2019 Porsche 922
Разговор с шефа на отдел двигатели на Porsche Матиас Хофщетер за новия 911
911 е мечтан за мнозина автомобил. Отново се срещаме с шефа на отдела за боксерни двигатели на Porsche за да ни разкаже за перипетиите с които са се сблъскали развойните екипи на фирмата при създаването на модела. Следващите редове са за техниката на новия 992.
Издърпването на лоста за отваряне на капака над двигателя тук може да доведе до заблуда. След колебливо оглеждане разбираш че това което трябва да е капак, всъщност е една плоскост по-малка по размери от задния спойлер, под която може да се види нещо като пластмасова вана, с монтирани два вентилатора. Функционалната им принадлежност е ясна, но появата им все пак дори и до друг ефект – ражда спомени за моделите с въздушно охлаждане с техния, разположен в центъра на вниманието вентилатор, опасан от високоволтовите кабели.
450. С това число се изразява броят на конските сили на трилитровия битурбо шестцилиндров боксерен двигател на Carrera S и Carrera 4S на новото поколение 992 и веднага извиква други асоциации – за онова супер Porsche от 1986 година наречено 959, чиято мощност също бе 450 к.с. Добър повод за сравнение и израз на развитието на технологиите в областта на двигателите с вътрешно горене, при това на една и съща марка. Ако обаче преди 33 години 959 е върховна и дори екзотична форма на техническите възможности, днес с мотор с подобна мощност се задвижват гореспоменатите версии Carrera S, които стоят по-ниско в йерарахията на марката.
Подобието ни отнася и към работния обем, който е много близък – 2848 см3 за 959 срещу 2981 см3 за 992. Двигателят на 959 е истински технологичен шедьовър за времето си със своето сложно комбинирано охлаждане. Цилиндрите се охлаждат с помощта на мощния вентилатор, а главите разчитат на водна система за охлаждане с вместимост от 25 л. Разбира се, принос за топлообмена, както при всички „въздушни“ двигатели на Porsche има и системата за смазване с маслен радиатор, помещаваща нито повече нито по-малко от 18 литра масло. Така благодарение на архитектурата на модела със задно разположен двигател и изведени отпред охладители 959 е опасан с тръбопроводи формиращи обща кръвоносна система.
В това отношение малко се променило и днес. 911 Carrera 4S, която заради системата за двойно предаване може да се приеме за по-близък родственик на 959 не разчита на мощен вентилатор, но затова пък охлаждането и побира цели 28,6 л течност, а за смазочната система са нужни 11,3 л масло.
Осен архитектурата включваща хоризонтално разположение на шестте цилиндър има обаче още един важен показател по който и двата мотора си приличат – надеждността. Всъщност това е характерно за всички боксерни мотори на фирмата, чиято гаранция не отпада при шофиране на пистата. За Porsche взаимодействието на движещите се компоненти на моторите, респективно триенето в зоната бутални пръстени, бутало, цилиндър, както и в лагерите на коляновия вал и газоразпределителния механизъм винаги е било от първостепенно значение.
Турбини от различно естество
И при двата модела турбокомпресорите са разположени от двете страни на цилиндровите редици, но при 959 е композирана останалата като бяла лястовица в технологичната история система за каскадно пълнене. Комбинацията от малък и голям турбокомпресор изглежда примамливо решение и днес нерядко се използва при дизеловите двигатели, но тя се оказва непригодна за бензинови мотори – заради малкото количество газове при ниско натоварване и оборотни режими, но с висока температура тя не е толкова ефективна, колкото интегрираните в агрегатите с директно впръскване и висока степен на сгъстяване двуструйни турбини, съчетани с интегрирани в главите изпускателни колектори. Когато е нужно пък, за подкрепа се привличат механични (Volvo) или електрически (Mercedes) компресори. В известна степен гореспоменатите причини са в основата на разликите в показателите на двигателя на 992 и на този на 995. Въпреки че за разлика от големите си събратя от версиите Turbo (все още от поколението 991) разчитащи на VNT турбокомпресори, двигателят на Carrera 4S е с waste gate турбокомпресори с фиксирана геометрия с максимално налягане на пълнене от 1,2 бара постига максималния си въртящ момент от 530 Нм още при 2300 об./мин. И двата автомобила достигат максималната си мощност от 450 к.с. при 6500 об./мин, но въпреки наличието на малък турбокомпресор максималният въртящ момент от 500 Нм на 959 е наличен чак при …5500 об./мин. Това наистина е ярък израз на развитието на технологиите през тези 33 години.
