化压力为动力

“Turbo” 这个术语曾几何时是蛮力输出的同义词,如今涡轮增压发动机已经为燃油效率和顺滑输出树立的新的标杆。

看起来,涡轮就像是一个蜗牛的壳,但它让发动机移动地可比蜗牛壳快太多了,自上世纪七十年代以来,保时捷一直将涡轮增压技术作为提高车辆性能一种手段。1973 年,这项技术在保时捷 917/30 赛车上以优异的成绩通过了赛车运动的考验:这款敞篷双座赛车最大功率超过 809 kW(1100 hp),将北美 CanAm 系列赛上所有的对手都抛在身后。一年之后,这项在跑车中独领风骚的技术便在保时捷量产车型 911 Turbo 上闪亮登场了,凭借初代产品 191 kW(260 hp)的最大功率,保时捷品牌最终加入了高性能跑车制造商的精英圈层。

一开始,保时捷只计划生产 500 台 930 系列,正如你所知,这是赛车运动认证所需的数量。宽车体营造的肌肉线条和大尾翼引起了广泛好评,这让人们很快开始重新思考。在 1977 年,保时捷对 911 Turbo 做了第一次强化,发动机排量从 3.0 升增加到了 3.3 升,输出功率上升到 220 kW(300 hp),930 系列一直量产到了 1988 年而几乎没有大的改动,它为 Turbo 的成功奠定了坚实的基础。眼下,992 代的 911 正准备开启新的篇章。

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全新 911 Turbo S 的涡轮增压器

通过涡轮增压器来提高性能的基本原理今天仍然适用。在点火和做功冲程之后,燃烧过后的混合物通过排气门进入排气系统,其所蕴含的高压能推动涡轮使其高速旋转,通过轴连接带动压气机,压气机因此可将更多新鲜空气通过进气系统吸入燃烧室,确保气缸内能获得更有效的燃烧,至此,事情很简单。

但这项技术也并非没有缺点。首先,涡轮增压器会达到很高的温度,螺旋形的涡轮外壳会被加热到 1000 ℃,必须要进行相应的保护,在压气机端也是如此。其次,理想情况下,压缩空气进入到气缸前应该不能超过环境温度 20 ℃ 以上,如果温差太大,空气会损失过多密度,这将不利于燃烧过程。另外,升压控制与压力累积也会带来挑战。

自 1974 年以来,涡轮增压技术的开发已经取得了巨大的进步,这主要归功于保时捷。祖文豪森已经把涡轮增压视作领先技术的代名词,所以每一代 911 的旗舰型号也都以这项技术的名字:“Turbo” 来命名。这项技术已被证明对提升燃油效率与降低排放方面特别有效,同时也得到了良好的发展。也许最令人印象深刻的成就是,涡轮增压发动机甚至在响应性方面都已经达到了更大排量自然吸气发动机的水平。显然,保时捷已经成功驾驭了曾经被认为是 “蛮力” 的动力输出。

保时捷 911 Turbo(930)

即使是 1974 年的涡轮增压鼻祖也配备了当时只有在赛车上才能找到的涡轮超压阀门(泄压阀)。最大增压值为 0.8 bar,它可输出 191 kW(300 hp),但动力在 3500 rpm 时会突然迸发。1977 年,221 kW(300 hp)的后继型号登场,它配备一个更大的压气机,以及当时对乘用车来说非常新奇的东西,那就是用于冷却压缩空气的中冷器。

设计类型:单涡轮增压
排气量:3,299 cm3
最大增压值:0.8 bar 
输出:300 hp
峰值扭矩:412–430 N · m

保时捷 959

保时捷凭借 959 展示了涡轮增压技术的潜力,959 在 1983 年首次在法兰克福国际车展上以 B 组研发车辆身份亮相,并于三年后正式发布了公路版。这款全轮驱动的超级跑车有一个复杂的顺序式增压系统,它配备了两个不同尺寸的涡轮增压器,较小的那个在发动机转速较低的时候介入。除此之外,还有一个有保时捷开发的电子升压控制系统以及为这台单缸四气门发动机定制的水冷缸盖。

