新款保时捷 4 缸 Boxster,如何解决冷却难题?
新保时捷 718 Boxster 的渲染效果图
保时捷 S 版 718 Boxster 的增压空冷系统,工程师称,该设备的封装设计是个挑战
新型发动机总会或多或少地带来新的设计和制造难题,保时捷最新 718 Boxster 所采用的涡轮增压平置 4 缸发动机,更是给冷却带来了一个巨大挑战。为了解决这一问题,保时捷的工程师最终拿出了 34 个可能的解决方案。
这个难题是:如何才能在一款专为自然吸气平置 6 缸发动机设计的发动机室内,安装车辆的中冷器和两个横向冷却系统之间的管道?
高级工程师 Michael Wessels 在保时捷的职位非常特别,他是公司水平对置发动机(boxer engine)汽车周边设计部研发经理。Wessels 表示,“我们必须确保所有元件都各司其职,而且不能影响效率。”
他解释说,我们的工程师会不断对比各种封装解决方案,直至角逐出最后两个“优胜者”。保时捷对此称得上不遗余力:“最终,我们确定了一个能够满足所有要求的方法。”
这款发动机从概念到实现真正量产总共花了 4 年时间,还有一款与其平行研发的发动机,即专为保时捷 911 设计的全新 3.0L bi-turbo 双涡轮平置 6 缸发动机,代号 B6。在整个研发过程中,Wessels 和他的 20 人团队一直将精力集中在车辆的中冷器、空气控制和热需求上。
他解释说,为了满足所需的设计和空气动力学要求,我们采用了一种间接冷却系统,会使用一段延长的循环回路。
车门后沿区域背后的横向进气口可用于车辆的间接冷却系统。车辆可通过冷却系统中的一段辅助冷却循环,降低增压空气的温度。车辆发动机上方安置了一个换热器,来自涡轮增压器的压缩空气可通过该装置将部分热量传递至冷却剂,而后冷却剂液体将继续流过每个进气口的散热器。
车辆采用了两套冷却系统,Wessels 表示这款中冷器完全可以应付车辆的道路行驶和跑道行驶。
2.5L 保时捷 718 Boxster 发动机(如图)的功率输出可达 257 kW
涡轮增压器的“预处理”
新Boxster采用的发动机是自保时捷 911E 问世 40 年来,保时捷推出的首款量产 4 缸发动机,现已更名为 B4。这款发动机使用的材料中,有 40% 与保时捷 911 所采用的 B6 发动机相同。新款 Boxster 发动机有两个版本:一款 2.0L 版本,输出功率为 220 kW (295 hp) ;另一款 2.5L 版本,输出功率为 257 kW (345 hp),用于 S 版 Boxster。新款发动机的输出功率较之前采用的 6 缸发动机提升了 26-kW(35-hp)。
新 B4 发动机的扭矩输出表现也相当不错,其中 2.5L 版本在转速 1900-4500rpm 之间时的扭矩输出为 420 N·m (310 lb·ft),较 B6 提升了 60 N·m (44 lb·ft);2.0L 版本更是取得了 100 N·m (74 lb·ft)的惊人提升,峰值扭矩输出可达 380 N·m (280lb·ft)。这两款发动机的冲程均较短,为 76.4 mm (3.0 in),最高安全转速为 7500rpm。
保时捷称,如果搭配可选的 PDK(双离合)7 速变速器和 Sport Chrono 运动套装,2.0L版 B4 发动机可在 4.7 秒内静止加速至 100 km/h (62 mph),较现行版本快 0.8 秒。S 版 Boxster 则能在 4.2 秒内静止加速至 100 km/h (62 mph),较上一代车型快 0.67 秒。保时捷称,2.0L Boxster 和 2.5L S 版 Boxster 的最高时速分别可达 275 km/h (171 mph)和 285 km/h (177 mph)。如果搭配 PDK 变速器,车辆的燃料经济性最高可提升 13%。Boxster 的标配为 6 速变速器。
为了配合增加的扭矩,Boxster 的传动轴比之前大约厚 100 mm(3.9 in)。
2.5L 保时捷 718 Boxster 采用的可变几何形状涡轮增压器。
