历久弥新

先锋之作
保时捷首款六缸水平对置发动机的紧凑设计、高性能和低重量，为未来所有发展奠定基础。

保时捷 911 的驱动技术史，是一个关于持续创新和独特传统的传奇故事。到目前为止，它的高光时刻无疑是 992 代高性能部分电气化混合动力车，但 911 仍将继续书写新的传奇。

经过 60 年的发展，911 的驱动系统取得了长足进步：在基本设计保持不变的情况下，排量增加了一倍，功率则提升了四倍。911/718 系列车型卓越运营负责人托马斯·克里克尔伯格 (Thomas Krickelberg) 说：“六缸水平对置发动机强大的扩展和改造潜力，屡屡给我们带来惊喜。”未来的车辆将采用电子废气涡轮增压器，在降低排放量的同时获得更加强劲的动力。这是何等绝妙的基础设计，在诞生六十余年之际还能一次又一次迎来新的突破！

梅茨格发动机

1963 年，保时捷以 901 为名推出了日后注定名扬天下的 911。其六缸水平对置发动机排量为 2 升，最大功率 96 千瓦（130 马力）。“设计紧凑、重量轻巧、性能卓越”——保时捷水平对置发动机设计专家阿尔布雷希特·罗伊斯特尔 (Albrecht Reustle) 如此概括这台发动机的卓越性质。直到今天，保时捷发动机依然恪守这一标准。他曾在汉斯·梅茨格 (Hans Mezger) 的团队效力，直至 1993 年。梅茨格发动机正是得名于这位传奇的发动机设计师。

当 911 遇上涡轮增压

澎湃动力
首款涡轮增压器将 911 系列提升至全新性能境界。

每一代 911 都是驱动技术的全新里程碑。已在赛车运动中久经检验的涡轮增压技术，在 1974 年款 911 上首次投入量产。930 型输出功率为 191 千瓦（260 马力），得益于废气涡轮增压和汽油喷射原理的组合，该车在性能和效率方面遥遥领先于竞争对手。它从一开始就符合严苛的排放规定。克里克尔伯格说：“回顾历史，可以发现，涡轮增压技术彻底颠覆了整个内燃机设计领域。”

涡轮增压发动机是工程设计的奇迹。它可以利用高温废气中蕴藏的能量，否则这些能量就会被白白浪费掉。其核心部件是涡轮增压器，包括涡轮和与之刚性连接的压气机叶轮。涡轮由发动机废气驱动，转速接近 200,000 rpm。压气机叶轮以相同转速旋转，向气缸压送空气。这些额外的新鲜空气促进燃烧，从而提高发动机性能。为了避免发动机部件过载，需要限制流经涡轮增压器的废气产生的压力。当增压压力达到一定限度时，废气会通过废气旁通阀 (Wastegate) 排出。

“涡轮增压技术彻底颠覆了整个内燃机设计领域。”

托马斯·克里克尔伯格

通过中冷器提升性能

保时捷工程师不断研发突破，攻克了涡轮增压技术中的一大难题：涡轮侧的高温和压缩会导致空气升温，这不利于气缸进气，也会影响喷入燃料的燃烧性能。1978 年后的涡轮增压车型上新增了中冷器，在增压空气被压缩之后、到达燃烧室之前将其冷却。在此之前，保时捷已在赛车上充分验证了这一技术。中冷器安装在大型后扰流板处的格栅下方。得益于精巧的中冷器设计，车辆功率一举提升至 221 千瓦（300 马力），且发动机适应性出色。

涡轮增压发动机在设计上还有一大难题：加速时的响应延迟。这个问题最初同样十分棘手。在低转速下，911 Turbo 的加速表现与较弱的自然进气发动机车型相似。直到转速提升至大约 3,500 rpm，涡轮增压发动机才开始迸发出强劲动力。研发专家克里克尔伯格解释说：“我们将这个转速范围称为‘涡轮空洞’。为了提高驾驶性能，我们必须设法填补这一空洞。”