设计类型:双涡轮增压(串联式)
排气量:2,850 cm3
最大增压值:1.0 bar 
输出:450 hp
峰值扭矩:500 N · m

保时捷 911 Turbo 3.3(964)

964 代的 911 Turbo 在 1991 年刚推出时配备了源于前身车型的 3.3 升发动机,可输出 235 kW(320 hp)。由于采用了三元催化器和一个用于旁路出口的催化器,这套复杂的废气后处理满足了当时日益严苛的发动机排放标准,当然,新车上还拥有压力控制图谱以及增大 50 % 的中冷器。之后,3.6 升发动机的版本在 1993 年被推出,这款车型拥有 265 kW(360 hp)的动力输出,同时还拥有比之前更出色的燃油经济性。

设计类型:单涡轮增压
排气量:3,299 cm3
最大增压值:0.8 bar 
输出:320 hp
峰值扭矩:450 N · m

保时捷 911 Turbo(993)

1995 年,保时捷推出了最后一代风冷发动机的 911 Turbo(993),这也是保时捷首次在量产车中使用双涡轮增压技术,与 959 不同的是,它们不是串联的,而是并联工作,各自为 3.6 升 6 缸发动机的一侧气缸注入增压空气。在涡轮中集成泄压阀的做法也是创新的,这款 911 Turbo 在当时是排放最低的车型,1997 年推出的 Turbo S 车型也是如此。在最激进,灵感来自赛车的版本 911 GT2 上,其最大输出功率已经可以达到 330 kW(450 hp)。

设计类型:双涡轮增压(并联)
排气量:3,600 cm3
最大增压值:0.8 bar 
输出:408 hp
峰值扭矩:540 N · m

保时捷 911 Turbo S(996)

1997 年推出的 996 代 911 以及 2001 年推出的相应 Turbo 车型都标志着一个新的开始,所有发动机,包括 3.6 升涡轮增压发动机如今都是水冷式的了。Turbo 与 Turbo S 车型(后者于 2004 年发布)都配备了 VarioCam 升级版:正时可调的进气凸轮轴以及可变升程的进气门。这台涡轮增压发动机是基于 1998 年勒芒冠军赛车的动力系统,也就是 911 GT1。Turbo S 车型首次标配保时捷陶瓷复合制动系统(PCCB),Tiptronic S 自动变速箱也可按需选装。Turbo S 车型凭借更大的涡轮增压器、更高效的中冷器以及升级的三元催化器,最大功率升至 330 kW(450 hp)。

设计类型:双涡轮增压(并联)
排气量:3,600 cm3
最大增压值:0.9 bar 
输出:450 hp
峰值扭矩:620 N · m

保时捷 911 Turbo(997)

在 2006 年发布的 997 代 911 Turbo 震惊了所有人,保时捷是世上首个将一款汽油车型与可变几何涡轮技术(VTG)相结合的汽车厂商。这意味着涡轮的导气叶片可以拥有多种攻角,当发动机转速较低时,叶片相对排气气流的角度更小,因此响应速度更快。虽然这项技术在柴油发动机上已经实现,但为 911 Turbo 的汽油发动机研发的可变几何涡轮必须从头开始,与柴油发动机相比,更高的工作温度意味着需要很多来自航天工业的新材料。

设计类型:双涡轮增压(并联)
排气量:3,600 cm3
最大增压值:1.0 bar 
输出:480 hp
峰值扭矩:超增压控制下可达 620 N · m

保时捷 911 Turbo S(992)

在 992 代,涡轮增压已经发展到了一个新的高度。911 Turbo S 的新发动机将泄压阀与可变几何部件结合在一起,除此之外,左右两侧的涡轮增压器不完全相同,而是彼此的镜像,尺寸也进一步增大。这一创新的优点在于,在冷启动后,通过电子控制,让废气直接通过旁路加热三元催化器,使后者升温更快。这个设计对提升效率也有好处,在满负荷运行时,排气背压会自动降低,这减少了缸内干扰燃烧的废气残余。

设计类型:双涡轮增压(并联)
排气量:3,800 cm3
最大增压值:1.4 bar 
输出:650 hp
峰值扭矩:800 N · m

版权信息

本文最早刊发于保时捷客户杂志 《Christophorus》 第 394 期

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