Автомобили с ДВС и гибриды: история, настоящее, будущее

Реклама
Великолепное "экономное" конструирование двигателя под ресурс, себестоимость каждого элемента просчитана многократно исходя из "минимально достаточного" критерия. Итальянцы не думали о прибыли, а японцы и БМВ думают)
 
Великолепное "экономное" конструирование двигателя под ресурс, себестоимость каждого элемента просчитана многократно исходя из "минимально достаточного" критерия. Итальянцы не думали о прибыли, а японцы и БМВ думают)
Тойота как массовый производитель имеет очень приличную долю американского рынка, где нет ценза на объём, топливные налоги невысокие, и есть высокий спрос на пикапы, это настоящий ответ. Если бы она опиралась только на Японию, не было бы там никаких массовых V6, и не факт что были бы и не массовые, она же традиционно крайне рациональная.

Именно из-за доли американского рынка ей имеет смысл разрабатывать массовый объёмный V6, унифицированный с версией для пикапа, который сам себя прекрасно окупит. У европейских массовых производителей где ценз есть и налоги высокие основным мотором всегда был рядный 0.9-1.8, в зависимости от производителя. Версия с V6 на старших моделях существовала у них для имиджевых целей а не для заработка на ней, реальный объём продаж был на уровне 5% объёма выпуска модели класса D или класса Е, пока они его производили, и её разработку и выпуск фактически субсидировали версии с рядниками.

В этих условиях себестоимость такого двигателя не так важна, а его оптимизация под массовый выпуск экономически бессмысленна. Европейские автопроизводители не имеют рычагов чтобы изменить европейское регулирование и энергетическую политику, поэтому сейчас V6 у их массовых марок просто исчезли.
 
Последнее редактирование:
V6 у массовых европейцев появлялись в основном с прицелом на американский рынок, либо как часть унификации с машинами продававшимися там. Так как объёмы сбыта машин с такими моторами были невелики, вовсю использовалось разделение издержек.

Это объясняет почему в начале 70-х был разработан V6 с развалом 90 градусов альянса Пежо-Рено-Вольво, PRV, для машин Пежо и Рено класса Е, наследник проекта 90-градусного V8.

Ситроен пользовался в 70-х для своей машины класса E/F мазератиевским 90-градусным V6 от Merak, тоже проектом на базе 90-градусного V8. Далее, уже в составе Пежо, для машин класса E он также перешёл на PRV.

Массовые итальянцы, Фиат для старших машин Лянчи до поглощения Альфы и появления доступа к её 60-градусному V6, описанному выше, пользовался всё тем же PRV. С получением доступа в 1986-м, он пользовался уже альфовскими V6, для своих машин и машин Лянчи класса Е.

Массовые немцы, Опель пользовался разработкой выполненной на деньги GM, своеобразным V6 с углом развала в 54 градуса, с прицелом на использование американским Каддилаком и Сатурном, что фактически и произошло в 90-00-х, и для продажи в Британии небольшого количества перемаркированных Опелей под маркой Воксхолл. А также, с прицелом на использование шведским Saab-ом который GM тогда прикупила, имевшим значительную часть сбыта на американском рынке. Всё в рамках корпоративной логики GM.

Фольксваген, своим странноватым VR6 с развалом в 15 градусов, с которым, и его 5-цилиндровыми деривативами, прицел был на всё тот же рынок США.
 
Последнее редактирование:
А у БМВ же как бы и V8 и V12 имелись в наличии на гражданских машинах?
Они долго отрицали их необходимость, как в брошюре по E23, выпущенной на рынок в 1977-м, время между первым и вторым топливным кризисами, мол испытали на ней в процессе разработки алюминиевые 3.8 V8 и 4.5 V12, не то, дорого, а сейчас время думать о экономии, и наш 6-цилиндровый рядник с чугунным блоком дешевле и вообще лучше.

e23.jpg


Потом с начала 80-х в мире снова пошёл экономический рост, ситуация с доступностью нефти и бензина улучшилась, в БМВ снова увидели возможность подзаработать, и резко выпустили машины с бытовыми V12 и V8 со словами так мы давно хотели, лучшие в мире моторы, налетай.
 
