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汽车起步步骤:保时捷Panamera动力单元的前世今生

2020-03-18 09:22:43  来源:http://www.rynok-Lviv.com  编辑:admin

保时捷Panamera动力单元的前世今生

  [发动机技术]近期,保时捷发布了全新设计的第二代Panamera轿车。新车型最大的亮点之一便是同属于全新设计的两款涡轮增压发动机。这两台发动机(V6和V8)不单共享架构和很多技术要素,并且它们背后有很精彩的故事。可以说这两台新发动机的内涵,甚至比Panamera车子本身还要深厚得多。在这里面,以V6这条线所展开内容最为波澜壮阔,因此在这篇文章里我们将从V6发动机入手,和大家分享保时捷Panamera车型动力系统的变迁历史。


文章作者简介:

  超哥,在美国生活10余年,曾经在石油和投资管理行业工作。擅长结合技术和消费心理评车。目前创办了汽车媒体YouWheel.com,任CEO。之前多次给供稿,曾发布过新款奥迪A6试驾,新款兰德酷路泽试驾,解析宝马B58发动机等文章,以后他会持续给大家带来海外新车试驾及相关文章。


●曾经沧海难为水:保时捷与V6

  我们都知道,如今的保时捷跑车都是中/后置发动机布局(虽然保时捷在上个世纪70-90年代推出过几款FR布局的跑车,但最终还是没有逃脱停产的命运),这种布局特别适合采用重心特别低的水平对置发动机。至于日常代步用“买菜车”里很流行的V6发动机,从保时捷的传统角度出发,他们是看不上眼的。

  由于理想与现实总会有距离,以做跑车为主的保时捷在上世纪八九十年代销量曾经比较惨淡,严重亏损。幸亏当时保时捷的CEO魏德金果断破除传统观念的桎梏,让备受争议的SUV项目上马,才成就了卡宴这款车型、还有保时捷这个品牌今天的地位。可以说,没有卡宴这款车型的成功,保时捷也不会跟着推出Panamera四门轿车。

  当年卡宴还没推出、无法得知市场反应之前,不少人觉得让产品线是清一色跑车的保时捷来做SUV,这很离经叛道。这就好比一名国际象棋手宣布说要做田径运动员,听起来就很不现实吧?不管如何,卡宴项目开始之后工程师们遇到一个重大的技术问题:用什么发动机?这回保时捷自家的水平对置发动机派不上用场了。主要原因在于SUV不好把发动机放在乘客舱后头,所以必须是前置发动机的布局。

  假如把水平对置发动机放在车头,由于打横的气缸组会挡住方向盘转向拉杆的通道,因此若要强行采用水平对置发动机,唯一做法便是把发动机大幅度往前挪(参见丰田86/ScionFR-S/斯巴鲁BRZ的例子,跟采用直列4缸发动机的马自达MX-5差别甚大)。这样车子的前后重量分配就不太理想,对于保时捷来讲是不可以接受的。因此剩下的选择要么是直列发动机,或者V型发动机;并且至少是6缸或以上(当时还没有足够强力的涡轮增压4缸机器)。

  请注意由于当年保时捷和大众集团的特殊关系,卡宴和大众的途锐(8万礼包)是同平台(PL71)开发的。大众和保时捷没有现成的直列6缸发动机,但是大众倒是有行业内独树一帜的VR6发动机。这里不要把VR6跟V6混淆,两者完全不是一回事。大众的VR6发动机本质上是它家一个历史遗留问题的产物。有的朋友肯定会问:当时奥迪也有90°夹角的V6,为什么保时捷最后决定用VR6而不是奥迪的V6呢?

  卡宴的开发是保时捷和大众合作的结晶之一,所以卡宴6缸版本发动机的选择最后落在了大众团队开发的VR6身上。从技术上来讲,用奥迪的V6也没任何困难。但问题在于卡宴和途锐做出来之后,没有一个会贴奥迪的牌子(Q7那是几年后的事情了),显然奥迪也不会把自己研发的V6白白提供给别人用。因此总的来讲,VR6是顺理成章的选择了。

●小试牛刀:保时捷的VR6时代(2003-2009)

