Вечный фаворит

Когда в 1963 году компания Porsche представила будущий 911-й, тогда еще под именем 901, его шестицилиндровый оппозитный двигатель достигал 96 кВт (130 л. с.) при двухлитровом рабочем объеме. «Компактная конструкция, малый вес, максимальная производительность», — так Альбрехт Ройстле, отраслевой специалист по проектированию двигателей Porsche, описывает качества, которые актуальны и сегодня. С 1987 года он работал в команде Ганса Мецгера — конструктора, под именем которого прославился двигатель.

В процессе разработки инженеры Porsche постоянно совершенствуют принцип работы турбонаддува. Высокие температуры на стороне турбины и сжатие воздуха приводят к ее нагреву. Это негативно сказывается на наполнении цилиндров и характеристике сгорания впрыскиваемого топлива. Начиная с 1978 модельного года, сжатый наддувочный воздух охлаждается на пути к дроссельной заслонке без потери давления, что ранее успешно зарекомендовало себя в гоночном спорте. Радиатор установлен под решеткой на мощном заднем спойлере. Эта сложная система охлаждения наддувочного воздуха позволяет увеличить мощность до 221 кВт (300 л. с.) и добиться удивительной приспособляемости двигателя.

Еще одна проблема турбодвигателя, связанная с его принципом действия, которую изначально сложно взять под контроль: запоздалый отклик при ускорении. В нижнем диапазоне числа оборотов 911 Turbo при разгоне ведет себя так же, как и его более слабый аналог с атмосферным двигателем. Но примерно с 3500 об/мин начинается мощная тяга. «Нам пришлось закрыть эту турбояму, чтобы улучшить управляемость», — объясняет разработчик Крикельберг.

Porsche представляет решение проблемы в лице четвертого поколения 911 Turbo (тип 993). Весной 1995 года был представлен самый мощный серийный Porsche того времени — 300 кВт (408 л. с.). Его 3,6-литровый двигатель впечатляет двумя турбокомпрессорами и двумя интеркулерами. При ускорении две меньшие турбины разгоняются быстрее, чем одна большая. Особенно положительно сказывается меньший момент сил инерции роторов меньшего размера. «А чтобы безопасно вывести эту мощь на дорогу, — добавляет Крикельберг, — 993 Turbo в стандартной комплектации получил усовершенствованный полный привод». Благодаря достижениям в области газораспределительных механизмов и датчиков, а также современной системе очистки выхлопных газов, Turbo последнего поколения 911 с воздушным охлаждением считается самым низкоэмиссионным серийным автомобилем своего времени.

В конце 1990-х Август Ахляйтнер называет переход с воздушного на жидкостное охлаждение в шестицилиндровом оппозитном двигателе пятого поколения 911-го (996) «пропуском в новую технологию». В то время Ахляйтнер возглавлял отдел технического планирования продукции и в период с 2001 по 2018 год отвечал за серию 911. Водяное охлаждение было необходимым для увеличения производительности, снижения расхода топлива, а также соблюдения норм токсичности выхлопных газов и уровня шума. Конструкторы Porsche разработали головки блока цилиндров с четырьмя клапанами на камеру сгорания. «Проводиились предварительные испытания двигателя воздушного охлаждения с четырьмя клапанами на цилиндр, — вспоминает Ройстле, — но головка блока цилиндров расплавилась». И снова решение пришло из гоночного спорта: успешный прототип 962 для дальних дистанций уже работал с головками блока цилиндров водяного охлаждения, как и суперспорткар 959. Несмотря на все разговоры в то время о том, чтобы попрощаться с воздушным охлаждением, тип 996 имел ошеломляющий успех.

В 2006 году 911 Turbo (Type 997) впечатляет заметным скачком в производительности: мощность и крутящий момент увеличились более чем на десять процентов. Это произошло в основном благодаря новой и уникальной в мировом масштабе технологии — изменяемой геометрии турбины (VTG). Она позволяет оптимизировать эффективность турбокомпрессора в более широком диапазоне оборотов двигателя за счет изменения размера и формы лопаток турбины. «Разработка VTG была новаторской и уже почти 20 лет является уникальным аргументом в пользу турботехнологии для бензиновых двигателей, — объясняет Томас Крикельберг. — Чтобы изменять направление потока выхлопных газов в турбину, необходимо обеспечить возможность регулировки лопаток при температуре более 1000 °C». Для этого используются материалы, которые также применялись в космических шаттлах.

После внедрения жидкостного охлаждения в 2015 году последовала следующая веха: турбонаддув в базовых моделях Carrera и Carrera S серии 991 II. Крикельберг: «Мы уменьшили рабочий объем и в то же время добились значительного увеличения мощности». Новое поколение двигателей, оснащенных турбонаддувом с двумя турбонагнетателями, позволяет реализовать на 20 л. с. больше мощности при меньшем расходе топлива.

Чисто электрическое движение, как у подключаемого гибридного автомобиля, не было целью для 911-го как турбо-гибридного электромобиля (t-HEV). «Мы также не хотели, чтобы аккумулятор был слишком большим или тяжелым», — говорит Хофштеттер об его емкости в 1,9 кВт/ч. Вместо этого он пользуется системным преимуществом электрического наддува: рекуперацией за счет восстановления энергии выхлопных газов. Принцип настолько же прост, насколько и интересен. Электродвигатель работает как регулятор числа оборотов. Когда давление наддува из-за чрезмерно высоких оборотов слишком сильно возрастает, он тормозит турбину. В результате вырабатывается электричество, которое, в свою очередь, поступает в аккумулятор. Благодаря эффективной рекуперации энергии относительно небольшого аккумулятора вполне достаточно для повседневного использования, тем более что химический состав элементов специально разработан для требований t-HEV. «Технология позволяет аккумулятору выделять много энергии за короткое время, — объясняет Хофштеттер, — и относительно быстро заряжаться».

Еще одно преимущество электрического турбокомпрессора: отпадает необходимость в привычном перепускном клапане. В такой форме это является инновацией мирового масштаба. «Раньше энергия, которая проходила через турбину, тратилась впустую, — объясняет Хофштеттер. — Теперь электрическая энергия вырабатывается при регулировании давления». Это положительно сказывается на КПД двигателя и, следовательно, на расходе топлива.

«Турбонаддув в сочетании с гибридизацией, рекуперацией энергии и оптимизированной конструкцией камеры сгорания, — подводит итоги разработчик двигателя Ройстле, — формирует рецепт соответствия будущим законам о токсичности выхлопных газов и выбросах, в то же время удовлетворяя растущие требования к производительности и эффективности». По его словам, реализация этого рецепта в жизнь — это «выдающийся командный успех всех участников».

Шестицилиндровый оппозитный двигатель 911 — это по-прежнему компактный силовой агрегат. Полностью в традициях инновационного двигателя, который Ганс Мецгер когда-то изобрел для оригинального 911.

Текст Томас Амманн
Фото Porsche