«6 часов Уоткинс Глен» 1976: Вода укрощает турбину

Как «Порше» вернул надёжность мотору 935 после вынужденной переделки системы наддува.

Турбокомпрессор давно перестал быть для конструкторов «Порше» диковинкой. За несколько лет штутгартские инженеры научились извлекать из сравнительно небольшого рабочего объёма мощность, ещё недавно доступную лишь значительно более крупным двигателям. Правда, тяжело заставить выдавать эту мощность стабильно 6 часов подряд.

Именно с такой задачей столкнулась заводская команда в 1976 году. Международная спортивная комиссия косвенно обязала «Порше» отказаться от прежнего воздушного охлаждения сжатого турбокомпрессором воздуха и перейти к системе с водяным промежуточным охладителем. После переделки 935 сохранил скорость, но три месяца не мог выиграть этап чемпионата мира среди марок. Уоткинс-Глен должен был показать, удалось ли конструкторам вернуть машине прежнюю выносливость.

Горячий воздух - враг мощности

Турбокомпрессор состоит из двух связанных общей осью машин. Поток отработавших газов вращает турбину, а установленный на той же оси компрессор нагнетает воздух в цилиндры.

Повышая давление на впуске, можно подать в двигатель больше воздуха, а вместе с ним - больше топлива. Отсюда и высокая мощность турбомотора. Однако компрессор не только сжимает воздух, но и нагревает его.

Чем выше температура, тем ниже плотность заряда. Следовательно, часть выигрыша от наддува тут же теряется. Возрастают также вероятность детонации и тепловая нагрузка на поршни, клапаны и головки цилиндров.

Поэтому между компрессором и двигателем ставят промежуточный охладитель - интеркулер. Его задача проста по формулировке, но сложна в исполнении: охладить сжатый воздух, не создав чрезмерного сопротивления его движению.

Плотность воздуха в первом приближении прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна температуре. При неизменном давлении снижение температуры $\mathrm{увеличивает\; плотность.\; Значит,\; в\; цилиндр\; при\; каждом\; цикле\; попадает\; большая\; масса\; кислорода.}$

Интеркулер поэтому является важной деталью, непосредственно участвующей в формировании мощности.

Воздушный охладитель: просто, но громоздко

В первоначальной системе воздух после компрессора проходил через теплообменник, который охлаждался наружным потоком. Такая схема называется «воздух-воздух».

Её достоинство - сравнительная простота. Нет отдельного насоса, водяных магистралей и дополнительного радиатора. Чем быстрее движется автомобиль, тем интенсивнее наружный воздух обдувает соты теплообменника.

Но для гоночной машины эта простота оборачивается компоновочными затруднениями. Воздушный интеркулер должен находиться там, где к нему можно подвести достаточно большой поток. Он требует крупных каналов, занимает немало места и заставляет прокладывать длинный путь от компрессора к впускным коллекторам.

Каждый лишний изгиб и каждый дециметр трубопровода увеличивают объём, который турбокомпрессор должен заполнить сжатым воздухом. Это может ухудшать быстроту отклика двигателя после нажатия на педаль акселератора.

К тому же большой наружный воздухозаборник создаёт сопротивление. Получается характерный для гоночной техники спор: двигатель требует больше охлаждающего воздуха, аэродинамика - меньше отверстий в кузове.

Водяной интеркулер: меньше путь, больше деталей

В новой системе сжатый воздух отдавал тепло не непосредственно атмосфере, а воде. Затем нагретая вода направлялась в отдельный радиатор, где уже охлаждалась наружным потоком.

Такой промежуточный охладитель можно было расположить ближе к компрессору и двигателю. Воздушные трубопроводы становились короче, а конструкторы получали большую свободу при размещении теплообменников внутри кузова.

Но простая система превращалась в двойной контур. Теперь требовались насос, трубки, расширительный объём, дополнительный радиатор и достаточное количество жидкости. Возникали новые соединения, а вместе с ними - новые потенциальные места утечек.

Главное же состояло в том, что водяной контур мог постепенно накапливать тепло. На одном быстром круге запас холодной жидкости давал прекрасный результат. Через несколько часов температура воды могла подняться настолько, что интеркулер уже почти переставал охлаждать наддувочный воздух.

Количество переносимого жидкостью тепла зависит от её массового расхода, теплоемкости и разицы температур.

Если насос прокачивает слишком мало жидкости, теплообменник перегревается локально. Если наружный радиатор недостаточно велик, вода постепенно нагревается во всём контуре. Если в системе остаётся воздух, ухудшается циркуляция и могут появиться зоны кипения.

Следовательно, эффективность водяного интеркулера определяется не одной деталью, а согласованной работой всего контура.

