Двигатели применяемые в самом быстром классе драгрейсинга в мире - Top Fuel Dragster.
С этими двигателями не могут сравниться ни японские, ни немецкие, ни американские, ни
какие другие сверхфорсированные двигатели серийных легковых автомобилей.
Обычные двигатели можно форсировать до 2000-3000 лс максимум, в то время как средний мотор Top Fuel
Dragster имеет максимальную мощность около 8000 лс и такой же крутящий момент.
Стоит отметить, что рабочий объем двигателя Top Fuel должен по правилам быть не больше 8.2 литров,
естественно используется максимально возможный литраж 8.2 литра V образная восьмерка.
Получается, что один цилиндр имеет 1 литр рабочего объема и около 1000 лошадиных сил.
Максимальную мощность измерить сложно, так как не существует диностендов расчитанных на измерения
столь высокой мощности с колес, да еще и за столь короткий промежуток времени.
Максимальные обороты которые может выдержать двигатель, обычно не превышают
9500 об/мин при этом минимальные обороты в гонке редко опускаются ниже 7000 об мин.
Дело в том что Top Fuel Dragster не имеет коробки передач и ускорение происходит
за счет особого сцепления и сликов увеличивающих диаметр с ростом скорости.
Двигатель в таком режиме, работает постоянно на пике максимальной мощности.
Время реакции пилота управляющего драгстером, критически важно,
так как уже за 0.4 секунды "автомобиль" может развить около 100 км/час.
Время жизни двигателя Top Fuel
Двигатель Top Fuel Dragster обладая огромной мощностью, на полностью открытом дросселе,
может ее выдержать лишь несколько секунд, такова плата за 1000 лошадей с литра объема.
Весь цикл жизни мотора исчесляется 3 минутами, из них грубо 30 сек на прогрев и тест работоспособности,
остальное время занимает подготовка к старту, прогрев шин, постановка на стартовую линию и собственно гонка.
Гонка драгстеров класса Top Fuel длится не более 5 секунд, за это время болид успевает
проехать квотер в 402 метра и разогнаться до 500 + км/час.
Между стартами 8-ми механикам дается 40 минут на переборку мотора.
За это время они полностью перебирают двигатель, заменяя съемные детали имеющие риск повреждения на новые.
Позже, после тщательной дефектовки детали могут снова появиться в двигателе для повторного использования.
Описание двигателя Top Fuel Dragster
Блок цилиндров
Блок двигателя Top Fuel Dragster не имеет ни воздушной, ни водяной рубашки охлаждения.
За гонку в 4 секунды хорошо настроенный мотор не успевает критически перегреться,
плюс за счет поступления огромного количества топлива, цилиндры охлаждаются за счет его испарения.
Блок двигателя изготовляется из цельного, кованного куска алюминиевого сплава. Деталь вытачивается на высокоточных станках с ЧПУ.
Блок двигателя Top Fuel Dragster имеет пять коренных опор коленчатого вала.
Для большей жесткости блока, каждый бугель постели крепиться 4 болтами.
Причем два болта притягивают половинку постели, как обычно сверху, а два других сбоку блока цилиндров.
То есть болты, как бы стягивают блок к центру, тем самым достигается очень высокая
прочность блока двигателя Top Fuel в области вращения коленчатого вала.
В блок впрессованы гильзы из ковкого чугуна, позволяющие наилучшим образом обеспечить, надежное движение поршня по цилиндру.
ГБЦ Top Fuel Dragster
Головки цилиндров драгстеров так же изготовляют из цельной алюминиевой заготовки, на станке с числовым програмным управлением.
Водяное охлаждение отсутствует и происходит лишь за счет поступающего воздуха и топлива.
Степень сжатия около 6.5 : 1 Камера сгорания полусферическая с двумя свечами и двумя огромными клапанами на цилиндр.
