Anatomi av en stor maskin
Samtal med Porsche Engine Manager Matthias Hofstätter om nya 911
911 är en drömbil för många. Vi träffar igen chefen för Porsches motoravdelning för att berätta om de växlingar som företagets utvecklingsteam fick möta när de skapade en modell. Följande rader är dedikerade till tekniken i den nya 992:an.
Att dra luckans frigöringsspak över motorn kan vara missvisande. Efter en tvekande blick inser man att det som ska vara ett lock faktiskt är en panel som är mindre än bakspoilern, under vilken man kan se vad som ser ut som en plastbalja med två fläktar installerade. Deras funktion är tydlig, men deras utseende har en annan effekt - det frammanar luftkylda modeller med sin fläktcentrerade fläkt omgiven av högspänningskablar.
450. Denna siffra uttrycker hästkrafterna för den nya generationens 4 Carrera S och Carrera 992S 1986-liters bi-turbo-sexcylindrig platt-sex-motor och väcker omedelbart andra associationer - denna super Porsche från 959 som heter 450, som också producerade 33 hk . Med. Ett bra tillfälle att jämföra och uttrycka utvecklingen av teknik inom området för förbränningsmotorer med samma märke. Men om 959:an för XNUMX år sedan var den högsta och till och med exotiska formen av teknisk kapacitet, drivs idag en motor med liknande kraft av de tidigare nämnda versionerna av Carrera S, som är lägre i märkeshierarkin.
Våra likheter sträcker sig även till cylindervolymen, som är mycket nära - 2848:ans 3cc kontra 959:ans 2981cc. 3:ans motor är ett sant tekniskt mästerverk för sin tid, med komplex kombinerad kylning. Cylindrarna kyls av en kraftfull fläkt, medan huvuden är beroende av ett 992L vattenkylningssystem. För att bidra till värmeavledning finns det naturligtvis, som med alla Porsches "luft"-motorer, ett oljekylningssmörjsystem som inte kan ta emot någondera. inte mer och inte mindre än 959 liter olja. På grund av modellens arkitektur med bakmotor och främre radiatorer är 25 således omgiven av rörledningar som bildar ett gemensamt cirkulationssystem.
I detta avseende har lite förändrats idag. 911 Carrera 4S, som kan betraktas som en nära släkting till 959 tack vare den dubbla växellådan, förlitar sig inte på en kraftfull fläkt utan kyler istället och rymmer 28,6 liter vätska, medan smörjsystemet kräver 11,3 liter. Smör.
Arkitekturen, som inkluderar ett horisontellt arrangemang av sex cylindrar, har dock en annan viktig indikator på likheten mellan båda motorerna - tillförlitlighet. Faktum är att detta är typiskt för alla företagets boxercyklar, som inte upphäver garantin när de körs på banan. För Porsche har samspelet mellan rörliga motorkomponenter, respektive friktionen i området för kolvringar, kolv, cylinder, såväl som i vevaxelns och tidsmekanismens lager, alltid varit av största vikt.
Turbiner av olika natur
I båda modellerna är turboladdare placerade på båda sidor om cylinderbankarna, men i 959 byggdes ett kaskadtankningssystem som förblev en vit svala i teknikhistorien. Kombinationen av en liten och stor turboladdare verkar lockande och används idag ofta i dieselmotorer, men lämpar sig inte för bensinmotorer – på grund av den lilla mängden gas vid låg belastning och varvtal, men vid höga temperaturer är den inte lika effektiv som en integrerad. i direktinsprutningsenheter med högt kompressionsförhållande av dubbeljetturbiner kombinerat med avgasgrenrör inbyggda i huvudena. Vid behov, mekaniska (Volvo) eller elektriska (Mercedes) kompressorer. Till viss del ligger ovanstående orsaker till grund för skillnaderna i prestanda mellan motorerna 992 och 995. Även om, till skillnad från de större turboladdade (fortfarande generationen 991) turboladdade versionerna, är Carrera 4S-motorn med wastegate-turboladdare med fast geometri med ett maximalt fylltryck på 1,2 .530 bar, maximalt vridmoment är 2300 Nm vid 450 rpm. Båda maskinerna når en maximal effekt på 6500 hk. vid 500 rpm, men trots att den har en liten turboladdare är maximalt vridmoment från 959 Nm till 5500 endast tillgängligt vid ... 33 rpm. Detta är verkligen ett levande uttryck för teknikens utveckling under dessa XNUMX år.