  在这段时期内,保时捷用的6缸发动机里,除了水平对置的之外就只有VR6这种了。进入到21世纪,由于当时行业里面很快地酝酿出对马力输出的渴求,市面上出现了不少超过220马力的6缸发动机。这个输出水平对于之前2.8L/2.9L排量的VR6来讲已经是比较吃力了,所以大众干脆把VR6升级成3.2L,并且每气缸4个气门也成了标准配置;不过,燃油直喷还是没用上。

  扩大排量之后的VR6,输出功率在230-250马力之间,第一代卡宴采用的正是这个3.2LVR6的高功率版,247马力。这台发动机虽然峰值马力不错,但它的升扭矩输出比较糟糕,3.2L的排量最高扭矩310N·m,升扭矩是96.875N·m/L;相对比同时期用在凯美瑞V6版上的丰田3MZ-FE,普通买菜车级别的发动机,3.3L排量却可以挤出325N·m,升扭矩达到98.48N·m/L。为什么会有这么明显的差距呢?

  从技术角度来看,VR6对于保时捷不算得是好的选择,因为由于构型的原因,它自身存在很多先天的限制。首先,由于要在一个长方体的缸体内铸造出6个交叉打斜的气缸,工艺难度比普通V6大,并且成本也不低。但这些额外付出的工艺和成本代价,并不能带来发动机性能上的提升。

  其次,虽然VR6名义上有两组气缸,但由于它们夹角太小,两组气缸共用同一个缸盖(外形上看,VR6很像一台胖胖的I6)。共用缸盖意味着所有气缸的进气歧管都位于发动机的同一侧(对于排气歧管同样也是)。这带来一个很大的问题:交错排列的构型造成气缸之间长短不等的进/排气滑管,这会造成在某些转速区间内各气缸产生较明显的进气干涉,导致两列气缸分别吸进去的空气总量不同。因此大众工程师必须对VR6的进气歧管进行特殊的调整和优化来缓解这个问题。此外,两列气缸共用缸盖加上外形尺寸上的限制,也决定了VR6发动机的缸径上限。缸径做不大,填充效率就没法彻底改善,升扭矩自然不理想。

  第三,由于大众对于铸铁缸体的特殊情感,VR6也不例外地采用了沉甸甸的铸铁缸体。这一点,把VR6省下的一个缸盖的重量又给加回来了。3.2LVR6在豪华车领域里面的性能优势到了2006年已经所剩无几——因为那一年开始,行业里面同级别的6缸发动机已经进入到300马力级别的时代了,比如说宝马的N54,丰田的2GR-FSE,还有日产的VQ35DE等等。

  在这段时期,奥迪的V6那边似乎跟保时捷没什么关系。在那些年里,由于填充效率比较容易优化,奥迪用一台3.2L的90°V6搞定了250马力级别这场挑战。但是随着300马力V6时代的到来,奥迪的想法跟宝马走到一块儿了:增压。这个思路发展下来,就是我们现在看到的全新2017款Panamera上的这系列发动机。

  但是,奥迪不像别家V6说上增压就上那么简单。由于是90°夹角,奥迪的V6比市面上流行的60°夹角V6要宽不少。那个时候奥迪的V6都是进气口在上,排气口在缸盖下方。所以假如要加装涡轮增压器的话,只能放到发动机的两面外侧。这使得原本已经很宽的发动机变得更加宽,对于A4/A5//A6/Q5这种宽度的车型,发动机舱里就容纳不下;后来保时捷Macan硬是要这样装增压器,所以他们把车头在同平台Q5的基础上加宽了一些。另一方面,假如要把增压器放到气缸V形内部的话,又必须把缸盖的设计彻底改掉,基本上等于把整个发动机的设计推倒重来。这在成本上明显是不划算的。怎么办呢?

  刚好就在那个时候,Eaton推出了新式的4叶式机械增压器,绝热效率得到很大提高;从效率和功率这两个角度综合来看,机械增压立刻变成是很不错的选择。因此奥迪跟Eaton一拍即合,把机械增压器装在了90°V6的V型谷中间,用3.0L的排量轻松达直达333马力。

  虽然在那个时候,奥迪的这款机械增压V6似乎跟保时捷没什么关系,但明眼人都看得出,就算是保时捷的低端配置型号,VR6气数已尽,不是长久之计;奥迪走的这条路子才是未来的方向。保时捷心里也是很清楚这一点的。不过,奥迪的机械增压V6还是留下一些遗憾,因此保时捷接下来作出了一个让人意想不到决定,请看下一章节。