新款保时捷4缸Boxster,如何解决冷却难题?
发布时间:2016-04-12   作者:Stuart Birch
  • 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。
  • 新保时捷718 Boxster的渲染效果图。
  • 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。
  • 2.5L保时捷718 Boxster发动机(如图)的功率输出可达257 kW。
  • 2.5L保时捷718 Boxster采用的可变几何形状涡轮增压器。
  • 保时捷718 Boxster的可选升级配置包括一款LED头灯,带有4点整合式LED日行灯。
  • 保时捷718 Boxster的仪表盘设计也有一些变化,其中包括减少了通气孔的数量。
  • 新保时捷718 Boxster的前方进气口更大。
  • 更宽的尾部设计让保时捷718 Boxster看起来非常特别。

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(Porsche)最新718 Boxster(http://articles.sae.org/14582/)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(见http://articles.sae.org/14336/)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。

 

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 (280 lb·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)。

 

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Sport Plus,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250 bar (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VarioCam Plus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。

 

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50 km/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 Active Suspension 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。


作者:Stuart Birch
来源:SAE《汽车工程杂志》
翻译:SAE上海办公室
 

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