Giải phẫu của một cỗ máy lớn

Trò chuyện với Giám đốc Động cơ của Porsche, Matthias Hofstätter về 911 mới

911 là chiếc xe mơ ước của nhiều người. Chúng tôi gặp lại người đứng đầu bộ phận động cơ của Porsche để kể cho chúng tôi nghe về những thăng trầm mà nhóm phát triển của công ty phải đối mặt khi tạo ra một mẫu xe. Các dòng sau đây dành riêng cho công nghệ của 992 mới.

Việc kéo cần nhả nắp lên trên động cơ có thể gây hiểu nhầm. Sau một cái nhìn do dự, bạn nhận ra rằng thứ được cho là tấm che thực ra là một tấm bảng nhỏ hơn cánh gió sau, bên dưới bạn có thể thấy thứ trông giống như một chiếc bồn nhựa có lắp hai quạt. Chức năng của chúng là rõ ràng, nhưng vẻ ngoài của chúng có tác dụng khác - nó gợi nhớ đến các mẫu máy làm mát bằng không khí với quạt làm trung tâm được bao quanh bởi dây cáp điện áp cao.

450. Con số này thể hiện mã lực của động cơ 4 xy-lanh phẳng 992 lít tăng áp kép 1986 xi-lanh thế hệ thứ 959 và Carrera 450S và ngay lập tức gợi lên những liên tưởng khác - chiếc siêu xe Porsche đời 33 này được gọi là 959, cũng sản sinh công suất XNUMX mã lực . Với. Một dịp tốt để so sánh và thể hiện sự phát triển của công nghệ trong lĩnh vực động cơ đốt trong với cùng một thương hiệu. Tuy nhiên, nếu XNUMX năm trước, XNUMX là dạng năng lực kỹ thuật cao nhất và thậm chí là kỳ lạ, thì ngày nay, một động cơ có sức mạnh tương tự được cung cấp bởi các phiên bản Carrera S nói trên, thấp hơn trong phân cấp thương hiệu.

Những điểm tương đồng của chúng tôi cũng mở rộng đến dung tích, rất gần - 2848cc của 3 so với 959cc của 2981. Động cơ của 3 là một kiệt tác công nghệ thực sự vào thời điểm đó, với hệ thống làm mát kết hợp phức tạp. Các xi-lanh được làm mát bằng một chiếc quạt mạnh mẽ, trong khi các đầu dựa vào hệ thống làm mát bằng nước 992L. Tất nhiên, góp phần vào việc tản nhiệt, như với tất cả các động cơ "không khí" của Porsche, có một hệ thống bôi trơn làm mát dầu không thể đáp ứng cả hai. không nhiều hơn và không ít hơn 959 lít dầu. Do đó, do cấu trúc của mô hình với động cơ phía sau và bộ tản nhiệt phía trước, 25 được bao quanh bởi các đường ống tạo thành một hệ thống lưu thông chung.

Về mặt này, ngày nay có rất ít thay đổi. 911 Carrera 4S, có thể coi là họ hàng gần của 959 nhờ hộp số kép, không dựa vào quạt mạnh mà thay vào đó làm mát và chứa 28,6 lít chất lỏng, trong khi hệ thống bôi trơn yêu cầu 11,3 lít. bơ.

Tuy nhiên, kiến ​​​​trúc, bao gồm sự sắp xếp theo chiều ngang của sáu xi-lanh, tuy nhiên, có một chỉ số quan trọng khác về sự giống nhau của cả hai động cơ - độ tin cậy. Trên thực tế, đây là điển hình của tất cả các loại xe đạp boxer của công ty, sẽ không làm mất hiệu lực bảo hành khi lái trên đường đua. Đối với Porsche, sự tương tác giữa các bộ phận chuyển động của động cơ, tương ứng là ma sát trong khu vực của các vòng piston, pít-tông, xi-lanh, cũng như trong các ổ trục của trục khuỷu và cơ cấu định thời, luôn có tầm quan trọng hàng đầu.