Последнее редактирование:
Touring, как владелец Тойота тундра, я вам скажу, что японские пикапы (тундра и титан от Ниссана) также популярны в штатах, как и норковые шубы в Дубае.
 
Итальянцы ещё как думают о прибыли, вопрос как её получить.

60-е были временем большого оптмизма, Альфа тогда имела четырёхвальный 2.6/3.0 V8 с собственным механическим впрыском Spica-Alfa, и традиционалистское 105-е шасси с передней двухрычажкой, и задним неразрезным мостом. Купе Монреаль на его базе известно, но планировались и другие, несколько, а также большой седан. Вовсю шла разработка новой 116-й платформы с коробкой и сцеплением сзади, передней двухрычажкой, и задним мостом Де Дион с параллелограммом Уатта.

00.jpg

01.jpg

02.jpg


Итогом стало несколько прототипов купе с различной технологией кузова, начиная от пространственного трубчатого стального с алюминиевыми внешними панелями, до штампованно-сварного стального, они были построены как в самой фирме, так и внешними бюро.

04.jpg

03.jpg

05.jpg

06.jpg

10.jpg

13.jpg
 
Последнее редактирование:
И несколько прототипов седана, нынешнего класса E/F, как модной тогда формы хэтч, так и классической трёхобъёмной.

11.jpg

12.jpg
 
Последнее редактирование:
Для младшего купе и начальной версии седана, в пару к V8, в конце 60-х была разработана более дешёвая альтернатива, тот самый V6, с одновальными головками вместо двухвальных, с единственным дросселем вместо индивидуальных, и с покупным электронным впрыском от Bosch вместо собственного механического, для удовлетворения будущих требований по выбросам, а также, с ременным а не цепным приводом ГРМ, ради снижения шумности. В 70-х годах шли работы по замене его блока с мокрыми чугунными гильзами на цельный алюминиевый, из Alusil-подобного сплава.

Главный конструктор механики Альф того периода описал его создание так.

----------------

21 июня 1967 года на нашем стенде начал работать довольно странный рядный двигатель, типа 108. Главного технического директора Сатту высшее руководство критиковали тогда за то, что я мог проектировать для него двигатели только с двумя верхними распределительными валами, повышенной стоимости; это меня очень разозлило, и так случилось, что вскоре после этого наша мастерская получила чертежи двигателя, который был немного сумасшедшим из-за того, что контроль газораспределения с приводом зубчатым ремнем располагался в задней его части, рядом с маховиком. Наиболее важной, однако, была головка, по-прежнему с полусферическими камерами, но гораздо более узким углом между клапанами; один распределительный вал в ней напрямую управлял впускными, обычным способом, выпускные проводились через поперечные короткий пушрод и коромысло. Короче говоря, это была конструкция, которая позже была чуть позднее использована нами на новом V6. Bosch провела на этом V6 первые испытания своего электронного впрыска, ожидая его дебюта в 1971-м году.

Еще одной темой, которой мы тогда посвятили себя, была возможность получения мономатериальных блоков цилиндров из алюминиевого сплава, с работой поршневых колец прямо по нему.

В конце лета 1970-го года General Motors запустила в производство автомобиль Chevrolet Vega с 4-цилиндровым двигателем с блоком из такого сплава, рабочим объёмом 2,300 см3 ; производство будет продолжаться до 1977 года, выйдет даже его версия в 2,000 см3 с 16-м клапанами, от Cosworth, с электронный впрыском и зажиганием, и отдачей в 112 л.с.

Основным специалистом по таким решениям была американская Reynolds, у неё был литейный завод в Массене (Нью-Йорк), поставлявший GM сплав для этих блоков. Это заэвтектический кремниевый сплав 390; при литье с его применением и последующей механообработке требовался особый подход. Поршни также требовали специальной обработки поверхности.

Среди преимуществ, помимо снижения массы двигателей, следует выделить меньшее количество проблем с прокладкой ГБЦ, возможность использовать увеличенный диаметр цилиндров при тех же внешних габаритах мотора, как и более тихую их работу, и меньший расход масла. Также, более быстрый прогрев, за счёт чего, скорейшее достижение нормального теплового режима, что особенно важно для соблюдения нормативов по выбросам.

