Вечный фаворит
История приводных технологий в
Промежуточный итог шести десятилетий разработки привода 911: вдвое больший рабочий объем, вчетверо большая мощность, неизменная базовая концепция. «Мы постоянно удивляемся тому, насколько перспективным и универсальным является шестицилиндровый оппозитный двигатель», — говорит Томас Крикельберг, руководитель проекта по созданию серии 911/718. В будущем появится электрический турбокомпрессор, обеспечивающий еще большую мощность и тягу при более низком уровне выбросов. Что же это за грандиозная основа, которую можно изобретать снова и снова, когда она вступает в свое седьмое десятилетие?
Двигатель Мецгера
Когда в 1963 году компания
911 с турбокомпрессором
Каждое поколение 911 устанавливает новые вехи в приводных технологиях. Технология турбонаддува, опробованная в гонках, была готова к серийному производству 911 в 1974 году. Благодаря сочетанию турбонаддува и впрыска бензина тип 930 мощностью 191 кВт (260 л. с.) значительно опережает конкурентов по производительности и экономичности. Она с самого начала отвечает строгим требованиям к выбросам вредных веществ. «Оглядываясь назад, — говорит Крикельберг, — мы видим, что турбонаддув произвел революцию во всем мире ДВС».
Турбодвигатели — мечта каждого инженера, поскольку они используют энергию горячих выхлопных газов, которая в противном случае тратилась бы впустую. Их центральным элементом является турбокомпрессор, состоящий из турбинного колеса и ротора нагнетателя, которые жестко соединены между собой. Турбина приводится в движение выхлопными газами двигателя и достигает частоты вращения свыше 200 000 оборо- тов в минуту. Ротор нагнетателя вращается с той же скоростью и подает сжатый воздух в цилиндры. Этот дополнительный свежий воздух способствует сгоранию топлива, повышая при этом производительность двигателя. Чтобы не создавать чрезмерную нагрузку на компоненты двигателя, необходимо ограничить давление, создаваемое выхлопными газами, которые проходят через турбокомпрессор. Когда давление наддува достигает определенного предела, выхлопные газы выходят через перепускной клапан.
«Турбонаддув произвел революцию во всем мире двигателей внутреннего сгорания».
Повышенная производительность благодаря охлаждению наддувочного воздуха
В процессе разработки инженеры
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
Система Bi-Turbo : стремительное развитие
В 21-й век с водяным охлаждением
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
Изменяемая геометрия турбины
В 2006 году 911
Меньше рабочего объема, больше мощности и эффективности
После внедрения жидкостного охлаждения в 2015 году последовала следующая веха: турбонаддув в базовых моделях
Спортивная гибридизация
С модернизацией текущего поколения 911 летом 2024 года конструкторы в очередной раз открывают новые горизонты в совершенствовании шестицилиндрового оппозитного двигателя. Помимо прочего, с применением высокопроизводительного гибридного привода. Первоначально он предлагается для некоторых моделей. Эта инновация не только позволяет значительно повысить мощность и улучшить ускорение, но и подготовить силовой агрегат к будущим стандартам на токсичность выбросов.
В центре новой технологии — электрический турбокомпрессор, работающий на выхлопных газах (eATL). Между турбиной, приводимой в движение выхлопными газами, и компрессором расположен электродвигатель, который при разгоне чрезвычайно быстро достигает высоких оборотов и незамедлительно обеспечивает дополнительный наддув. Турбокомпрессор как бы «подстегивается» небольшим электродвигателем. «Технология eATL обеспечивает отклик, схожий с реакцией атмосферного двигателя, — объясняет Маттиас Хофштеттер, руководитель проекта по приводам 911/718. — А параметры ускорения сопоставимы с теми, что демонстрируют наши полностью электрические спорткары».
«Разгон в нижнем диапазоне оборотов просто сенсационный, — подтверждает руководитель серии Крикельберг. — При использовании традиционных технологий мы не смогли бы добиться желаемого увеличения производительности и в то же время соблюсти требования будущего законодательства по нормам выбросов». Ряд мер приводит к желаемому результату. Рабочий объем снова увеличился с 3,0 до 3,6 литра, а благодаря электрическому приводу двигателю теперь требуется только один турбокомпрессор вместо двух. «Это позволяет снизить вес и сохранить компактность двигателя», — объясняет инженер-конструктор Ройстле. Кроме того, от высоковольтной системы электрическим током в действие могут приводиться генератор переменного тока и компрессор кондиционера, вследствие чего отпадает необходимость в ременном приводе. Более сжатая (на 20 процентов) конструкция картера создает больше места для дополнительных компонентов, таких как импульсный инвертор и пребразователь постоянного напряжения. «Мы не планировали делать 911 длиннее, шире или тяжелее, — говорит Хофштеттер, — а хотели оптимально использовать существующую комплектацию». Уменьшение габаритов плюс значительное увеличение производительности. Двигатель с электрическим турбокомпрессором, первоначально предлагаемый в варианте GTS, развивает мощность 398 кВт (541 л. с.) и крутящий момент 610 Нм. В силовой агрегат также входит синхронная машина с постоянным возбуждением, встроенная в новую усиленную 8-ступенчатую коробку передач
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