Anatomia dużej maszyny

Rozmowa z menedżerem ds. silników Porsche Matthiasem Hofstätterem na temat nowego 911

Dla wielu 911 to samochód marzeń. Ponownie spotykamy się z szefem działu silnikowego Porsche, aby opowiedzieć nam o perypetiach, z jakimi musiały zmierzyć się zespoły rozwojowe firmy podczas tworzenia modelu. Kolejne wiersze poświęcone są technologii nowego 992.

Pociągnięcie dźwigni zwalniającej pokrywę nad silnikiem może być mylące. Po niepewnym spojrzeniu orientujesz się, że to, co ma być osłoną, jest w rzeczywistości panelem mniejszym od tylnego spojlera, pod którym widać coś, co wygląda jak plastikowa wanna z zainstalowanymi dwoma wentylatorami. Ich funkcja jest jasna, ale ich wygląd ma inny efekt – przywodzi na myśl modele chłodzone powietrzem z wentylatorem umieszczonym pośrodku wentylatora, otoczonym kablami wysokiego napięcia.

450. Liczba ta wyraża moc nowej generacji 4 Carrera S i Carrera 992S 1986-litrowego, sześciocylindrowego, sześciocylindrowego, dwucylindrowego silnika typu bokser i od razu przywołuje inne skojarzenia – to super Porsche z 959 r., zwane 450, również generowało 33 KM . Z. Dobra okazja do porównania i wyrażenia rozwoju technologii w dziedzinie silników spalinowych tej samej marki. Jednak o ile 959 lata temu XNUMX było najwyższą, a nawet egzotyczną formą możliwości technicznych, to dziś silnik o podobnej mocy napędzany jest wspomnianymi wersjami Carrery S, które stoją niżej w hierarchii marek.

Nasze podobieństwa obejmują również pojemność skokową, która jest bardzo zbliżona – 2848 cm3 w 959 w porównaniu z 2981 cm3 w 992. Silnik 959 to prawdziwe technologiczne arcydzieło jak na swoje czasy, ze złożonym układem chłodzenia. Cylindry są chłodzone mocnym wentylatorem, a głowice opierają się na 25-litrowym układzie chłodzenia wodą. Przyczyniając się oczywiście do rozpraszania ciepła, podobnie jak we wszystkich silnikach „powietrznych” Porsche, istnieje układ smarowania chłodnicy oleju, który nie może pomieścić żadnego z nich. nie więcej i nie mniej niż 18 litrów oleju. Tym samym, ze względu na architekturę modelu z tylnym silnikiem i przednimi chłodnicami, 959 otoczone jest rurociągami tworzącymi wspólny układ obiegowy.

Pod tym względem niewiele się dziś zmieniło. 911 Carrera 4S, które można uznać za bliskiego krewnego 959 dzięki podwójnej skrzyni biegów, nie opiera się na mocnym wentylatorze, ale zamiast tego chłodzi i mieści 28,6 litra płynu, podczas gdy układ smarowania wymaga 11,3 litra. masło.

Jednak architektura, która obejmuje poziomy układ sześciu cylindrów, ma jednak jeszcze jeden ważny wskaźnik podobieństwa obu silników - niezawodność. W rzeczywistości jest to typowe dla wszystkich bokserów tej firmy, które nie powodują utraty gwarancji podczas jazdy po torze. Dla Porsche współdziałanie ruchomych elementów silnika, odpowiednio tarcie w obszarze pierścieni tłokowych, tłoka, cylindra, a także w łożyskach wału korbowego i mechanizmu rozrządu, zawsze miało ogromne znaczenie.

Turbiny o różnym charakterze

W obu modelach turbosprężarki znajdują się po obu stronach rzędów cylindrów, ale w 959 zbudowano kaskadowy układ tankowania, który pozostał białą jaskółką w historii technologii. Połączenie małej i dużej turbosprężarki wydaje się kuszące i jest dziś często stosowane w silnikach wysokoprężnych, ale nie nadaje się do silników benzynowych - ze względu na małą ilość gazu przy niskim obciążeniu i obrotach, ale przy wysokich temperaturach nie jest tak wydajne jak zintegrowany. w jednostkach bezpośredniego wtrysku o wysokim stopniu sprężania turbin dwustrumieniowych połączonych z kolektorami wydechowymi wbudowanymi w głowice. W razie potrzeby sprężarki mechaniczne (Volvo) lub elektryczne (Mercedes). W pewnym stopniu powyższe przyczyny leżą u podstaw różnic w osiągach między silnikami 992 i 995. Chociaż, w przeciwieństwie do większych wersji z turbodoładowaniem (nadal 991 generacji) z turbodoładowaniem, silnik Carrera 4S jest wyposażony w turbosprężarki z zaworem upustowym o stałej geometrii i maksymalnym ciśnieniu napełniania 1,2 530 bara, maksymalny moment obrotowy wynosi 2300 Nm przy 450 obr./min. Obie maszyny osiągają maksymalną moc 6500 KM. przy 500 obr./min, ale mimo małej turbosprężarki maksymalny moment obrotowy od 959 Nm do 5500 jest dostępny dopiero przy… 33 obr./min. To naprawdę żywy wyraz rozwoju technologii na przestrzeni tych XNUMX lat.

