на междинен охладител.  

Електрически турбосистеми

Никому неизвестната германска компания Gfas създава подобно нещо още през 1995 година

През последните години Формула 1 преживя може би най-революционната в своята история промяна в задвижването на болидите – от осемцилиндрови атмосферни агрегати, тя премина към шестцилиндрови турбомотори. Съществената разлика с агрегатите от предишната турбо ера се състои освен в директното впръскване и в двете електрически системи KERS – едната за подпомагане на задвижването механично, а другата за запълване на турбодупката чрез ускоряване на турбокомпресора. За целта инженерите създадоха изцяло нови комбинирани турбоагрегати. Не останаха назад и производители на серийни автомобили като Audi и Volvo които демонстрираха системи за сгъстяване на въздуха с помощта на електромотори. Именно заради серийния характер на техните прототипни машини (системата ще бъде въведена в новия SQ7)– съответно дизелова и бензинова – сгъстеният въздух се осигурява от допълнителен агрегат в който се използват готови компоненти, а електрическият компресор е отделен агрегат.
Върху създаването на системи, при които „турбозакъснението” се елиминира с помощта на електромотори за изкуствено покачване на оборотите на турбото до работно ниво много преди отработилите газове да достигнат необходимата за пълноценното му задвижване „потентност”. Логиката на тази схема се базира на един безкрайно прост и уместен въпрос – защо трябва да прибягваме до втори (механичен) компресор, след като вече разполагаме с един? И защо да използваме механичен, когато електрическият се управлява по-гъвкаво и е много по-лек, а както се оказва може да генерира и електричество при излишък от енергия. През 1995 година германската фирма GfAS (Gesellschaft fur Aufladetechnik und Spindelbau) започва стендови изпитания на доста интересен турбокомпресорен двигател, който по-късно се инсталира и тества в полеви условия при товарни автомобили и автобуси. Главната особеност при него се състои в това, че когато системата установи желание за рязко ускорение от страна на водача, турбокомпресорът моментално се довежда до оптимални работни обороти с помощта на високооборотен електродвигател. Това обаче далеч не изчерпва предимствата на разработката. При стандартните турбокомпресори излишъкът от отработили газове обикновено се регулира с използване на байпасни канали, по които определена част от тях заобикалят турбината, без да й отдадат енергията си. В GfAS вземат решение да не прахосват никаква част от силата на газовете, използвайки споменатия вече електромотор за главен регулатор на потока – при наличие на излишък той преминава в генераторен режим и оползотворява енергията за захранване на бордовата електрическа мрежа. Оказало се, че прилагането на този механизъм води до значителни икономи. Това да ви звучи познати – то се случва почти 20 години преди да бъде реализирано във Формула 1.
Тази конструктивна схема би била перфектно допълнение към бъдещите хибридни системи, тъй като при наличието на големи източници и консуматори на електроенергия, както захранването, така и оползотворяването на генерираната от „турбоелектромотора” енергия не е проблем, а в същото време в състава на хибридната система може да се използва по-малък и по-ефективен турбо двигател. Забавянето на серийното внедряване на подобни системи се дължи преди всичко на проточилото се преминаване към 42-волтови бордови схеми на електрозахранване и продължаващото търсене на достачно ефективен и бързообротен асинхронен електродвигател. От Audi обаче обявиха че започват внедряване във серийните си автомобили комбинирани системи с 12 и 48 волта.   