双涡轮设计：飞速发展

针对这一问题，保时捷提出的解决方案是第四代 911 Turbo (993)。1995 年春，保时捷推出了当时动力最强劲的量产车型，功率达到 300 千瓦（408 马力）。其 3.6 升发动机首次配备两个涡轮增压器和两个中冷器，给人留下深刻印象。两个小涡轮比一个大涡轮加速更快，这主要得益于转子较小，所以转动惯量较低。克里克尔伯格补充道：“为了将动力可靠地传递到路面上，993 Turbo 标配先进的四轮驱动系统。”得益于发动机控制系统、传感器技术和废气后处理技术的进步，最后一代风冷型 911 Turbo 成为了当时排放最低的量产车。

以水冷技术迎接 21 世纪

上世纪 90 年代末，第五代 911 (996) 的六缸水平对置发动机由风冷改为水冷。时任技术产品规划部主管，在 2001 至 2018 年间负责 911 车型系列的奥古斯特·阿赫莱特纳 (August Achleitner) 将这一变革改变称为“新技术的入场券”。水冷技术是进一步提高性能、降低油耗、满足废气与噪音法规要求的先决条件。保时捷设计师开发了每个燃烧室有四个气门的气缸盖。“早在 1970 年，采用风冷型四气门的 V12 发动机就已在 908 车型上接受初步测试，后来被用于 917。到了 20 世纪 80 年代，这个想法在 911 系列的开发中获得采纳，并在 964 车型接受测试。”阿尔布雷希特·罗伊斯特尔回忆道，“但毫不夸张地说，气缸盖直接熔化了。”这一问题的解决方案依然来自赛车领域：大获成功的 962 耐力赛原型车以及 959 超级跑车已经采用了水冷式气缸盖。尽管当时人们对于放弃风冷的决定争论不休，但 996 型最终取得了开创性的成功。

可变截面涡轮

2006 年，911 Turbo（997 型）实现了显著的性能飞跃，功率和扭矩都提高了 10% 以上。这主要归功于全球独一无二的创新技术——可变截面涡轮 (VTG)。废气流向涡轮叶片时的角度和截面可调，从而能够在更宽的发动机转速范围内优化涡轮增压器的效率。托马斯·克里克尔伯格解释说：“VTG 是一项开创性成就，近 20 年来一直是汽油发动机涡轮增压技术领域的独特卖点。为了调整流向涡轮的废气流方向，需要在超过 1,000 摄氏度的高温下调节微小的叶片。”为此，设计师甚至使用了航天飞机上用过的材料。

减小排量，提高功率和效率

继水冷和 VTG 之后，保时捷在 2015 年迎来了下一个技术里程碑：991 代基础车型 Carrera 和 Carrera S 采用的新一代涡轮增压技术。克里克尔伯格表示：“我们减小了排量，同时大幅提升了性能。”配备双涡轮增压器的新一代发动机可在降低油耗的同时，将功率提高 20 马力。

运动型混合动力汽车

混合系统
幻影图像显示了全新开发的高压组件：400 伏电池 (1)、Porsche Doppelkupplung (PDK) 保时捷双离合传动系统中的电机 (2)、电子控制装置 (3)

随着 2024 年夏季新一代 911 (992) 的产品升级，保时捷设计师再次取得新突破，进一步完善了六缸水平对置发动机的卓越设计。新款 911 Carrera GTS 是首款配备超轻量化高性能混合动力系统的公路版 911。这一创新驱动方案不仅能够显著提高发动机性能、改善加速表现，还为将来更加严格的排放标准提前做好了准备。“我们开发并测试了多种想法和方法，以便确定一款完美适合 911 的混合动力系统。研究结果便是一项符合 911 整体设计理念的独特驱动方案，显著提高了车辆性能。”911 和 718 系列负责人弗兰克·莫泽 (Frank Moser) 说道。

