导语：关于保时捷911传奇般的发动机的5个制造秘诀！

　　后置、六缸、风冷、水平对置。50年以来，这些已成为了911的代名词。保时捷曾多次尝试对经典的911设计进行革命性改动，但却受到各方面的阻力。尤其911狂热爱好者们反对意见颇多。渐渐地，“911”已经超越了一款车的名字，演变成为一个无可替代的保时捷精神的符号。

保时捷911发动机是永远无法替代的

　　在如此经典的汽车设计上，每一个部分、每一个细节都有一段历史。为什么保时捷选择非传统的发动机作为911 的驱动装置？当全球广泛采用水冷发动机的时候，911却在相当长一段时间内依然坚持使用风冷发动机。直列6缸、V6或V8发动机早已成为主流，水平对置六缸发动机则始终被认为是异类，但这恰恰成就了保时捷911独一无二的优秀传统。

　　如何通过五个核心步骤了解具有50年历史，经久不衰的保时捷发动机？现在让我们来教你！

　　第一步：放平

　　费迪南德·保时捷博士(Dr. Ferdinand Porsche)最初的构想在大众甲壳虫上得到实现，那台水平对置四缸风冷式发动机结构简单、经久耐用、造价不高。当保时捷博士构思源于甲壳虫的356时，依旧执着于那台发动机的优点：风冷发动机在冬天不会结冰，在夏天也不会“开锅”。二十世纪20年代，美国人Admiral William Moffett发现，一半以上的航空器事故都得归结于发动机液体冷却循环所产生的问题。于是他开始主张推广风冷式发动机，该理念在航天运输工具设计上被得到高度重视。而在50年代，保时捷博士凭借装有风冷发动机的赛车在赛场上叱诧风云，让911项目的负责人Hans Mezger意识到，风冷发动机对于高性能动力输出有着得天独厚的优势。

　　就结构上说，水平对置发动机具有自动平衡的优点，因为左右两侧的活塞组可以同时相向运动。德国人则利用丰富的想象力，把这样的运动方式称为“拳击式”。在跑车上，水平对置发动机的重心较低，可以减少车辆过弯时的重量偏移，从而提升轮胎抓地力。而传统的直列式发动机(尤其是顶置凸轮轴式发动机)具有较高重心。

　　此外，水平对置发动机曲轴箱空间利用率是普通发动机的两倍。可在降低曲轴长度的同时节省材料，降低自重。同样出于这些优点，让水平对置发动机在上世纪30年代的航空业中备受青睐。而时至今日，你也可以在斯巴鲁汽车或者宝马及本田的摩托车上见到水平对置发动机的身影。

　　911的发动机采用了干式机油盘润滑系统，但机油盘的安装位置并没有和普通润滑系统一样选择在发动机底部。这使得发动机的重心离路面更近。使用过的机油被曲轴下方的排油泵收集起来，并运送到远处的机油箱。由于直接从机油箱而不是通过机油盘取油，这样的系统会在车辆震动时，导致油泵输出的油不连贯，从而造成轴承润滑不均匀，因而损害发动机。如今，类似的干式机油盘润滑系统在F1及特技飞机上仍能见到。

　　至于工程师为何采用汽缸体和汽缸盖分离设计？者是一战之前德国工程师设计零件的传统。这样即可兼顾每一部分的维修和保养。随着发动机转速升高成为趋势，直列式发动机的整体式汽缸体和汽缸盖需要通过额外的加强肋进行加固。但是由保时捷博士设计、甲壳虫所搭载的水平对置四缸发动机却并不需要这些多余的设计，因为两侧的汽缸在工作时已经构成了力平衡。而另一方面，由于整个汽缸活动空间呈菱形，水平对置发动机的汽缸体和汽缸盖不可能被成对铸造出来。

　　这些对于传统的执着看似奇怪，但却又合情合理地存在着。水平对置发动机成为了保时捷公司的招牌技术，甚至一些知名厂家也来向保时捷寻求零部件供应，比如保时捷为杜卡迪生产过气门顶杆。这能让一些传统永远不会消失。此外，德国工程师擅长从基本原理出发，进行创造和改进。因此，基础设计被很好地传承下来(该工程设计理论在十九世纪由俾斯麦首次提出)。不过这样一来 ，顽固的德国教授们从来不会对自己的结论提出异议。德国人管自己国家叫做“父王国”的说法也从一定程度上反映出这个重男轻女的国家传统思想里对于权威的尊重。长久以来，德国工程设计结合了固守传统和自由创新对立统一的原则。这一点从后掠翼飞机、翼吊式发动机和合成机油这些近年来德国人在航空领域的发明就能看出。

　　第二步：简洁

　　杜卡迪总经理Claudio Domenicali在他位于博洛尼亚的办公室里挂了一张911的车架图。他将911称为“买得起的跑车”。那幅照片时刻提醒着他去控制成本，这样造出来的产品才会让更多人受用。