保时捷认为,单涡轮增压器的设计完全可以满足发动机的需求。2.0L 发动机采用了传统的废气门设计,而 2.5L 发动机则采用了 911 Turbo 使用的 VTG(可变几何形状涡轮机)技术。保时捷称,公司是唯一一家为量产汽油车型采用 VTG 技术的汽车厂商。保时捷的工程师表示,为了对废气流进行定向控制,从而取得最佳性能,这款 VTG 还搭配了第二个尾气排气口。
此外,当驾驶员选择 Sport 或 SportPlus,发动机处于部分负载状态时,这款涡轮增压器还拥有一种“预处理”模式。此时,发动机的旁通气门闭合、点火正时延迟,节气门略微打开。这种模式可以提升气流通量,并提高增压。因此,一旦驾驶员踩下油门,已经过增压的气体就可以立刻提供更高的扭矩,从而减少涡轮延迟。
当驾驶员松开油门时,车辆的 Dynamic Boost 功能还可以保证节气门仍处于打开状态,但此时并不会继续给油。增压在这种情况下并不会立刻完全消失,此时的涡轮增压发动机可以像自然吸气发动机一样,对油门的操作做出立刻反应。
工程师指出,为了保证涡轮增压器在各种条件下的表现都能使驾驶员满意,这给设计带来了额外挑战。与保时捷 911 一样,Boxster 也有 20 秒的 Sport 响应按钮,可以实现保时捷所说的“自发响应(spontaneous responsiveness)”
与新 3.0L 保时捷 911 一样,Boxster 的发动机也采用了置于中心位置的喷油器。系统压强可提升至 250bar (3626 psi)。废气凸轮轴采用了可变气门提升控制,进气一侧采用了保时捷现有的 VarioCamPlus 系统。
保时捷的设计师非常注重减少摩擦损失和提高功率输出。B4 发动机的气缸套特别采用了铁等离子涂层表面,而且还搭配了完全可变机油泵(fully variable oil pump)和可切换水泵。
新保时捷 718 Boxster 的滚动底盘。工程师在设计时特别关注了车辆的尾气系统以及该系统发出的声音。
继承了标志性发动机声音
新保时捷 718 的外形看起来与目前的版本比较相似,但事实上新一代车型进行了大量改变。除了可折叠式织物材质车顶(车顶打开/关闭所需时长:9 秒,仅可在车速 50km/h 以下时进行操作)和挡风窗外,新保时捷 718 的所有面板和外部元件均有所不同,车辆因此看起来更加整洁,在路上也更加显眼。新车型的前脸位置更低,前方采用了非常大的进气口设计。挡泥板和侧槛均经过重新造型。车辆标配为 19 吋车轮,也可升级为可选 20 吋车轮。
后稳流板比之前版本宽,可根据车顶的开启或折叠状态进行调整,优化车辆的空气动力学性能。当车顶开启时,稳流板延长 45mm;当车顶折叠时,则延长 55mm(分别折合 1.77 和 2.16 英尺)。该车的风阻系数为 0.31 Cd。
Boxster 的底盘经过重新调试,新增了一个横向部件,用以巩固后副车架并提升硬度。车辆减震器采用了更大的活塞和气缸管径,还搭配了额外的反弹缓冲弹簧。保时捷 911 Turbo 的转向系统经过调整,据称转向性能比现行版本高 10%。
保时捷还可提供一款保时捷主动悬挂管理(Porsche ActiveSuspension Management,下简称 PASM)系统,悬架高度可调低 10mm(39 in)。S 版(运动版)Boxster 还可提供一款可选运动底盘,比标配低 20mm。
全新 4 缸 boxer 的表现怎么样?的确非常棒。本文作者曾在法国马赛附近的 Fontage 米其林测试中心(Fontage Michelin Test Center)短暂接触过两个版本的保时捷 Boxster,其中2.5L S 版本在长直车道上的时速甚至可以超过官方公布的 250 km/h (155 mph)。
保时捷的狂热粉丝曾担心 4 缸保时捷是否会丢失品牌的标志性发动机声响,结论是他们无需再担心了。2.0L 和 2.5L 718 Boxster 的发动机“声音”均非常有说服力。2.0L 版本采用了一个椭圆排气管,2.5L 的 S 版本则采用了两个圆型排气管。这两个版本均可提供一款可选的驾驶员选择运动排气系统(driver-selected sport exhaust system),这个系统在发动机运转时带来如同赛车般的轰隆声。