新技术的核心是电子废气涡轮增压器。在由废气驱动的涡轮与压气机之间装有一台电机，在加速时能迅速达到高转速，并立即产生高增压压力，毫无延迟。可以说，这台小型电机让涡轮增压器如虎添翼。911 内燃发动机与混合动力系统项目经理马蒂亚斯·霍夫斯泰特 (Matthias Hofstetter) 解释说：“这项技术可实现与自然进气发动机相似的绝佳响应性能，而加速性能则与我们的纯电动跑车不相上下。”

技术核心
新开发的 3.6 升水平对置发动机小巧紧凑、动力澎湃，与迄今所有 911 发动机一脉相承。扁平的曲轴箱为 T-Hybrid 驱动系统组件创造了空间。上图展示了电子废气涡轮增压器的内部结构。

托马斯·克里克尔伯格证实，该车在低转速范围内的加速性能极其出色。“要是采用传统技术，我们绝无可能在符合未来排放法规的前提下，实现预期的性能提升。”为了实现目标，设计师采取了一系列相辅相成的改进措施：发动机排量从 3.0 升增加到 3.6 升，同时由于电机的辅助，内燃发动机不再需要两个涡轮增压器，而只需要一个。不仅如此，反应性能与动力也同样获得提升。

设计师罗伊斯特尔解释说：“这样可以减轻重量，让发动机结构更紧凑。”此外，高压系统允许交流发电机和空调压缩机采用电力驱动，从而无需皮带传动装置。曲轴箱被削平了 20%，为新增组件留出了更多空间，如脉冲变频器和直流-直流转换器。霍夫斯泰特说：“我们不想让 911 变得更长、更宽或者更重，而是要最大限度地利用现有套件。”这意味着要在控制车重的同时大幅提升性能。GTS 版本将率先搭载配备电子涡轮增压器的发动机，输出功率为 398 千瓦（541 马力），以及 610 牛顿米扭矩。传动系统还包括集成至全新增强型八速 Porsche Doppelkupplung (PDK) 保时捷双离合传动系统中的永磁同步电机。它可为水平对置发动机提供支持，在怠速状态下即可实现高达 150 牛顿米的驱动扭矩，且输出功率高达 40 千瓦。

作为一款 T-Hybrid，这款 911 的设计目标并不是像插电式混合动力汽车那样实现纯电动行驶。该车电池容量为 1.9 千瓦时。对此，霍夫斯泰特解释说：“因为我们也不希望电池太大或太重。”另一方面，电子辅助增压器还可提供一大独到优势：废气能量回收。废气涡轮增压器中的电机也可用作发电机，通过从废气中提取能量，可产生高达 11 千瓦（15 匹马力）的电力。

这背后的原理既简单又迷人：电机在此的作用类似于转速调节器，一旦涡轮转速过高，导致增压压力上升过快，电机就会对涡轮进行减速。这样就会产生电能，为电池或电机充电。该车能量回收效率极高，而且电池化学成分是专为 T-Hybrid 的工况量身打造的，所以相对较小的电池完全能够满足日常使用需要。霍夫斯泰特表示：“这项技术使电池能够在短时间内释放大量能量，并能相对快速地充电。”

电子涡轮增压器的另一大优势在于：车辆不再需要大家熟知的废气旁通阀了。这是它全球首次以这种形式亮相。霍夫斯泰特解释说：“过去，绕过涡轮的能量会直接排出，被白白浪费掉。现在，这部分能量可以在压力调节过程中得到回收，转化为电能。”这有助于提高发动机效率、降低油耗。

发动机研发专家罗伊斯特尔总结道：“涡轮增压技术与混合动力、能量回收、减少发动机内摩擦、冷却优化和全新燃烧室设计相结合，确保车辆符合未来的废气和排放法规，同时还能满足对性能和效率日益增长的需求。”在他看来，此理念的实施应“归功于所有参与者的携手努力”。

一如既往，911 的六缸水平对置发动机始终是该车小巧紧凑、动力澎湃的心脏，传承着汉斯·梅兹格初版 911 发动机的创新之光。

作者 Thomas Ammann
摄影 Porsche