　　由于911着眼于日常使用，而不是为了比赛，因而工程师在发动机上使用了双排滚子链条。它由几个塑料块引导，并由液压定位惰轮张紧，这样就可通过摇臂来控制气门运动。

　　为什么保时捷在设计发动机的时候，要用双排滚子链条驱动两侧的单顶置凸轮轴呢？道理很简单。在911诞生之前，为了追求精准度，保时捷赛车发动机的凸轮轴采用锥齿轮驱动方式。而对手的发动机则大多使用正齿轮，有更先进者则使用经过纤维强化的橡胶正时齿带。相比之下，轴与锥齿轮的组合一般极少使用，因为造价过于昂贵(70年代早期，杜卡迪经典的750系列发动机采用了锥齿轮驱动方式，但是齿轮组的加工时间至少7个小时。时间可是金钱！)。正齿轮也有缺点，随着热量传播到发动机各处，会让正齿轮的连接变松，从而产生噪声。而正时齿带由于材料强度原因，从来没有在赛道上跑过成绩。

　　另一个问题是：当世界上的发动机广泛采用四气门的时候，为什么保时捷仍坚持使用每缸两气门的设计？请不要忘记保时捷的设计目标：这台发动机用来驱动的是一辆轻量化跑车。风冷的特殊需求在一战期间由A. H. Gibson博士提出，他注意到，如果在风冷汽缸盖上开的洞越多，变形和开裂的可能性也就越大。因此，50年代民用客机的星型发动机均采用了每缸两气门的设计形式。

　　四气门汽缸盖的关键区域位于两个炙热的排气门之间，这一块区域被称为“排气桥”。该区域里的金属由于受到两侧热量夹击，将会剧烈膨胀，从而挤压周围的金属区域。发动机停止工作后，这一区域会在应力的作用下，产生裂纹。采用双气门就可避免这一缺点。

　　保时捷在50年代推出的首台赛车用发动机应用了二战前的技术，包括经典的深半球形燃烧室以及2个夹角呈90度的气门。活塞的表面平坦，这样可提供开阔的燃烧空间，让油气混合物完全燃烧。然而抗爆震汽油的出现让压缩比提高变得可行，这样不仅能提升扭矩，还能减少燃油消耗。提高压缩比的措施之一在于，活塞采用拱顶式接触面，但这反而会降低火焰传播速度，影响发动机的功率输出。于是保时捷发动机工程师Klaus von Rucker及项目主管Leopold Jantsche在911研发发动机时，使用了更浅、更宽阔并且燃烧速度更快的燃烧室几何设计，而气门间的夹角则改成小于60度。

　　第三步：风冷

　　最早的911水平对置发动机排量为2.0升，功率输出仅为保守的124马力。经过30年的不断进化，911 的发动机已经可以达到3.8升排量，而功率增长了不止一倍。但是发动机的尺寸却没有显著增加。

　　不过，在得到更多动力的同时，热损失也在不断提升。如果热量不能及时被冷却介质带走，它将逐步积聚，直接影响如活塞表面、排气门等关键部件，最终造成发动机严重损坏。

　　冷却可不仅仅是为了避免零件失效。无论哪种内燃机，功率输出都会受到温度限制。只要油气混合物在喷入汽缸前被加热，都将造成发动机非正常甚至具有毁灭性的工作状态，这在工程上被称为“敲缸”。只有活塞、气门以及燃烧室的温度保持在较低的水平上，才可以实现高压缩比，并提升扭矩和功率。

　　由于水的密度大约是空气的830倍，比热也比后者大许多，因而采用风冷却时需要大量的冷空气。通常来说，风冷式发动机都设有一层一层的散热片，可有效提升与空气的接触面积，从而达到所追求的散热效果。而为了让充足的空气流经散热片表面，保时捷用上了轴流风扇。

　　风冷式发动机上最难制造的零部件要数排气门，它在以音速流动的排气气流下被急剧加热，又在温度低得多的进气气流下得到快速冷却。为了保证911的发动机能够经受全油门工况，工程师们采用了与机械增压发动机相同的措施：把气门做成空心，并在空心处填补一些金属钠。金属钠会在发动机工作时呈液态，这一过程可以吸收额外的热量，从而保证气门头部不会过热，并且将热量引导到气门导管上。而为了防止密封面受到侵蚀，气门都经过了耐热合金表面硬化处理。

　　活塞冷却则是另一个艰巨的任务，主要有两个原因。其一在于，活塞往复运动将产生应力，而金属铝的强度会在高温环境下减弱。一般情况下，这一冷却通过汽缸壁传热来实现。另一方面则是防止过热的活塞头部提前加热进入汽缸的油气混合物。

