文/Stuart Birch

新款保時(shí)捷4缸Boxster是如何解決冷卻難題的?

文/Stuart Birch

How Porsche met cooling challenges on the new 4-cylinder

新型發(fā)動(dòng)機(jī)總會(huì)或多或少地帶來(lái)新的設(shè)計(jì)和制造難題，保時(shí)捷最新718 Boxster 所采用的渦輪增壓平置4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，更是給冷卻帶來(lái)了一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。為了解決這一問(wèn)題，保時(shí)捷的工程師最終拿出了34個(gè)可能的解決方案。

保時(shí)捷S版7 1 8 Boxster的增壓空冷系統(tǒng)，該設(shè)備的封裝設(shè)計(jì)是個(gè)挑戰(zhàn)。

如何在一款專(zhuān)為自然吸氣平置6缸發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)，安裝車(chē)輛的中冷器和兩個(gè)橫向冷卻系統(tǒng)之間的管道？

公司水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)(Boxer Engine)汽車(chē)周邊設(shè)計(jì)部研發(fā)經(jīng)理、高級(jí)工程師Michael Wessels表示，“我們必須確保所有元件都各司其職，而且不能影響效率。工程師先不斷對(duì)比了各種封裝解決方案，角逐出兩個(gè)‘優(yōu)勝者’，最后我們確定了一個(gè)能夠滿(mǎn)足所有要求的方法?！?/p>

這款發(fā)動(dòng)機(jī)從概念到實(shí)現(xiàn)真正量產(chǎn)總共花了4年時(shí)間，還有一款與其平行研發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)，即專(zhuān)為保時(shí)捷911設(shè)計(jì)的全新3.0L Bi-Turbo雙渦輪平置6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，代號(hào)B6。在整個(gè)研發(fā)過(guò)程中，Wessels和他的20人團(tuán)隊(duì)一直將精力集中在車(chē)輛的中冷器、空氣控制和熱需求上。

“為了滿(mǎn)足所需的設(shè)計(jì)和空氣動(dòng)力學(xué)要求，我們采用了一種間接冷卻系統(tǒng)，使用一段延長(zhǎng)的循環(huán)回路?！?車(chē)門(mén)后沿區(qū)域背后的橫向進(jìn)氣口可用于車(chē)輛的間接冷卻系統(tǒng)。車(chē)輛通過(guò)冷卻系統(tǒng)中的一段輔助冷卻循環(huán)，降低增壓空氣的溫度。車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)上方安置了一個(gè)換熱器，來(lái)自渦輪增壓器的壓縮空氣通過(guò)該裝置將部分熱量傳遞至冷卻劑，而后冷卻劑液體繼續(xù)流過(guò)每個(gè)進(jìn)氣口的散熱器。

車(chē)輛采用了兩套冷卻系統(tǒng)，Wessels表示這款中冷器完全可以應(yīng)付車(chē)輛的道路行駛和跑道行駛。

2.5 L保時(shí)捷7 1 8 Boxster發(fā)動(dòng)機(jī)（如圖）的功率輸出可達(dá)257 千瓦。

渦輪增壓器的“預(yù)處理”

新Boxster采用的發(fā)動(dòng)機(jī)是自保時(shí)捷911E問(wèn)世40年來(lái)，保時(shí)捷推出的首款量產(chǎn)4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)已更名為B4。這款發(fā)動(dòng)機(jī)使用的材料中，有40%與保時(shí)捷911所采用的B6發(fā)動(dòng)機(jī)相同。新款Boxster發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)版本：一款2.0L版本，輸出功率為220千瓦（295馬力）；另一款2.5L版本，輸出功率為257 千瓦（345馬力），用于S版Boxster。新款發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率較之前采用的6缸發(fā)動(dòng)機(jī)提升了26千瓦（35馬力）。

