Анатомия большой машины
Разговор с начальником двигательного цеха Porsche Маттиас Хофштеттер о новом 911
911 – это машина мечты для многих. Мы снова встречаемся с главой отдела двигателей Porsche, чтобы рассказать нам о превратностях, с которыми пришлось столкнуться командам разработчиков компании при создании модели. Следующие строки посвящены технике нового 992.
Если тянуть рычаг освобождения крышки над двигателем, это может ввести в заблуждение. После неуверенного взгляда вы понимаете, что то, что должно быть крышкой, на самом деле является панелью меньше по размеру, чем задний спойлер, под которым вы можете увидеть нечто вроде пластиковой ванны с двумя установленными вентиляторами. Их функциональная принадлежность ясна, но их внешний вид имеет еще один эффект – он вызывает воспоминания о моделях с воздушным охлаждением с их центрированным вентилятором вентилятором, окруженным высоковольтными кабелями.
450. Это число выражает количество лошадиных сил трехлитрового битурбированного шестицилиндрового оппозитного двигателя нового поколения 4 Carrera S и Carrera 992S и сразу вызывает другие ассоциации – этот суперпорше 1986 года под названием 959, мощность которого также составляла 450 л.с. с. Хороший повод сравнить и выразить развитие технологий в области двигателей внутреннего сгорания с той же торговой маркой. Однако если 33 года назад 959 был высшей и даже экзотической формой технических возможностей, то сегодня двигатель с аналогичной мощностью приводится в действие вышеупомянутыми версиями Carrera S, которые находятся ниже в иерархии брендов.
Наше сходство касается и рабочего объема, который очень близок – 2848 см3 у 959 против 2981 см3 у 992. Двигатель 959-го – настоящий технологический шедевр для своего времени со сложным комбинированным охлаждением. Цилиндры охлаждаются мощным вентилятором, а головки полагаются на систему водяного охлаждения объемом 25 л. Конечно, вклад в теплоотдачу, как и во всех «воздушных» двигателях Porsche, есть система смазки с масляным радиатором, не вмещающая ни того, ни другого. не больше и не меньше 18 литров масла. Таким образом, благодаря архитектуре модели с задним расположением двигателя и передними радиаторами 959 окружен трубопроводами, образующими общую циркуляционную систему.
В этом отношении сегодня мало что изменилось. 911 Carrera 4S, который благодаря двойной трансмиссии можно считать близким родственником 959, не полагается на мощный вентилятор, а вместо этого охлаждает и вмещает 28,6 литра жидкости, а системе смазки требуется 11,3 литра. сливочное масло.
Однако архитектура, включающая горизонтальное расположение шести цилиндров, тем не менее, имеет еще один важный показатель схожести обоих двигателей – надежность. Фактически, это типично для всех боксерских байков компании, на которые при движении по трассе гарантия не аннулируется. Для Porsche взаимодействие движущихся компонентов двигателей, соответственно трение в области поршневых колец, поршня, цилиндра, а также в подшипниках коленчатого вала и механизма газораспределения всегда имело первостепенное значение.
Турбины разной природы
В обеих моделях турбокомпрессоры расположены по обе стороны от рядов цилиндров, но в 959-м построена каскадная система заправки, оставшаяся в технологической истории белой ласточкой. Комбинация маленького и большого турбокомпрессора кажется заманчивым решением и сегодня часто используется в дизельных двигателях, но не подходит для бензиновых двигателей – из-за небольшого количества газа при низкой нагрузке и оборотах, но при высоких температурах она не так эффективна, как интегрированная. в агрегатах прямого впрыска с высокой степенью сжатия двухструйных турбин, совмещенных с выпускными коллекторами, встроенными в головки. При необходимости механический (Volvo) или электрические (Mercedes) компрессоры. В некоторой степени вышеупомянутые причины лежат в основе различий в характеристиках двигателей 992 и 995. Хотя, в отличие от более крупных турбированных (все еще поколения 991) версий с турбонаддувом, двигатель Carrera 4S является с турбокомпрессорами с перепускным клапаном фиксированной геометрии с максимальным давлением наполнения 1,2 бар, максимальный крутящий момент составляет 530 Нм при 2300 об / мин. Обе машины достигают максимальной мощности в 450 л.с. при 6500 об / мин, но, несмотря на наличие небольшого турбонагнетателя, максимальный крутящий момент от 500 Нм до 959 доступен только при… 5500 об / мин. Это действительно яркое выражение развития технологий за эти 33 года.
