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持續創新和獨特傳承：Porsche 911的驅動技術

CarStuff 人車事 2024-07-15 10:19:44

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Written by: Bear

經過六十年911驅動系統發展，其結果：排氣量增加了一倍，動力提高了四倍，但基本概念保持不變。Porsche 911一次又一次地驚訝於六缸水平對臥引擎的改進性和適應性。展望未來，Porsche 911將有一個電動廢氣渦輪增壓器，以實現更大的馬力和推力以及更低的排放。那麼，當它進入第七個十年時，一次又一次地被重塑的奇妙基礎是什麼？

Mezger引擎

當Porsche在1963年推出未來的911(當時最初被稱為901)時，其六缸水平對臥引擎可提供130 ps的馬力，排氣量為2.0升。緊湊的設計、低重量、最高的性能：Porsche水平對臥引擎製造專家Albrecht Reustle總結了該引擎適用於當今的品質。直到1993年，他在Hans Mezger手下工作，這位設計工程師以他的名字聞名於世。

Porsche首款六缸水平對臥引擎的緊湊設計、高性能和低重量為未來的所有進一步發展奠定了基礎。

配備渦輪增壓器的911

每一代911都樹立了驅動技術的里程碑。1974年，在賽車運動中測試的渦輪增壓技術已準備好用於生產911。得益於廢氣渦輪增壓和燃油噴射的結合，930型在歐洲以260 ps的馬力在性能和效率方面遙遙領先於當時的競爭對手。而它從一開始就符合嚴格的廢氣法規。

911/718系列產品負責人Thomas Krickelberg說，「回顧過去，你會發現渦輪增壓徹底改變了整個內燃機世界。」渦輪增壓引擎是工程師的夢想，因為它們使用來自熱廢氣的能量，否則這些廢氣就會被浪費掉。它們的核心是渦輪增壓器，由渦輪葉輪和壓縮機葉輪組成，它們牢固地相互連接。

渦輪機由引擎廢氣提供動力，轉速可接近200,000 rpm。壓縮機葉輪以相同的速度旋轉，並向汽缸輸送壓縮空氣。額外的新鮮空氣促進燃燒，從而提高引擎的性能。為了避免引擎部件承受過大的壓力，必須限制渦輪增壓器中由廢氣流量產生的壓力。當增壓壓力達到一定限值時，廢氣透過廢氣門(Waste gate)的旁通閥逸出。

第一具渦輪增壓器將量產911推向了一個新的性能維度。

透過中冷提升性能

Porsche工程師在當時開發工作的基礎上改進了渦輪增壓原理。由於被壓縮和來自另一側渦輪機的高溫，空氣會變熱。這對汽缸的填充和噴射燃料的燃燒有負面影響。從1978車型年開始，壓縮進氣在進入燃燒室的途中被冷卻，正如在賽車中已經進行過測試一樣。冷卻器安裝在格柵下方的後擾流板上。這種精心設計的中冷技術在當時的跑車市場中成為翹楚，能將馬力提升至300 ps，實現卓越的引擎動力輸出。

渦輪增壓引擎的另一個固有問題最初很難解決：加速時的反應延遲。在低速行駛時，911 Turbo對加速的反應與採用自然進氣引擎動力較小的車型非常相似。但巨大的推力隨後從大約3,500 rpm開始，並且非常突兀地猛烈。所以消滅這種渦輪遲滯以實現更好的駕駛性能，是當時開發人員的重中之重。

雙渦輪增壓：風雨飄搖的發展

Porsche在第四代911 Turbo (993)中展示了解決方案。1995年春季，當時最強大的量產Porsche推出了408 ps最大馬力的911 Turbo。讓911 Turbo首次配備兩個渦輪增壓器和兩個中冷器，其3.6升動力裝置給人留下了深刻的印象。

兩個較小的渦輪機比一個大渦輪機加速得更快。特別是，較小的轉子的較低轉動慣量具有積極作用。另外，為了可靠穩定地將動力投入道路，993 Turbo還標配增強型的全輪驅動系統。由於在引擎控制和感測器以及現代排氣後處理方面取得的進步，這款末代氣冷911的渦輪增壓車型被認為是當時排放最低的量產車。

邁入21世紀的水冷技術

August Achleitner將1990年代後期第五代911(996)的六缸水平對臥引擎從氣冷轉向水冷而成為後續採用新技術的「門票」。Achleitner當時是技術產品規劃主管，負責2001年至2018年的911系列。水冷是進一步提高性能、提升消耗效率，以及遵守廢氣和噪音法規的先決條件。

Porsche工程師開發了每個燃燒室有四個氣門的汽缸頭。Albrecht Reustle回憶道，「早在1970年，就對908型進行了氣冷四氣門的初步V12引擎測試，並計劃隨後用於917。1980年代，這個想法在911系列生產開發中再次被採納，並在964一代的測試臺上得到了驗證。但是汽缸頭真的融了。」