Уравнението на ефективността
И все пак какво е обяснението за подобни разлики? Отговорът е в съчетанието от множество технологични фактори. 992 се облагодетелства от боксерната архитектура на двигателя при която всеки ред цилиндри пълни по един турбокомпресор. В това отношение той може да се разглежда като сбор от два трицилиндрови мотора, а общоизвестен факт е че този тип мотори са много подходящи за оборудване с принудително турбопълнене поради голямото отстояние на вълните на пулсациите и липсата на интерференции помежду тях. При редовите шестцилиндрови мотори газовете от всяка от тройките цилиндри може да се насочи към различна турбина или към различен контур на двуструйна турбина, но поради отдалечеността на цилиндровите редове за шестцилиндровите боксерни мотори остава като вариант единствено първото решение (ако разбира се конструкторът не използва по-евтината но по-малко ефективна схема с един). При каскадното пълнене на 959 всеки от шестте цилиндъра пълни всеки от турбокомпресорите когато съответният е в работен режим.
Но това е само част от уравнението. Двигателят на 992 има с 9,4 мм по-дълъг ход (предпоставка за по-висок въртящ момент), защото високотехнологичните модерни материали позволяват по-големи инерционни сили при увеличаване на скоростта на буталото от 14,5 на 16,6 м/с. Благодарение на директното впръскване (в новото поколение с пиезоинжектори за по-фино смесообразуване), сложният горивен процес, контролът на детонациите и охладеният до по-ниската температура от модерните водни топлообменници (спомагащи и за скъсяване на пътя на въздуха до цилиндрите) сгъстен въздух, степента са сгъстяване е увеличена до 10,2:1. Като добавим във въпросното уравнение и променливата система за пълнене VarioCam, в голяма степен картината за подобна разлика в характеристиките на моторите започва да става ясна.
Време за промяна…и връщане назад
Трилитровият двигател на Carrera е не само много по-различен от своя далечен предшественик и доста усъвършенстван спрямо донора си въведен сравнително скоро в 991. Принципно увеличаването на мощността и въртящия момент с по 30 единици (от 420 до 450 к.с. и от 500 до 530 Нм) изглежда лесно постижимо с обикновена настройка на софтуера. Подходът на екипа на Матиас Хофщетер, ръководител на отдела за боксерни двигатели на Porsche, с който авторът на този редове имаше шанс за втори път да се срещне в рамките на представянето на 992 е бил доста по-радикален.
Интересният факт, който няма да откриете в никоя прес информация, е че новият 911 е проектиран изначално като plug-in хибрид. За целта предната следа е разширена и именно там, между предните колела е трябвало да бъде разположен литиево-йонният акумулатор. Новоразработената трансмисия с два съединителя и осем вместо със седем предавки е с увеличен размер на кожуха между коляновия вал и двата набори съединители – с около осем сантиметра. Там е трябвало да се помещава „електрическият диск“, както Хофщететер нарича предназначеният за това мотор, вероятно заради дисковидната му конструкция. Дотук добре и на теория всичко изглежда чудесно, още повече че изместването на центъра на тежестта напред и надолу би подействало благоприятно за разпределението на теглото на 911. На практика обаче, автомобилът реагира по доста свойствен начин на подобни желания. „Първите (прототипни) версии на 992 имаха брутално ускорение“, разказва Матиас Хофщететер „и на правите предизвикваха истински фурор“. Финият баланс на модела обаче отива по дяволите и 911 става нестабилен и непредсказуем в завоите. Монтирането на двигатели отпред с възможност за torque vectoring би могло да компенсира в известна степен недостатъците, но това означава връщане към чертожната дъска и нови, огромни разходи за проектантска дейност. Така или иначе и по-простата хибридна система с един двигател е изоставена, една доста сериозна сума за проектантска работа е задраскана и 911 се връща към старото си руслото без каквито и да било електрически помощници. Усилията за увеличаване на мощността и намаляване на разхода се концентрират върху компоненти като двигател, трансмисия и каросерия.