Уравнение эффективности
И все же, чем объясняются такие различия? Ответ – сочетание многих технологических факторов. Модель 992 выигрывает от «боксирующей» архитектуры двигателя, в которой каждый ряд цилиндров заполнен одним турбонагнетателем. В этом отношении его можно рассматривать как сумму двух трехцилиндровых двигателей, и это хорошо известный факт, что этот тип двигателей очень подходит для оборудования с турбонаддувом из-за большого расстояния волн пульсации и отсутствия интерференции между ними. В рядных шестицилиндровых двигателях газы из каждого из трех цилиндров могут быть направлены в другую турбину или в другой контур двухрежимной турбины, но из-за расстояния между рядами цилиндров для шестицилиндровых оппозитных двигателей в качестве опции остается только первое решение. дешевая, но менее эффективная схема с одним). В каскадном заряде 959 каждый из шести цилиндров заряжает каждый из турбокомпрессоров, когда он работает.
Но это только часть уравнения. Двигатель 992 имеет более длинный ход поршня на 9,4 мм (необходимое условие для более высокого крутящего момента), поскольку современные высокотехнологичные материалы позволяют увеличить инерционные силы при увеличении скорости поршня с 14,5 до 16,6 м / с. . Благодаря прямому впрыску (в новом поколении с пьезоинжекторами для более тонкого перемешивания), сложному процессу горения, контролю детонации и сжатому воздуху, охлаждаемому до более низкой температуры с помощью современных водяных теплообменников (что также помогает сократить путь воздуха к цилиндрам), степень сжатия увеличена до 10,2: 1. При добавлении системы переменного заряда VarioCam к рассматриваемому уравнению картина такой разницы в характеристиках двигателя в значительной степени становится более ясной.
Пора измениться … и вернуться
Трехлитровый двигатель Carrera не только сильно отличается от своего далекого предшественника, но и довольно наворочен по сравнению со своим донором, представленным сравнительно недавно в 991. В принципе увеличение мощности и крутящего момента на 30 единиц (с 420 до 450 л.с. и с 500). до 530 Нм) кажется легко достижимым с помощью простой настройки программного обеспечения. Гораздо радикальнее был подход команды Матиаса Хофштеттера, главы отдела двигателей Porsche, с которым автору этой строчки довелось встретиться во второй раз во время презентации 992.
Интересный факт, который вы не найдете ни в одной прессе, заключается в том, что новый 911 изначально проектировался как подключаемый гибрид. Для этого была расширена передняя колея и именно там, между передними колесами, должна была располагаться литий-ионная батарея. Недавно разработанная трансмиссия с двумя сцеплениями и восемью вместо семи передач имеет увеличенный размер корпуса между коленчатым валом и двумя наборами сцеплений – примерно на восемь сантиметров. В нем должен был находиться «электрический диск», как Хофштеттер называл двигатель, вероятно, из-за его дисковой конструкции. Пока все хорошо, и в теории все выглядит великолепно, тем более что смещение центра тяжести вперед и вниз благотворно скажется на распределении веса 911. На практике, однако, автомобиль очень своеобразно реагирует на такие желания. «Первые (прототипы) версии 992 имели резкое ускорение, – говорит Маттиас Хофштеттер, – и вызвали настоящую сенсацию справа». Однако тонкая балансировка модели идет к черту, и 911 становится нестабильным и непредсказуемым в поворотах. Установка двигателей спереди с возможностью векторизации крутящего момента могла бы в некоторой степени компенсировать недостатки, но это означает возврат к чертежной доске и новые огромные затраты на проектные работы. В любом случае отказались от более простой однодвигательной гибридной системы, перечеркнули довольно серьезный объем проектных работ, и 911 возвращается на прежний курс без каких-либо электрических помощников. Усилия по увеличению мощности и снижению потребления сосредоточены на таких компонентах, как двигатель, трансмиссия и кузов.