Почему вынужденная переделка оказалась трудной

Можно заменить воздушный теплообменник водяным сравнительно быстро. Но нельзя так же быстро определить его поведение во всех режимах.

В квалификации мотор работает на пределе лишь несколько кругов. В шестичасовой гонке нагреваются не только воздух и вода, но и весь автомобиль: двигатель, масло, коробка передач, моторный отсек и даже кузовные панели.

Постепенно устанавливается тепловое равновесие. Именно тогда становятся видны ошибки, которые не проявлялись на коротких испытаниях:

- недостаточная площадь наружного радиатора;
- малая производительность насоса;
- слишком узкие трубопроводы;
- неравномерное прохождение воды через охладитель;
- чрезмерное сопротивление воздушного тракта;
- нагрев жидкости от расположенных рядом выпускных труб и турбины.

Вероятно, конструкторам «Порше» пришлось не просто добиться низкой температуры на впуске, но и сделать её устойчивой. Для гонщика особенно важно, чтобы двигатель одинаково реагировал на педаль газа в начале и в конце отрезка.

Если воздух перед цилиндрами постепенно нагревается, меняются его плотность и запас до детонации. Тогда приходится уменьшать давление наддува или обогащать смесь, а это означает потерю мощности либо повышенный расход топлива.

Уоткинс-Глен как испытательный стенд

В Америку «Порше» направил два заводских 935. Кроме того, Эгону Эверцу были предоставлены двигатель и коробка передач 935 для установки на его «Карреру». Завод, очевидно, уже достаточно доверял обновлённой силовой установке, чтобы вывести на дистанцию сразу три её экземпляра.

Скорость сохранилась полностью. Йохен Масс завоевал первое место на старте, Рольф Штоммелен - второе, Эгон Эверц - третье. Заводские 935 развивали в конце прямой около 174 миль в час - всего на шесть миль меньше быстрейших машин Формулы-5000, тренировавшихся в тот же уик-энд.

Однако для инженеров важнее оказалось другое. За шесть часов ни один из трёх турбомоторов не вышел из строя.

Машина Штоммелена и Манфреда Шурти потеряла время из-за прокола. Экипаж Масса и Жаки Икса задержался вследствие полного износа задних тормозных колодок: их основания приварились к суппортам, и механикам пришлось менять диски и тормозные механизмы. Но двигатель после одиннадцатиминутного ремонта позволил экипажу вернуться с шестого места на третье.

Оранжевая «Каррера» Эверца, Лео Киннунена и Тойне Хеземанса финишировала второй. Таким образом, автомобили с двигателем 935 заняли весь пьедестал. Автор отчёта заключил: надёжность турбомотора вернулась.

Три исправных мотора убедительнее одной победы

Единственный успешный автомобиль ещё может быть исключением. Три финишировавших машины с близкими силовыми установками - уже свидетельство.

При этом одна из них работала в несколько ином шасси. Это особенно существенно: система охлаждения должна сохранять эффективность не только в идеальной заводской компоновке, но и при другом расположении каналов, радиаторов и элементов кузова.

Результат Уоткинс-Глена показал, что «Порше», по-видимому, решил основную задачу: водяной интеркулер-охладитель перестал быть экспериментальной добавкой и стал полноценной частью силовой установки.

Что дала вода

Нельзя сказать, что водяная система была безусловно лучше воздушной. Она оказалась сложнее и тяжелее. Ей требовалось больше деталей, а её исправность зависела от циркуляции жидкости.

Зато она позволяла приблизить интеркулер к двигателю, уменьшить длину воздушных магистралей, свободнее разместить наружный радиатор, сгладить кратковременные температурные скачки, точнее управлять температурой наддувочного воздуха.

Вода обладает значительной теплоёмкостью. Поэтому при резком разгоне она может принять большое количество тепла, не нагревшись сразу. В переходных режимах это помогает поддерживать более постоянную температуру заряда.

Но шесть часов Уоткинс-Глена проверяли уже не этот кратковременный запас, а способность всей системы непрерывно отдавать тепло наружу. Именно такую проверку 935 выдержал.

Мощность, которую научили охлаждать

После американской гонки счёт побед между «Порше» и БМВ сравнялся - три против трёх. По очкам штутгартская фирма вышла вперёд: 102 против 88.

 

Но значение Уоткинс-Глена не исчерпывалось таблицей чемпионата. Турбокомпрессор снова доказал своё главное достоинство - способность дать небольшому двигателю очень высокую мощность. Водяной интеркулер подтвердил другое: эту мощность можно сделать пригодной не только для быстрого круга, но и для продолжительной гонки.

• < Назад
• Вперёд >