N. D.
Priča o pogonskoj tehnologiji Porsche 911 priča je o kontinuiranim inovacijama i jedinstvenom naslijeđu. Vrhunac za sada: parcijalna hibridizacija visokih performansi za generaciju 992. Privremeni rezultat nakon šest decenija razvoja 911 pogona: duplo veća zapremina, četiri puta veća snaga i nepromenjen osnovni koncept.
– Iznova i iznova smo iznenađeni koliko je šestocilindrični bokser motor poboljšan i prilagodljiv, kaže Thomas Krickelberg, šef operativne izvrsnosti u seriji 911/718.
Ubuduće, tu će biti električni turbopunjač za ispušne gasove za još veću snagu i potisak zajedno sa nižim emisijama. Dakle, kako ulazi u sedmu deceniju, koja je fantastična osnova koja je iznova iznova izmišljana?
Prvi šestocilindrični bokser motor od Porschea, 2024, Porsche AG Original: kompaktan dizajn, visoke performanse i mala težina prvog šestocilindričnog bokser motora iz Porschea postavili su temelje za sav budući razvoj.
Mezger motor
Kada je Porsche 1963. godine predstavio budući 911, još poznat kao 901, njegov šestocilindrični bokser motor isporučivao je snagu od 96 kW (130 KS) sa zapreminom od dva litra.
– Kompaktan dizajn, mala težina, maksimalne performanse, kaže Albrecht Reustle, stručnjak za konstrukciju bokser motora u Porscheu, sumirajući kvalitete koji vrijede do danas.
Do 1993. godine radio je kod Hansa Mezgera – dizajnera pod čijim imenom je motor postao poznat.
911 sa turbo punjačem
Svaka generacija modela 911 postavlja prekretnice u pogonskoj tehnologiji. Turbo tehnologija testirana u motosportu bila je spremna za proizvodnju 911 1974. Zahvaljujući kombinaciji turbo punjenja ispušnih gasova i ubrizgavanja goriva, tip 930 bio je ispred konkurencije u pogledu performansi i efikasnosti sa svojih 191 kW (260 KS) u Evropa. Od početka je ispunjavao stroge propise o ispušnim gasovima.
– Kada se osvrnete unazad, shvatate da je turbo punjenje revolucionisalo čitav svijet motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, kaže Krikelberg.
Turbo motori su inženjerski san jer koriste energiju iz vrućih ispušnih gasova koji bi inače otišli u otpad. Njihov centralni dio je turbopunjač, koji se sastoji od turbinskog točka i točka kompresora koji su čvrsto pričvršćeni jedan za drugi. Turbina se pokreće ispušnim gasovima motora i postiže brzine od blizu 200.000 rpm. Točak kompresora se okreće istom brzinom i napaja cilindre komprimiranim zrakom. Dodatni svježi zrak pospješuje sagorijevanje, čime se poboljšavaju performanse motora. Kako bi se izbjeglo izlaganje dijelova motora prekomjernom naprezanju, pritisak koji se stvara u turbopunjaču protokom ispušnih plinova mora biti ograničen. Kada pritisak prednapona dostigne određenu granicu, ispušni gasovi izlaze preko premosnog ventila koji se zove otpadna kapija.
Poboljšanje performansi zahvaljujući međuhlađenju
Porsche inženjeri su poboljšali turbo princip na osnovu stalnog razvoja. Zrak se zagrijava zbog kompresije i zbog visokih temperatura na strani turbine. Ovo negativno utječe na punjenje cilindara i na sagorijevanje ubrizganog goriva. Od modelske godine 1978, komprimovani usisni vazduh se hladio na putu do komore za sagorijevanje, kao što je već stavljeno na test u motosportu. Hladnjak je postavljen na impozantan zadnji spojler ispod rešetke. Ovo razrađeno međuhlađenje povećava performanse na 221 kW (300 KS) na određenim tržištima i omogućava izuzetnu elastičnost motora.
Još jedan inherentni problem sa turbo motorom u početku je bio težak za rješavanje: odgođena reakcija pri ubrzavanju. Pri malim brzinama, 911 Turbo reaguje na ubrzanje slično kao i njegov slabiji kolega sa atmosferskim motorom. Ali tada počinje ogroman potisak od otprilike 3.500 o/min.
