Автомобили с ДВС и гибриды: история, настоящее, будущее

Touring сказал(а):

Ниже три машины разных марок авторства Федерико Форменти из Touring, практически последние из великих итальянских кузовных работ.



Были и другие звёзды, например Эрколе Спада из бюро Дзагато (впоследствии он "поставит стиль" седанам БМВ 80-х, от Е30 до Е38). Ниже купе 2600 SZ с этим же 6-цилиндровым мотором, на том же шасси, но с более обтекаемым кузовом, чем базовый.




У машины те же три сдвоенных Weber-а.



И те же передние двухрычажки.



Первую большую работу в бюро Bertone на этом шасси выполнит тогда Джорджетто Джуджаро (впоследствии он "поставит стиль" купе БМВ 60-х, своей 3200, с неё пойдёт "изгиб Хофмайстера", названного по имени инженера из БМВ). Ниже его купе, 2600 Sprint.





Не останется в стороне и Джованни Микелотти (он в свою очередь "поставит стиль" БМВ-шной линейке седанов Neue Klasse 60-70-х), выполнив для кузовщика OSI свою версию в кузове седан, 2600 de Luxe.

Нажмите, чтобы раскрыть...

Очень интересно!
А не могли бы вы рассказать в том же ключе про ФВ Карман Гиа, плиз?

Ту-155 сказал(а):

Touring, а как вы относитесь к литературному творчеству Юрия Долматовского.
If any.

Нажмите, чтобы раскрыть...

Мне оно как-то не попадалось. Видел его машины, и кажется ему не повезло с реализацией. Данте Джакоза успешно реализовал эту идею в 56-м.

Touring сказал(а):

Мне оно как-то не попадалось. Видел его машины, и кажется ему не повезло с реализацией. Данте Джакоза успешно реализовал эту идею в 56-м.

Нажмите, чтобы раскрыть...

Мультипла довольно подробно описана в его книгах. И его стиль письма очень сходен с вашим.
Если будет время, почитайте, получите удовольствие.
Причем "Автомобиль в движении" это уже довольно техническая книга.

Мне вот что интересно. На шесть цилиндров поставили три карбюратора. Хорошо, что не шесть. Каковы причины? Короткий впускной трат, и одинаковый для всех цилиндров? Что-то ещё?
Понятно, что бонусом идет надежность. Если один из трёх карбюраторов засорится, остальные два позволят ехать не так уж и плохо.

constructor сказал(а):

Мне вот что интересно. На шесть цилиндров поставили три карбюратора. Хорошо, что не шесть. Каковы причины? Короткий впускной трат, и одинаковый для всех цилиндров? Что-то ещё?
Понятно, что бонусом идет надежность. Если один из трёх карбюраторов засорится, остальные два позволят ехать не так уж и плохо.

Нажмите, чтобы раскрыть...

Причина установки - более стабильная подача топливной смеси, соответственно - повышение мощности и крутящего момента.

Touring, читая ваши сообщения, понимаешь на сколько раздуто понятие "немецкий инженерный гений", сколько итальянцы всего разработали для немцев, а уж сегодня в век глобализации. Это чем-то напоминает главных конструкторов времён СССР, Глушко и ракетные двигатели, или Соловьев & Мирзоев и автомобили.

constructor сказал(а):

Мне вот что интересно. На шесть цилиндров поставили три карбюратора. Хорошо, что не шесть. Каковы причины? Короткий впускной трат, и одинаковый для всех цилиндров? Что-то ещё? Понятно, что бонусом идет надежность. Если один из трёх карбюраторов засорится, остальные два позволят ехать не так уж и плохо.

Нажмите, чтобы раскрыть...

В какой-то момент додумались использовать эффект инерции газов, начав открывать впускной клапан когда выпускной ещё не закрыт. При этом, за счёт засасывания уходящими газами входящих, происходит т. н. scavenging или продувка цилиндра, и поэтому он более полно наполняется свежей смесью. За счёт чего растёт отдача.

Технически это реализуется за счёт перекрытия фаз кулачков клапанов. При полностью или сильно открытом дросселе всё красиво.