В апреле 1974-го для получения практической информации о изготовлении и эксплуатации таких блоков я с нашим директором по производству посетил Reynolds в Ричмонде, штат Вирджиния, а также нескольких специализированных литейщиков в Детройте и Миннеаполисе.

Последним актом истории о поршневых кольцах, работающих непосредственно по алюминию, было испытание в июне 1975-го одного из наших рядных моторов, оснащённого гильзами из алюминиевого сплава 390, вместо стандартных чугунных. Отличная износостойкость, низкий расход масла, но на этом и всё; оценка затрат и нюансов с обрабатывающим оборудованием заставили тогда отказаться от этой идеи.

Mercedes на автосалоне во Франкфурте в 1977-м представил 8-цилиндровый двигатель объёма около 5,000 см3 с алюминиевым блоком из подобного сплава, без применения гильз; в 1985-м году последовало аналогичное решение для его же 8-цилиндрового двигателя объёма около 3,800 см3.

В марте 1977-го Porsche представила в Женеве свою новую модель 928, с V8 с аналогичным решением. В 1981-м такой же цельноалюминиевый блок был принят для 4-цилиндрового двигателя их 944-й модели с балансирными валами; то же самое в 1986-м для 944S с двумя распределительными валами на головку. Как и для новой версии V8 модели 928S4, уже с четырьмя распределительными валами.

Наконец, в сентябре 1986-го, был выпущен V12 от BMW объёма около 5,000 см3, для блока которого также применён сплав 390.
 
Последнее редактирование:
Реклама
Технический директор дополняет.

----------------

Я стал директором по испытаниям в 1966-м году и занимал эту должность до 1976-го, когда был назначен техническим директором всей фирмы. Когда разрабатывался V6, я все еще был в отделе испытаний, еще не был главным по технике, но, как обычно, когда возникали проблемы, то звали нас. Он рождался трудно, с рядом проблем, в том числе потому, что были использованы новые для нас решения; например, у нас не было опыта работы с зубчатыми ремнями, поскольку мы традиционно использовали цепи.

Но была и политическая проблема. В то время я не имел права голоса в части проектирования, однако настаивал на том что фирма собиралась совершить большую ошибку, они ведь хотели выпустить его объёмом всего 2,200 см3. Я возражал, потому что у нас уже был 4-цилиндровый двигатель объёма 2,000 см3, который работал очень хорошо; вместе с тем машина с мотором объёма 2,200 сразу переходила в иной стоимостный класс, из-за особенностей национального налогообложения. Мы не должны выпускать такой — сказал я, — вместо этого нужно делать большего объема, потому что в противном случае 4-цилиндровый в коммерческом плане его попросту “съест”.

Кроме того, увеличивая количество цилиндров, и желая получить более высокую отдачу при небольшом увеличении рабочего объёма, не стоит увеличивать рабочие обороты, разве что немного, потому что есть проблема шума, это же не гоночные автомобили. В фирме были очень сильные противоречия по этому вопросу, но мне удалось утвердить рабочий объём V6 в 2,500 см3. Потом, когда я стал техническим директором, я снова увеличил его, до 3,000 см3.
 
Последнее редактирование:
В конечном итоге из-за первого топливного кризиса начала 70-х альфовские купе с V8 были отменены и не вышли из фазы прототипов, а выпущенный непосредственно до него Montreal с 2.6 V8 продавался слабо.

Все европейские производители кроме Бенца бросились проектировать тогда кузова с меньшим фронтальным сечением и массой, сам он начал делать нетипично маленький для себя W201, большой седан Альфы поэтому же стал меньше. Он был выпущен на рынок только в 1979-м, когда они посчитали что шок от кризиса прошёл, вместо планового 1971-го, с единственным 2.5 V6 оснащённым 6-ю карбюраторами.