Równanie sprawności

A jednak, co wyjaśnia te różnice? Odpowiedź jest kombinacją wielu czynników technologicznych. 992 korzysta z „pudełkowej” architektury silnika, w której każdy rząd cylindrów jest wypełniony pojedynczą turbosprężarką. Pod tym względem można go uznać za sumę dwóch silników trzycylindrowych, a powszechnie wiadomo, że ten typ silnika jest bardzo odpowiedni do urządzeń z turbodoładowaniem ze względu na dużą odległość fal pulsacyjnych i brak interferencja między nimi. W sześciocylindrowych silnikach rzędowych gazy z każdego z trzech cylindrów mogą być kierowane do innej turbiny lub do innego obwodu dwuturbinowego, ale ze względu na odległość między rzędami cylindrów tylko pierwsze rozwiązanie pozostaje opcją dla sześciu -cylindrowe silniki typu bokser. tani, ale mniej wydajny system z jednym). W ładowaniu kaskadowym 959 każdy z sześciu cylindrów ładuje każdą z turbosprężarek podczas jej pracy.

Ale to tylko część równania. Silnik 992 ma dłuższy skok o 9,4 mm (warunek konieczny dla wyższego momentu obrotowego), ponieważ nowoczesne materiały high-tech pozwalają na zwiększenie sił bezwładności przy zwiększeniu prędkości tłoka z 14,5 do 16,6 m / s. ... Dzięki wtryskowi bezpośredniemu (w nowej generacji z wtryskiwaczami piezoelektrycznymi dla dokładniejszego mieszania), złożonemu procesowi spalania, kontroli spalania stukowego oraz schłodzeniu sprężonego powietrza do niższej temperatury za pomocą nowoczesnych wodnych wymienników ciepła (co również pomaga skrócić drogę powietrza do cylindrów), stopień sprężania wzrasta do 10,2: 1. Dodając system doładowania zmiennego VarioCam do rozważanego równania, ta różnica w osiągach silnika jest znacznie wyraźniejsza.

Czas się zmienić ... i wrócić

Trzylitrowy silnik Carrera nie tylko bardzo różni się od swojego odległego poprzednika, ale także dość wyrafinowany w porównaniu do swojego dawcy, zaprezentowanego stosunkowo niedawno w 991 roku. W zasadzie wzrost mocy i momentu obrotowego o 30 jednostek (z 420 do 450 KM iz 500 ). do 530 Nm) wydaje się łatwo osiągalny przy prostym ustawieniu oprogramowania. Znacznie bardziej radykalne było podejście zespołu Matthiasa Hofstettera, szefa działu silników Porsche, z którym autor tej linii miał okazję po raz drugi spotkać się podczas prezentacji 992.

Ciekawostką, której nie znajdziesz w żadnej prasie, jest to, że nowe 911 zostało pierwotnie zaprojektowane jako hybryda typu plug-in. W tym celu poszerzono rozstaw kół przednich i właśnie tam, między przednimi kołami, powinien znajdować się akumulator litowo-jonowy. Nowo opracowana skrzynia biegów z dwoma sprzęgłami i ośmioma zamiast siedmiu biegami ma powiększony rozmiar obudowy między wałem korbowym a dwoma zestawami sprzęgieł - około ośmiu centymetrów. Miał zawierać „dysk elektryczny”, jak Hofstetter nazwał silnik, prawdopodobnie ze względu na konstrukcję dysku. Jak na razie jest dobrze iw teorii wygląda to świetnie, tym bardziej, że przesunięcie środka ciężkości do przodu i w dół korzystnie wpłynie na rozkład masy 911. W praktyce jednak auto reaguje na takie zachcianki w bardzo osobliwy sposób sposób. „Pierwsze (prototypowe) wersje 992 miały ostre przyspieszenie” — mówi Matthias Hofstetter — „i wywołały prawdziwą sensację na prawej stronie”. Jednak dobre wyważenie modelu idzie do diabła, a 911 staje się niestabilne i nieprzewidywalne w zakrętach. Zamontowanie silników z przodu z możliwością wektorowania momentu obrotowego mogłoby w pewnym stopniu zrekompensować niedociągnięcia, ale oznacza to powrót do deski kreślarskiej i ogromne koszty nowego projektu. W każdym razie porzucono prostszy jednosilnikowy system hybrydowy, anulowano dość poważną ilość prac projektowych, a 911 wróciło na kurs bez żadnych elektrycznych asystentów. Wysiłki mające na celu zwiększenie mocy i zmniejszenie zużycia paliwa koncentrują się na takich elementach, jak silnik, skrzynia biegów i nadwozie.