Но, на средних и низких нагрузках, уже нет. С традиционной единой дроссельной заслонкой и общим выпускным коллектором, она на них почти прикрыта, а поршни-то воздух качают, поэтому в коллекторе за ней создается заметный вакуум. Вкупе с противодавлением во выпускном коллекторе, это при высоком фиксированном перекрытии обращает направление продувки, и уже напротив выхлопные газы начинают вытеснять из цилиндров свежую смесь обратно, в сторону впускного коллектора. За счёт чего падает отдача, растут выбросы, и теряют стабильность холостые.

Приходится снижать степень перекрытия фаз, чтобы их стабилизировать, и чтобы снизить выбросы, попутно приведя отдачу снизу в норму. Но это само собой оказывает негативное влияние на пиковую отдачу. Надо искать компромиссное значение перекрытия.

Разработчики почесали голову и решили, а давайте-ка это поправим, сохраним перекрытие фаз высоким, при этом избавимся от коллектора за дросселем, и как-нибудь увеличим угол его открытия. Разделение на поцилиндровые заслонки, карбюраторов или впрыска, ровно это и делает, так как нет общего коллектора за ними, и угол открытия каждой небольшой существенно выше, чем прежней единой.

Если нет возможности сделать так, то надо ставить вариатор фаз, поворотом одного из распредвалов по факту обнуляющий перекрытие на низких оборотах. Альфа ровно это и сделала, в 80-м году, когда ей пришлось отказаться в США из-за новых требований по выбросам от таких хитрых многодроссельных карбюраторов, так как они были не совместимы с нужным для соответствия требованиям клапаном EGR, управляемым как раз вакуумом на впуске. Отказ шёл в пользу впрыска с единой заслонкой и общим коллектором. Чтобы применять всё те же мощностные распредвалы, что и ранее, и не потерять при этом середину и низ, а также холостые, и оказался нужен такой вариатор. И он был успешно разработан.

Поначалу, в сочетании с собственным механическим впрыском, он был тоже механическим, а вернее гидромеханическим, переключаемый ростом давления масла выше заданного предела, с ростом оборотов. Как только внедрили бошевский Мотроник в 83-м, он стал с электрическим управлением, переключаемым более гибко, через соленоид.

С 87-го такой вариатор стоял на всех 2-литровых 4-цилиндровых рядных моторах фирмы и в Европе, а с 92-го вообще во всех 4-цилиндровых рядных моторах, исключая младший 1.7 (но для ряда рынков он был и на нём).

Для фирменного V6 объёмом 2.5 и 3 литра разработчики посчитали, что подбором распредвалов на компромисс по степени перекрытия, между верховой и низовой отдачей, и качеством холостых, закроют все проблемы, и так и сделали. Большому мотору вариатор не особо и нужен. К тому же он добавляет инерционности приводу клапанов, да и отказоустойчивость тоже снижает.

Если есть интерес, могу подробней написать про генезис этого вариатора, и про его автора, с фотографиями.

Touring сказал(а):

Если есть интерес, могу подробней написать про генезис этого вариатора, и про его автора, с фотографиями.

Нажмите, чтобы раскрыть...

Вау! Теперь я узнал немного, зачем короткий впускной тракт, причем желательно отдельно для каждого цилиндра. Хотелось бы узнать, конечно, вариатор и на современных двигателях применяется, или сейчас от него ушли? Спасибо!

Touring, а как же хондовский VTEC который стоял на civic 1.6 vti и аккорд 2.2 которые были популярны в Европе?

Бармалей сказал(а):

Touring, а как же хондовский VTEC который стоял на civic 1.6 vti и аккорд 2.2 которые были популярны в Европе?

Нажмите, чтобы раскрыть...

Хонда хитрая, они изначально разработали эту систему, чтобы рекламировать за счёт топовых и более дорогих, то есть точно не массовых, свои незатейливые, недорогие в производстве, и самые продаваемые моторы 1.3/1.5, и 1.8/2.0. А потом уже, с модификацией системы для них, и установкой в них, соответствовать требованиям по выбросам и экономичности.