Каскадно пълнене с два и три турбокомпресора

Porsche използва такова решение в своя 959 още през 1984 година

Каскадното пълнене е реализирано първо от BMW преди повече 10 години. Става въпрос за система от два свързани в сложна паралелно-последователна схема и различни по размер турбокомпресора, която цели едновременното постигане на две противоречиви задачи – повишаване на мощността и елиминиране на „турбодупката”. Надеждността на технологията на BMW е проверена в „Париж-Дакар” още през 2003 година и несъмнено е сред главните причини за появата на прототипа на шестцилиндров двигател с три турбокомпресора на Mercedes, който демонстрира способностите си под предния капак на SLK. Последната остава на ниво прототип, но авангардистите от Бавария не се спират и заедно BorgWarner (с които е реализирано и технологичното решение с два агрегата) създават система с три турбокомпресора. Междувременно технологиите за каскадно пълнене значително разширяват присъствието и вече не са частен случай.
И все пак – нищо ново. Именно тази анемична природа целят да елиминират и създателите на легендарния Porsche 959 – невероятната спортна машина, чиято поява през 1985 година донася истински фойерверк от фантастичнио за времето си технологични решения. Сред тях е и системата от два сложно последователно-паралено свързани турбокомпресора с различен размер, която принципно по нищо не се различава от днешните каскадни решения на Opel, Renault, BMW, Mercedes и Mazda, освен по това че се използва за бензинов мотор. Наред с нея, при 959 инженерите на Porsche демонстрират и първите серийни решения на всмукателен колектор с променлив контур и сложно въздушно-водно-маслено охлаждане, а системата за двойно предаване с няколко съединителя всъщност е предтеча на днешният Haldex-съеднител. Може тук е мястото да припомним че единствено Porsche използва и VNT турбокомпресор за бензинов мотор – пак дело на небезизвестните BorgWarner. 

Система Common-rail

Такива системи отдавна използват големите корабни мотори

Системата за директно впръскване на гориво common rail съществува в примитивен вариант десетилетия преди заветната 1997 година, когато беше внедрена а първи път в Alfa Romeo 156, за да се разпространи скоро след това с бързината и мощта на епидемия в дизеловото двигателостроене. Тя бе създадена съвместно от Centro Ricerce Fiat и Magneti-Marelli и продадена след това на Bosch. Всъщност Denso са първите които интегрират такава система в пътно превозно средство, но тя се използва за камиони, през 1995 година. Днес в системите common rail се прилагат мощни ефективни помпи работещи с налягане до 2500 бара, високоскоростно електронно управление и свръхбързи пиезоинжектори, но при първичния вариант, използван в корабни дизелови мотори, решението е чисто механично - горивото се нагнетява от помпа във високоякостен стоманен съд (т. нар. „горивен акумулатор”) под налягане от 450 бара, след което подаването му към дюзите се регулира по механичен път с ексцентриков вал. Работата на самите дюзи също се управлява механично от прецизни гърбични валове. Подобни системи се въвеждат и в някои дизели на подводници от времето на Първата Световна Война. В много учебници още от седемдесетте години може да се открият описания на рудиментарни common rail системи под името „акумулаторна система за впръскване на гориво“. Не по-малко древна като идея е и схемата „помпа-дюза”, която е осъществявана в най-различни варианти, преди да се превърне в любимец на двигателостроителите на VW, а директното впръскване в дизелови двигатели се използва от товарните автомобила на Mercedes още от 60-те години. 

Променливо газоразпределение

Honda ли? Не, потърсете в аналите за фирмата De Dion Douton

Днес почти няма голям автомобилостроител, който да не ползва собствена разработка на система за променливо газоразпределение. Пионери в тази област бяха Honda с двигателя на спортния флагман NSX в началото на 90-те години, но с времето множество други фирми патентоваха свой собствени идеи в тази област. Многообразието от конструктивни решения доведе и до не по-малко на брой наименования - VTEC, i-VTEC, VVC, VANOS, VVT-i, VVTL-i, DVVT и какво ли още не... Промяната във времето или хода на отваряне на всмукателните и изпускателните клапани е от жизнена необходимост за „дишането” на всеки съвременен високооборотен бензинов мотор, но малцина днес знаят, че първата система за променливо газоразпределние е използвана от De Dion Bouton преди цели сто години. Не са запазени ясни сведения за това как точно се е осъществявал процеса на променливо газоразпределение, но е ясно, че чрез принудителното намаляване на хода на изпускателните клапани се е постигало намаляване на скоростта на автомобила. Това е ставало с натискане на особен спирачен педал, който първоначално е оказвал влияние на изпускателните клапани, а с напредването на хода е започвал да въздейства и на трансмисионната спирачка. По принцип това е един напълно логичен подход за спиране на превозно средство, който днес се използва при хибридните автомобили – първоначално скоростта се намалява с използване на съпротивлението на електрогенератора, а след това се задейства и основната спирачна система.

(следва)

 

Коментари
comments powered by Disqus