กายวิภาคของเครื่องจักรขนาดใหญ่

การสนทนากับ Matthias Hofstätter ผู้จัดการเครื่องยนต์ของ Porsche เกี่ยวกับ 911 . ใหม่

911 เป็นรถในฝันของใครหลายคน เราพบกับหัวหน้าแผนกเครื่องยนต์ของ Porsche อีกครั้งเพื่อบอกเล่าเกี่ยวกับความผันผวนที่ทีมพัฒนาของบริษัทต้องเผชิญเมื่อสร้างโมเดล บรรทัดต่อไปนี้อุทิศให้กับเทคโนโลยีของ 992 ใหม่

การดึงคันปลดฝาครอบเหนือเครื่องยนต์อาจทำให้เข้าใจผิดได้ หลังจากเหลือบมองอย่างลังเล คุณก็รู้ว่าสิ่งที่ควรจะเป็นฝาครอบนั้นแท้จริงแล้วคือแผงที่เล็กกว่าสปอยเลอร์หลัง ซึ่งคุณจะเห็นสิ่งที่ดูเหมือนอ่างพลาสติกที่ติดตั้งพัดลมสองตัวอยู่ข้างใต้ ฟังก์ชั่นของมันนั้นชัดเจน แต่รูปลักษณ์ของมันมีผลอีกอย่าง - ทำให้นึกถึงรุ่นที่ระบายความร้อนด้วยอากาศด้วยพัดลมที่มีพัดลมอยู่ตรงกลางซึ่งล้อมรอบด้วยสายไฟแรงสูง

450 ตัวเลขนี้แสดงถึงแรงม้าของเครื่องยนต์ 4 สูบแถวเรียง 992 สูบแถวเรียง Carrera S และ Carrera 1986S ขนาด 959 ลิตร 450 ลิตร เทอร์โบ 33 สูบ และทำให้นึกถึงสิ่งอื่นๆ ในทันที ซุปเปอร์ปอร์เช่ปี 959 คันนี้เรียกว่า XNUMX ซึ่งมีกำลัง XNUMX แรงม้าเช่นกัน . กับ. เป็นโอกาสอันดีที่จะได้เปรียบเทียบและแสดงออกถึงพัฒนาการของเทคโนโลยีในด้านเครื่องยนต์สันดาปภายในยี่ห้อเดียวกัน อย่างไรก็ตาม หากเมื่อ XNUMX ปีที่แล้ว XNUMX เป็นรูปแบบความสามารถด้านเทคนิคที่สูงที่สุดและแปลกใหม่ ทุกวันนี้เครื่องยนต์ที่มีกำลังใกล้เคียงกันนั้นขับเคลื่อนโดย Carrera S เวอร์ชันที่กล่าวถึงข้างต้น ซึ่งมีลำดับชั้นของแบรนด์ต่ำกว่า

ความคล้ายคลึงกันของเรายังขยายไปถึงปริมาตรกระบอกสูบซึ่งใกล้เคียงมาก - 2848cc ของ 3 เทียบกับ 959cc ของ 2981 เครื่องยนต์ของ 3 เป็นผลงานชิ้นเอกทางเทคโนโลยีที่แท้จริงในยุคนั้นพร้อมการระบายความร้อนแบบรวมที่ซับซ้อน กระบอกสูบระบายความร้อนด้วยพัดลมอันทรงพลัง ในขณะที่ส่วนหัวใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ 992 ลิตร แน่นอนว่ามีส่วนช่วยในการระบายความร้อน เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ "อากาศ" ของปอร์เช่ มีระบบหล่อลื่นออยคูลเลอร์ที่ไม่สามารถรองรับได้ น้ำมันไม่เกิน 959 ลิตร ดังนั้น เนื่องจากสถาปัตยกรรมของรุ่นที่มีเครื่องยนต์วางหลังและหม้อน้ำด้านหน้า 25 จึงถูกล้อมรอบด้วยท่อที่สร้างระบบหมุนเวียนร่วมกัน

ในแง่นี้ปัจจุบันมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย 911 Carrera 4S ซึ่งถือได้ว่าเป็นญาติใกล้ชิดกับ 959 เนื่องจากระบบเกียร์คู่ไม่ได้อาศัยพัดลมที่ทรงพลัง แต่จะระบายความร้อนและบรรจุของเหลวได้ 28,6 ลิตรแทนในขณะที่ระบบหล่อลื่นต้องใช้ 11,3 ลิตร เนย.

