911 Turbo_Analisi tecnica

Porsche "911 Turbo" – Analisi tecnica di Paolo Massai
QUATTRORUOTE
La nuova Porsche "911 Turbo" presenta la prima applicazione della turbina a geometria variabile
su un motore benzina. Aumenta la potenza massima e soprattutto la coppia, già da basso
regime. Il turbo lag è trascur abile. Siamo andati a conoscere la nuova "911 Turbo"
nel centro R&D di Weissach, vera università dell’auto.
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IL MOTORE
Il boxer 6 cilindri classico della "911" è il primo motore alimentato a benzina a beneficiare della turbina a geometria variabile. Costruita da Borg Warner,
riesce a resistere alle temperature del benzina, p iù elevate di quelle del Diesel, grazie al raffreddamento ad acqua messo a punto dai tecnici Porsche.
Foto 1 – La turbina a geometria variabile Borg Warner
Foto 2 – Le palette dello statore turbina nella posizione chiusa
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Le palette dello statore in posizione chiusa
energizzano il flusso dei gas di scarico a basso e
medio regime. Le velocità aumentano, in modo
che l’ingresso sia esattamente allineato con le
palette della turbina. Ad alto regime o ad alta
portata dei gas di scarico, le palette dello statore
si aprono per ridurre le perdite di carico e allineano
nuovamente i flussi, per aumentare il rendimento
della turbina. A ogni regime e a ogni carico, il
rotore della turbina ruota con condizioni ideali dei
triangoli di velocità; è come avere una turbina
piccola, ottimizzata per la coppia ai bassi carichi
e la riduzione del turbo-lag, e una grande,
adatta per la potenza massima in piena apertura.
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Foto 3 – Le palette dello statore turbina nella posizione aperta
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Visualizzato in modo più evidente, ecco il
risultato in termini di coppia motore con
turbina a geometria variabile: la curva viola
inviluppa le due curve. La verde è relativa a
una turbina piccola, la gialla a una grande.
Foto 6 – Palette orientate per alti carichi
Foto 5 – Palette orientate per bassi carichi
Le difficoltà finora incontrate da tutti i motoristi nell’applicazione della geometria
variabile al motore a benzina, sono dovute alle alte temperature.
Si passa infatti dai 700 – 800° C per i motori diesel, ai 1000° C dei motori benzina.
Merito alla Porsche l’essere riuscita a controllare lo stress termico e meccanico,
grazie a un ingegnoso raffreddamento ad acqua del corpo turbina e all’impiego
di acciai fortemente legati, resistenti alle alte temperature.
Nonostante la complessità dell’insieme, il lay-out del motore risulta veramente
esemplare. Tubazioni di raffreddamento acqua e lubrificazione olio compattate e
allineate. Il complesso collettore di scarico-turbogruppo-catalizzatore il più
compatto e lineare visibile nel panorama mondiale.
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Foto 9 – Le tubazioni acqua e olio alla turbina
Foto 12 – Il motore completo vista posteriore
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Foto 10 - Spaccato delle tubazioni acqua e olio alla turbina
Foto 11 – Il compatto layout collettore di scarico - turbo gruppo catalizzatore - scarico
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Foto 13 – Il motore visto dal lato sinistro
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Insieme alla raffinatezza della
turbina a geometria variabile, altri
sistemi concorrono all’eccellenza
delle prestazioni finali del motore.
La
distribuzione
VariocamPlus.
variabile
Realizzata sostanzialmente con un
doppio bicchierino; le due parti si
impegnano su camme differenti per
alzata e per fasatura. Il comando
della valvola è attuato da una o
dall’altra parte del bicchierino, in
funzione di un comando idraulico.
Foto 14 – Il sistema di distribuzione variabile VarioCamPlus a doppio
bicchierino
La possibilità di variare così fasatura
ed alzata, ha permesso di
aumentare i vantaggi della turbina a
geometria variabile.
Foto 16 - Il sistema VariocamPlus esploso, visto lato distribuzione
Fasatura più incrociata per una
ulteriore riduzione del turbo-lag e per
una maggior disponibilità di coppia a
bassissimi regimi.
Fasatura e alzata ottimizzate in
alto per ridurre le temperature dei
gas di scarico e salvaguardare la
turbina.
