鲸跃课堂|保时捷 992 Turbo S 与 911 Turbo 的技术进化简史

Turbo 赋予了 911 全新的灵魂,全系涡轮时代亦然。

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Turbo 是什么意义?

“这是一台电动车,怎么能叫它 Turbo 呢?”

去年保时捷 Taycan 发布的时候,最初登场的两款车一台叫 Taycan Turbo,一台叫 Taycan Turbo S。身为电动车的它们肯定没有配备废气涡轮增压器,所以很有一群观众认为,保时捷不应该用上这个名字。即使绝大部分产品都涡轮化的今天,Turbo 仍对保时捷意义重大,不容变更。

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它什么时候成为“不是有保时捷都能用的名字”?1970 到 1980 年代,在需要继续提升马力的时候,保时捷的工程师遇上了动力与节能这对看上去不可调和的矛盾。在石油危机的大背景下,祖芬豪森以及魏斯阿赫(保时捷研发大本营)的工程师决定利用在勒芒以及其他汽车运动获胜的经验,给量产车使用涡轮增压器,这当然包括了 917 项目负责人 Hans Mezger。

鲸跃课堂|保时捷 992 Turbo S 与 911 Turbo 的技术进化简史保时捷 917 们

当其它汽车品牌还在以更大的排量实现更强的性能时,保时捷就率先把涡轮增压应用在民用车上。 苗条的 911 没有能塞下 8 缸或 12 缸发动机的空间,涡轮增压器就成了 911 继续提高性能最切实可行的助手。 1974 年 911 Turbo 正式发表,当时还仅是 3.0L 排量;而现在 911 Turbo S 的排量已达 3.8L,输出也足足提高了一倍有余,从当年的 191kW 增加至如今的 478kW,650HP,峰值扭矩更是跃进至今天的 800Nm。

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Turbo 之名的新锐成员——全新一代(992)911 Turbo S

对了,这里指的是 992 世代的 911 Turbo S,也就是新鲜出炉的 “GT 跑车向” 911 的巅峰之作。“Turbo” 正是其先祖 930(特指第二代 911 G-Model 的 Turbo 版本)引入保时捷字典的。这些年,当我们看到带着点婴儿肥,车门后开着进气口的 911 亮着等号一样的日行灯,翘着加大的尾翼从身边经过时,总要对它多看两眼。不因为它贵,不因为它性能超群,还因为它是 Turbo 或 Turbo S。带这个名字的 911 本身就值得尊敬。

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1、应对物理定律的挑战

话说当年想出了解决方案后,保时捷的工程师接下来便要应对一系列的物理定律限制。根据简单的运动定律,要让物件加速,必须要有外力施加;要涡轮增压器的涡轮叶片运转起来也是同样道理。当驾驶者踏下油门后,涡轮叶片需要一点的时间才能达到 20000rpm 额定转速,这就是涡轮迟滞。

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凡是废气涡轮,总是需要一个或长或短的建立压力的时间

当发动机有足够的废气推动涡轮叶片转动时,与涡轮叶片共轴的压缩叶片才能把进气的空气压缩进发动机里。为了解决明显的涡轮迟滞,从 1977 年起,保时捷为 911 Turbo(930)车型装备了气冷式冷却器。

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911 Turbo 3.3(930)。请记得只有 G-Model 里的 Turbo 才能称为 930

这样的冷却器能协助被涡轮压缩的空气降温,只有这样才能提高氧含量,确保发动机能持续输出大马力。这样也是有额外的好处的,降低涡轮工作温度,令涡轮增压器更长效。

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拥挤的机舱确实需要非常优秀的冷却系统才能保证动力表现最佳

第一台 Turbo 的生产年份从 1974 持续至 1989 年,自 1990 年后,第二代 911 Turbo(964)便正式登场。全球暖化以及空气污染的问题开始得到重视,新生产的汽车也需要满足更严格的排放法规。

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后期版 911 Turbo 3.6(964)

保时捷并不满足于当时零部件企业所提供的陶瓷废气排放催化器(三元催化),决定跟一家小型供应商合作,开发金属催化器。由于金属受热升温更快,催化器也能更快达到工作温度。此外 Turbo 车型也使用了由博世提供 K 型机电混合式燃油喷射装置(K-Jetronic)以及更大的空气冷却器。