W imię zwiększenia mocy nowa wersja silnika została wyposażona w większe turbosprężarki – odpowiednio trzy milimetry (do 48 mm) i cztery milimetry (do 55 mm) dla turbiny i sprężarki. Umożliwiło to osiągnięcie ciśnienia 1,2 bara, pomimo przeszkód stwarzanych przez nowy filtr cząstek stałych. Zmieniono również położenie wymienników ciepła sprężonego powietrza, przenosząc je z obszarów na zewnątrz rzędów cylindrów do obszaru pośrodku i nad silnikiem. Skraca to drogę powietrza, poprawia reakcję silnika i zmniejsza straty w pompie (co było trudne do osiągnięcia, w dużej mierze ze względu na konserwatywne nastawienie ludzi na pokładzie Porsche do tak drastycznych zmian konstrukcyjnych). Nowa konfiguracja przygotowuje grunt pod 10-stopniową redukcję przepływu powietrza skierowanego do silnika, co wraz z piezoelektrycznymi wtryskiwaczami, które tworzą cieńszą mieszankę paliwowo-powietrzną, umożliwia zwiększenie stopnia sprężania o pół jednostki do 10,2:1 ( to dobry moment, aby wspomnieć, że w imię zapobiegania warunkom wstępnym detonacji, stopień sprężania 959 wynosi tylko 8,3:1). Dodatkowo, aby wyrównać drogę gazów do turbin, zmieniono obieg na pojedynczy, przechodząc od dołu do góry. W ten sposób turbiny obracają się w innym kierunku, patrząc z tyłu samochodu.

Korzystając z systemu VarioCam z różnymi profilami krzywek rozrządu, inżynierowie Porsche dostosowują skok dwóch zaworów dolotowych na różne sposoby, które mają różny skok obciążenia częściowego. Tym samym powietrze wchodzące do silnika zaczyna „wirować”, tworząc ruch turbulentny, zarówno wzdłuż osi pionowej (tzw. Wir), jak i poziomej (salto). Pomaga to znacznie poprawić jakość procesu spalania, w którym czoło płomienia porusza się szybciej, a spalanie jest bardziej wydajne. Przy pełnym obciążeniu skok wyrównuje się, ponieważ prędkość powietrza jest na tyle duża, że ​​takie rozwiązanie po prostu nie jest konieczne. W rezultacie Hofstätter twierdzi, że zanieczyszczenia w emisji surowego gazu są znacznie zmniejszone, w wyniku czego katalizator ma teraz znacznie mniej pracy. Tym samym jego przebieg wzrasta do ponad 300 tysięcy kilometrów. Ponadto, ze względu na niższą temperaturę gazów, omawiany katalizator nie jest już wykonany z blachy, ale jest odlewem, co z kolei zmniejsza opór przepływu gazu i sam w sobie zwiększa wydajność. Cały „zespół architektoniczny”, w tym filtr cząstek stałych ze zintegrowanymi zaworami, jest potrzebny, aby stworzyć krajobraz dźwiękowy 911, który jest zdecydowanie wyjątkowy.

Więcej aluminium w obudowie

Skrzynia biegów jest zupełnie nowa, teraz z ośmioma biegami, która ze względu na schemat napędu jest unikalna dla 911 i nie jest używana w żadnym modelu tej marki ani koncernu. Pierwszy bieg jest krótszy niż poprzedni, a ósmy dłuższy niż poprzedni najwyższy siódmy bieg. Nowe przełożenia pozwalają również na dłuższą przekładnię główną, co skutkuje cichszym silnikiem i pracuje z mniejszymi prędkościami przy dużych prędkościach autostradowych.

Bardziej precyzyjne przenoszenie momentu obrotowego na przednią oś jest warunkiem wstępnym poprawy zachowania pojazdu, a wynika to z nowej konstrukcji sprzęgła wielopłytkowego w przednim mechanizmie różnicowym. Całość to chłodzone wodą, wzmocnione tarcze i szybszy wychwyt. Wszystko to poprawia nie tylko dynamikę, ale także zdolność jazdy w terenie, na przykład podczas jazdy po śniegu.

Chociaż wykorzystuje głównie obecną architekturę 992, w praktyce znacznie się zmieniła. Udział stali w tej konstrukcji „multi-mix” został zmniejszony z 63 do 30 procent. Na zewnątrz duże antyczne panele stalowe zostały zastąpione aluminiowymi, co wymaga nowego podejścia do ich mocowania. Proporcja (ekstrudowane aluminium) znacznie wzrasta w części nośnej korpusu. W rezultacie odporność na skręcanie jest jeszcze lepsza.

Do ogólnego pakietu wydajności dodano adaptacyjną aerodynamikę nadwozia, wykorzystującą różne strategie kierowania powietrza przez tylny spojler i do otworów przed przednimi kołami. Te ostatnie wyposażone są w aktywne zawory, które otwierają się w zależności od potrzeb agregatów chłodniczych. Tylny spojler pełni również inną rolę, kierując powietrze w razie potrzeby w celu poprawy chłodzenia silnika, a zwłaszcza chłodnic międzystopniowych. I oczywiście do tego wszystkiego musimy dodać unikalne hamulce i podwozie Porsche, a także wektorowanie momentu obrotowego i zjazdy z aktywnym stabilizatorem na tylnej osi, a także aktywne kierowanie tylnymi kołami.

Tekst: Georgy Kolev

2020-08-30