四缸发动机称霸勒芒 保时捷919的黑科技

保时捷919赛车是为了参加勒芒(Le Mans)24小时耐力赛量身定制的武器。众所周知,保时捷曾经连续七年垄断了勒芒24小时耐力赛冠军,保时捷935,956,962都曾经称霸勒芒赛场,已经成为勒芒历史中不可抹去的历史印记。如今的保时捷车型独特的钥匙孔位置,也在炫耀着保时捷在勒芒赛场的辉煌。

【曾经的勒芒霸主,地效车保时捷956,北环做出了6分11秒13的圈速】

让笔者印象深刻的保时捷956巧妙的利用了当时赛制规则的漏洞,保时捷956在平坦的底盘后方安装了由碳纤维材质制作的巨大的文氏管,就像反过来安装的飞机机翼一样,文氏效应形成的真空给予了956超强的下压力,可谓赛场黑科技。

2000年以后,保时捷在赛场上进入了一个沉寂的时期,为了找回昔日在勒芒24小时耐力赛场的荣誉,保时捷在2014年带着最新研发的919 Hybrid重回勒芒24小时耐力赛场,经过2014年赛季的磨砺,终于在2015年如愿以偿的拿到了勒芒冠军。919 Hybrid可谓保时捷卧薪尝胆之作,它也如同当年的956一样,身上拥有众多黑科技。

保时捷遵循着“Intelligent Performance”原则去设计919 hybrid,讲求能量的高效利用。发动机别出新裁的选用了空间极为紧凑的V型四缸结构。V4发动机在四轮领域并不多见,但在MOTO的世界里,V4结构被发扬光大,出现了堪称黑科技的本田NR500椭圆缸体V4发动机(变种V8)。在MOTO GP赛事中V4更是常见。在民用领域,VFR750,VFR800系列也成为本田运动MOTO家族的中坚力量。

【本田的V4摩托发动机】

在MOTO上使用V4发动机可以让车身重心更低更集中,同时比起横置的L4发动机宽度更窄,对摩托车的操控性的帮助较大,所以MOTO GP中采用V4发动机的车厂不在少数。而保时捷919之所以采用V4发动机,其缘由和本田青睐V4结构一致,因为造919 Hybrid的目的就是要跑得更快,因此发动机越轻巧紧凑,对操控就越有利。2015赛季的919 Hybrid干重仅870kg,其中少不了这台轻量的V4的帮助。

919 hybrid的V4汽油发动机采用了90度夹角的布置,相比直列四缸发动机,最大的优势就是拥有更加紧凑的体积,同时还拥有更好的二阶力平衡。但劣势也很多,多出的一条凸轮轴让配气结构更加复杂,零件数量更多,制造成本更高,虽然二阶力平衡表现比直列四缸好,但一阶力却达不到完美平衡,所以V4发动机相对直列四缸除了体积更小,震动表现并不占优势,同时成本更高,可谓费力不讨好。因此V4发动机在四轮的世界里变得非常少见,因为稍加成本就能设计制作一台更加平衡的V6发动机。目前唯一还在坚持V4结构的车厂仅剩斯巴鲁一家----180度的发动机夹角根治了一阶力不平衡的问题,斯巴鲁用高昂的成本换取了重心更低的独有优势。

V4发动机先天的一阶震动不平衡的问题导致保时捷也出现了失误,更何况919所搭载的这台V4赛用发动机转速高达9000rpm,会将震动的缺陷放大。2014年的919 Hybrid的V4发动机就出现了莫名的抖动问题,因此赛场表现并不尽人意,屈居季军。2015年款919 Hybrid重头再来,重新改进设计发动机,并且改变了点火顺序,保时捷终于驯服了V4发动机的特性,最终消除了抖动的问题。

保时捷919 hybrid这台V4发动机排量为2升,并匹配涡轮增压系统。以2L的排量爆发出500匹的最大功率,并且能够承受住24小时极限状态的蹂躏,可谓惊人。919的V4发动机采用了与918 Spyder的4.0L V8相似的燃烧室几何形状,以达到最高燃烧效率,效率提升便降低了燃油消耗,从而减少了赛车进站加油的次数,助力919 hybird夺冠。

和丰田普锐斯的油电混合动力系统不同,919 hybird并未将电动机和汽油引擎整合在一起,电动机只驱动前轴,V4发动机只驱动后轴。位于前轴的电机功率不容小觑,输出功率也达到了400匹,不仅可以辅助加速,还能够扮演发电机的角色,回收在制动过程产生中的能量。

在前轴电机的帮助下,保时捷919 hybrid的总输出最大功率达到了900匹,能够与勒芒赛场上那些装备更大发动机的对手相抗衡。同时,919 hybrid还搭载了新研发的废气能量回收系统(类似电动涡轮的废气驱动发电机),充分利用高速排出的废气的能量发电(如有兴趣可以扩展阅读:《独家视点:电动涡轮技术将步入实用阶段》)。前轴的制动能量回收系统和废气发电机所获得的能量都可以被储存在一个液冷式锂离子电池模组中,在需要加速的时候,前轴的电机将从锂电池模组获取电力,这套能量回收系统将浪费掉的制动能量和废气能量变成了前进的动力,最大限度减少能量的浪费。

为了平衡车辆的重心位置,较重的锂电池模组被放置在驾驶员的对称位置,这样的设计在过去的勒芒赛车中也能见到,不过那时放在“副驾驶”位置的是发动机。

虽然是混合动力车型,但919 hybrid依然遵循了标准的MR布局,驾驶员,电池,V4发动机紧紧的靠在了一起,位于车身的中心位置。

919的车体采用复合碳纤维材质,悬架拉杆也采用复合材料制成,推杆式避震机保证了最小的簧下质量。轻量化的车身加上出色的悬架,919 hybrid可以保持尽可能高的速度入弯道,减少刹车的使用,变相的节省了能量。

增大下压力(抓地力)和减小风阻系数是一对矛盾,如何取得之间平衡就需要智慧。怪异的长相带给919 hybrid出色的空气动力学表现,前脸的复杂设计加上特殊的尾翼为气流敏感度和空气动力学性能之间带来了最佳平衡,在保证提供更多下压力的同时,最大限度减少空气阻力带来的能量损失,并提升过弯的速度。

保时捷919 hybrid从内到外,都是以追求最高效率为设计初衷的,虽然提供动力的只是一台四缸引擎,但借助现代科技,小排量低缸数战胜了大排量多缸数,保时捷再一次登上了勒芒之巅,证明了其应有的江湖地位。

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