Двигатель Subaru WRC (Очень интересная инфа) ценителям...

Внутренности Субаровского двигателя

Спроектированный и разработанный компанией Prodrive совместно с заводским пордразделением Субару - STi, новый двигатель имеет ряд существенных отличий от прежней версии, которая производилась с 1993 года.
Мы пригласили Дэвида Лапворса, технического директора компании Prodrive, чтобы он он объяснил нам суть подготовки двигателя для мирового ралли. Участие в мировом ралли, требует весьма много от двигателя, ведь гонки проходят и ледяном холоде Монте Карло и в жару с очень высокими температурами, как например ралли Мексика. За раллийный сезон двигатель поработает в самых разных погодных условиях, кроме того автомобиль проходит по разным типам покрытий: гравий, снег, асфальт.

Производился с 1993г.


За всё время существования боевая версия импрезы от Продрайв оснащается модифицированным 4-х цилиндровым оппозитником. Это настоящий горизонтальный "оппозитный" двигатель, цилиндры находятся точно напротив друг друга. Двигатель оснащен 16 клапанами, по 4 на цилиндр, и двумя распредилительными валами в каждой голове, выставленными на 43 градуса. Размеры клапанов стандартные - как у других заводских моделей.



Согласно требованиям предъявляемым к автомобилям WRC, двигатель имеет объем 2 литра и оснащен одной турбиной, которая снабжается воздухом через специальный ограничитель - диаметр которого 34мм. Двигатель работает на высокооктановом 98-м неэтилированном бензине.



Еще с 1995 года действуют правила международной автомобильной ассоциации, и дополнительные правила для WRC, которые более приоритетны. Поэтому теперь турбина не должна больше быть серийной моделью, хотя экзотичные материалы и изменяемая геометрия запрещены к использованию.
Дэвид заметил что базовый двигатель расчитан на разнообразное использование с 5-ти скоростной коробкой. Однако, принимая во внимание ограничитель воздушного потока, двигатель модифицировали и теперь он может раскручиваться до более чем 7500 оборотов в минуту. Дэвит так же заметил что нет необходимости ни держать клапана открытыми дольше обычного, ни использовать увеличенный подъем клапанов. "Прибавка будет слишком незначительной в сравнении с обычным атмосферным двигателем. Время открытие клапанов у нас вовсе не дикое." - говорит Дэвид.



Ограничитель воздуха накладывает заметный отпечаток на работу двигателя: давление и скорость вращения коленвала в некотором роде взаимозаменямы. 34 мм ограничитель позволяет прокачаь 10 кубических метров воздуха за минута, когда обороты двигателя увеличиваются - давление создаваемое турбиной соотвественно падает.



"На практике, говорит Дэвид - " наддув обратно пропорциален скорости вращения коленвала, т.е. давление в два раза выше при 3000 оборотов в минуту, чем при оборотах в 6000. С учетом воздействия ограничителя, перепускной клапан (wastegate) - является вторичным регулятором, необходимым для правильного контроля создаваемого давления. Если бы этого клапана не было, то существовала бы серьезная опасность того что турбина раскрутится больше чем надо и давление вырастет больше положенного.

Импреза WRC оснащена пневматическим перепускным клапанаом, контролируемым электроникой (это часть функций компьютера - ECU). Кстати сама турбина производится компанией IHI. Дэвид сказал нам, что она не очень сильно отличается от серийной модели, хотя с учетом воздействия ограничителя турбину пришлось усилить и теперь она расчитана на максимальное давление в 4 бара. Для сравнения серийные образцы, применяемые раньше расчитаны на максимум 3 бара.

Как мы уже заметили, рабочий диапазон двигателя 2000-7500 оборотов в минуту. Конечно же, тяжело сделать турбину эффективной во всем диапазоне. Кроме того, с учетом инверсной пропорции давления и скорости двигателя, в компрессии пришлось искать компромисс. В 1995 году компрессия была 9 к 1. Сейчас это более 10:1, и это "закрытая" цифра, настройки который изменяются от ралли к ралли, поэтому точную величину Дэвид нам не сказал. Но для примера, Дэвид упомянул ралли Мекиска, где по причине высокого расположения трассы (воздух разреженный) - пришлось установить компрессию выше обычного. Несмотря на высокую степень сжатия, автомобили WRC не используют маслянные поршни. Используются "обычные аллюминиевые" гоночные поршни, со специальными распылителями масла.