L’iniezione
rimane
classica,
indiretta a monte valvole di
aspirazione; i condotti di aspirazione
sono moderatamente tangenziali.
Foto 17 – Posizione iniettore e forma del condotto di aspirazione
Foto 15 – Esploso della distribuzione variabile VariocamPlus con
visualizzazione delle due camme per diverse alzate
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Infine, l’attuazione delle palette dello
statore è comandata da un motorino
passo passo, controllato
elettronicamente. Uno speciale
software è stato sviluppato da
Porsche per il controllo in continuo
delle palette mobili.
In conclusione, le prestazioni
dichiarate sono eccellenti:
•
Cilindrata = 3,6 litri
•
•
•
Potenza max = 480 CV
Regime di pot max = 6500
Coppia max = 670 Nm
(overboost)
Regime di coppia max =
2100 rpm (overboost)
•
•
•
Densità di potenza = 133,3
cv/litro
Densità di coppia = 186,11
Nm/litro
Pme max = 23,39 kg/cm2
•
Peso/potenza = 3,30 kg/CV
•
•
Consumo NEFC = 12,8
l/100km
Consumo in CO 2 = 310 gr
•
Accelerazione 0-100 = 3”,9
•
Foto 18 – Spaccato del motore della "911 Turbo" completo
Diagramma 19 – Evoluzione delle curve di coppia dei turbo Porsche
Il rapporto accelerazione/consumi è
il migliore della categoria.
Diagramma 20 – Incremento della curva di coppia in Overboost
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LA TRASMISSIONE
Date le notevoli prestazioni, Porsche
ha ritenuto importante dotare la "911
Turbo" di trazione integrale
permanente.
E ha ulteriormente sviluppato la
trasmissione 4x4 già presentata
sulla "Carrera 4". Con sostanziali
innovazioni e differenze di
comportamento.
Foto 21 – L’albero di trasmissione intermedio, il differenziale anteriore e il
giunto a controllo elettronico
Foto 22 – Giunto a comando elettromagnetico e differenziale anteriore
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La struttura rimane simile, con
l’albero di trasmissione intermedio
supportato dalla rigida incastellatura
in alluminio e il giunto a lamelle in
bagno d’olio montato a ridosso del
differenziale anteriore.
Foto 23 – Particolare del giunto a lamelle in bagno d’olio a comando
elettromagnetico
La novità consiste nel modo di
trasmettere la coppia all’asse
anteriore. La "911 Turbo" è dotata di
un comando elettromagnetico che
riesce a modulare l’innesto del
giunto, tramite la spinta assiale di
un anello a sfere con rampa. Il tutto
è controllato da uno specifico
software Porsche, PTM (Porsche
Tracion Management). La coppia
trasmissibile all’anteriore può così
variare in continuo da 0 a 400 Nm,
da zero al 65%. Con tempi di
risposta pari a 0,1 secondi.
Foto 24 – Particolare dell’innesto a sfere comandato per via elettronica, che va
a esercitare la forza di attrito sulle lamelle del giunto
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Foto 26 – La sistemazione del motore in vettura
Foto 25 – La trasmissione integrale permanente PTM
Tutto il sistema è particolarmente studiato ai fini della leggerezza e confort acustico. Il peso della
trasmissione anteriore è pari a 26,4 chilogrammi.
La rigidezza dell’insieme è stata calcolata per eliminare le risonanze e le vibrazioni dinamiche.
Uno scambiatore di calore è inte grato per le due coppe olio, differenziale e giunto, per assicurare
uniformità di comportamento e affidabilità.
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Foto 27 – Il gruppo motopropulsore in vettura
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Il software PTM integra dati motore e dati vettura, come angolo
volante, imbardata, accelerazione laterale, slittamento pneumatici,
assetto e regolazione delle sospensioni.
Il controllo elettronico della percentuale di coppia trasmessa
all’anteriore non è disinseribile e la ripartizione di coppia non è
bloccabile manualmente.
Per gli appassionati Porsche è importante che l’intrusività
dell’elettronica nella guida sia contenuta. Vogliono continuare a sentire
il feeling con la vettura e avere la sensazione di essere capaci di
dominare la potenza elevata in ogni condizione. I tecnici Porsche
assicurano che le logiche sviluppate assecondano queste richieste.
