Porsche "911 Turbo" Analisi tecnica di Paolo Massai

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1 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. pag 1 di 21 19/03/2006

2 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 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. Foto 3 Le palette dello statore turbina nella posizione aperta pag 2 di 21 19/03/2006

3 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 5 Palette orientate per bassi carichi Foto 6 Palette orientate per alti 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 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. pag 3 di 21 19/03/2006

4 Foto 9 Le tubazioni acqua e olio alla turbina Foto 10 - Spaccato delle tubazioni acqua e olio alla turbina Foto 12 Il motore completo vista posteriore Foto 11 Il compatto layout collettore di scarico - turbo gruppo - catalizzatore - scarico Foto 13 Il motore visto dal lato sinistro pag 4 di 21 19/03/2006

5 Foto 14 Il sistema di distribuzione variabile VarioCamPlus a doppio bicchierino Insieme alla raffinatezza della turbina a geometria variabile, altri sistemi concorrono all eccellenza delle prestazioni finali del motore. La distribuzione variabile VariocamPlus. 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. La possibilità di variare così fasatura ed alzata, ha permesso di aumentare i vantaggi della turbina a geometria variabile. 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. Foto 16 - Il sistema VariocamPlus esploso, visto lato distribuzione Foto 15 Esploso della distribuzione variabile VariocamPlus con visualizzazione delle due camme per diverse alzate 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 pag 5 di 21 19/03/2006

6 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) Diagramma 19 Evoluzione delle curve di coppia dei turbo Porsche Densità di potenza = 133,3 cv/litro Densità di coppia = 186,11 Nm/litro Pme max = 23,39 kg/cm 2 Peso/potenza = 3,30 kg/cv Foto 18 Spaccato del motore della "911 Turbo" completo Consumo NEFC = 12,8 l/100km Consumo in CO 2 = 310 gr Accelerazione = 3,9 Il rapporto accelerazione/consumi è il migliore della categoria. Diagramma 20 Incremento della curva di coppia in Overboost pag 6 di 21 19/03/2006

7 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 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 Foto 22 Giunto a comando elettromagnetico e differenziale anteriore 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 pag 7 di 21 19/03/2006

8 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. Foto 27 Il gruppo motopropulsore in vettura pag 8 di 21 19/03/2006

9 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 Foto 29 Motricità prevalente all anteriore Foto 30 - Evidente recupero di direzionalità grazie alla motricità anteriore Foto 31 Distribuzione di coppia motrice equiripartita pag 9 di 21 19/03/2006

10 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 altoresistenziali e ultraaltoresistenziali dell ultima "Carrera 4". 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 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. Foto 37 Interno cofano posteriore in fibra, c on riduzione di peso pari al 37% pag 10 di 21 19/03/2006

11 Foto 38 Flusso anteriore in galleria AERODINAMICA 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 2 Area del sottofondo = 3,1 m 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 pag 11 di 21 19/03/2006

12 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 44 Flussi per raffreddamento Foto 46 Presa aria con aletta a forma d ala per evitare distacchi di flusso rumorosi pag 12 di 21 19/03/2006

13 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 Foto 50 Radiatori anteriori laterali pag 13 di 21 19/03/2006

14 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 Foto 57 La sospensione posteriore multilink a 5 bracci pag 14 di 21 19/03/2006

15 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). pag 15 di 21 19/03/2006

16 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. Foto 60 Sospensione posteriore vista laterale pag 16 di 21 19/03/2006

17 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 pag 17 di 21 19/03/2006

18 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 pag 18 di 21 19/03/2006

19 Foto da 69 a 74 - Evoluzioni sulla pista di Weissach pag 19 di 21 19/03/2006

20 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 pag 20 di 21 19/03/2006

21 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 pag 21 di 21 19/03/2006

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