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964 Turbo 3.6 的发动机运用了更多先进材料和装备,使得排放大大减少

2、双涡轮增压的出现

1995 年诞生的 993 Turbo 在前作的基础上又有了新的飞跃-以两个体积较小的涡轮增压器取代过往所使用的体积较大的增压器,名为双涡轮增压。小涡轮的转动惯性比大涡轮小,因而工作时响应速度更快,涡轮迟滞也较小。993 Turbo 在低速加速时动力又较明显的提升。车上的排放诊断系统则让它成为当时世界上尾气排放最低的量产高性能汽车。

鲸跃课堂|保时捷 992 Turbo S 与 911 Turbo 的技术进化简史911 Turbo 3.3(964)

正如大家所熟知的一样,后来的 996 Turbo 采用了水冷技术,可变气门升程以及可变气门正时技术也同样出现在新的涡轮增压机器上。工作原理听起来很复杂,实际很简单。在驾驶者打算全力加速时,进气气门的开启将会达到最大,就好像跑步时,张开嘴会有更多的空气进入肺部一样。

鲸跃课堂|保时捷 992 Turbo S 与 911 Turbo 的技术进化简史911 Turbo S(996)

平时若为了考虑增强低扭,则可降低发动机气门的升程,正时也可以适当地考虑延后。这样能让发动机在怠速时降低 13% 的油耗。

3、引入可变涡轮

2006 年 997 Turbo 再现重大革新——引入可变几何的涡轮增压器。通过改变涡轮内压气叶片的几何尺寸,实现不同增压值的改变。可变几何涡轮技术也被称为 VTG,就是 Veriable Turbo Geometry。

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997 Turbo 是第一代使用 VTG 技术的涡轮增压 911

鲸跃课堂|保时捷 992 Turbo S 与 911 Turbo 的技术进化简史这是 991.2 Turbo S 的 VTG 涡轮

涡轮增压器都包含涡轮以及压气两部分,简单的原理是发动机废气推动涡轮转动,共轴的压气叶片也以同样的转速转动,把更多的空气推入气缸参与燃烧。VTG 的原理是在压气叶片外围增加一圈可变叶片,由电气系统控制开合。

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可变几何涡轮,至今仍是 Turbo 系列独享的产品

在发动机处于较低转速时可变叶片闭合,此时是较小的增压值,用以降低涡轮迟滞,提供响应。当发动机进入中高转时,可变叶片由电气机构控制打开,此时压气叶片的直径相当于增加了,成功模拟出大涡轮的效果,此时是较大的增压值,可明显提高发动机输出。在 997 中期改款(997.2)后,保时捷引入了 3.8L 的发动机,配合直喷技术,压缩比进一步提高,其输出达 500HP,同时搭配 PDK 变速箱,百公里油耗降低了 1L。

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997.2 Turbo S 首次运用了保时捷的大杀器 PDK 变速箱

到了 991 时代,保时捷的目标是把百公里油耗降至 10L 以内,并进一步提高输出以及响应性。发动机能在巡航时切断与变速箱的动力连接,进入滑行模式。在交通灯前,默认开启的启停系统对发动机进行短暂关闭,进一步节约油耗。

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991.2 Turbo S Exclusive Series 是整个 911 Turbo 系列的巅峰之作——直到有一台车超越了它

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991 时代的 Turbo 均使用 9A1 EVO 系列发动机

然而与此同时 991.2 Turbo S 的输出依然能达到 572HP,限量 399 台的 Exclusive Series 更达 600HP。在今天的主角出现之前,它都是 911 Turbo 自 930 时代以来的性能巅峰。

5、992, the Turbo S

我们再来复习一遍全新 911 Turbo S 的参数:3.8T 双涡轮增压发动机,650HP / 800Nm,0-100km/h 加速时间 2.7s(比上一代缩短 0.2s),0-200km/h 耗时比上一代车型快了 1s 达到 8.9s,极速维持在 330km/h。这是全新一代 9A2 Evo 发动机家族最让人震撼的成员之一:作为对比,全新 911 Turbo S 的最大功率已经超越了 997 时代的 911 GT2 RS。

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硬顶版与敞篷版的全新一代 911 Turbo S 都将配备这款发动机