อย่างไรก็ตามสถาปัตยกรรมซึ่งรวมถึงการจัดเรียงแนวนอนของกระบอกสูบหกสูบยังมีตัวบ่งชี้ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของความคล้ายคลึงกันของเครื่องยนต์ทั้งสองนั่นคือความน่าเชื่อถือ อันที่จริง นี่เป็นเรื่องปกติของมอเตอร์ไซค์บ็อกเซอร์ทั้งหมดของบริษัท ซึ่งจะไม่ทำให้การรับประกันเป็นโมฆะเมื่อขับบนสนามแข่ง สำหรับปอร์เช่ การทำงานร่วมกันของชิ้นส่วนเครื่องยนต์ที่เคลื่อนไหว ตามลำดับ แรงเสียดทานในบริเวณแหวนลูกสูบ ลูกสูบ กระบอกสูบ รวมถึงในแบริ่งของเพลาข้อเหวี่ยงและกลไกเวลามีความสำคัญยิ่งเสมอมา

กังหันที่มีลักษณะแตกต่างกัน

ในทั้งสองรุ่น เทอร์โบชาร์จเจอร์ตั้งอยู่ที่ทั้งสองด้านของฝั่งกระบอกสูบ แต่ใน 959 มีการสร้างระบบเติมเชื้อเพลิงแบบเรียงซ้อนซึ่งยังคงเป็นการกลืนสีขาวในประวัติศาสตร์เทคโนโลยี การรวมกันของเทอร์โบชาร์จเจอร์ขนาดเล็กและขนาดใหญ่ดูเหมือนจะดึงดูดและมักใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลในปัจจุบัน แต่ไม่เหมาะสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน - เนื่องจากมีก๊าซจำนวนน้อยที่โหลดต่ำและรอบต่อนาที แต่ที่อุณหภูมิสูงจะไม่มีประสิทธิภาพเท่ากับ แบบบูรณาการ ในหน่วยฉีดตรงที่มีอัตราส่วนกำลังอัดสูงของกังหันเจ็ทคู่รวมกับท่อร่วมไอเสียที่ติดตั้งในส่วนหัว หากจำเป็น คอมเพรสเซอร์แบบกลไก (Volvo) หรือแบบไฟฟ้า (Mercedes) เหตุผลข้างต้นสนับสนุนความแตกต่างของประสิทธิภาพระหว่างเครื่องยนต์ 992 และ 995 ในระดับหนึ่ง แม้ว่าเครื่องยนต์ Carrera 991S จะใช้เทอร์โบชาร์จเจอร์แบบ geometry geometry คงที่ ซึ่งมีแรงดันเติมสูงสุด 4 .1,2 บาร์ แรงบิดสูงสุด 530 นิวตันเมตร ที่ 2300 รอบต่อนาที เครื่องจักรทั้งสองมีกำลังสูงสุด 450 แรงม้า ที่ 6500 รอบต่อนาที แต่ถึงแม้จะมีเทอร์โบชาร์จเจอร์ขนาดเล็ก แต่แรงบิดสูงสุดตั้งแต่ 500 นิวตันเมตรถึง 959 ก็มีให้ที่…5500 รอบต่อนาทีเท่านั้น นี่เป็นการแสดงออกที่ชัดเจนของการพัฒนาเทคโนโลยีในช่วง 33 ปีที่ผ่านมา

สมการประสิทธิภาพ

แล้วอะไรอธิบายความแตกต่างเหล่านี้? คำตอบคือการรวมกันของปัจจัยทางเทคโนโลยีหลายอย่าง 992 ได้รับประโยชน์จากสถาปัตยกรรมเครื่องยนต์ "ชนิดบรรจุกล่อง" โดยแต่ละกระบอกสูบบรรจุด้วยเทอร์โบชาร์จเจอร์เดียว ในเรื่องนี้ถือได้ว่าเป็นผลรวมของเครื่องยนต์สามสูบสองเครื่องและเป็นข้อเท็จจริงที่ทราบกันดีว่าเครื่องยนต์ประเภทนี้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่มีเทอร์โบชาร์จมากเนื่องจากระยะทางที่ไกลของคลื่นการเต้นและการไม่มี รบกวนระหว่างพวกเขา ในเครื่องยนต์ 959 สูบตรง ก๊าซจากแต่ละกระบอกสูบทั้งสามจะถูกส่งไปยังกังหันที่แตกต่างกันหรือไปยังวงจรกังหันคู่ที่แตกต่างกัน แต่เนื่องจากระยะห่างระหว่างฝั่งกระบอกสูบ มีเพียงทางออกแรกเท่านั้นที่ยังคงเป็นทางเลือกสำหรับหกสูบ - เครื่องยนต์บ็อกเซอร์กระบอกสูบ รูปแบบราคาถูก แต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าด้วย) ในการชาร์จแบบเรียงซ้อนของ XNUMX แต่ละสูบจากหกสูบจะชาร์จเทอร์โบชาร์จเจอร์แต่ละตัวเมื่อมันทำงาน