Впускные клапана изготовляют из титана и имеют диаметр 62.2 мм максимальный подъем доходит до 27 мм.
Выпускные клапана изготовляют из жаропрочных металлов на основе никеля и хрома, имеют диаметр тарелки 48.9 мм и максимальное открытие до 22 мм
Уплотнение ГБЦ происходит за счет медной прокладки с кольцами из жаропрочной нержавеющей стали.
Привод клапанов двигателя Top Fuel
Распределительный вал находится в развале блока цилиндров, изготовлен из углеродистой стали, имеет очень широкие фазы газораспределения.
Привод клапанов производится через стальные толкатели и стальные рокеры. На впускной части распредвала привод
производится роликовыми толкателями, которые через штанги и двойные титановые пружины нажимают на впускной клапан.
Чудовищные давления газов на выпуске не позволяют поставить роликовые толкатели и приходится довольствоваться
цельными кованными толкателями и титановыми рокерами, также без применения роликовых подшипников.
Коленчатый вал
Коленчатые валы Top Fuel Dragster вытачиваются из кованной стальной заготовки изготовленной в кузне из прямого куска болванки.
То есть после обработки коленвала слои металла не разрезаны, а идут вдоль изгибов коленчатого вала, обеспечивая огромную прочность.
Подобные технологии используются в изготовлении авиационных коленчатых валов двигателей. Используются в основном 90 градусные коленчатые валы, хотя 180
градусные тоже редко используются и даже могут способствовать увеличению мощности, хотя используется открытый тип выхлопной системы, и весят они примерно на 10 кг меньше.
Единственный их минус, это очень большие вибрации при работе двигателя Top Fuel Dragster, которые могут просто разорвать блок цилиндров,
по этому не каждый решается на их использование.
Поршни Top Fuel
Поршни изготовлены из ковкого алюминия и покрыты тефлоновым покрытием для создания теплоизоляционной пленки от горячих газов.
Так же как и в любом двигателе они имеют 3 кольца выполняющих все те-же функции. Диаметр цилиндра 106.4 мм, Ход поршня 114.3 мм.
Поршневой палец принимающий на себя все нагрузки взрыва "высшего" топлива имеет размеры 29.3 мм на 83.8 мм
Палец используется плавающего типа и от выскакивания стопориться маслосъемным кольцом, под которым находятся алюминиевые бобышки с прорезью, вставленные в поршневой палец.
Шатуны
Шатуны двигателя Top Fuel Dragster изготовляют из алюминиевого сплава. Такой материал выбран не случайно, алюминий при больших нагрузках
немного амортизирует, помогая немного сгладить импульсы от вспышек топлива при сгорании.
Титановые шатуны можно сделать гораздо меньше и прочнее, но импульс передаваемый на коленвал и в блок, повышает
риск разрушения двигателя из за выдавливания масляной пленки из зазора подшибников скольжения.
Масляная система
Масляная система имеет мокрый картер, который содержит 16 литров моторного масла.
Поддон выполнен из титана или алюминия. Титан может быть использован для предотвращения утечки масла в случае аварии двигателя Top Fuel. Давление масла где-то около 11-14 бар
Поверхность поршня и всех частей поршневой должны выдерживать циклическую нагрузку от сгорания топлива больше 50 тонн.
Топливо Top Fuel
Двигатель Top Fuel Dragster работает на топливе содержащем около 85% нитрометана и 15% метанола. Именно благодаря этому топливу и достигаются такие высокие
характеристики, в сравнительно простом по конструкции двигателе. Нитрометан содержит в своей формуле кислород,
по этому его можно сжечь в большем количестве, в сравнении с привычным нам бензином и получить гораздо большую литровую мощность.
Мощность бензинового двигателя заправленного нитрометаном, увеличилась бы на 350% так
как оно при том же рабочем объеме цилиндра, позволяет выделить в 3.5 раза больше энергии.