Effektivitetsekvation
Och ändå, vad förklarar dessa skillnader? Svaret är en kombination av många tekniska faktorer. 992:an drar nytta av en "boxad" motorarkitektur, med varje cylinderrad fylld med en enda turboladdare. I detta avseende kan det betraktas som summan av två trecylindriga motorer, och det är ett välkänt faktum att denna typ av motor är mycket lämplig för turboladdad utrustning på grund av pulsationsvågornas långa avstånd och bristen på interferens mellan dem. I raka sexmotorer kan gaserna från var och en av de tre cylindrarna ledas till en annan turbin eller till en annan dubbelturbinkrets, men på grund av avståndet mellan cylinderbankerna finns bara den första lösningen kvar som ett alternativ för sex -cylindriga boxermotorer. ett billigt men mindre effektivt system med ett). I kaskadladdningen på 959:an laddar var och en av de sex cylindrarna var och en av turboladdarna när den är igång.
Men det är bara en del av ekvationen. 992-motorn har 9,4 mm längre slag (en förutsättning för högre vridmoment), eftersom moderna högteknologiska material gör att tröghetskrafterna kan ökas när kolvhastigheten ökas från 14,5 till 16,6 m / s. ... Tack vare direktinsprutning (i den nya generationen med piezoinjektorer för finare blandning), en komplex förbränningsprocess, knackningskontroll och tryckluft kylt till en lägre temperatur med moderna vattenvärmeväxlare (vilket också hjälper till att förkorta luftvägen till cylindrarna) ökas kompressionsförhållandet till 10,2: 1. Genom att lägga till VarioCam variabla laddningssystem i ekvationen som övervägs blir denna skillnad i motorprestanda mycket tydligare.
Det är dags att byta ... och återvända
Tre-liters Carrera-motorn skiljer sig inte bara mycket från sin avlägsna föregångare, utan också ganska sofistikerad jämfört med dess givare, som presenterades relativt nyligen 991. I princip en ökning av kraft och vridmoment med 30 enheter (från 420 till 450 hk och från 500 ). upp till 530 Nm) verkar enkelt uppnås med en enkel programvaruinställning. Mycket mer radikalt var tillvägagångssättet från teamet till Matthias Hofstetter, chefen för Porsche-motoravdelningen, med vilken författaren av denna linje hade en chans att träffas för andra gången under presentationen av 992.
Ett intressant faktum som du inte hittar i någon press är att den nya 911:an ursprungligen designades som en laddhybrid. För att göra detta breddades det främre spåret och det var där, mellan framhjulen, som litiumjonbatteriet skulle ha placerats. Den nyutvecklade transmissionen med två kopplingar och åtta istället för sju växlar har en ökad husstorlek mellan vevaxeln och två uppsättningar kopplingar – cirka åtta centimeter. Den var tänkt att innehålla en "elektrisk skiva", som Hofstetter kallade motorn, förmodligen på grund av dess skivkonstruktion. Än så länge har det gått bra, och i teorin ser det bra ut, speciellt eftersom en förskjutning av tyngdpunkten framåt och nedåt kommer att ha en gynnsam effekt på viktfördelningen av 911:an. I praktiken reagerar dock bilen på sådana önskemål på ett mycket märkligt sätt. sätt. "De första (prototyp) versionerna av 992 hade en kraftig acceleration", säger Matthias Hofstetter, "och orsakade en riktig sensation till höger." Den fina balansen i modellen går dock åt helvete, och 911:an blir instabil och oförutsägbar i kurvor. Att montera motorer framtill med vridmomentvektorförmåga skulle kunna kompensera bristerna till viss del, men det innebär en återgång till ritbordet och enorma nya designkostnader. Det enklare enmotoriga hybridsystemet har i alla fall övergetts, ett ganska seriöst konstruktionsarbete har ställts in och 911:an är tillbaka på kurs utan några elassistenter. Arbetet med att öka kraften och minska förbrukningen är inriktade på komponenter som motor, transmission och kaross.
