Porsche 911 Turbo (2006.): prvi benzinski motor s turbopunjačem promjenjive geometrije

INOVATIVNI AUTOMOBILI (46)

Porsche 911 Turbo (2006.): prvi benzinski motor s turbopunjačem promjenjive geometrije

Autor: Željko Marušić

28.03.2022.
Inovativni automobili, Tehnika

Nakon dokazivanja u dizelašima, dva turbopunjača VNT omogućila su da Porsche 911 Turbo, serije 997, snagu bokserskog 6-cilindraša, s 3600 ccm i direktnim ubrizgavanjem, poveća na 480 KS…

Porsche 911 Turbo šeste generacije naoštren je do krajnjih granica cestovnih bolida koji se mogu registrirati i legalno voziti. Snaga mu je nabijena na 480 KS pri 6000/min, a još uvjerljiviji je okretni moment od 680 Nm pri 1950 do 5000/min. To je dovoljno za špicu veću od 310 km/h i ubrzanje do stotke za samo 3,7 sekundi.

Snaga se na stražnje kotače, ili 4×4, prenosi ručnim 6-stupanjskim mjenjačem, ili automatskim Tiptronic S, s pet stupnjeva. Ubojite su performanse zasluga filigranskog brušenja svih bitnih sklopova motora, s podešavanjem faza usisnih i ispušnih ventila. No više od svega, eksploziji snage pridonijela su dva turbopunjača promjenjive geometrije.

Ta tehnologija turbopunjača, poznata po kraticama VNT (engl. Variable Nozzle Turbine) i VTG (njem. Variable Turbinengeometrie), od sredine 1990-ih masovno se koristi u dizelašima. Nabildani Elfer tu tehnologiju sada uvodi u benzinski program.

Osnovna ideja VNT koncepta je u mijenjanju smjera ulaznih plinova u rotor turbine, zakretanjem statorskih lopatica. Tako se kompenzira promjena obodne brzine rotora i u cijelom radnom području postiže najpovoljniji kut ustrujavanja plinova. To nije sve…

Promjenom geometrije statora sprječava se lokalno probijanja zvučnog zida na vrhu lopatica rotora. Naime, kad je relativna brzina na ulazu u rotor velika, tada ona na profilu lopatice može doseći brzinu zvuka, kada nastaje nepravilno vrtloženja i zagušenja tijeka na ulazu u rotor.

Sve to bitno poboljšava performanse u cjelokupnom radnom području, elastičnost kod niskih i srednjih okretaja (uklanjanje ‘turbo-rupe’) te eksplozivnost kod visokih. Potrebne korekcije geometrije (zakretanje lopatica statora) postižu se polužnim mehanizmom spojenim na membranski sklop, koji reagira na porast tlaka plinova na izlasku iz kompresora.

U statoru se stvara Venturijev efekt strujanja plinova, čime se postiže njihovo ubrzanje i dodatno povećanje učinkovitosti kompresora. Prednosti turbopunjača promjenljive geometrije najuočljivije su kod male brzine vrtnje motora. Pri 1500/min klasični turbopunjač postiže punu učinkovitost nakon tri sekunde, a VNT dvostruko prije.

Još je veća razlika u radnoj karakteristici, jer se izmjenom geometrije statora postiže gotovo linearni prirast tlaka punjenja, što povoljno utječe na radnu karakteristiku. Ugradnjom turbokompresora promjenljive geometrije, dizelski i benzinski motor s prednabijanjem postaje elastičniji i učinkovitiji, a u razmjeru s porastom snage potrošnja mu se smanjuje.

Sve je dobro poznato u turbodizelskom sektoru, a kod turbobenzinaca problem je u temperaturama ispušnih plinova, koji rastu do 1000°C (kod dizelaša nešto više od 800°C). Primjerice, najviša temperatura ispušnih plinova koji pokreću turbinu modela Volkswagen Passat 2.0 TDI iznosi 820°C, a gornji limit koji takav turbopunjač može podnijeti bez posljedica je 850°C. Najosjetljiviji je mehanizam za zakretanje statorskih lopatica.

To je i glavni razlog zbog kojeg je friziranje chip-tuningom štetno, jer se zbog malog povećanja snage (znatno manjeg od obećanog) temperatura ispušnih plinova raste i na 950°C. Zbog toga se znatno skraćuje trajnost, a nerijetko havarija nastaje već nakon nekoliko tisuća kilometara.

Budući da sportski benzinski motor ispuhuje plinove užarene i na više od 1000°C trebalo je konstruirati novu generaciju turbopunjača promjenjive geometrije. Najopterećeniji dijelovi izrađeni su od skupocjenih visokootpornih materijala (sinterirani tvrdi metali, keramika…) i obrađeni specijalnim postupcima.

U usporedbi s dizelašima turbopunjači su većih dimenzija i kapaciteta te se vrte do 160.000/min (kod dizelaša 220.000/min, kod malih i više). Zbog svega toga bilo je potrebno temeljito hlađenje motora (time se posredno smanjuju i temperature ispušnih plinova) te su dva velika hladnjaka rashladne tekućine smještena u prednjem dijelu karoserije.

Prvi Porsche 911 Turbo iz 1974. razvijao je 260 KS te postizao 250 km/h i do stotke ubrzavao za 5,8 sekundi. Bokserski 6-cilindraš hladio se zrakom. Snaga je potom rasla na 300, 320 i 408 KS, a kad je 2000. povećana na 420 KS, uvedeno je hlađenje tekućinom. Model šeste generacije, predstavljen 2006., dobio je izravno ubrizgavanje i dva turbopunjača VNT te je iz 3600 ccm ispaljivao 480 KS.