A giudicare dalle esibizioni effettuate sulla pista di Weissach, in effetti,
appare tutto estremamente armonioso ed equilibrato. Facile da
controllare e facile da gestire al limite. Con eccellente agilità,
maneggevolezza e recupero di stabilità. Soprattutto il recupero di
stabilità appare decisamente più fluido rispetto al modello precedente.
Ogni comportamento della vettura si presenta molto prevedibile e
assolutamente facile da controllare.
Potenza ed erogazione di coppia sono incredibilmente aumentate
rispetto al modello precedente, come anche m aneggevolezza e stabilità.
Foto 28 – Dimos trazione di motricità posteriore
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Foto 29 – Motricità prevalente all’anteriore
Foto 30 - Evidente recupero di direzionalità grazie
alla motricità anteriore
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Foto 31 – Distribuzione di coppia motrice
equiripartita
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IL CONTROLLO DEL PESO
Per mantenere le prestazioni e assicurare l’agilità, tutta la struttura è
stata ricalcolata per bilanciare gli incrementi di peso dovuti alle
maggiorazioni di freni, pneumatici, componenti motore e
trasmissione.
Si ritrova la struttura ad acciai
ultraaltoresistenziali dell’ultima "Carrera 4".
altoresistenziali
e
Foto 33 – Particolare dell’irrigidimento in ultra alto
resistenziale per urto laterale
Foto 34 – porta in alluminio più leggera del 41%
Foto 36 – Porta in alluminio lato serratura
Foto 32 – Struttura differenziata della scocca
Foto 35 – Porta in alluminio con solo 5 componenti
contro i 15 di quella convenzionale
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Con ulteriore inserimento di elementi di alluminio, come le porte e
l’alettone posteriore, particolari in fibra, dischi freno in ceramica.
Il peso totale risulta minore di 5 kg rispetto al modello precedente,
per un totale di 1585 kg.
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Foto 37 – Interno cofano posteriore in fibra, c on
riduzione di peso pari al 37%
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AERODINAMICA
Foto 38 – Flusso anteriore in galleria
Molto buoni i dati di Cx e Cz
dichiarati dalla Porsche. Tutta la
vettura risulta molto curata rispetto
a tutti gli obiettivi: resistenza
all’avanzamento, carico verticale,
confort acustico, nonostante la
particolare posizione del motore
impedisca la realizzazione di
qualunque estrattore posteriore.
• Cx = 0,31
• Cz ant. = 0,02
• Cz post = -0,03
• Bilanciamento Cz
anteriore-posteriore = 0,05
• Cz totale = -0,01
• Down force su alettone
posteriore a 310 km/
= 273 N
• Area del sottofondo = 3,1 m 2
Foto 40 – Aerodinamica posteriore
Foto 42 e 43 – Motorino per pressione idraulica e pistoncino
idraulico di sollevamento alettone
Foto 41 – Particolare del doppio alettone
Foto 39 – Fondo piatto
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Portata aria al radiatore centrale = 1350 litri/h a 300 km/h
Portata aria ai radiatori laterali = 1325 l/h ciascuno a 300 km/h
Sezione ristretta del convogliatore intercooler = 0,98 dm 2 ciascuno
Superficie intercooler = 8,1 dm 2 ciascuno
Portata aria intercooler = 1200 litri/sec ciascuno
Foto 45 – Convogliatore completo per raffreddamento intercooler
Foto 46 – Presa aria con aletta a forma d’ala per evitare distacchi di
flusso rumorosi
Foto 44 – Flussi per raffreddamento
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Su questa nuova versione "Turbo" è
stato sviluppato anche il
raffreddamento freni posteriori, oltre,
naturalmente, al raffreddamento di
quelli anteriori.
Foto 47 - Layout intercooler e c onvogliatore su vettura
Foto 49 – Andamento convogliatore intercooler
Foto 51 – Prese per raffreddamento freni
posteriori
Foto 48 – Layout convogliatore aria su intercooler in vettura
Foto 52 – Prese per freni anteriori
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Foto 50 – Radiatori anteriori laterali
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DINAMICA
Sull’aspetto dinamico sono tre le
novità eclatanti.
La trasmissione integrale
permanente a controllo elettronico,
i nuovi dischi freno di ceramica e i
pneumatici di nuova misura, da 19
pollici supersport.