Вбрызгивание воды начало применяться с 1995 года, когда мы смотрели на двигатель с высокой степенью сжатия. Дэвид говорит что сейчас это не так критично. Текущие правила WRC разрешают использовать довольно большие интеркулеры типа воздух-воздух. С учетом этого температура сжатого воздуха практически такая же, как атмосферного. Хотя надо заметить что атмосферная температура значительно изменяется от ралли к ралли. И конечно же некоторые ралли значительно быстрее, чем другие. Например, ралли Финляндия и Новоя Зеландия - там интеркулер работает очень хорошо, так как скорости высокие.

Однако благодаря впрыску воды, в наши дни температура "заряженного" воздуха близка к оптимальной. В теории, замедляя процесс сгорания, впрыск воды помогает подавить детонацию. "На практике", - говорит Дэвид - "этот эффект незначителен, и впрыск воды воздействует только на низких оборотах двигателя". Дэвид также заметил что из-за ограничителя, двигатель не так склонен к детонации на малых оборотах, как на больших. "Мы ограничены степенью сжатия на малых оборотах но мы не ограничены детонацией на больших. Мы конечно могли бы найти оптимальное зажигание для 7000 оборотов, но если выставить слишком большой угол опережения - то очень легко разрушить двигатель!"

Дэвид сообщил на что на оборотах 7500, угол опережения зажигания выставлен в 30 градусов, в тоже время при оборотах 2000 - это всего 5 градусов. Естественно, что угол постепенно изменяется по мере того, как двигатель набирает обороты.

В 1995 году пиковая мощность указывалас как 300 л.с. при 5500 оборотов в минуту. И мощность была в пределах 10 л.с. от этой цифры в диапазоне от 5000 до 6000 оборотов. Максимальный момент достигался на 4000 оборотах, поэтому пилоты работали в диапазоне 4000-6500 оборотов в минуту. Мощность падала после 6500 об/мин, и "красная линия" (ограничитель оборотов) была выставлена на 7500.
Основное достижение со времен 1995 года - это увеличение мощности на малых оборотах, в основном за счет увеличения давления спасибо новой турбине с двойной крыльчаткой. Конечно было еще и много другой работы, особенно после ввода новых правил в 1997 году.

Дэвид заметил что с 1995 года пиковая мощность выросла всего на 10%. И максимум мощности по-прежнему приходстя на 5500 оборотов в минуту, и мощность держится околой этой цифры (в пределах 10л.с.) в диапазоне от 4500 до 6000 оборотов. Но теперь мощность составляет 300 л.с. и выше начиная с 3000 и вплоть до красной отметки (7500), за пределами который мощность падает. Текущий двигатель WRC прекрасно тянет начиная с 2000 оборотов, что является холостым ходом для скоростных участков. И такие обороты бывают только в очень медленных шиканах.

Конечно же для успеха в ралли нужна управляемость. Дэвид заметил, что такой турбированный с ограничителем двигатель, имеющий ровную широкую кривую мощности - прекрасно управляем. И конечно таких характеристик вряд ли бы удалось достичь если бы не система ANTI LAG. Анти лаг проходит как соединительная нить между старым однозаслонным двигателем и новым с четырьмя дроссельными заслонками. "Было бы очень мало преимуществ от использования 4-х заслонок, особенно если учесть что одна заслонка проста по конструкции, надежна и мало весит". Но спасибо антилаговой системе, которая будет обеспечивать хорошее давление уже с 2000 оборотов в минуту. Создаваемое давление достигнет 3 бара в абсолюте уже на 2500 об/мин, а максимальный момент будет около 700 Нм при оборотах 3000, при давлении почти в 4 бара.



Дэвид сообщил нам что двигатель уменьшил инерцию на 25% в сравнении с 1995 годом. Это в основном достигнуто за счет введения новых правил WRC, которые запрещали использовать некоторые компоненты. Кроме того, использовние более легковесных материалов позволило снизить массу. Однако это имеет и отрицательную сторону, особенно это касается некоторых "бугристых" раллийных этапов. "Но двигатель безусловно чувствует себя лучше с меньшим весом".

На текущем двигателе установле все тот же оригинальный блок цилиндров, с несколькими незначительными модификациями, которые были сделаны в 1999 году. Последняя версия серийных Импрез использует более новый блок. Дэвид объяснил это стоимостью. Пока новый блок даже не рассматривается для замены текущего.

Естественно, что увеличение мощности было так же достигнуто за счет снижения внутренних потерь от трения и прочего.