И только в 1983-м появилась его версия с впрыском от Bosch (L-Jetronic), которую планировали выпустить ещё в 1971-м (D-Jetronic). Для внутреннего итальянского рынка тогда же выпустили отдельную версию с 2.0 V6, с 6-ю карбюраторами, поскольку в 1974-м сразу после первого топливного кризиса на все машины с моторами объёмом более 1,999 см3 в Италии стали назначать двойной НДС.

img_7280-jpg.1736542.jpeg


Для экономных на этой модели в 1983-м появился рядный 5-цилиндровый турбодизель от VM Motori, объёмом 2,500 см3. Моду на дизель и топливную экономию вызвал всё тот же кризис.

img_7281-jpg.1736543.jpeg
 
Последнее редактирование:
О прибыли все думают, только идут к ней разными путями )
Абсолютно верно. Но, применительно, к моделям пикапов японцев - Ниссан Титан (вообще мизерные продажи, я бы сказал, сейчас продажи этого пикапа в Штатах, по сути, на 0) и Тойоты тундры (десятки тысяч в год, новая модель оптимизма не добавляет с ломучим 3.4 V6 Bi-turbo) - можно констатировать провальную стратегию. Продажи американских пикапов Форд и Додж, GM - совсем другие цифры и тому есть причины.
 
Великолепное "экономное" конструирование двигателя под ресурс, себестоимость каждого элемента просчитана многократно исходя из "минимально достаточного" критерия. Итальянцы не думали о прибыли, а японцы и БМВ думают)
Что до прибыли, Фиат планово прикрыл литейное производство Альфы вместе с моторным участком по производству исторического V6 под Миланом в 2006-м, чуть позднее распустил команду альфовских разработчиков. Нормально было бы разработать к этому времени новый фирменный V6, но малая доля его в продажах, особенно учитывая дизелизацию, никак не мотивировала Фиат тратиться на это.

Учитывая данный момент, для машин 939-й платформы (159/Brera/Spider) заложенной совместно с Saab в 2000-м, менеджмент Фиата в рамках альянса с GM решил взять всё кроме головок у "всемирного" мотора High Feature V6 американской разработки. Альфовские конструкторы в начале 00-х разработали для него модифицированные головки, на базе GM-овских, версию под непосредственный впрыск от Bosch, изменив для этого камеры сгорания и поршни, также, впуск и выпуск.

Подробности по GM-овскому High Feature V6 объёмом 3.6 (LY7), в сравнении с тойотовским 3.5 (2GR-FE), ниже.

01.jpg


Угол развала те же 60 градусов, что и у Тойоты и исторического альфовского. Плюсы те же, он даёт равномерный 120-градусный интервал зажигания, и мотор с ним довольно узкий. Минусы, он при этом довольно высокий, и его коленвал не самый лёгкий и жёсткий.

Привод агрегатов, как и у Тойоты, многоручейковый ремень, отличие от неё, ролика его привода здесь не два а три, все они также с металлическими обоймами, а натяжителя не один а два, также автоматических, механических.
02.jpg


Привод распредвалов, цепями, как у Тойоты, у той применена основная однорядная длинная цепь привода впускных распредвалов, и от них две дополнительных коротких однорядных к выпускным, здесь же, основная однорядная цепь средней длины промежуточной звёздочки, со своим натяжителем и успокоителем, далее, по одной однорядной цепи средней длины с натяжителем и успокоителем, для впускных и выпускных распредвалов каждой головки.

У тойотовского 2GR два 40-градусных вариатора фаз на впуске, и два 35-градусных на выпуске, здесь они 50-градусные на всех 4-х распредвалах. Минус тот же, чем их больше, тем ниже отказоустойчивость и выше инерция, чем совсем без них. Плюс, их применение позволяет не делать компромисса между величиной перекрытия фаз и уровнем стабильности холостых, за счёт чего отдача внизу и в середине выходит более высокой.

Впускной коллектор у Тойоты армированный пластиковый, переменной длины, здесь такой же регулируемый, но из алюминия, двухкомпонентный, из сплавов A319 и A356 с обработкой T6, верх и низ. Минусы пластика, меньшая прочность долговечность и отказоусточивость. Плюсы, меньшая масса и стоимость. Алюминий, наоборот.