新B4發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出表現(xiàn)相當(dāng)不錯(cuò)，其中2.5L版本在轉(zhuǎn)速1900～4500轉(zhuǎn)/分鐘之間時(shí)的扭矩輸出為420?！っ?，較B6提升了60牛·米；2.0L版本更是取得了100?！っ椎捏@人提升，峰值扭矩輸出可達(dá)380?！っ住＿@兩款發(fā)動(dòng)機(jī)的沖程均較短，為76.4毫米，最高安全轉(zhuǎn)速為7500轉(zhuǎn)/分鐘。

如果搭配可選的PDK（雙離合）7速變速器和Sport Chrono運(yùn)動(dòng)套裝，2.0L版B4發(fā)動(dòng)機(jī)可在4.7秒內(nèi)靜止加速至100公里/小時(shí)，較現(xiàn)行版本快0.8秒。S版Boxster則能在4.2秒內(nèi)靜止加速至100公里/小時(shí)，較上一代車(chē)型快0.67秒。2.0L Boxster和2.5L S版Boxster的最高時(shí)速分別可達(dá)275公里/小時(shí)和285公里/小時(shí)。如果搭配PDK變速器，車(chē)輛的燃料經(jīng)濟(jì)性最高可提升13%。Boxster的標(biāo)配為6速變速器。

為了配合增加的扭矩，Boxster的傳動(dòng)軸比之前大約厚100毫米。

保時(shí)捷認(rèn)為，單渦輪增壓器的設(shè)計(jì)完全可以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)采用了傳統(tǒng)的廢氣門(mén)設(shè)計(jì)，而2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)則采用了911 Turbo使用的VTG（可變幾何形狀渦輪機(jī)）技術(shù)。保時(shí)捷是目前唯一一家為量產(chǎn)汽油車(chē)型采用VTG技術(shù)的汽車(chē)廠(chǎng)商。為了對(duì)廢氣流進(jìn)行定向控制，取得最佳性能，這款VTG還搭配了第二個(gè)尾氣排氣口。

此外，當(dāng)駕駛員選擇Sport或SportPlus，發(fā)動(dòng)機(jī)處于部分負(fù)載狀態(tài)時(shí)，這款渦輪增壓器還擁有一種“預(yù)處理”模式。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的旁通氣門(mén)閉合、點(diǎn)火正時(shí)延遲，節(jié)氣門(mén)略微打開(kāi)。這種模式可以提升氣流通量，并提高增壓。因此，一旦駕駛員踩下油門(mén)，已經(jīng)過(guò)增壓的氣體就可以立刻提供更高的扭矩，從而減少渦輪延遲。

當(dāng)駕駛員松開(kāi)油門(mén)時(shí)，車(chē)輛的Dynamic Boost功能還可以保證節(jié)氣門(mén)仍處于打開(kāi)狀態(tài)，但此時(shí)并不會(huì)繼續(xù)給油。增壓在這種情況下并不會(huì)立刻完全消失，此時(shí)的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以像自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，對(duì)油門(mén)的操作做出立刻反應(yīng)。

為了保證渦輪增壓器在各種條件下的表現(xiàn)都能使駕駛員滿(mǎn)意，與保時(shí)捷911一樣，Boxster也有20秒的Sport響應(yīng)按鈕，可以實(shí)現(xiàn)保時(shí)捷所說(shuō)的“自發(fā)響應(yīng)（spontaneous responsiveness）”。

與新3.0L保時(shí)捷911一樣，Boxster的發(fā)動(dòng)機(jī)也采用了置于中心位置的噴油器。系統(tǒng)壓強(qiáng)可提升至250巴。廢氣凸輪軸采用了可變氣門(mén)提升控制，進(jìn)氣一側(cè)采用了保時(shí)捷現(xiàn)有的VarioCamPlus系統(tǒng)。

本文由SAE International - 國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)之《國(guó)際汽車(chē)工程 (AEI)》雜志授權(quán)《車(chē)迷》發(fā)布，版權(quán)歸SAE International - 國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)所有。

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保時(shí)捷的設(shè)計(jì)師非常注重減少摩擦損失和提高功率輸出。B4發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸套特別采用了鐵等離子涂層表面，而且還搭配了完全可變機(jī)油泵（Fully Variable Oil Pump）和可切換水泵。