แต่นั่นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของสมการ เครื่องยนต์ 992 มีช่วงชักยาวขึ้น 9,4 มม. (ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับแรงบิดที่สูงขึ้น) เนื่องจากวัสดุไฮเทคสมัยใหม่ช่วยให้แรงเฉื่อยเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วลูกสูบเพิ่มขึ้นจาก 14,5 เป็น 16,6 ม. / วินาที ... ด้วยการฉีดตรง (ในรุ่นใหม่ที่มีหัวฉีดเพียโซสำหรับการผสมที่ละเอียดยิ่งขึ้น) กระบวนการเผาไหม้ที่ซับซ้อนการควบคุมการน็อคและอากาศอัดที่ระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิที่ต่ำลงโดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยน้ำที่ทันสมัย ​​(ซึ่งช่วยให้เส้นทางอากาศไปยังกระบอกสูบสั้นลง) อัตราส่วนการอัดจะเพิ่มขึ้นเป็น 10,2: 1. ด้วยการเพิ่มระบบการชาร์จตัวแปร VarioCam เข้าไปในสมการภายใต้การพิจารณาความแตกต่างของสมรรถนะของเครื่องยนต์จะชัดเจนขึ้นมาก

ถึงเวลาเปลี่ยน ... แล้วกลับ

เครื่องยนต์ Carrera สามลิตรไม่เพียง แต่แตกต่างอย่างมากจากรุ่นก่อน ๆ แต่ยังค่อนข้างซับซ้อนเมื่อเทียบกับผู้บริจาคซึ่งนำเสนอเมื่อไม่นานมานี้ในปี 991 โดยหลักการแล้วกำลังและแรงบิดเพิ่มขึ้น 30 หน่วย (จาก 420 เป็น 450 แรงม้าและจาก 500 ). สูงถึง 530 Nm) ดูเหมือนจะทำได้อย่างง่ายดายด้วยการตั้งค่าซอฟต์แวร์ง่ายๆ วิธีที่รุนแรงกว่านั้นคือแนวทางของทีมงานของ Matthias Hofstetter หัวหน้าแผนกเครื่องยนต์ของปอร์เช่ซึ่งผู้เขียนบรรทัดนี้มีโอกาสพบกันเป็นครั้งที่สองในระหว่างการนำเสนอของ 992

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจที่คุณจะไม่พบในสื่อใดๆ ก็คือ 911 ใหม่ได้รับการออกแบบให้เป็นปลั๊กอินไฮบริด ในการทำเช่นนี้ แทร็กหน้ากว้างขึ้น และระหว่างล้อหน้า ควรมีตำแหน่งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ระบบส่งกำลังที่พัฒนาขึ้นใหม่พร้อมคลัตช์สองตัวและแปดตัวแทนที่จะเป็นเจ็ดเกียร์มีขนาดตัวเรือนที่เพิ่มขึ้นระหว่างเพลาข้อเหวี่ยงและคลัตช์สองชุด - ประมาณแปดเซนติเมตร มันควรจะมี "ดิสก์ไฟฟ้า" ตามที่ Hofstetter เรียกว่าเครื่องยนต์ อาจเป็นเพราะการออกแบบดิสก์ของมัน จนถึงตอนนี้ดีมาก และในทางทฤษฎีแล้ว มันดูดีมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการเลื่อนจุดศูนย์ถ่วงไปข้างหน้าและลงจะส่งผลดีต่อการกระจายน้ำหนักของ 911 อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ รถตอบสนองความต้องการดังกล่าวได้อย่างแปลกประหลาดมาก ทาง. “992 เวอร์ชันแรก (ต้นแบบ) มีอัตราเร่งที่เฉียบคม” Matthias Hofstetter กล่าว “และทำให้เกิดความรู้สึกที่แท้จริงทางด้านขวา” อย่างไรก็ตาม ความสมดุลที่ดีของรถรุ่นนี้กลับเข้าขั้นแย่ และ 911 ก็ไม่เสถียรและไม่สามารถคาดเดาได้เมื่อเข้าโค้ง การติดตั้งมอเตอร์ที่ด้านหน้าพร้อมความสามารถในการเวกเตอร์แรงบิดสามารถชดเชยข้อบกพร่องได้ในระดับหนึ่ง แต่นั่นหมายถึงการกลับสู่กระดานเขียนแบบและต้นทุนการออกแบบใหม่จำนวนมาก ไม่ว่าในกรณีใด ระบบไฮบริดเครื่องยนต์เดียวที่เรียบง่ายกว่าได้ถูกยกเลิกไปแล้ว งานออกแบบที่ค่อนข้างหนักหนาถูกยกเลิก และ 911 ก็กลับมาสู่เส้นทางเดิมโดยปราศจากผู้ช่วยไฟฟ้า ความพยายามในการเพิ่มกำลังและลดอัตราสิ้นเปลืองมุ่งเน้นไปที่ส่วนประกอบต่างๆ เช่น เครื่องยนต์ ระบบส่งกำลัง และตัวถังรถ