再一次，解決方案來自賽車運動：成功的耐力原型車962已經使用水冷汽缸頭運行，而Porsche的首款終極超跑959也是如此。儘管當時圍繞著氣冷的退役存在所有爭論，但996一代被證明是改變遊戲規則的成功。

可變渦輪機幾何形狀

2006年，911 Turbo(997)以顯著的性能提升而引起轟動：馬力和扭力提高了10%以上。最重要的是，這要歸功於一項新的、全球獨一無二的技術：VTG可變渦輪幾何形狀(Variable turbine geometry)。

VTG允許透過調整角度，從而在更寬的速度範圍內優化渦輪增壓器效率，從而調整流經渦輪葉片的廢氣的橫截面。VTG的開發具有開創性，VTG 在燃氣引擎渦輪增壓技術領域近20年來一直是翹楚。Thomas Krickelberg解釋道，「為了改變流向渦輪機的廢氣流量，需要能夠在超過1,832華氏度的溫度下專門修改小葉片。」而VTG渦輪所使用的材料也用於航天飛機。

排氣量更小，馬力更高，效率更高

2015年，繼水冷和VTG之後，下一個里程碑是：991世代基本車型Carrera和Carrera S的渦輪增壓系統。Krickelberg說道，「我們減少了排氣量，同時能夠大幅提高性能。採用雙渦輪增壓器的新一代引擎最初總共實現了20 ps的馬力增加，同時降低了油耗。」

運動型混合動力

2024年夏季，工程師再次探索完善六缸水平對臥引擎的新途徑，對當前一代911 Carrera GTS(992)進行了大修改。新款911 Carrera GTS是首款採用「超羽量級」高性能混合動力系統的911公路版車型。新開發的創新引擎不僅可以再次顯著增加馬力和更優化的加速度，還可以為車輛的未來排放標準做好準備。

該技術的核心是電動輔助渦輪增壓器。由廢氣驅動的渦輪機和壓縮機之間有一個電動馬達。它的功能是：在加速時瞬間達到高速，並立即建立增壓壓力，沒有任何延遲。渦輪增壓器由小型電動馬達賦予動力，可實現與自然進氣引擎相似的迅速回應能力，並能使起步的加速數據與Porsche的純電動跑車相當。

低速下的加速是非常人的，Thomas Krickelberg證實，「我們不可能在遵守未來排放法規的同時，用傳統技術實現預期的性能提升。」多種措施導致了預期的結果。其中，排氣量從3.0升再次增加到3.6升，而內燃機現在只需要一個而不是兩個渦輪增壓器，這要歸功於它的電動輔助，再加上更高的反應能力和更大的動力。

這不緊減輕了重量並保持了引擎的緊湊性，由於採用了高壓系統，交流發電動馬達和空調壓縮機均可由電力驅動，這意味著不再需要風扇驅動。扁了20%的曲軸箱為其他元件創造了空間，例如：脈衝控制逆變器饋電和DC/DC轉換器。這是為了不想讓新911變得更長、更寬或更重，因而充分利用現有的套件，將重量管理與顯著的性能提升相結合。

新開發的3.6升水平對臥引擎是一款緊湊的動力源，延續了迄今為止所有911引擎的傳統。扁平曲軸箱為T-hybrid引擎的部件創造了空間。

搭載電動助力渦輪增壓器的引擎最初在GTS版本中提供，最大輸出馬力為541 ps，最大扭力為610 Nm。動力總成還包括一個永久勵磁同步電動馬達，該電動馬達集成在新款強化型八速雙離合變速器(PDK)中。這為水平對臥引擎提供了輔助，從怠速開始，額外的驅動扭力就能高達150 Nm，並提供高達40 kW(54 ps)的功率輔助。

與插電式混合動力車不一樣，純電行駛並不是911作為T-hybrid車型的目標。因為Porsche也不希望電池太大或太重，因此400 V高壓電池僅有1.9 kWh的電量。相反，它受益於電動輔助渦輪增壓器基於系統的優勢：廢氣能量回收。廢氣渦輪增壓器中的電動馬達也用作發電動馬達。它產生高達11 kW(15 ps)的充電功率，並從廢氣中提取能量。

這是一個既簡單又引人入勝的原則，電動馬達的工作原理類似於速度控制。一旦由於每分鐘轉速較高而增壓壓力飆升，電動馬達就會使渦輪機減速來控制增壓值。這會產生電力，然後將其饋入電池或電動馬達，並能使油耗更優化。由於這種高效的能量回收，相對較小的電池對於日常使用來說綽綽有餘，特別是因為電池化學成分是專門為T-hybrid需求而設計的，相關技術允許這顆電池能在短時間內提供大量能量，並且充電速度相對較快。因此，電動渦輪增壓器還有另一個優點：以往所使用的廢氣門就變成多餘的，這使它成為這種形式的世界首創。