В името на увеличаването на мощността новата версия на двигателя е оборудвана с по-големи турбокомпресори – съответно с три милиметра (до 48 мм) и с четири милиметра (до 55 мм) при турбината и компресора. Това е позволило постигане на налягане от 1,2 бара, въпреки спънките създавани от новия филтър за твърди частици. Променена е и позицията на топлообменниците за сгъстения въздух, които са мигрирали от зоните от външните страни на цилиндровите редове към зоната в средата и над двигателя. По този начин се скъсява пътят на въздуха, респективно се подобрява реакцията на двигателя и се намаляват помпените загуби (това е било постигнато трудно, най-вече заради консервативното отношение на хората от управителния съвет на Porsche към подобни драстични конструктивни промени). Новата конфигурация създава предпоставки за намаляване с 10 градуса на насочвания към двигателя въздух, а това заедно с пиезоинжекторите създаващи по-фина смес на въздух с гориво позволява увеличаване на степента на сгъстяване с половин единица до 10,2:1 (тук е моментът да споменем че в името на избягване на предпоставките за детонации степента на сгъстяване при 959 е едва 8,3:1). Освен това за да се уеднакви пътя на газовете към турбините е променен контурът към единия като е преместен от долната към горната и част. По този начин турбините се въртят в различна посока погледнато откъм задната част на автомобила.
С помощта на системата VarioCam с различни профили на гърбиците на разпределителния вал инженерите на Porsche конфигурират по различен начин хода на двата всмукателни клапана, които имат различен ход при частично натоварване. Така нахлуващият в двигателя въздух започва да се „усуква“ създавайки турбулентно движение, както по вертикалната ос (т.нар swirl) така и по хоризонталната (tumble). Това спомага за значително подобряване на качеството на горивния процес, при който фронтът на пламъка се движи по-бързо, а изгарянето е по-ефективно. При пълно натоварване ходът се изравнява защото скоростата на въздуха е достатъчно висока и от подобно решение просто няма нужда. Според Хофщетер в резултат от всичко това нивата на вредни вещества в „суровите“ емисии на газовете се намаляват силно, в следствие на което катализаторът вече има много по-малко работа. Така пробегът му се увеличава до над 300 хиляди километра. Освен това заради намалената температура на газовете, въпросният катализатор вече е изработен не от листова ламарина, а е отливка, което пък позволява намаляване на съпротивлението на потока газове и само по себе си подобрява ефективността. Целият „архитектурен ансамбъл“ включващ и филтъра за твърди частици с интегрирани клапи има съществено значение за формирането на звуковата картина на 911, която определено е неповторима.
Повече алуминий в каросерията
Изцяло нова е трансмисията, вече с осем предавки, която заради компановката на задвижване е уникална за 911 и не се използва в никой от моделите на марката или концерна. Първата предавка е по-къса от досегашната, а осмата е по-дълга от предишната най-висока седма предавка. Новите предавателни числа позволяват и използване на по-дълго главно предаване, в резултат от което двигателят е по-спокоен и с по-ниски обороти при висока скорост на магистрала.
Една от предпоставките за подобреното поведение на автомобила е по-прецизното предаване на въртящия момент към предния мост, а това се дължи на новата конструкция на многодисковия съединител в предния диференциал. Целият агрегат е с водно охлаждане, има усилени дискове и по-бърз механизъм за задействане. Всичко това не само подобрява динамиката, но и проходимостта на автомобила при движение в сняг например.
Въпреки че принципно използва досегашната архитектура на каросерията 992 на практика е значително променен. Делът на стоманата в тази „мултимикс“ конструкция е снижен от 63 на 30 процента. Външните, големи старанични стоманени панели са заменени от алуминиеви, а това изисква нов подход за прикрепването им. Делът на (екструдиран) алуминий е значително увеличен и в носещата част на каросерията. В резултата това устойчивостта на усукване е още по-добра.
Към цялостният пакет за ефективност се добавя и адаптивната аеродинамика на каросерията използваща различни стратегии за насочване на въздуха над задния спойлер и в отворите пред предните колела. Последните са оборудвани с активни клапи, които се отварят в зависимост от нуждите на агрегатите за охлаждане. Задният спойлер има и друга роля – при нужда той насочва въздуха така че да се подобри охлаждането на сектора на двигателя и специално на интеркулерите. И разбира се, към всичко споменато следва да се добавят уникалните за Porsche спирачки и ходова част, както и torque vectoring и на наклона със активна стабилизираща щанга на задния мост, както и активно завиване на задните колела.
auto motor und sport