В идее распредвалов с двумя (в их реализации тремя, два из которых одинаковы) различными по профилю кулачками нет ничего инновационного, сложность в механизме переключения между ними, и наборе рокеров, стоимости всех этих дополнительных компонент, росте с их внедрением инерции в приводе клапанов, росте габаритов головки, росте сложности, и вместе с этим, всегда, падении отказоустойчивости.

Последнюю указанную проблему Хонда успешно решила, её поставщики обрабатывающего оборудования и производственные технологи, большие молодцы.



Основной минус, неравномерная и "горбатая" характеристика отдачи с ней, до переключения и после, когда как в норме конструкторы бытовых моторов наоборот стремятся сгладить и максимально выровнять по горизонтали моментую кривую.

Ниже приведены заводские кривые для их раннего мотора 1.6 начала 90-х с этой системой (чёрный прерывистый), и поздней его версии 1997-го (красный сплошной), видно насколько моментная кривая мотора неравномерная. И на 1.5-4 тысячах оборотов, на которых шумность работы ещё приемлема, у обоих моторов всего 120-140 Нм пиковых.



При этом, оценивая эти заводские данные, стоит упомянуть, что они получены на моторном стенде, при комнатной температуре, на маховике двигателя, и без подключения навесного оборудования. С навесным, на колесе, в реальной жизни, будет меньше.

К тому же, стоит учесть что приведены моторы с высокой степенью сжатия в 10.4:1 и 10.8:1, испытанные на японском 100-м бензине. На широко распространённом европейском 95-м оба они уйдут в детонацию, ЭБУ сдвинет зажигание по сигналу её датчика, и приведённой отдачи уже не будет. Будет процентов на десять и более ниже, то есть 110-125 Нм на маховике в диапазоне 1.5-4 тысячи, что в общем очень немного, и подойдёт только для машины массой тонна, то есть современного компакта размерного класса В (в те времена класса С).

И даже эти цифры, пиковые, на так важны, они характеризуют только разгон с педалью в пол, причём на очень высоких оборотах, как в жизни почти никто не ездит. Наиболее практически важна в ней реакция на педаль на частичных нагрузках, скорость отклика мотора и характеристика нарастания момента на колесе.

И конструкторы старых европейских фирм, которые для гоночного использования строили удивительные моторы ещё в 30-50-х, для бытовых всегда фокусировались на этих параметрах, а не на пиковых цифрах.

Touring, я помню аккорд 2.2 втек ещё старшеклассником, тк старший брат купил себе такую из Голландии на авторынке в Люберцах, с механической коробкой. Это после 4000 об/мин это была ракета в 1993 году. И машина была очень надёжная, жаль без кондиционера, за что и была обменена на тойоту прадо 95 с 3.4 V6. Ощущения от любых этих машин для советского старшеклассника были очень яркими.

constructor сказал(а):

Вау! Теперь я узнал немного, зачем короткий впускной тракт, причем желательно отдельно для каждого цилиндра. Хотелось бы узнать, конечно, вариатор и на современных двигателях применяется, или сейчас от него ушли? Спасибо!

Нажмите, чтобы раскрыть...

Пожалуйста.

Да, применяется, но более сложная к предыдущим, от той же Альфы (вернее, технически упрощённая, и видимо более дешёвая в производстве, но с большими возможностями по управлению) гидромеханическая версия, с электронным контролем. Дающая возможность уже плавного а не ступенчатого регулирования угла поворота распредвала.

Например, от немецкой INA.




Внутреннее устойство.




Происходит поворот за счёт применения подпружиненного ротора с 5-ю герметизированными полостями, поворачиваемого на нужный угол маслом под давлением, в свою очередь преодолевающим сопротивление встроенной в корпус вариатора спиральной пружины. Достаточно несложная конструкция, однако требующая высокой точности обработки, и соблюдения сроков замены масла, в идеале более частой его замены, чтобы оно оставалось чистым, и не зашламливало систему.



Такой вариатор может применяться как на впускном, так и на обоих валах, что в основном и делается, и в сочетании с непосредственным впрыском это позволяет предельно выровнять моментную кривую снизу, при этом обеспечить реализацию внутреннего EGR только за счёт работы основной клапанной системы, за счёт того и другого уложиться во всё более жёсткие требования по выбросам.