Оборудование
Импреза WRC оборудована полуавтоматической 6-ти ступенчатой коробкой передач с автоматическим сцеплением и системой полного привода с активными дифференциалами. Дэвид сказал, что это продвинутая трансмиссия так сильно изменилась в сравнении с обычной механической коробкой, как продвинулся за это же время двигатель. "С нашим двигателем момент значительно снижается по мере роста оборотов двигателя." - говорит Дэвид - "это упрощает управление".

Анти Лаг
В 1995 году было принято считать что от турбо-ямы никуда не уйти. Теперь, Дэвид с уверенностью заявляет что турбо-яма уже в прошлом.
При закрытой дроссельной заслонке, система анти лаг, перенаправляет воздух с выхода компрессора прямо на выпуск (минуя цилиндры). И в тоже время в цилиндры поступает очень обогащенная смесь, поэтому недогоревшее в цилиндрах топливо сгорает прямо в выпускных трубах. Этот трюк позволяет поддерживать быструю скорость врашения крыльчатки турбины, так что если пилоту снова потребуется нажать на газ, то нужная мощность уже будет готова.
С учетом того что давление наддува обратно пропорционально скорости вращения коленвала, требуется очень различная скорость вращения турбины. На практике, с установленной системой анти-лаг, лаг случается только при переключении передач, когда турбина подстраивается под новую скорость вращения двигателя. Например если при переключении обороты снижаются с 6000 до 4000, давление должно возрасти с 2 до 3-х бар. Дэвид говорит что с системой анти-лаг задержка раскрутки турбины заметна только с на приборах телеметрии, а пилот ничего не замечает.

Наглядный пример работы Анти лага


Впрыск воды
Нужно сказать, что все заводские команды WRC используют впрыск воды или распыление воды на воздушный интеркулер, это дает больше контроля над температурой сжатого воздуха. Дэвид сказал что на Субару применяется система "ERL Aquarnist", которая позволяет держать температуру сжатого воздуха близко к атмосферной, даже несмотря на то, что давление может достигать 4 бара в абсолюте.
"Даже на жарких этапах температура сжатого воздуха около 40 градусов по цельсию. Конечно это хорошее преимущество но надо так же учитывать немалый вес воды, который приходиться возить с собой. "Обычно мы берем около 5 литров на 60 километровый участок".
Продрайв используют специальный насос 2С для подачи воды, который обеспечивает давление воды до 10 бар, а поток регулируется специальным клапаном от ERL. Клапан выполнен из нержавеющей стали и способен достигать частоты переключения в 250 раз в секунду. Управляется он напрямую от компьютера (ECU).
Вода впрыскивается в трубу со сжатым воздухом которая соединяется со специальным радиатором с помощью специальной форсунки. Дэвид заметил что ей не нужна большая точность (как у топливных) и ее положение тоже не так важно, оснавная же задача равномерно распылить воду между 4-мя цилиндрами.
В теории это должно замедлять процесс сгорания топлива и способствовать снижению детонации. Однако Дэвид сообщил что основный плюс - это снижение температуры, и пилоты сразу замечают когда система перестает работать.
Дэвид вспомнил что однажды была проблема с системой впрыска, когда пилоту пришлось добираться до конца участка в безопасном режиме. "Надо сказать, что тогда было очень жарко" - добавил Дэвид. "Мы заправили бак, проверили все, и в тот день нам удалось финишировать 4-ми, несмотря на то что мы опустились до 10-й позиции из-за этой проблемы по-началу." "Поэтому, мы считаем, что впрыск воды - одна из самых критичных компонент автомобиля на жарких этапах.".
Фактически все заводские команды, за исключением Mitsubishi, сейчас используют внутренний впрыск воды. Но в будущем, FIA планирует запретить использование оба метода использования воды как впрыск, так и орошение. Конечно это будет способствовать снижению стоимости, и произойдет незначительная потеря мощности двигателя. В тоже время вес автомобиля снизится более чем на 5 килограмм.
Дэвид говорит: "Мне бы конечно хотелось знать истинную причину для введения этого запрета. С системой впрыска можно ехать на более бедной смеси, чище и управлять двигателем более эффективно. Мы возвращаемся обратно к стратегии когда надо "вваливать кучу топлива в камеры сгорания", не думаю что это хорошо сказывается на окружающей среде.





Информация в посте взята с разных сайтов, большая часть с Бигмана.