ในนามของพลังที่เพิ่มขึ้น เครื่องยนต์รุ่นใหม่ติดตั้งเทอร์โบชาร์จเจอร์ขนาดใหญ่ขึ้น - สามมิลลิเมตรตามลำดับ (สูงสุด 48 มม.) และสี่มิลลิเมตร (สูงสุด 55 มม.) สำหรับกังหันและคอมเพรสเซอร์ ทำให้สามารถรับแรงดันได้ 1,2 บาร์ แม้จะมีอุปสรรคที่เกิดจากตัวกรองอนุภาคดีเซลใหม่ก็ตาม ตำแหน่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบอากาศอัดก็เปลี่ยนไปเช่นกัน โดยย้ายจากบริเวณด้านนอกของฝั่งกระบอกสูบไปยังบริเวณตรงกลางและเหนือเครื่องยนต์ สิ่งนี้ทำให้ทางเดินอากาศสั้นลง ปรับปรุงการตอบสนองของเครื่องยนต์ และลดการสูญเสียของปั๊ม (ซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะบรรลุผลสำเร็จ สาเหตุหลักมาจากทัศนคติที่อนุรักษ์นิยมของผู้คนบนรถปอร์เช่ต่อการเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่รุนแรงดังกล่าว) การกำหนดค่าใหม่กำหนดขั้นตอนสำหรับการลดการไหลเวียนของอากาศที่ควบคุมเครื่องยนต์ลง 10 องศา และสิ่งนี้พร้อมกับหัวฉีดเพียโซที่สร้างส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงที่บางลง ช่วยให้อัตราส่วนการอัดเพิ่มขึ้นครึ่งหน่วยเป็น 10,2:1 ( เป็นเวลาที่ดีที่จะกล่าวถึงในนามของการป้องกันเงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการระเบิด อัตราส่วนกำลังอัดของ 959 อยู่ที่ 8,3:1 เท่านั้น) นอกจากนี้ เพื่อให้เส้นทางของก๊าซไปยังกังหันเท่ากัน วงจรถูกเปลี่ยนเป็นวงจรเดียวโดยย้ายจากล่างขึ้นบน ดังนั้น กังหันจึงหมุนไปในทิศทางที่ต่างออกไปเมื่อมองจากด้านหลังรถ

การใช้ระบบ VarioCam ที่มีโปรไฟล์ลูกเบี้ยวแคมชาฟท์ที่แตกต่างกันวิศวกรของปอร์เช่จะปรับการเดินทางของวาล์วไอดีทั้งสองในรูปแบบที่แตกต่างกันซึ่งมีการเดินทางของโหลดบางส่วนที่แตกต่างกัน ดังนั้นอากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์จะเริ่ม "หมุน" ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวที่ปั่นป่วนทั้งตามแกนแนวตั้ง (กระแสน้ำวนที่เรียกว่า) และแนวนอน (ตีลังกา) สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงคุณภาพของกระบวนการเผาไหม้อย่างมีนัยสำคัญซึ่งด้านหน้าเปลวไฟเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้นและการเผาไหม้มีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อโหลดเต็มที่จังหวะจะลดลงเนื่องจากความเร็วอากาศสูงพอที่จะไม่จำเป็นต้องใช้วิธีแก้ปัญหาดังกล่าว เป็นผลให้ Hofstetter กล่าวว่าระดับของสารมลพิษในการปล่อยก๊าซดิบจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญซึ่งเป็นผลให้ตัวเร่งปฏิกิริยามีงานที่ต้องทำน้อยลงมาก ดังนั้นระยะทางจึงเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 300 กิโลเมตร นอกจากนี้เนื่องจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่าของก๊าซตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นปัญหาจึงไม่ได้ทำจากโลหะแผ่นอีกต่อไป แต่เป็นแบบหล่อซึ่งจะทำให้สามารถลดความต้านทานต่อการไหลของก๊าซและเพิ่มประสิทธิภาพในตัวมันเอง ต้องใช้“ ชุดสถาปัตยกรรม” ทั้งหมดรวมถึงตัวกรองอนุภาคพร้อมวาล์วในตัวเพื่อสร้างภาพเสียง 911 ที่ไม่เหมือนใครอย่างแน่นอน