Tuabin có tính chất khác nhau

Ở cả hai mẫu xe, bộ tăng áp được đặt ở cả hai bên của dãy xi-lanh, nhưng vào năm 959, hệ thống tiếp nhiên liệu theo tầng đã được chế tạo, đây vẫn là một con én trắng trong lịch sử công nghệ. Sự kết hợp giữa một bộ tăng áp nhỏ và lớn có vẻ hấp dẫn và ngày nay thường được sử dụng trong động cơ diesel, nhưng không phù hợp với động cơ xăng - do lượng khí nhỏ ở tải và vòng tua máy thấp, nhưng ở nhiệt độ cao thì không hiệu quả bằng một tích hợp. trong các đơn vị phun trực tiếp với tỷ số nén cao của tua-bin phản lực đôi kết hợp với ống góp khí thải được tích hợp trong đầu. Nếu cần thiết, máy nén cơ (Volvo) hoặc điện (Mercedes). Ở một mức độ nào đó, những lý do trên là cơ sở cho sự khác biệt về hiệu suất giữa động cơ 992 và 995. Mặc dù, không giống như các phiên bản tăng áp tăng áp lớn hơn (vẫn là thế hệ 991), động cơ Carrera 4S có bộ tăng áp cửa xả hình học cố định với áp suất nạp tối đa là 1,2 .530 bar, mô-men xoắn cực đại là 2300 Nm tại 450 vòng/phút. Cả hai máy đều đạt công suất cực đại 6500 mã lực. vòng tua máy 500 vòng/phút nhưng dù sở hữu bộ tăng áp nhỏ nhưng mô-men xoắn cực đại từ 959 Nm đến 5500 chỉ có tại… 33 vòng/phút. Đây thực sự là một biểu hiện sinh động về sự phát triển của công nghệ trong suốt XNUMX năm qua.

Phương trình hiệu quả

Tuy nhiên, điều gì giải thích những khác biệt này? Câu trả lời là sự kết hợp của nhiều yếu tố công nghệ. 992 được hưởng lợi từ kiến ​​trúc động cơ "đóng hộp", với mỗi dải xi-lanh chứa đầy một bộ tăng áp đơn. Về vấn đề này, nó có thể được coi là tổng của hai động cơ ba xi-lanh, và một thực tế nổi tiếng là loại động cơ này rất phù hợp với thiết bị tăng áp do khoảng cách xa của sóng xung và thiếu nhiễu giữa chúng. Trong động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng, khí từ mỗi xi-lanh trong số ba xi-lanh có thể được chuyển đến một tua-bin khác hoặc đến một mạch tua-bin kép khác, nhưng do khoảng cách giữa các bờ xi-lanh nên chỉ còn lại giải pháp đầu tiên là tùy chọn cho sáu xi-lanh. -động cơ boxer xi lanh. một kế hoạch rẻ tiền nhưng kém hiệu quả hơn với một). Trong điện tích theo tầng của 959, mỗi xi-lanh trong số sáu xi-lanh sẽ nạp điện cho mỗi bộ tăng áp khi nó đang chạy.

Nhưng đó chỉ là một phần của phương trình. Động cơ 992 có hành trình dài hơn 9,4 mm (điều kiện tiên quyết để có mô-men xoắn cao hơn), do các vật liệu công nghệ cao hiện đại cho phép tăng lực quán tính khi tăng tốc độ piston từ 14,5 lên 16,6 m / s. ... Nhờ phun trực tiếp (trong thế hệ mới với kim phun piezo để trộn mịn hơn), một quá trình đốt cháy phức tạp, kiểm soát tiếng nổ và khí nén được làm mát đến nhiệt độ thấp hơn bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt nước hiện đại (cũng giúp rút ngắn đường dẫn khí đến xi lanh), tỷ số nén được tăng lên. 10,2: 1. Bằng cách thêm hệ thống nạp biến thiên VarioCam vào phương trình đang được xem xét, sự khác biệt về hiệu suất động cơ này trở nên rõ ràng hơn nhiều.

Đã đến lúc thay đổi ... và quay trở lại

Động cơ Carrera ba lít không chỉ rất khác so với người tiền nhiệm xa của nó, mà còn khá tinh vi so với nhà tài trợ của nó, được giới thiệu tương đối gần đây vào năm 991. Về nguyên tắc, công suất và mô-men xoắn tăng thêm 30 đơn vị (từ 420 lên 450 mã lực và từ 500 ). lên đến 530 Nm) dường như có thể dễ dàng đạt được với một cài đặt phần mềm đơn giản. Cấp tiến hơn nhiều là cách tiếp cận của nhóm Matthias Hofstetter, người đứng đầu bộ phận động cơ của Porsche, người mà tác giả của dòng này có cơ hội gặp gỡ lần thứ hai trong buổi giới thiệu chiếc 992.

