Анатомия на голяма машина

Разговор с мениджъра на Porsche Engine Matthias Hofstätter за новия 911

911 е мечтана кола за мнозина. Отново се срещаме с ръководителя на двигателния отдел на Porsche, за да ни разкаже за перипетиите, с които е трябвало да се сблъскат развойните екипи на компанията при създаването на един модел. Следващите редове са посветени на технологията на новия 992.

Издърпването на лоста за освобождаване на капака над двигателя може да бъде подвеждащо. След колеблив поглед разбирате, че това, което трябва да е капак, всъщност е панел, по-малък от задния спойлер, под който можете да видите нещо, което прилича на пластмасова вана с монтирани два вентилатора. Тяхната функция е ясна, но външният им вид има друг ефект - напомня за модели с въздушно охлаждане с вентилатор, центриран с вентилатор, заобиколен от високоволтови кабели.

450. Това число изразява конските сили на новото поколение 4 Carrera S и Carrera 992S 1986-литров би-турбо-шестцилиндров плосък шестцилиндров двигател и веднага предизвиква други асоциации - това супер Porsche от 959 г., наречено 450, което също произвежда 33 к.с. . с. Добър повод да сравним и изразим развитието на технологиите в областта на двигателите с вътрешно горене с една и съща марка. Въпреки това, ако преди 959 години XNUMX беше най-високата и дори екзотична форма на технически възможности, днес двигател с подобна мощност се задвижва от гореспоменатите версии на Carrera S, които са по-ниско в йерархията на марката.

Нашите прилики се простират и до работния обем, който е много близък - 2848 куб. см на 3 срещу 959 см2981 на 3. Двигателят на 992 е истински технологичен шедьовър за времето си, със сложно комбинирано охлаждане. Цилиндрите се охлаждат от мощен вентилатор, докато главите разчитат на 959L система за водно охлаждане. Допринасяйки за разсейването на топлината, разбира се, както при всички "въздушни" двигатели на Porsche, има система за смазване на охладителя на маслото, която не може да побере нито едно от двете. не повече и не по-малко от 25 литра масло. Така, поради архитектурата на модела със заден двигател и предни радиатори, 18 е заобиколен от тръбопроводи, които образуват обща циркулационна система.

В това отношение днес малко се е променило. 911 Carrera 4S, който може да се счита за близък роднина на 959 благодарение на двойната трансмисия, не разчита на мощен вентилатор, а вместо това охлажда и задържа 28,6 литра течност, докато системата за смазване изисква 11,3 литра. масло.

Въпреки това, архитектурата, която включва хоризонтално разположение на шест цилиндъра, все пак има друг важен показател за сходството на двата двигателя - надеждността. Всъщност това е характерно за всички боксери на компанията, които няма да анулират гаранцията, когато се карат на писта. За Porsche взаимодействието на движещите се компоненти на двигателя, съответно триенето в областта на буталните пръстени, буталото, цилиндъра, както и в лагерите на коляновия вал и разпределителния механизъм, винаги е било от първостепенно значение.

Турбини от различно естество

И при двата модела турбокомпресорите са разположени от двете страни на редовете на цилиндрите, но в 959 е вградена каскадна система за зареждане с гориво, която остава бяла лястовица в технологичната история. Комбинацията от малък и голям турбокомпресор изглежда примамлива и често се използва днес в дизелови двигатели, но не е подходяща за бензинови двигатели - поради малкото количество газ при ниско натоварване и обороти, но при високи температури не е толкова ефективна, колкото интегриран такъв. в агрегати с директно впръскване с високо съотношение на компресия на двуструйни турбини, комбинирани с изпускателни колектори, вградени в главите. При необходимост механични (Volvo) или електрически (Mercedes) компресори. До известна степен горните причини са в основата на разликите в производителността между двигателите 992 и 995. Въпреки че, за разлика от по-големите версии с турбокомпресор (все още поколение 991), двигателят Carrera 4S е с турбокомпресори с уейстгейт с фиксирана геометрия и максимално налягане на пълнене от 1,2 .530 bar, максималният въртящ момент е 2300 Nm при 450 об./мин. И двете машини достигат максимална мощност от 6500 к.с. при 500 об/мин, но въпреки наличието на малък турбокомпресор, максималният въртящ момент от 959 Нм до 5500 е наличен само при...33 об/мин. Това наистина е ярък израз на развитието на технологиите през тези XNUMX години.