อลูมิเนียมเพิ่มเติมในเคส

ระบบเกียร์เป็นแบบใหม่ทั้งหมดตอนนี้มีแปดเกียร์ซึ่งเนื่องจากรูปแบบการขับเคลื่อนเป็นเอกลักษณ์เฉพาะของ 911 และไม่ได้ใช้ในรุ่นของยี่ห้อหรือข้อกังวลใด ๆ เกียร์แรกสั้นกว่าเกียร์ก่อนหน้าและเกียร์แปดยาวกว่าเกียร์เจ็ดสูงสุดก่อนหน้า อัตราทดเกียร์ใหม่ยังช่วยให้ไดรฟ์สุดท้ายนานขึ้นซึ่งส่งผลให้เครื่องยนต์เงียบขึ้นและวิ่งด้วยความเร็วต่ำที่ความเร็วบนทางหลวงสูง

การส่งแรงบิดไปยังเพลาหน้าที่แม่นยำยิ่งขึ้นเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับพฤติกรรมของรถที่ดีขึ้นและนี่เป็นผลมาจากการออกแบบใหม่ของคลัตช์หลายแผ่นในส่วนเฟืองหน้า หน่วยทั้งหมดระบายความร้อนด้วยน้ำแผ่นเสริมแรงและการหลบหนีที่เร็วขึ้น ทั้งหมดนี้ไม่เพียง แต่ปรับปรุงการเปลี่ยนแปลง แต่ยังรวมถึงความสามารถในการข้ามประเทศของเครื่องจักรตัวอย่างเช่นเมื่อขับรถบนหิมะ

แม้ว่าจะใช้สถาปัตยกรรม 992 ในปัจจุบันเป็นหลัก แต่ในทางปฏิบัติได้เปลี่ยนไปอย่างมาก สัดส่วนของเหล็กในการออกแบบ "หลายส่วนผสม" นี้ลดลงจาก 63 เป็น 30 เปอร์เซ็นต์ ด้านนอกแผงเหล็กโบราณขนาดใหญ่ถูกแทนที่ด้วยอะลูมิเนียมทำให้ต้องใช้แนวทางใหม่ในการแก้ไข สัดส่วน (อลูมิเนียมอัด) เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในส่วนรองรับของร่างกาย เป็นผลให้ความต้านทานแรงบิดดียิ่งขึ้น

สิ่งที่เพิ่มเข้ามาในแพ็คเกจประสิทธิภาพโดยรวมคือแอโรไดนามิกของร่างกายที่ปรับเปลี่ยนได้ โดยใช้กลยุทธ์ต่างๆ เพื่อส่งอากาศผ่านสปอยเลอร์หลังและเข้าสู่ช่องด้านหน้าของล้อหน้า หลังมีการติดตั้งวาล์วแบบแอคทีฟซึ่งเปิดขึ้นอยู่กับความต้องการของหน่วยทำความเย็น สปอยเลอร์หลังก็มีบทบาทอีกอย่างหนึ่งเช่นกัน ทำหน้าที่ควบคุมอากาศเมื่อจำเป็นเพื่อปรับปรุงการระบายความร้อนของเครื่องยนต์และโดยเฉพาะอินเตอร์คูลเลอร์ และแน่นอน ทั้งหมดนี้ เราต้องเพิ่มเบรกและแชสซีที่เป็นเอกลักษณ์ของปอร์เช่ เช่นเดียวกับแรงบิดเวกเตอร์และดาวน์ฮิลล์พร้อมเหล็กกันโคลงแบบแอคทีฟที่เพลาหลัง เช่นเดียวกับพวงมาลัยล้อหลังแบบแอคทีฟ

ข้อความ: Georgy Kolev

2020-08-30