Топливная система
Топливный насос на полном газе, качает около 5.7 литров топлива в секунду при давлении 38 бар.
Если пересчитать в расход на 100 км (без учета других параметров) то получится 1425 литров на 100 км.
На всю гонку включая прогрев двигателя и колес, уходит в среднем 38 - 40 литров топлива.
Топливо постоянно впрыскивается в впускной поток механическим топливным насосом, который может обеспечить подачу 350 литров в минуту при 8000 об/мин.
В отличии от обычных легковых автомобилях в драгстерах используется большое количество топливных форсунок работающих в постоянно открытом режиме. (без пульсаций)
10 форсунок стоит в задроссельном пространстве, перед нагнетателем
16 во впускном коллекторе
16 по две на цилиндр в впускных каналах ГБЦ
Двигатель на нитрометане имеет очень широкие пределы соотношений воздуха и топлива. Изменяя подачу топлива можно регулировать максимальную мощность двигателя,
Механики могут выбирать максимальную мощность лишь немного ниже предельного сцепления шин с треком, добиваясь тем самым высоких стартовых показателей. Цифры разгона Top Fuel Dragster по секундам
Система зажигания
Система зажигания двигателя работающего на нитрометане резко отличается от систем работающих на бензине.
Во первых спирт разгорается гораздо медленнее, по этому опережение зажигания здесь гораздо раньше и составляет до 58-65 градусов до верхней мертвой точки.
Также в Top Fuel реализована большая длительность искры до 26 градусов и большое напряжение на свече до 50000 вольт при силе тока 1.2 A на катушке.
Свечи зажигания
Камера сгорания оснащена двумя свечами зажигания. Такая схема в двигателе
Top Fuel Dragster используется не только для увеличения мощности, но и как защитный элемент,
так как даже пару пропусков зажигания вызовут гидроудар в цилиндре
их за поступления очень большого количества жидкого топлива.
По истечении в среднем 2 секунд, электроды свечей сгорают и двигатель работает на чистом калильном зажигании.
То есть воспламенение топливовоздушной смеси происходит от раскаленных частей выпускных клапанов и остатков свечей в камере сгорания.
Нагнетатель двигателя Top Fuel Dragster
Нагнетатель рутса создает давление наддува 3.8 - 4.5 бар. Связь компрессора с двигателем
осуществляется через очень широкий зубчатый приводной ремень 75 мм. Такая ширина, обусловлена большой передаваемой мощностью.
Компрессор может потреблять до 900 лс. Компрессор стоит в развале блока цилиндров и качает воздух по наименьшему сопротивлению.
Интеркуллер отсутствует, охлаждение смеси происходит за счет топлива. Его предварительно охлаждают и так как его подается очень много,
охлаждение воздуха интеркуллером не требуется, даже на таком высоком давлении наддува.
Нагнетатель вращается примерно в 2 раза быстрее коленчатого вала двигателя. Для безопасности нагнетатель дополнительно скрепляют ремнями из кевлара, так как разрыв его не редкость.
Такие меры защищают водителя, механиков и зрителей от разорвавшихся частей компрессора.
Технические характеристики среднего двигателя класса Top Fuel
Мощность - 8500 лс
Крутящий момент - 8000 н/м
Максимальные обороты - 9500 об/мин
Реактивная тяга выхлопных труб на 8500 лс - 360 кгс
Температура выхлопа 980 град.
Диаметр 8 выхлопных труб 70 мм.
Расход топлива - 5.7 литров в секунду
Давление наддува - 3.8-4.5 бар
Давление топлива - 38 бар
Давление масла - 11-14 бар
Расход воздуха - 9.7 кубических метра в секунду
Топливо - нитрометан + метанол
Степень сжатия 6.5 : 1
Диаметр цилиндра 106.4 мм
Ход поршня 114.3мм
Развал блока цилиндров 90 градусов
Масса коленвала 37 кг
Масса двигателя 225 кг