Дальнейшее развитие, электромеханическая версия, например от японской Denso, с непосредственным приводом механизма поворота от встроенного электромотора, через небольшой редуктор, это решение повышает скорость регулирования по отношению к гидромеханической. Такие например стоят сейчас на массовых моторах от Тойоты.

Бармалей сказал(а):

Touring, я помню аккорд 2.2 втек ещё старшеклассником, тк старший брат купил себе такую из Голландии на авторынке в Люберцах, с механической коробкой. Это после 4000 об/мин это была ракета в 1993 году. И машина была очень надёжная, жаль без кондиционера, за что и была обменена на тойоту прадо 95 с 3.4 V6. Ощущения от любых этих машин для советского старшеклассника были очень яркими.

Нажмите, чтобы раскрыть...

Правда или нет, читал что более поздние выпуски такого же авто оснащались другими двигателями, с меньшей мощностью и меньшими максимальными оборотами.
Фанаты были разочарованы.

Дальнейшее развитие идеи вариатора, это системы, ровно как и хондовская VTEC, объединяющие возможность изменения фаз с возможностью менять степень подъёма клапана, но в отличие от неё делающие это уже не ступенчато, а плавно.

Например бмв-шная Valvetronic, или фиатовская Multiair.

Преимущество Multiair над VTEC, плавная а не дискретная характеристика регулирования фаз и подъёма, а над электромеханической Valvetronic, возможность не общего, а поцилиндрового регулирования, за счёт реализации в ней электрогидравлического принципа.

Вдобавок, с ней идёт фактический отказ от дросселирования основной заслонкой, на входе во впускной коллектор, ровно как и с БМВ-шной Valvetronic. Регулирование количества поступающего воздуха и осуществляется не только плавно, и поцилиндрово, за счёт контроля подъёма каждого впускного клапана. Работа на частичных нагрузках на сильно открытом дросселе, почти как в дизельном моторе, даёт снижение насосных потерь, и расхода топлива (именно на таких нагрузках). Основной дроссель при этом сохранён, но играет добавочную, а также страховочную роль.

Также, в отличие VTEC и Valvetronic, в Multiair реализован отказ от впускного распредвала, его пружин и толкателей, шестерни его привода, за счёт этого реализована большая компактности головки и механизма привода. Экономически, значительная часть стоимости нового узла компенсирована отказом от вышеупомянутых компонент. Что позволило применить систему в том числе на недорогих Фиатах с 2-цилиндровыми турбомоторами.

Ограничения нынешней реализации, в силу вносимой ею инерционности, диапазон рабочих оборотов до 7,000, что всё равно с запасом закрывает бытовое применение, особенно для турбированных моторов.

В 2001-м центр разработок Фиата CRF лицензировал эту систему немецкой INA, которая входит в немецкий автокомпонентный концерн Shaeffler. В 2003-м был выпущен первый прототип, в 2007-м система была наконец индустриализирована, после выхода на запланированные технические параметры.

Дебютировала она под коммерческим названием Multiair в 08-м году, на 170-сильном массовом турбомоторе группы Фиат объёмом 1.37 литра.

Описание от Shaeffler.



Возможности, режимы работы.



Принципиальный вид, компоновка.




Расположение в двигателе.




Индустриализированный модуль системы для 4-цилиндрового мотора 1.37 группы Фиат, производства немецкой INA. Сделано в Германии, кстати, никакого Китая.

Touring, на каких моторах сейчас стоит Multi air?

Touring сказал(а):

Работа на частичных нагрузках на сильно открытом дросселе, почти как в дизельном моторе, даёт снижение насосных потерь, и расхода топлива (именно на таких нагрузках). Основной дроссель при этом сохранён, но играет добавочную, а также страховочную роль.

Нажмите, чтобы раскрыть...

Практиковали иногда выключать из работы часть цилиндров. Но почему-то такая практика широко не пошла.

Бармалей сказал(а):

Touring, на каких моторах сейчас стоит Multi air?