Картер, в отличие от Тойоты, у которой он двухэлементный, алюминиевый литой и штампованный стальной, одноэлементный, алюминиевый литой, ради большей жёсткости, из сплава A319.
03.jpg


Интервал между центрами цилиндров у Тойоты задан равным 105.5 мм, здесь 103 мм, тоже немало, благо схема V6 имеет всего три цилиндра в ряд, и мотор с ней в принципе не длинный.

У Тойоты блок из вторичного алюминиевого сплава А380.2 (AlSi9Cu3(Fe)), здесь из вторичного A319 (AlSi6Cu4), у Тойоты он литья высокого давления (high pressure die casting), здесь, точного литья в песок (precision sand casting), у Тойоты он открытого типа (open desk), здесь закрытого (closed desk). При этом, как и у неё, он гильзованный на этапе литья тонкими чугунными гильзами (cast-in liners), и тоже идёт с раздельными крышками опор коленвала.

Минусы, практически те же что и у неё, меньшая чем у варианта с цельной нижней рамой крышек жёсткость низа, опор коленвала, и худшее чем у гильзованного по-мокрому или же цельного алюминиевого из первичного сплава A390, коммерческое название Alusil (AlSi17Cu4Mg) теплоотведение. К тому же, как и у неё, блок из вторичного сплава менее прочный чем из первичного. Плюсы, в отличие от Тойоты жёсткость верха, в области цилиндров, очень высока, при этом, жёсткость в районе опор коленвала с применёнными крышками большого заглубления (deep skirt) на 6-болтовом креплении также довольно высока, как и у неё. С этой технологией гильзовки как и у Тойоты невысока доля ручного труда, и цикл литья не самый длинный, поэтому, достижим высокий темп выпуска.


04.jpg


Версия LY7 объёма 3.6 получена применением хода в 85.6 мм, при диаметре цилиндра в 94 мм, у Тойоты при том же диаметре ход равен 83 мм, что даёт чуть меньший рабочий объём 3.5. У Тойоты 147.5 мм шатун, здесь 150.4 мм. Скорость поршня у LY7 чуть-чуть выше чем у 2GR, за счёт увеличения хода, как и нагрузки на оборотах, поскольку максимальная мощность достигается на тех же оборотах.

Коленвал, как и у Тойоты, из кованой стали (forged), с достаточно размерными шейками, и упрочнением их токами высокой частоты (high frequency induction hardening), и тоже с парами шеек с доворотом и промежуточными противовесами между ними, ради увеличения жёсткости. Устранение изначально нескомпенсированных моментов двух рядных троек (rocking couple) как и у Тойоты выполнено утолщёнными крайними противовесами коленвала. Минус, не самый большой по толщине слой упрочнения шеек, так как упрочнение токами в этом отношении проигрывает применённому итальянцами газовому азотированию (gas nitriding hardening). Вдобавок, такой вариант с массивыми крайними противовесами приводит к большей инерционности. Плюсы, как и у Тойоты, более низкая стоимость, невысокая с данной технологией литья и обработки шеек доля ручного труда, поэтому, высокий темп выпуска.

Диаметр коренных шеек у 2GR Тойоты задан равным 61 мм, здесь 68 мм, что ближе к 71 мм тойотовского 1GR. Диаметр шатунных, те же 56 мм, что и у Тойоты.

Шатуны как и у Тойоты спечённые стальные (sintered), нетяжёлые, поэтому инерциальные нагрузки умеренные. Минус, кованые (forged) были бы при той же массе прочнее. Плюс, более низкая стоимость. Вкладыши как и у Тойоты идут с антифрикционным покрытием.

Поршни как и у Тойоты литые алюминиевые, с короткой юбкой, довольно лёгкие, как и у итальянского, поэтому инерциальные нагрузки умеренные. Минус, кованые (forged) были бы ещё легче при той же прочности. Плюс, более низкая стоимость.

Как и у Тойоты реализовано масляное охлаждение поршней, что даёт их меньшую температуру.