– Morali smo da zatvorimo ovaj “turbo lag” da bismo postigli bolju voznost, objašnjava programer Krickelberg.
Biturbo: Buran razvoj
Porsche je predstavio rješenje sa četvrtom generacijom 911 Turbo (993). Najmoćniji serijski Porsche u to vrijeme sa 300 kW (408 KS) predstavljen je u proljeće 1995. Sa dva turbo punjača i dva međuhladnjaka po prvi put, njegov 3,6-litarski agregat ostavio je priličan utisak. Dvije manje turbine ubrzavaju brže od jedne velike. Konkretno, donji moment inercije manjih rotora ima pozitivan učinak.
– I da bi pouzdano stavio snagu na put. 993 Turbo je standardno došao sa poboljšanim pogonom na sve točkove, dodaje Krikelberg.
Zahvaljujući napretku u kontroli motora i senzorima, kao i modernoj naknadnoj obradi izduvnih gasova, model Turbo u posljednjoj zračno hlađenoj generaciji 911 smatran je proizvodnim automobilom s najnižim emisijama svog vremena.
Ulazak u 21. vijek sa vodenim hlađenjem
August Achleitner nazvao je prijelaz sa zračnog na vodeno hlađenje u šestocilindričnom bokser motoru pete generacije 911 (996) u kasnim 1990-im “ulaznicom za novu tehnologiju”. Achleitner je u to vrijeme bio šef tehničkog planiranja proizvoda i bio je odgovoran za seriju 911 od 2001. do 2018. Vodeno hlađenje je bilo preduvjet za daljnja poboljšanja performansi, efikasniju potrošnju i usklađenost sa zakonima o izduvnim plinovima i buci.
Porscheovi dizajneri razvili su glave cilindra sa četiri ventila po komori za sagorevanje.
– Još 1970. godine izvršeno je preliminarno testiranje V12 motora sa zračnim hlađenjem sa četiri ventila na tipu 908, koji je planiran za kasniju upotrebu u 917. Ideja je potom ponovo prihvaćena 1980-ih u razvoju proizvodnje serije 911 i je prošao kroz svoje korake na testnoj klupi s generacijom 964. Ali glava cilindra se bukvalno istopila, prisjeća se Albrecht Reustle.
Još jednom, rješenje je došlo iz motosporta: uspješan prototip izdržljivosti 962 već je radio s vodom hlađenim glavama cilindra, kao i superautomobil 959. Uprkos svim tadašnjim debatama oko povlačenja vazdušnog hlađenja, generacija 996 se pokazala kao uspjeh koji je promijenio igru.
Varijabilna geometrija turbine
U 2006. godini, 911 Turbo (997) je napravio senzaciju sa primjetnim povećanjem performansi: snaga i obrtni moment povećani su za više od 10 posto. Prije svega zahvaljujući novoj i globalno jedinstvenoj tehnologiji – varijabilnoj geometriji turbine (VTG). Ovo omogućava optimizaciju efikasnosti turbopunjača u širem rasponu brzina prilagođavanjem ugla, a time i poprečnog preseka izduvnih gasova koji teče pored lopatica turbine.
– Razvoj VTG-a bio je pionirski i VTG je bio USP u turbo tehnologiji gasnih motora skoro 20 godina. Da biste promijenili protok izduvnih plinova do turbine, morate biti u mogućnosti posebno modificirati male lopatice na temperaturama većim od 1832 stepena Farenhajta, objašnjava Thomas Krickelberg.
Koristio je materijale koji su također korišteni u Space Shuttleu.
Manje zapremine, više snage i efikasnosti
Sljedeća prekretnica nakon uvođenja vodenog hlađenja i VTG uslijedila je 2015. godine: turbo punjenje osnovnih modela Carrera i Carrera S generacije 991.
– Smanjili smo pomak i bili u mogućnosti da istovremeno postignemo značajno povećanje performansi, kaže Krickelberg.
Ukupno 20 KS više snage je u početku ostvareno sa novom generacijom motora sa biturbo punjačima – zajedno sa manjom potrošnjom.