Нажмите, чтобы раскрыть...

Система применена на очень многих моторах концерна Фиат-Крайслер, начиная от 2-цилиндрового 0.9 Турбо на 500-м, где она поименована маркетингом как TwinAir.

Или же, взять 4-цилиндровый турбомотор младшего альфовского СУВа Тонале в версии подключаемый гибрид образца 22 года, объёмом 1.33 литра, он также содержит в себе модуль Multiair на впуске. За счёт чего в частности и обеспечена пиковая отдача в 180 сил на 5,700 оборотах, при пиковом моменте в 280 Нм на всего-то 1,850-та, и очень умеренном расходе топлива на частичных нагрузках. Такая вот альтернатива атмосферно-оборотистому подходу Хонды, и в отличие от неё с сохранением низового момента, и поэтому удобства управления тягой. Конечно, турбирование и подобная продвинутая система VVT-VVL стоят денег в производстве. Японцы же традиционно экономят. Потом я слышу в салоне Мазды байки о том что атмосферники из-за "надёжности". И мне смешно.

В том числе, она стоит на их "мировом", разработанным как 310-сильный 4-цилиндровом турбомоторе 2.0 GME = Global Medium Engine, сконструированном именно в Фиате, и применяющемся на нынешних средних моделях Альфы, Джулии и Стельвио, в 200 и 280-сильном исполнении, ради получения покупателями машин более низких налоговых ставок (сейчас оставили только вариант 280).

Также этот 2.0 GME стоит на нынешних машинах Мазерати, всей линейки от Грекале до Леванте, иключая купе, в 330-сильном варианте с двухкаскадным наддувом, с малым электрическим 48-вольтовым турбокомпрессором, и большим традиционным, приводимым выхлопными газами. Электрический питается от очень небольшой 48-вольтовой литиевой батареи весом 6.5 кг, энергия в которую запасается в том числе при рекуперации на торможении, от ременного стартер-генератора BSG. Всё это включая DC-DC конвертер интерфейса 12-48 Вольт идёт от Bosch. Таким образом, появляется возможность совместить традиционную мощностную турбину высокой пиковой отдачи, убрав её неизбежную повышенную инерционность на низких оборотах за счёт применения второго, очень быстро раскручивающегося компрессора с электроприводом, в каскадной с ней конфигурации.


В итоге разработчики получили 4-цилиндровый мотор, по пиковой мощности (330 сил на 5,800 оборотах) превышающий 3-литровый дизельный с каскадной двухтурбинной системой наддува. С тягой лучше чем у дизеля с самого низа (формально, пик 450 Нм на 2,000-4,000 оборотах), и без турболага вообще. Без весового гандикапа размерного дизеля, а также без его сложнейшей системы очистки от оксидов азота в варианте EU-6d. Что и было основной целью разработчиков, убрать её. С расходом топлива в городском режиме и на частичных нагрузках стремящимся вплотную к такому дизелю, как раз за счёт применения Multiair.

В конце 10-х систему Multiair через Shaeffler также лицензировала группа JLR, для применения в своих 2.0 4-цилиндровых турбомоторах Ingenium II.

Touring, но надёжность 2л грекале под вопросом как я понимаю?

Предложенная система изначально называлась Uniair, потому что изначально стояла задача уравнять количество воздуха поступающее в цилиндры при существующей системе заслонка-коллектор, то есть приблизить её к хорошо отрегулированным поцилиндровым карбюраторам.

Для интересующихся, оригинальный американский патент 2004-го, в свою очередь базирующийся на итальянском, поданном в 2001-м, и принятом в 2002-м. Там есть описание проблемы и её решения, на страницах 2-8.

По индустриализированной версии, как упоминал, в 2001-м центр разработок Фиата CRF лицензировал данное изобретение немецкой INA, и в 2003-м той был выпущен первый прототип.



За блок управления для системы отвечал внутренний фиатовский поставщик, Marelli, который по изначальному плану должен был делать всё.



Ровно как он сделал это в 90-х для электрогидравлических блоков роботизации механических трансмиссий Фиата, и их сцеплений с одним сухим диском (коммерческое название Selespeed / Dualogic).