　　早期911的2.0升发动机采用了名为Biral的汽缸，它活塞运动接触面的衬板采用铸铁制成，而铝制散热片则围绕在汽缸周围。在1970年缸径从80毫米增至84毫米时，铸铁缸套仍可保持足够厚度，因此在2.2升发动机上依旧非常常见。但是随着之后排量进一步增加，发动机空间就受到限制了。

　　在这样的情况下，保时捷决定放弃铸铁衬板，而尝试在铝制汽缸壁上直接镀上金属铬。该工艺曾应用于1960-1962年的F1发动机上，但长期耐用性确实一个很大的问题。好在此时，活塞生产商Mahle为保时捷917赛车研发了镍硅碳化物材料Nikasil，只要0.1毫米的Nikasil就可替代几毫米厚的铸铁缸套，这大大增强了活塞的散热性能。然而即便有了新材料，在现有的缸体上也不能随意增加汽缸孔径，这是因为受到了汽缸间距的限制。另一个扩大汽缸大小的途径是将散热片尺寸减小。但是汽缸增大后产生的热量也会激增，缩小散热片后如何保持原本的散热效果呢？

　　第四步：加油

　　保时捷工程师想出了多种方式来冷却活塞。1971年，活塞冷却喷油装置被装在911发动机的主轴上，喷口对准活塞顶部的下侧。这一方式让活塞顶部的温度降低了50摄氏度。如今，这样的喷油冷却设备出现在了很多高性能汽车及摩托车的发动机上。

　　对任何一台发动机而言，只要功率有所增加，所采用的零部件就需要升级。911的曲轴箱曾由轻质的金属镁铸造(仅有相同体积铝的65%重)，但为了能经受更高的强度，1974年的发动机材料再度用回了铝。而对于铸造而成的曲轴来说同样如此，为了经受额外的弯曲和支承载荷，曲轴上开始增加配重，并且配重的位置和大小在生产过程中被逐步优化，以减少应力集中。

　　当国家政府开始提升汽车排放标准时，新的改进措施又出现了——借助强大的计算机来精确控制的燃油喷射。装有化油器的发动机很容易受到环境气温的影响，但是在电脑控制下，燃油喷射可以得到自动补偿，从而减少未燃烧的碳氢物排放。早年的911采用Solex或韦伯化油器，随后改用喷油精度更高的机械油泵。而如今，由博世生产的、具有复杂控制电路的喷油控制系统被广泛运用在911的发动机上。这样做的目的是为了在各个工况下，油气混合物的燃烧达到最理想的状态，所产生的废气刚好能被三元催化器所净化，同时又不牺牲动力表现。而点火控制系统在燃烧过程中同样扮演了重要的角色，从早期的分电盘到当今可编程的数字化正时控制，这不得不说是一种伟大的进步。

　　911的进化过程始终得益于保时捷在赛场上所取得的经验。通过赛车运动，先进的技术变得更加可靠，并且使量产化应用成为可能。上世纪70年代时，保时捷曾经想在911车系上应用水冷发动机，但却最终找到了另一条途径，从而留住了风冷发动机：通过涡轮增压器来挖掘911的潜力。在赛场上，涡轮增压器在很多组别中得到广泛应用，而所产生的大量额外热量则由内部机油冷却来实现。同样的做法被沿用到量产车上，工程师Hans Mezger预计机油冷却可以带走30%-35%的发动机热量。

　　第五步：坚持！

　　90年代中叶，保时捷终于做出了新的抉择，开始使用水冷式水平对置六缸发动机。因为它造价相对便宜，每个汽缸拥有2根凸轮轴来推动4个气门运作。

　　而此时，保时捷风冷发动机已经经过了30年进化，排量也从最早的2.0升增加到1996年911 Carrera RS上的3.8升。它们的功率输出更是从早期的124马力，上涨到了不可思议的数字。

　　如此一台非常规的发动机，居然能生产长达30年！雪佛兰在1969年之后停止了风冷水平对置6缸Corvair发动机的生产。泰脱拉则在1975年放弃了风冷式V8发动机。911能获得成功，很大程度上是因为受到用户们的青睐。他们不希望这样一款特别的车型被其他产品，比如其设计更为主流的保时捷928所取代。除此之外，911在进化的过程中不断加入了新的技术，也让它自始至终都拥有出色的竞争力。

　　911的发动机并非一成不变。它一直在进化，不断借鉴着从各方面所汲取来的经验，同时集合了工业上的新方法以及计算机科技。在保时捷工作的人们始终将前瞻性的想法移植到现实工作中——从Mezger领导公司，到技术人员的监督测试平台或是新产零件的硬度测试等等，让一切适应当今飞速发展的世界。而911用户们同样拥有强烈愿望，希望911永葆青春。