Anatomie d'une grande machine

Entretien avec Matthias Hofstätter, directeur du moteur Porsche, à propos de la nouvelle 911

La 911 est une voiture de rêve pour beaucoup. Nous rencontrons à nouveau le responsable du département moteur de Porsche pour nous parler des vicissitudes auxquelles les équipes de développement de l'entreprise ont dû faire face lors de la création d'un modèle. Les lignes suivantes sont dédiées à la technologie de la nouvelle 992.

Tirer le levier de déverrouillage du capot sur le moteur peut être trompeur. Après un coup d'œil hésitant, on se rend compte que ce qui est censé être un cache est en réalité un panneau plus petit que le becquet arrière, sous lequel on peut voir ce qui ressemble à une cuve en plastique avec deux ventilateurs installés. Leur fonction est claire, mais leur apparence a un autre effet : elle évoque les modèles refroidis par air avec leur ventilateur central entouré de câbles haute tension.

450. Ce nombre exprime la puissance de la nouvelle génération 4 Carrera S et Carrera 992S 1986 litres bi-turbo six cylindres à plat et évoque immédiatement d'autres associations - cette super Porsche de 959 appelée 450, qui produisait également 33 ch . Avec. Une bonne occasion de comparer et d'exprimer l'évolution de la technologie dans le domaine des moteurs à combustion interne avec la même marque. Cependant, s'il y a 959 ans, la XNUMX était la forme technique la plus élevée et même exotique, aujourd'hui un moteur de puissance similaire est propulsé par les versions susmentionnées de la Carrera S, qui sont plus basses dans la hiérarchie de la marque.

Nos similitudes s'étendent également au niveau de la cylindrée, qui est très proche - les 2848 cm3 de la 959 contre les 2981 cm3 de la 992. Le moteur de la 959 est un véritable chef-d'œuvre technologique pour l'époque, avec un refroidissement combiné complexe. Les cylindres sont refroidis par un ventilateur puissant, tandis que les têtes reposent sur un système de refroidissement à eau de 25 litres. Contribuant à la dissipation thermique, bien sûr, comme pour tous les moteurs "à air" Porsche, il existe un système de lubrification du refroidisseur d'huile qui ne peut en accueillir aucun. pas plus et pas moins de 18 litres d'huile. Ainsi, du fait de l'architecture du modèle à moteur arrière et radiateurs avant, la 959 est entourée de canalisations qui forment un système de circulation commun.

À cet égard, peu de choses ont changé aujourd'hui. La 911 Carrera 4S, qui peut être considérée comme un proche parent de la 959 grâce à la double transmission, ne repose pas sur un ventilateur puissant, mais refroidit et contient 28,6 litres de liquide, tandis que le système de lubrification nécessite 11,3 litres. beurre.

Cependant, l'architecture, qui comprend une disposition horizontale de six cylindres, présente néanmoins un autre indicateur important de la similitude des deux moteurs - la fiabilité. En fait, c'est typique de tous les vélos boxer de l'entreprise, qui n'annuleront pas la garantie lorsqu'ils seront conduits sur piste. Pour Porsche, l'interaction des composants mobiles du moteur, respectivement le frottement dans la zone des segments de piston, du piston, du cylindre, ainsi que dans les roulements du vilebrequin et du mécanisme de distribution, a toujours été d'une importance primordiale.

Turbines de nature différente

Dans les deux modèles, les turbocompresseurs sont situés des deux côtés des rangées de cylindres, mais dans la 959, un système de ravitaillement en cascade a été construit, qui est resté une hirondelle blanche dans l'histoire technologique. La combinaison d'un petit et d'un gros turbocompresseur semble tentante et est souvent utilisée aujourd'hui dans les moteurs diesel, mais ne convient pas aux moteurs à essence - en raison de la faible quantité de gaz à faible charge et à faible régime, mais à haute température, elle n'est pas aussi efficace que un intégré. dans les unités d'injection directe à haut taux de compression de turbines bi-jet associées à des collecteurs d'échappement intégrés dans les culasses. Si nécessaire, compresseurs mécaniques (Volvo) ou électriques (Mercedes). Dans une certaine mesure, les raisons ci-dessus sous-tendent les différences de performances entre les moteurs 992 et 995. Bien que, contrairement aux versions turbocompressées plus grandes (toujours de génération 991), le moteur Carrera 4S est doté de turbocompresseurs à soupape de décharge à géométrie fixe avec une pression de remplissage maximale de 1,2 .530 bar, le couple maximal est de 2300 Nm à 450 tr/min. Les deux machines atteignent une puissance maximale de 6500 ch. à 500 959 tr/min, mais malgré un petit turbocompresseur, le couple maximal de 5500 Nm à 33 n'est disponible qu'à… XNUMX XNUMX tr/min. C'est vraiment une expression vivante du développement de la technologie au cours de ces XNUMX années.