В 2007-м Uniair была успешно индустриализирована, силами INA и Marelli, ниже цитата по процессу разработки.

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

За прошедшие годы было проведено множество испытаний, нужных для достижения:

- надежности работы системы на высоких скоростях работы двигателя,
- отказоустойчивости даже при очень низких температурах,
- плавного возврата клапана на седло при любых условиях эксплуатации,
- низких потерь энергии при работе системы,
- точного контроля количества воздуха подаваемого в цилиндры при любом значении нагрузки и оборотов,
- снижение срока износа электромагнитного клапана до значений износа иных компонент двигателя.

Основной целью было достижение возможности полноценного управления вплоть до 7,000 об/мин, что и было достигнуто, продемонстрировав, что при дальнейшей проработке потенциал системы превышает 8,000 об/мин.

Диапазон рабочих температур был зафиксирован между -30° и +150°, поскольку за его пределами возникают трудноразрешимые проблемы, связанные с изменением вязкости масла.

В частности, был улучшен соленоид, чтобы обеспечить корректную работу при низких температурах, а параметры внутренних компонент были оптимизированы в части снижения трения. Также были найдены решения, гарантирующие определенный подогрев масла в камере высокого давления.

В итоге удалось продемонстрировать работу системы даже при температуре ниже -30°С, при использовании масла класса 10W40.

Вязкость масла может оказать существенное влияние на работу т. н. гидравлического тормоза: низкая увеличивает скорость посадки клапана на седло, увеличивая шум, а слишком высокая может привести к слишком длительной задержке его закрытия. Усилия были сосредоточены на разработке такого тормоза, который был бы как можно менее чувствительным к вязкости масла.

Мощность, потребляемая Unuair при определенной нагрузке на двигатель выше, чем у обычной системы привода клапанов, и это происходит главным образом из-за потерь на этапе развязки клапана от системы его привода.

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

Тогда же, в 2008-м, Фиат, вместе с Uniair моторами, получившими коммерческое название Multiair, представил свой первый робот с двумя сухими сцеплениями С635 AMT, разработки и производства FPT (Fiat Powertrain). Он показал себя в эксплуатации довольно беспроблемным.





За обладание этими двумя "энергосберегающими" технологиями, как и продвинутыми CR дизелями, и обязательство внедрить их на американском рынке, американское правительство согласится продать ему в том же году обанкроченный Крайслер. Продать довольно недорого.

Резюмируя.

Итальянцы в целом и Фиат в частности никогда не были дураками в части разработок, их проблема в том что им постоянно не хватало свободных денег на индустриализацию. Поэтому они с 90-х вынужденно снижали степень использования в своих авто компонент собственной разработки и производства, и степень вертикальной интеграции. Из-за чего значительная часть ранее получаемой ими прибыли перешла к этим поставщикам, в основном немецким.

Я уже упоминал проработанный в Фиате к началу 90-х проект Unijet, начатый в 80-x, итогом развития которого, но уже с Bosch, и с его индустриализацией, стала сначала система дизельного впрыска Common Rail, а потом и рождённая из неё непосредственного бензинового. Второе и последующие поколения CR с мультифазным впрыском совершенно не случайно в фиатовской терминологии называются Multijet. Это след, оставшийся от их собственного проекта.

Фиат прекратил самостоятельно индустриализировать Unijet / CR в начале 90-х именно по этой причине, недостатка денег поступающих от продаж тогда. По ней же, в начале 00-х, при очередном кризисе продаж, он отдал свой Unijet на доводку и индустриализацию в INA.

В начале 2020-х Фиат почти что перестанет производить и собственную роботизированную коробку С635 AMT, оставив её только для дизельного мотора 1.6, для бензиновых вариантов с небольшими по объёму моторами начав закупки 7-ступенчатых роботов у Getrag. Гидромеханические автоматы для иных моторов группы начнут закупаться им у ZF, и Aisin.

В принципе, для потребителя это хорошо, он получает проработанные уважаемыми немецкими и японскими компаниями компоненты.

А чем может похвастаться отечественное моторостроение за последние четверть века?