Sportska hibridizacija
Inženjeri dizajna ponovo istražuju nove puteve za usavršavanje šestocilindričnog bokser motora uz remont trenutne generacije 911 (992) u ljeto 2024. (911 Carrera GTS: potrošnja goriva* kombinovana (WLTP) 11,0 – 10,5 l/100 km, Emisija CO₂* kombinovana (WLTP) 251 – 239 g/km, CO2 klasa G). Nova 911 Carrera GTS je prvi 911 legalan na cestama koji ima posebno lagan hibridni pogon visokih performansi. Novorazvijeni, inovativni motor ne samo da omogućava još jedno značajno povećanje snage i poboljšano ubrzanje – on također priprema vozilo za buduće standarde emisije.
– Razvili smo i testirali sve vrste ideja i pristupa kako bismo odabrali hibridni sistem koji savršeno odgovara za 911. Rezultat je jedinstveni motor koji se uklapa u cjelokupni koncept 911 i značajno poboljšava njegove performanse, kaže Frank Moser, glava serije 911 i 718.
– Ovo štedi težinu i održava kompaktnost motora, objašnjava dizajnerski inženjer Reustle.
Kao rezultat visokonaponskog sistema, alternator i kompresor klima uređaja mogli su se napajati električnom energijom, što znači da pogon ventilatora više nije bio potreban. 20 posto ravnije kućište radilice stvara prostor za dodatne komponente, kao što su impulsno kontrolirani napajanje invertera i DC/DC pretvarač.
– Nismo željeli da 911 bude duži, širi ili teži. Htjeli smo optimalno iskoristiti postojeći paket, kaže Hofstetter.
To znači upravljanje težinom u kombinaciji s primjetnim povećanjem performansi. Motor sa električnim turbopunjačem koji se prvobitno nudi u GTS verziji isporučuje 398 kW (541 PS) i obrtni moment od 610 Nm. Pogonski agregat takođe uključuje sinhroni motor sa trajnom pobudom koji je ugrađen u novi, ojačani, osmostepeni mjenjač sa dvostrukim kvačilom (PDK). Ovo pomaže bokser motoru već od praznog hoda sa pogonskim momentom do 150 Nm i pruža snagu do 40 kW. Potpuno električna lokomocija kao kod plug-in hibrida nije bila cilj sa 911 kao T-hibridom.
– Zato što također nismo željeli da baterija bude prevelika ili preteška, kaže Hofstetter, objašnjavajući njen kapacitet od 1,9 kWh.
Umjesto toga, ima koristi od sistemske prednosti električno potpomognutog turbopunjača: rekuperacija ispušne energije. Elektromotor u turbopunjaču izduvnih gasova radi i kao generator. On proizvodi električnu snagu do 11 kW (15 KS) koju izdvaja iz energije ispušnih gasova. Ovo je princip koji je istovremeno jednostavan i fascinantan. Elektromotor radi kao kontrola brzine. Čim pritisak prednapona skoči zbog većih okretaja u minuti, motor usporava turbinu. To stvara električnu energiju, koja se zatim dovodi u bateriju ili električni motor. Zahvaljujući ovoj efikasnoj rekuperaciji energije, relativno mala baterija je više nego adekvatna za svakodnevnu upotrebu, posebno zato što je hemija ćelije posebno dizajnirana imajući na umu potrebe T-hibrida.
– Tehnologija omogućava bateriji da isporuči mnogo energije u kratkom vremenskom periodu i da se relativno brzo napuni, objašnjava Hofstetter.
Još jedna prednost električnog turbo punjača: poznati otpadni otvor je suvišan. To ga čini prvim u svijetu u ovom obliku.
– Energija koja je nekada zaobišla turbinu isparila je neiskorištenu. Regulacija pritiska sada stvara električnu energiju, objašnjava Hofstetter.
To ima pozitivan učinak na efikasnost motora, a samim tim i na potrošnju goriva.
– Turbo punjenje u kombinaciji sa hibridizacijom, rekuperacijom energije, smanjenjem trenja u motoru, optimizacijom hlađenja i optimalnim dizajnom komore za sagorijevanje je savršena formula za usklađivanje sa budućim zakonima o ispušnim gasovima i emisijama. Istovremeno, zadovoljavamo sve veća očekivanja u pogledu performansi i efikasnosti. Implementacija ove formule je „izvanredan timski napor svih uključenih, kaže Reustle, programer motora.
Šestocilindrični bokser motor u 911 ostaje kompaktna elektrana – u potpunosti u skladu s tradicijom inovativnog motora koji je Hans Mezger jednom izumio za originalni 911.