Một sự thật thú vị mà bạn sẽ không tìm thấy trên bất kỳ báo chí nào là 911 mới ban đầu được thiết kế dưới dạng plug-in hybrid. Để làm được điều này, đường ray phía trước đã được mở rộng và chính ở đó, giữa các bánh trước, lẽ ra phải đặt pin lithium-ion. Hộp số mới được phát triển với hai ly hợp và tám bánh răng thay vì bảy bánh răng có kích thước vỏ giữa trục khuỷu và hai bộ ly hợp tăng lên - khoảng 911 cm. Nó được cho là chứa một "đĩa điện", như Hofstetter gọi là động cơ, có thể là do thiết kế đĩa của nó. Cho đến nay là rất tốt, và về lý thuyết, nó trông rất tuyệt, đặc biệt là vì việc chuyển trọng tâm lên và xuống sẽ có tác dụng có lợi đối với việc phân bổ trọng lượng của 992. Tuy nhiên, trên thực tế, chiếc xe phản ứng với những mong muốn như vậy theo một cách rất đặc biệt đường. Matthias Hofstetter cho biết: “Các phiên bản (nguyên mẫu) đầu tiên của 911 có khả năng tăng tốc mạnh mẽ và gây ra cảm giác thực sự ở bên phải.” Tuy nhiên, sự cân bằng tốt của mẫu xe trở nên tồi tệ và chiếc 911 trở nên không ổn định và khó đoán ở các góc cua. Gắn động cơ ở phía trước với khả năng vectơ mô-men xoắn có thể bù đắp những thiếu sót ở một mức độ nào đó, nhưng điều đó đồng nghĩa với việc quay trở lại bảng vẽ và chi phí thiết kế mới rất lớn. Trong mọi trường hợp, hệ thống hybrid một động cơ đơn giản hơn đã bị loại bỏ, một lượng lớn công việc thiết kế đã bị hủy bỏ và XNUMX đã quay trở lại đường đua mà không cần bất kỳ trợ lý điện nào. Những nỗ lực để tăng sức mạnh và giảm mức tiêu thụ được tập trung vào các bộ phận như động cơ, hộp số và thân xe.

Với danh nghĩa tăng sức mạnh, phiên bản mới của động cơ được trang bị bộ tăng áp lớn hơn - lần lượt là ba mm (tối đa 48 mm) và bốn mm (tối đa 55 mm) cho tuabin và máy nén. Điều này giúp nó có thể đạt được áp suất 1,2 bar, bất chấp những trở ngại do bộ lọc hạt diesel mới tạo ra. Vị trí của các bộ trao đổi nhiệt khí nén cũng đã được thay đổi, di chuyển từ khu vực bên ngoài bờ xi-lanh sang khu vực ở giữa và phía trên động cơ. Điều này giúp rút ngắn đường dẫn khí, cải thiện phản ứng của động cơ và giảm tổn thất của bơm (điều này rất khó đạt được, phần lớn là do thái độ bảo thủ của những người trên Porsche đối với những thay đổi thiết kế mạnh mẽ như vậy). Cấu hình mới tạo tiền đề cho việc giảm 10 độ luồng không khí hướng vào động cơ và điều này, cùng với các kim phun piezo tạo ra hỗn hợp nhiên liệu-không khí loãng hơn, cho phép tỷ lệ nén tăng một nửa đơn vị lên 10,2:1 ( đây là thời điểm tốt để đề cập rằng nhân danh việc ngăn chặn các điều kiện tiên quyết để kích nổ, tỷ lệ nén của 959 chỉ là 8,3:1). Ngoài ra, để cân bằng đường dẫn khí đến tuabin, mạch đã được thay đổi thành một mạch duy nhất bằng cách di chuyển từ dưới lên trên. Do đó, các tua-bin quay theo một hướng khác khi nhìn từ phía sau xe.