Уравнение на ефективността

И все пак какво обяснява тези различия? Отговорът е комбинация от много технологични фактори. 992 се възползва от "кутия" архитектура на двигателя, като всяка група цилиндри е пълна с един турбокомпресор. В тази връзка той може да се разглежда като сбор от два трицилиндрови двигателя, като е добре известен фактът, че този тип двигател е много подходящ за оборудване с турбокомпресор поради голямото разстояние на пулсационните вълни и липсата на намеса между тях. При редови двигатели с шест реда, газовете от всеки от трите цилиндъра могат да бъдат насочени към различна турбина или към различна верига с двойна турбина, но поради разстоянието между редовете на цилиндрите, само първото решение остава като опция за шест -цилиндрови боксерни двигатели. евтина, но по-малко ефективна схема с такъв). При каскадното зареждане на 959 всеки от шестте цилиндъра зарежда всеки от турбокомпресорите, когато работи.

Но това е само част от уравнението. Двигателят 992 има 9,4 мм по-дълъг ход (предпоставка за по-висок въртящ момент), тъй като съвременните високотехнологични материали позволяват увеличаване на инерционните сили при увеличаване на скоростта на буталото от 14,5 на 16,6 m / s. ... Благодарение на директното впръскване (в новото поколение с пиезо инжектори за по-фино смесване), сложен процес на горене, контрол на детонацията и сгъстен въздух, охладен до по-ниска температура с помощта на съвременни водни топлообменници (което също спомага за съкращаване на въздушния път към цилиндрите), степента на компресия се увеличава до 10,2: 1. Чрез добавяне на системата за променливо зареждане VarioCam към разглежданото уравнение, тази разлика в работата на двигателя е много по-ясна.

Време е да се преоблече ... и да се върне

Трилитровият двигател Carrera е не само много различен от своя далечен предшественик, но и доста усъвършенстван в сравнение с неговия донор, представен сравнително наскоро през 991 г. По принцип увеличение на мощността и въртящия момент с 30 единици (от 420 на 450 к.с. и от 500 ). до 530 Nm) изглежда лесно постижимо с проста настройка на софтуера. Много по-радикален беше подходът на екипа на Матиас Хофстетер, ръководител на отдела за двигатели на Porsche, с когото авторът на този ред имаше възможност да се срещне за втори път по време на представянето на 992.

Интересен факт, който няма да намерите в никоя преса е, че новото 911 първоначално е проектирано като plug-in хибрид. За целта предната следа е разширена и именно там, между предните колела, е трябвало да бъде разположена литиево-йонната батерия. Новоразработената трансмисия с два съединителя и осем вместо седем предавки е с увеличен размер на корпуса между коляновия вал и два комплекта съединители – около осем сантиметра. Предполагаше се, че съдържа "електрически диск", както Хофщетер нарича двигателя, вероятно поради дизайна на диска. Дотук добре и на теория изглежда страхотно, особено след като изместването на центъра на тежестта напред и надолу ще има благоприятен ефект върху разпределението на теглото на 911. На практика обаче колата реагира на подобни желания по много особен начин начин. „Първите (прототипни) версии на 992 имаха рязко ускорение,“ казва Матиас Хофщетер, „и предизвикаха истинска сензация отдясно.“ Финият баланс на модела обаче отива по дяволите, а 911 става нестабилен и непредсказуем в завоите. Монтирането на двигатели отпред с възможност за векторизиране на въртящия момент може да компенсира недостатъците до известна степен, но това означава връщане към чертожната дъска и огромни нови разходи за проектиране. Във всеки случай по-опростената хибридна система с един двигател е изоставена, доста сериозно количество дизайнерска работа е отменена и 911 се връща на курса без никакви електрически асистенти. Усилията за увеличаване на мощността и намаляване на потреблението са насочени към компоненти като двигател, трансмисия и каросерия.