06.jpg

Головки, как и у Тойоты из первичного алюминия, литья низкого давления в полу-постоянные формы (low pressure semi-permanent mold), 4-клапанные, с цельными распредвалами, как и у тойотовского 2GR распредвалы выполнены с невысоким и плавным профилем кулачков, и приводом клапанов через рокеры с роликами на игольчатых подшипниках, и гидрокомпенсаторами клапанных зазоров. Основной минус тот же, система привода клапанов через рокеры обладает большей инерцией чем прямой привод. Плюсы, за счёт привода клапанов с роликами качения трение снижено, что приводит к снижению внутренних потерь, и пониженному износу кулачков, а гидрокомпенсаторы дают более низкую стоимость обслуживания.

Камеры сгорания как и у Тойоты с узким углом между клапанами, что позволяет сделать клапаны большими, особенно впускные, и пропустить больше воздуха. Камеры довольно плоские, у Тойоты у которой они размещены как в головках, так и в поршнях, здесь, только в головках. У Тойоты они выполнены со сквиш (squish) областями оставленного металла вокруг клапанов, и выборками в поршнях, для закручивания и лучшего смешивания смеси, здесь такого нет. Впускной клапан у Тойоты идёт с 38 мм тарелкой, выпускной с 32 мм, здесь чуть меньше, 37 и 30.6 мм. Подъём у Тойоты 10.9 и 10.7 мм, здесь 10.95 мм и 10.95 мм, всё похоже, головки производительные по воздуху, хоть и с повышенной массой клапанной системы. Сечение впускных каналов также образом существенное, под размер клапанов, качество литья и однородность стенок каналов похожи.

05.jpg


Впрыск, в каналы, низкого давления, с электронно-управляемой дроссельной заслонкой, ровно как у Тойоты. Минусы аналогичны, есть замачивание стенок каналов и впускных клапанов, за счёт чего не сто процентов топлива участвует в смесеобразовании, к тому же степень сжатия ограничена детонационной стойкостью топлива и формой и размером камер сгорания, всё это приводит к некоторому повышению расхода топлива. Также, возможны отказы электронной заслонки. Плюсы те же, простота и отказоустойчивость такого впрыска, негромкая его работа за счёт отсутствия насоса высокого давления, есть омывание бензином каналов и клапанов, которое даёт не зарастающий масляными отложениями впускной тракт, стабильного сечения, а электронная заслонка даёт реализовать круиз-контроль, трэкшн-контроль, систему стабилизации, и иные системы помощи водителю.

Зажигание, как и у Тойоты, статическое с индивидуальными катушками над свечами, и датчиками детонации на каждый ряд цилиндров. Минус, рост стоимости по отношению к системам с механическим распределителем и высоковольтными проводами. Плюсы, более высокая отказоустойчивость, и отсутствие износа.

07.jpg


Клапанные крышки, у Тойоты они алюминиевые, здесь армированный пластик. У алюминиевых более высокая стоимость и масса, чем у пластиковых, и большее пропускание звуков работы клапанных механизмов, при этом, большая прочность и долговечность. У пластиковых наоборот.

Выпускной коллектор как и у Тойоты, внешний, чугунный, количество катализаторов и лямбда-зондов зависит от версии стандарта по очистке, и региона реализации.

08.jpg


Насос охлаждающей жидкости как и у Тойоты в алюминиевом корпусе, с приводом от ремня агрегатов, без электронного регулирования. Масляный насос, с приводом от коленвала, однорежимный, без электронного регулирования, всё то же что и у Тойоты. Термостат, аналогично, пружинно-мембранный вкладыш в разборном алюминиевом корпусе.

Объём заливки масла у Тойоты 6.8 литров, вязкостная формула для умеренного климата 5W30, оно полусинтетическое, интервал замены на рынке США до начала 10-х годов был установлен равным 8 тысячам километров / 6 месяцам, что наступит ранее, с начала 10-х годов он был увеличен до 16 тысяч километров / 1 года, видимо тогда перешли на полностью синтетическое. Здесь объём заливки чуть меньше, 6.2 литра, применено то же по вязкости масло 5W30, синтетическое, изначальный интервал замены 8-16 тысяч километров / полгода-год, по расчёту и показаниям бортового компьютера, с начала 10-х верхние калибровочные значения снижены до целевых 10 тысяч километров.
 
Последнее редактирование:
Назад