Équation d'efficacité

Et pourtant, qu'est-ce qui explique ces différences ? La réponse est une combinaison de nombreux facteurs technologiques. La 992 bénéficie d'une architecture moteur "boîtée", chaque rangée de cylindres étant remplie d'un seul turbocompresseur. À cet égard, il peut être considéré comme la somme de deux moteurs à trois cylindres, et il est bien connu que ce type de moteur convient très bien aux équipements turbocompressés en raison de la longue distance des ondes de pulsation et du manque de interférence entre eux. Dans les moteurs à six cylindres en ligne, les gaz de chacun des trois cylindres peuvent être acheminés vers une turbine différente ou vers un circuit à double turbine différent, mais en raison de la distance entre les bancs de cylindres, seule la première solution reste en option pour six -moteurs boxer à cylindres. un schéma bon marché mais moins efficace avec un). Dans la charge en cascade de la 959, chacun des six cylindres charge chacun des turbocompresseurs lorsqu'il est en marche.

Mais ce n'est qu'une partie de l'équation. Le moteur 992 a une course plus longue de 9,4 mm (une condition préalable pour un couple plus élevé), car les matériaux modernes de haute technologie permettent d'augmenter les forces d'inertie lorsque la vitesse du piston passe de 14,5 à 16,6 m / s. ... Grâce à l'injection directe (dans la nouvelle génération avec des injecteurs piézoélectriques pour un mélange plus fin), un processus de combustion complexe, un contrôle de cliquetis et de l'air comprimé refroidi à une température plus basse à l'aide d'échangeurs de chaleur à eau modernes (ce qui contribue également à raccourcir le trajet de l'air vers les cylindres), le taux de compression est augmenté à 10,2: 1. En ajoutant le système de charge variable VarioCam à l'équation considérée, cette différence de performance du moteur est beaucoup plus claire.

Il est temps de changer ... et de revenir

Le moteur Carrera de trois litres est non seulement très différent de son lointain prédécesseur, mais aussi assez sophistiqué par rapport à son donateur, présenté relativement récemment en 991. En principe, une augmentation de puissance et de couple de 30 unités (de 420 à 450 ch et de 500 ). jusqu'à 530 Nm) semble facilement réalisable avec un simple paramétrage logiciel. Beaucoup plus radicale a été l'approche de l'équipe de Matthias Hofstetter, le chef du département moteur Porsche, que l'auteur de cette ligne a eu la chance de rencontrer pour la deuxième fois lors de la présentation de la 992.

Un fait intéressant que vous ne trouverez dans aucune presse est que la nouvelle 911 a été conçue à l'origine comme un hybride rechargeable. Pour ce faire, la voie avant a été élargie et c'est là, entre les roues avant, qu'aurait dû se trouver la batterie lithium-ion. La transmission nouvellement développée avec deux embrayages et huit au lieu de sept vitesses a une taille de boîtier accrue entre le vilebrequin et deux ensembles d'embrayages - environ huit centimètres. Il était censé contenir un "disque électrique", comme Hofstetter appelait le moteur, probablement en raison de la conception de son disque. Jusqu'ici tout va bien, et en théorie ça a l'air génial, d'autant plus que le déplacement du centre de gravité vers l'avant et vers le bas aura un effet bénéfique sur la répartition du poids de la 911. En pratique, cependant, la voiture réagit à de tels désirs d'une manière très particulière. chemin. "Les premières versions (prototypes) de la 992 avaient une forte accélération", explique Matthias Hofstetter, "et ont fait sensation à droite." Cependant, l'équilibre fin du modèle part en enfer, et la 911 devient instable et imprévisible dans les virages. Le montage de moteurs à l'avant avec une capacité de vectorisation du couple pourrait compenser les lacunes dans une certaine mesure, mais cela signifie un retour à la planche à dessin et d'énormes coûts de conception. Dans tous les cas, le système hybride monomoteur plus simple a été abandonné, un travail de conception assez important a été annulé et la 911 a repris le chemin sans aucun assistant électrique. Les efforts pour augmenter la puissance et réduire la consommation se concentrent sur les composants tels que le moteur, la transmission et la carrosserie.