全新一代 911 Turbo S 的进气线路和中冷器布置相比 991 时代发生了明显变化。对 991 时代的 911 Turbo 而言,车身侧面的两个开口是专门供新鲜空气流入冷却中冷器使用的,发动机本身的进气还是通过尾部发动机盖上的开口和两个大尺寸风扇完成。

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991.2 Turbo S 的后侧空气流向,注意这个开口是仅供中冷器使用的,并非进气口

全新一代 911 Turbo S 有所改变,车侧的开口现在也可以担负起为发动机引气的任务,这样发动机可以获得更大的空气量。中冷器体积较上一代 Turbo 增大了 14%,直接安装在发动机上方、尾翼下方中心位置,显著提高了全新 911 Turbo S 的冷却效率。

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中冷器布局的改变从标准版车型那里就能看到端倪

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全新 911 Turbo S(992)的发动机冷却效率更高,进气量也更大

相比上一代 Turbo 的 9A1 Evo,9A2 Evo 3.8T 发动机最大的特点是换用对称的两个涡轮增压器,而不是两侧相同的增压器,这样发动机两侧进气道的形态会更为对称。在 Turbo S 上,涡轮直径增加 5mm 至 55mm,压缩机轮直径增加 3mm 至 61mm。涡轮的泄压阀通过步进电机控制,冷起动后可主动完全打开让三元催化器更早介入,增压值控制也更迅速、更精确。

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图片为 992 Carrera 3.0T 的发动机介绍,右下侧就是 9A2 Evo 的涡轮增压器与进气道基本形状

除了进气,排气也是一台发动机最终效能的关键因素,运动型排气系统当然不会缺席了。保时捷为全新一代 911 Turbo S 首次配备带电动连续调节排气活门的运动型排气系统,气流路径经过专门开发,能够令 Turbo 车系的成员发出与众不同的排气轰鸣。

鲸跃课堂|保时捷 992 Turbo S 与 911 Turbo 的技术进化简史标配的矩形双边共四出排气鲸跃课堂|保时捷 992 Turbo S 与 911 Turbo 的技术进化简史

运动型排气系统的排气管为双边共两出的椭圆形,可选银色或黑色

与 9A2 Evo 相连的是新研发的 8 速 PDK 双离合变速箱,工程师对 Turbo S 搭载的变速箱针对发动机输出进行了重新调校。

鲸跃课堂|保时捷 992 Turbo S 与 911 Turbo 的技术进化简史8 速 PDK 双离合变速箱鲸跃课堂|保时捷 992 Turbo S 与 911 Turbo 的技术进化简史

新变速箱,包括 Turbo S 使用的版本,均使用四轴结构

双离合器的钢片换用褶皱结构,盘片从 6 个增加到 8 个,齿轮组还额外加固过。新款 PDK 变速箱各档位都使用了新传动比,1 档传动比更小,8 档传动比更大,传动比范围变得更大,终传比也被设计得更大。这样,全新 911 Turbo S 的燃油经济性还能进一步优化。

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不过,或许大家印象最深刻的还是它小巧的换档杆吧

从 964 开始,名为 Turbo 的 911 均配备四轮驱动系统,全新 911 Turbo S 也不例外。这一回,PTM 四驱系统带有强度更高的附加水冷钢制离合片,前桥传动机构传输给前轮的扭矩明显增加,最高可以达到 500Nm,也就是发动机超过一半的动力可以输送给前轮。新型驱动轴只有一个万向节,负责给前桥分配动力。

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或许这解释了为什么保时捷要升级 10 活塞 PCCB 碳陶瓷复合制动器

前 255 / 35 R20 后 315 / 30 R21 轮胎负责承接动力,前十后四活塞 PCCB 卡钳和前 420mm 后 390mm 复合制动盘负责拉住这匹脱缰的斯图加特之马。

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所以难怪,有人会在为电动车配上 Turbo 之名时表达自己的意见。无论从对品牌的历史意义也好,实打实的性能数据也好,Turbo,都呼唤着五个车系当中性能最强的成员,只有那些明显是 Over-Engineered 的强悍之辈,才有冠上这名字的资格。显然,这一代 911 Turbo S 足够强大。它已经成为 911 Turbo 家族的楚格之巅,静待与即将到来的 GT3 / GT2 系列在山顶拥抱。