В името на повишената мощност, новата версия на двигателя е оборудвана с по-големи турбокомпресори - съответно три милиметра (до 48 мм) и четири милиметра (до 55 мм) за турбината и компресора. Това направи възможно постигането на налягане от 1,2 бара, въпреки пречките, създавани от новия дизелов филтър за твърди частици. Позицията на топлообменниците на сгъстен въздух също е променена, преминавайки от зони от външната страна на блоковете на цилиндрите към зона в средата и над двигателя. Това скъсява пътя на въздуха, подобрява реакцията на двигателя и намалява загубите на помпата (което беше трудно постижимо, до голяма степен поради консервативното отношение на хората на борда на Porsche към такива драстични промени в дизайна). Новата конфигурация поставя началото на 10-градусово намаляване на насочения към двигателя въздушен поток и това, заедно с пиезо инжекторите, които създават по-разредена въздушно-горивна смес, позволява съотношението на компресия да бъде увеличено с половин единица до 10,2:1 ( тук е подходящ момент да споменем, че в името на предотвратяването на предпоставки за детонация, степента на компресия на 959 е само 8,3:1). Освен това, за да се изравни пътя на газовете към турбините, веригата беше променена на единична, като се движи отдолу нагоре. По този начин турбините се въртят в различна посока, когато се гледат зад автомобила.

Използвайки системата VarioCam с различни профили на гърбичните разпределителни валове, инженерите на Porsche регулират хода на двата всмукателни клапана по различни начини, които имат различен ход на частично натоварване. Така въздухът, влизащ в двигателя, започва да се „вихри“, създавайки турбулентно движение, както по вертикалната ос (така наречения вихър), така и хоризонтално (салто). Това спомага за значително подобряване на качеството на горивния процес, при който фронта на пламъка се движи по-бързо и изгарянето е по-ефективно. При пълно натоварване ходът се изравнява, тъй като скоростта на въздуха е достатъчно висока, че такова решение просто не е необходимо. В резултат на това Hofstätter казва, че замърсителите в емисиите на необработени газове са значително намалени, в резултат на което катализаторът сега има много по-малко работа. Така пробегът му се увеличава до над 300 хиляди километра. В допълнение, поради по-ниската температура на газовете, въпросният катализатор вече не е направен от ламарина, а е отливка, което от своя страна позволява да се намали съпротивлението на газовия поток и само по себе си повишава ефективността. Целият „архитектурен ансамбъл“, включително филтъра за твърди частици с вградени клапани, е необходим, за да се създаде 911 звуков пейзаж, който определено е уникален.

Повече алуминий в кутията

Трансмисията е напълно нова, вече с осем предавки, което поради схемата на задвижване е уникално за 911 и не се използва в нито един модел на марката или концерна. Първата предавка е по-къса от предишната, а осмата е по-дълга от предишната най-висока седма предавка. Новите предавателни числа също позволяват по-дълго крайно задвижване, което води до по-тих двигател и работи при по-ниски скорости при високи скорости на магистралата.

По-прецизното предаване на въртящия момент към предния мост е предпоставка за подобрено поведение на автомобила и това се дължи на новия дизайн на многопластовия съединител в предния диференциал. Цялото устройство е с водно охлаждане, подсилени дискове и по-бърз изход. Всичко това не само подобрява динамиката, но и проходимостта на машината, например при шофиране по сняг.

Въпреки че използва основно сегашната архитектура 992, на практика тя се е променила значително. Делът на стоманата в този дизайн с много смеси е намален от 63 на 30 процента. Навън големите антични стоманени панели са заменени с алуминиеви, което изисква нов подход за тяхното фиксиране. Делът (екструдиран алуминий) се увеличава значително в поддържащата част на тялото. В резултат на това устойчивостта на усукване е още по-добра.

Към цялостния пакет за ефективност е добавена адаптивна аеродинамика на каросерията, използваща различни стратегии за насочване на въздуха през задния спойлер и в отворите пред предните колела. Последните са оборудвани с активни клапани, които се отварят в зависимост от нуждите на охлаждащите агрегати. Задният спойлер има и друга роля, като насочва въздуха, когато е необходимо, за да подобри охлаждането на двигателя и особено на междинните охладители. И, разбира се, към всичко това трябва да добавим уникалните спирачки и шаси на Porsche, както и torque vectoring и downhill с активна стабилизираща щанга на задната ос, както и активно управление на задните колела.

Текст: Георги Колев

2020-08-30