Sử dụng hệ thống VarioCam với các cấu hình cam trục cam khác nhau, các kỹ sư của Porsche điều chỉnh hành trình của hai van nạp theo những cách khác nhau, có hành trình tải từng phần khác nhau. Do đó, không khí đi vào động cơ bắt đầu "xoáy", tạo ra chuyển động hỗn loạn, cả dọc theo trục thẳng đứng (cái gọi là xoáy) và theo chiều ngang (lộn nhào). Điều này giúp cải thiện đáng kể chất lượng của quá trình đốt cháy, trong đó ngọn lửa phía trước di chuyển nhanh hơn và đốt cháy hiệu quả hơn. Khi đầy tải, hành trình sẽ tắt do tốc độ không khí đủ cao nên giải pháp như vậy đơn giản là không cần thiết. Kết quả là, Hofstätter cho biết các chất ô nhiễm trong khí thải thô đã giảm đáng kể, với kết quả là chất xúc tác giờ đây không còn nhiều việc phải làm. Do đó, quãng đường của nó tăng lên hơn 300 nghìn km. Ngoài ra, do nhiệt độ của khí thấp hơn, chất xúc tác được đề cập không còn được làm từ kim loại tấm nữa, mà là vật đúc, do đó, cho phép giảm sức cản đối với dòng khí và tự nó làm tăng hiệu suất. Toàn bộ “quần thể kiến ​​trúc”, bao gồm cả bộ lọc hạt với các van tích hợp, được yêu cầu để tạo ra một cảnh quan âm thanh 911 chắc chắn là duy nhất.

Nhiều nhôm hơn trong trường hợp

Hộp số hoàn toàn mới, giờ đây với tám bánh răng, do sơ đồ truyền động, là duy nhất của 911 và không được sử dụng trong bất kỳ mẫu xe nào của thương hiệu hoặc mối quan tâm. Bánh răng đầu tiên ngắn hơn bánh răng trước và bánh răng thứ tám dài hơn bánh răng thứ bảy cao nhất trước đó. Tỷ số truyền mới cũng cho phép lái xe cuối cùng dài hơn, dẫn đến động cơ êm hơn và chạy ở tốc độ thấp hơn ở tốc độ đường cao tốc.

Việc truyền mô-men xoắn tới trục trước chính xác hơn là điều kiện tiên quyết để cải thiện hành vi của xe, và điều này là do thiết kế mới của ly hợp nhiều đĩa trong bộ vi sai cầu trước. Toàn bộ đơn vị được làm mát bằng nước, đĩa gia cố và một bộ thoát nhanh hơn. Tất cả những điều này không chỉ cải thiện tính năng động, mà còn cả khả năng xuyên quốc gia của máy, chẳng hạn khi lái xe trên tuyết.

Mặc dù nó chủ yếu sử dụng kiến ​​trúc 992 hiện tại, nhưng trên thực tế nó đã thay đổi đáng kể. Tỷ lệ thép trong thiết kế "đa hỗn hợp" này đã giảm từ 63 xuống 30%. Bên ngoài, những tấm thép cổ lớn đã được thay thế bằng những tấm nhôm, đòi hỏi một cách tiếp cận mới để sửa chữa chúng. Tỷ trọng (nhôm đùn) tăng lên đáng kể trong phần hỗ trợ của cơ thể. Kết quả là, khả năng chống xoắn thậm chí còn tốt hơn.

Thêm vào gói hiệu quả tổng thể là tính khí động học thân xe thích ứng, sử dụng các chiến lược khác nhau để hướng không khí qua cánh gió sau và vào các lỗ ở phía trước bánh trước. Loại thứ hai được trang bị các van hoạt động mở tùy thuộc vào nhu cầu của các bộ phận làm mát. Cánh hướng gió phía sau cũng có một vai trò khác, điều hướng không khí khi cần thiết để cải thiện khả năng làm mát động cơ và đặc biệt là bộ làm mát trung gian. Và, tất nhiên, để đạt được tất cả những điều này, chúng ta phải bổ sung hệ thống phanh và khung gầm độc đáo của Porsche, cũng như hệ thống kiểm soát vectơ mô-men xoắn và đổ đèo với thanh chống lật chủ động ở trục sau, cũng như hệ thống lái bánh sau chủ động.

Văn bản: Georgy Kolev

2020-08-30