Au nom d'une puissance accrue, la nouvelle version du moteur est équipée de turbocompresseurs plus gros - respectivement trois millimètres (jusqu'à 48 mm) et quatre millimètres (jusqu'à 55 mm) pour la turbine et le compresseur. Cela a permis d'atteindre une pression de 1,2 bar, malgré les obstacles créés par le nouveau filtre à particules diesel. La position des échangeurs de chaleur à air comprimé a également été modifiée, passant de zones à l'extérieur des bancs de cylindres à une zone au milieu et au-dessus du moteur. Cela raccourcit le trajet de l'air, améliore la réponse du moteur et réduit les pertes de pompe (ce qui était difficile à réaliser, en grande partie en raison de l'attitude conservatrice des personnes à bord de Porsche envers des changements de conception aussi drastiques). La nouvelle configuration ouvre la voie à une réduction de 10 degrés du débit d'air dirigé par le moteur, ce qui, associé à des injecteurs piézo qui créent un mélange air-carburant plus fin, permet d'augmenter le taux de compression d'une demi-unité à 10,2: 1 ( c'est le bon moment de mentionner qu'au nom de la prévention des conditions préalables à la détonation, le taux de compression du 959 n'est que de 8,3: 1). De plus, afin d'égaliser le chemin des gaz vers les turbines, le circuit a été changé en un seul en se déplaçant du bas vers le haut. Ainsi, les turbines tournent dans une direction différente lorsqu'elles sont vues de l'arrière de la voiture.

En utilisant le système VarioCam avec différents profils de came d'arbre à cames, les ingénieurs Porsche ajustent la course des deux soupapes d'admission de différentes manières, qui ont une course de charge partielle différente. Ainsi, l'air entrant dans le moteur commence à «tourbillonner», créant un mouvement turbulent, à la fois le long de l'axe vertical (appelé vortex) et horizontalement (salto). Cela contribue à améliorer considérablement la qualité du processus de combustion, dans lequel le front de flamme se déplace plus rapidement et la combustion est plus efficace. À pleine charge, la course s'équilibre car la vitesse de l'air est suffisamment élevée pour qu'une telle solution ne soit tout simplement pas nécessaire. En conséquence, Hofstätter affirme que les polluants dans les émissions de gaz bruts sont considérablement réduits, ce qui fait que le catalyseur a maintenant beaucoup moins de travail à faire. Ainsi, son kilométrage augmente à plus de 300 mille kilomètres. De plus, en raison de la température plus basse des gaz, le catalyseur en question n'est plus en tôle, mais est une pièce moulée, ce qui, à son tour, permet de réduire la résistance au flux de gaz et augmente en soi le rendement. L'ensemble de «l'ensemble architectural», y compris le filtre à particules avec vannes intégrées, est nécessaire pour créer un paysage sonore 911 définitivement unique.

Plus d'aluminium dans le boîtier

La transmission est complètement nouvelle, maintenant à huit vitesses, qui, en raison du schéma d'entraînement, est unique à la 911 et n'est utilisée dans aucun modèle de la marque ou de l'entreprise. Le premier rapport est plus court que le précédent et le huitième est plus long que le septième rapport le plus élevé précédent. Les nouveaux rapports de démultiplication permettent également une transmission finale plus longue, ce qui se traduit par un moteur plus silencieux et fonctionne à des vitesses inférieures à des vitesses élevées sur autoroute.

Une transmission plus précise du couple à l'essieu avant est une condition préalable à un meilleur comportement du véhicule, et cela est dû à la nouvelle conception de l'embrayage multidisque dans le différentiel avant. L'ensemble est composé de disques renforcés refroidis à l'eau et d'un échappement plus rapide. Tout cela améliore non seulement la dynamique, mais également la capacité de cross-country de la machine, par exemple lors de la conduite sur neige.

Bien qu'il utilise principalement l'architecture actuelle 992, dans la pratique, il a considérablement changé. La proportion d'acier dans cette conception «multi-mix» a été réduite de 63 à 30 pour cent. À l'extérieur, de grands panneaux en acier ancien ont été remplacés par des panneaux en aluminium, ce qui nécessite une nouvelle approche pour les fixer. La proportion (aluminium extrudé) augmente considérablement dans la partie portante du corps. En conséquence, la résistance à la torsion est encore meilleure.

L'aérodynamique adaptative de la carrosserie s'ajoute à l'ensemble d'efficacité globale, utilisant différentes stratégies pour diriger l'air à travers le becquet arrière et dans les ouvertures devant les roues avant. Ces derniers sont équipés de vannes actives qui s'ouvrent en fonction des besoins des groupes frigorifiques. L'aileron arrière a également un autre rôle, dirigeant l'air en cas de besoin pour améliorer le refroidissement du moteur et en particulier les refroidisseurs intermédiaires. Et, bien sûr, à tout cela, il faut ajouter les freins et le châssis uniques de Porsche, ainsi que la vectorisation du couple et la descente avec une barre anti-roulis active sur l'essieu arrière, ainsi que la direction active des roues arrière.

Texte: Georgy Kolev

2020-08-30