繼承標(biāo)志性發(fā)動(dòng)機(jī)聲音

新保時(shí)捷718的外形看起來(lái)與目前的版本比較相似，但事實(shí)上新一代車(chē)型進(jìn)行了大量改變。除了可折疊式織物材質(zhì)車(chē)頂（車(chē)頂打開(kāi)/關(guān)閉所需時(shí)長(zhǎng)為9秒，僅可在車(chē)速為50公里/小時(shí)以下時(shí)進(jìn)行操作）和擋風(fēng)窗外，新保時(shí)捷718的所有面板和外部元件均有所不同，車(chē)輛因此看起來(lái)更加整潔，在路上也更加顯眼。新車(chē)型的前臉位置更低，前方采用了非常大的進(jìn)氣口設(shè)計(jì)。擋泥板和側(cè)檻均經(jīng)過(guò)重新造型。車(chē)輛標(biāo)配為19英寸車(chē)輪，也可升級(jí)為可選20英寸車(chē)輪。

后穩(wěn)流板比之前版本寬，可根據(jù)車(chē)頂?shù)拈_(kāi)啟或折疊狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化車(chē)輛的空氣動(dòng)力學(xué)性能。當(dāng)車(chē)頂開(kāi)啟時(shí)，穩(wěn)流板延長(zhǎng)45毫米；當(dāng)車(chē)頂折疊時(shí)，則延長(zhǎng)55毫米。該車(chē)的風(fēng)阻系數(shù)為0.31 Cd。

Boxster的底盤(pán)經(jīng)過(guò)重新調(diào)試，新增了一個(gè)橫向部件，用以鞏固后副車(chē)架并提升硬度。車(chē)輛減震器采用了更大的活塞和氣缸管徑，還搭配了額外的反彈緩沖彈簧。保時(shí)捷911 Turbo的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)整，據(jù)稱(chēng)轉(zhuǎn)向性能比現(xiàn)行版本高10%。

保時(shí)捷還可提供一款保時(shí)捷主動(dòng)懸掛 管 理（Porsche Active Suspension Management，下簡(jiǎn)稱(chēng)PASM）系統(tǒng)，懸架高度可調(diào)低10毫米。S版（運(yùn)動(dòng)版）Boxster還可提供一款可選運(yùn)動(dòng)底盤(pán)，比標(biāo)配低20毫米。

全新4缸Boxer的表現(xiàn)怎么樣？的確非常棒。本文作者曾在法國(guó)馬賽附近的Fontage米其林測(cè)試中心(Fontage Michelin Test Center)短暫接觸過(guò)兩個(gè)版本的保時(shí)捷Boxster，其中2.5L S版本在長(zhǎng)直車(chē)道上的時(shí)速甚至可以超過(guò)官方公布的250公里/小時(shí)。

保時(shí)捷的狂熱粉絲曾擔(dān)心4缸保時(shí)捷是否會(huì)丟失品牌的標(biāo)志性發(fā)動(dòng)機(jī)聲響，結(jié)論是他們無(wú)需再擔(dān)心了。2.0L和2.5L 718 Boxster的發(fā)動(dòng)機(jī)“聲音”均非常有說(shuō)服力。2.0L版本采用了一個(gè)橢圓排氣管，2.5L的S版本則采用了兩個(gè)圓型排氣管。這兩個(gè)版本均可提供一款可選的駕駛員選擇運(yùn)動(dòng)排氣系統(tǒng)(Driver-Selected Sport Exhaust System)，這個(gè)系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶來(lái)如同賽車(chē)般的轟隆聲。

本文由SAE International - 國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)之《國(guó)際汽車(chē)工程 (AEI)》雜志授權(quán)《車(chē)迷》發(fā)布，版權(quán)歸SAE International - 國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)所有。原標(biāo)題：“How Porsche met cooling challenges on the new 4-cylinder”。更多汽車(chē)技術(shù)資訊，敬請(qǐng)關(guān)注SAE International微信訂閱號(hào)：SAEINTL