Sviluppat i soprattutto per la pista,
presentano la parte esterna del
battistrada simile agli slick.
Permettono una riduzione del tempo
al giro del Nurburgring pari al 0 ,5%.
Foto 56 – La sospensione anteriore Mc Pherson vista dal basso. Evidente il
montante ruota incastrato con l’ammortizzatore-molla. Angoli di inclinazione
longitudinale e trasversale dell’asse di sterzo molto esasperatii
Foto 53 – I nuovi dischi freno in ceramica
Fota 55 – La sospensione anteriore Mc Pherson
Foto 54 – I nuovi pneumatici sviluppati soprattutto
per pista con lato esterno del battistrada simil slick
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Foto 57 – La sospensione posteriore multilink a 5 bracci
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Foto 61 – Posizione del motore a sbalzo rispetto alle ruote posteriori
Foto 62 - La sospensione anteriore Mc Pherson
La "911 Turbo" mantiene la sua peculiare architettura: motore decisamente a sbalzo
rispetto all’asse delle ruote posteriori e sospensione anteriore Mc Pherson,
caratteristiche uniche nel panorama delle supercar sportive.
Studi approfonditi, simulazioni pesanti al calcolatore e raffinatezze tecniche in tutto il
sistema di sospensioni, hanno permesso di raggiungere comunque risultati eccellenti in
termini di prestazioni, maneggevolezza, stabilità. Con in più il deciso carattere Porsche.
Lo dimostra il tempo sul giro nel circuito del Nurburgring, pari a 7:42 minuti. Un vero
primato.
Naturale quindi che tutto ciò che attiene alle sospensioni e alla messa a punto (Porsche
Set-Up) sia estremamente sviluppato e sofisticato: sospensioni attive (Porsche Active
Suspension Management PASM) e controllo di stabilità (Porsche Stability Management
PSM).
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Foto 59 – Sospensione posterior e, vista posteriore
Foto 58 – La sofisticata sospensione posteriore vista dal basso
La sospensione posteriore ha lo schema più raffinato: multilink a 5 bracci.
Interessante la posizione del centro istantaneo di rotazione longitudinale e trasversale;
gli angoli antisquot (anti affondamento in accelerazione) e antiraise (antiinnalzamento
in frenata) sono quelli ottimali.
Il recupero di camber è elevato in scuotimento e in rollio per la ruota esterna.
Il recupero cinematico di convergenza in curva assicura una risposta pronta.
L'asse sterzante virtuale è posizionato rispetto all’impronta a terra del pneumatico
in modo da stabilizzare l'auto in frenata e in accelerazione.
Le evoluzioni sulla pista di Weissach confermano tutto quanto presentato.
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Foto 60 – Sospensione posteriore vista laterale
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Foto 64 – Elevata e ottima rigidezza di camber in inserimento curva
Foto 63 – Equilibrio di coppia motrice e deriva su tutte le 4 ruote
Foto 65 – Inserimento in curva: assetto ottimale dei pneumatici
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Foto 67 – Assetto neutro in accelerazione con leggero incremento camber posteriore
Foto 66 - Incremento di camber posteriore in appoggio
Foto 68 – Assetto neutro in frenata
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Foto da 69 a 74 - Evoluzioni sulla pista di Weissach
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STILE
Lo Stile della nuova "Turbo" riprende i canoni della recente "Carrera 4". Si arricchisce
delle prese aria supplementari, ha pneum atici di dimensioni maggiorate e l’alettone
posteriore. Tutto all’insegna della linea pura, semplificata, razionale; moderna rivisitazione
di stilemi classici e dinamici. Un vero punto di riferimento per gli stilisti di auto sportive.
Foto 76 – Anche la linea dell’alettone ha abbandonato gli estremismi, talvolta inestetici,
di alcune versioni precedenti
Foto 75 – La purezza dello stile "911 Turbo" che ha ritrovato fari classicamente tondi, acquistando in personalità
Foto 77 – Prese aria armonicamente inserite
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Foto 79 – Lo stile degli interni è tutto coerente
Foto 78 – Anche gli interni sono ispirati alla linearità. Eleganza e sportività
Foto 80 – Gli interni della versione precedente: i nuovi sono descisamente migliorati
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