Во имя увеличения мощности новая версия двигателя оснащена более крупными турбокомпрессорами – соответственно на три миллиметра (до 48 мм) и четыре миллиметра (до 55 мм) у турбины и компрессора. Это позволило достичь давления 1,2 бара, несмотря на препятствия, создаваемые новым сажевым фильтром. Также было изменено положение теплообменников сжатого воздуха, которые переместились из областей на внешней стороне рядов цилиндров в область посередине и над двигателем. Это укорачивает воздушный путь, улучшает реакцию двигателя и снижает потери в насосе (этого было трудно достичь, в основном из-за консервативного отношения людей на борту Porsche к таким радикальным изменениям конструкции). Новая конфигурация создает предпосылки для 10-градусного снижения потока воздуха, направляемого двигателем, и это вместе с пьезоинжекторами, создающими более тонкую смесь воздуха и топлива, позволяет увеличить степень сжатия на половину единицы до 10,2: 1 (здесь самое время упомянуть что во имя предотвращения предварительных условий для детонации степень сжатия 959 составляет всего 8,3: 1). Кроме того, чтобы уравнять путь газов к турбинам, контур был изменен на единый путем перехода от нижней части к верхней. Таким образом, турбины вращаются в другом направлении, если смотреть сзади автомобиля.
Используя систему VarioCam с разными профилями кулачков распредвала, инженеры Porsche по-разному настраивают ход двух впускных клапанов, которые имеют разные ходы частичной нагрузки. Таким образом, воздух, попадающий в двигатель, начинает «закручиваться», создавая турбулентное движение, как по вертикальной оси (так называемое завихрение), так и по горизонтали (кувырок). Это помогает значительно улучшить качество процесса горения, при котором фронт пламени движется быстрее, а горение более эффективно. При полной нагрузке ход выравнивается, потому что скорость воздуха достаточно высока и в таком решении просто нет необходимости. По словам Хофштеттера, в результате всего этого значительно снижается уровень вредных веществ в «сырых» выбросах газов, в результате чего катализатор теперь имеет гораздо меньше работы. Таким образом, его пробег увеличивается до более 300 тысяч километров. Кроме того, из-за пониженной температуры газов рассматриваемый катализатор больше не изготавливается из листового металла, а представляет собой отливку, что, в свою очередь, позволяет снизить сопротивление потоку газов и само по себе повышает эффективность. Весь «архитектурный ансамбль», включая сажевый фильтр со встроенными клапанами, необходим для формирования звуковой картины 911, которая определенно уникальна.
Больше алюминия в корпусе
Трансмиссия полностью новая, теперь с восемью передачами, которая из-за схемы привода уникальна для 911 и не используется ни в одной из моделей марки или концерна. Первая передача короче предыдущей, а восьмая длиннее предыдущей высшей седьмой передачи. Новые передаточные числа также позволяют использовать более длинную главную передачу, в результате чего двигатель работает тише и работает на более низких скоростях на высоких скоростях шоссе.
Одним из необходимых условий для улучшения поведения автомобиля является более точная передача крутящего момента на переднюю ось, и это связано с новой конструкцией многодисковой муфты в переднем дифференциале. Весь агрегат имеет водяное охлаждение, усиленные диски и более быстрый спусковой механизм. Все это не только улучшает динамику, но и проходимость машины, например, при движении по снегу.
Хотя в основном он использует текущую архитектуру корпуса 992, на практике она значительно изменилась. Доля стали в этой «многомиксной» конструкции снижена с 63 до 30 процентов. Снаружи большие антикварные стальные панели были заменены алюминиевыми, что требует нового подхода к их креплению. Доля (экструдированный алюминий) значительно увеличивается в опорной части тела. В результате сопротивление скручиванию стало еще лучше.
К общему пакету эффективности добавлена адаптивная аэродинамика кузова, использующая различные стратегии направления воздуха через задний спойлер и в отверстия перед передними колесами. Последние оснащены активными клапанами, которые открываются в зависимости от потребностей охлаждающих агрегатов. Задний спойлер выполняет и другую роль – при необходимости он направляет воздух для улучшения охлаждения двигателя и, в особенности, промежуточных охладителей. И, конечно же, ко всему этому следует добавить уникальные тормоза и шасси Porsche, а также векторизацию крутящего момента и на спуске с активным стабилизатором поперечной устойчивости на задней оси, а также активный поворот задних колес.
Текст: Георгий Колев
2020-08-30