I den ökade effektens namn är den nya versionen av motorn utrustad med större turboladdare - respektive tre millimeter (upp till 48 mm) och fyra millimeter (upp till 55 mm) för turbinen och kompressorn. Detta gjorde det möjligt att uppnå ett tryck på 1,2 bar, trots de hinder som skapats av det nya dieselpartikelfiltret. Även tryckluftsvärmeväxlarnas läge har ändrats och flyttat från områden på utsidan av cylinderbankarna till ett område i mitten och ovanför motorn. Detta förkortar luftvägen, förbättrar motorresponsen och minskar pumpförlusterna (vilket var svårt att uppnå, till stor del på grund av den konservativa attityden hos personer ombord på Porsche mot sådana drastiska designförändringar). Den nya konfigurationen skapar förutsättningar för en 10-graders minskning av det motorriktade luftflödet, och detta, tillsammans med piezoinjektorer som skapar en tunnare luft-bränsleblandning, gör att kompressionsförhållandet kan ökas med en halv enhet till 10,2:1 ( det är ett bra tillfälle att nämna att i namnet på att förhindra förutsättningar för detonation är 959:ans kompressionsförhållande endast 8,3:1). Dessutom, för att utjämna vägen för gaser till turbinerna, ändrades kretsen till en enda genom att flytta från botten till toppen. Således roterar turbinerna i en annan riktning när de ses bakifrån bilen.
Med hjälp av VarioCam-systemet med olika kamaxel-kamprofiler justerar Porsche-ingenjörerna de två inloppsventilernas rörelse på olika sätt, som har olika delbelastning. Således börjar luften som kommer in i motorn att "virvla", vilket skapar turbulent rörelse, både längs den vertikala axeln (den så kallade vortexen) och horisontellt (salt). Detta hjälper till att avsevärt förbättra kvaliteten på förbränningsprocessen, där flamfronten rör sig snabbare och förbränningen är effektivare. Vid full belastning utjämnas slaget eftersom lufthastigheten är tillräckligt hög för att en sådan lösning helt enkelt inte är nödvändig. Som ett resultat säger Hofstätter att föroreningarna i rågasutsläppen minskar avsevärt, vilket resulterar i att katalysatorn nu har mycket mindre arbete att göra. Således ökar dess körsträcka till över 300 tusen kilometer. På grund av gasernas lägre temperatur är dessutom katalysatorn i fråga inte längre tillverkad av plåt utan är en gjutning som i sin tur gör det möjligt att minska motståndet mot gasflöde och i sig ökar effektiviteten. Hela "arkitektoniska ensemblen", inklusive partikelfiltret med integrerade ventiler, krävs för att skapa ett 911-ljudlandskap som är definitivt unikt.
Mer aluminium i fodralet
Växellådan är helt ny, nu med åtta växlar, som på grund av körschemat är unik för 911 och inte används i någon modell av märket eller intresset. Den första växeln är kortare än den föregående, och den åttonde är längre än den tidigare högsta sjunde växeln. De nya utväxlingarna möjliggör också en längre slutkörning, vilket resulterar i en tystare motor och går med lägre hastigheter vid höga motorvägshastigheter.
Mer exakt överföring av vridmoment till framaxeln är en förutsättning för förbättrat fordonsbeteende, och detta beror på den nya konstruktionen av flerplåtskopplingen i främre differentialen. Hela enheten är vattenkyld, förstärkta skivor och en snabbare utflykt. Allt detta förbättrar inte bara dynamiken utan också maskinens längdåkning, till exempel när du kör på snö.
Även om den huvudsakligen använder den nuvarande 992-arkitekturen har den i praktiken förändrats avsevärt. Andelen stål i denna "multi-mix" -design har minskat från 63 till 30 procent. Utanför har stora antika stålpaneler bytts ut mot aluminiumpaneler, vilket kräver en ny metod för att fixera dem. Andelen (strängpressad aluminium) ökar avsevärt i kroppens stöddel. Som ett resultat är torsionsmotståndet ännu bättre.
Tillagd till det totala effektivitetspaketet är adaptiv karossaerodynamik, som använder olika strategier för att rikta luft genom den bakre spoilern och in i öppningar framför framhjulen. De senare är utrustade med aktiva ventiler som öppnar beroende på kylaggregatens behov. Den bakre spoilern har också en annan roll, den riktar luft när det behövs för att förbättra motorkylningen och speciellt laddluftkylarna. Och, naturligtvis, till allt detta måste vi lägga till de unika bromsarna och chassit från Porsche, såväl som vridmomentstyrning och nedförsbacke med en aktiv krängningshämmare på bakaxeln, samt aktiv bakhjulsstyrning.
Text: Georgy Kolev
2020-08-30
