Двигатель Power Tech 287 V8

Вольный и дополненный перевод статьи Chrysler's New Cammer  с сервера Fritz's Dodge Ram Tech

Спецификация:

• Тип 90 град. V-8, 16 клапанов
• Объем, 4,7 литра (4701 куб.см или 287 куб.дюйма)
• Мощность, SAE Net: 235 л.с при 4800 об/мин
• Крутящий момент SAE Net: 400 Н·м при 3600 об/мин
• Рекомендуемое топливо: 92, неэтилированный
• диаметр цилиндра x ход поршня: 93 мм x 86.5 мм
• Степень сжатия: 9.0:1
• Вес (в сборе): 198 кг
• Распредвалы: верхнего расположения с цепным приводом
• Порядок зажигания: 1-8-4-3-6-5-7-2
• Материал блока цилидров: Чугун
• Материал головок блока: литой алюминий
• Подача топлива: многоточечный впрыск
• Коленчатый вал: литой чугун, 5 коренный подшипников
• Шатуны: порошковый металл, "колотые крышки подшипников"
• Отношение диаметра поршня к его ходу: 1.08
• Отношение длины шатуна к ходу поршня: 1.80

В 1958 году Додж и Плимут представили полностью новый, современный V-образный 8-цилиндровый (V8) двигатель семейства B (big block), в двух вариантах - объемом 350 и 361 кубических дюймов (5,7 и 5,9 литра, соответственно) - потом появилась его версия объемом 400 куб.дюймов (6,5 литра), и, его высокоблочный вариант, известный 440-й (7,2 литра). Появился 426 Hemi (6,9 литра), но эта серия прожила только до 1978 года и пала невинной жертвой экономического кризиса, борьбы с токсичностью выхлопа автомобилей и за экономию топлива. Кто бы мог подумать, что пройдет целых 40 лет, прежде чем Крайслер запустит в производство следующий, полностью новый, V-образный  двигатель? И вот - пожалуйста. Так как новый Power Tech 287 V8 (4.,7 литра) предназначен, прежде всего, для замены известного двигателя 318-й (5.2L) Magnum, являющегося потомком первого двигателя Крайслера, выпущенного в 1955 году, мы начнем с краткого урока истории.

Двигатель семейства А (small block), созданный в 1955 году, был первой попыткой Крайслера создать дешевый в производстве двигатель V8. Hemi, первый V-образный двигатель Крайслера, созданный 1951 году, с объемом в 331 куб.дюйм (5,4 литра), был совсем не экономичен в производстве: сложное литье головок двигателя, четыре оси клапанных коромысел, и т.д.
Поэтому инженеры при создании двигателя семейства А попробовали сохранить некоторые из лучших особенностей Hemi, но сократить затраты на производство. Единственная ось клапанных коромысел была установлена на каждой головке, с противоположными клапанами, которыми управляют толкатели. В то время как этот двигатель никогда не обладал "убийственными" рабочими характеристиками, он выдержал испытание временем, и производился в огромных количествами до 1967 года. Самой распространенной была его версия объемом 318 куб.дюйма (5,2 литра).

В 1964 году , новая версия тонкостенного блока (thinwall) была добавлена к проверенному двигателю семейства А. С объемом 273 куб.дюйма (4,4 литра), он был назван двигателем семейства LA. Его современные головки с клинообразными камерами сгорания установили стандарт на десятилетия вперед. За следующие 7 лет, появились варианты с объемом 318 и 340 куб.дюймов (5,2 и 5.5 литра, соответственно), и последним поднялся на подиум двигатель объемом 360 куб.дюймов (5,9 литра) в 1971 году. Эти двигатели производились с модернизациями (наиболее значимая - центральный впрыск топлива) до 1992-1993 года, когда были вытеснены версией Magnum с распределенным впрыском топлива.

Хотя двигатели версии Magnum, унаследовали всего несколько деталей от своих предшественников, были все еще двигателями семейства LA. Все ключевые размеры: диаметры цилиндров, расстояния между цилиндрами, размеры подшипников, коленвалы, и т.д., остававались такими же, какими они были в 1955 году!

Перенесемся в год 1999. Новый двигатель объемом 287 куб.дюймов (4,7 литра) не унаследовал ничего, кроме славы, у старых, надежных V8 прежних лет.  Впервые Крайслер применил на своих двигателях алюминиевые головки блока, пластиковый впускной коллектор и магнезиевые крышки головки блока.
 

Нижняя часть двигателя

Фактически все размеры чугунного блока новые. Расстояние между осями цилиндров сокращено c 4.46 дюймов (113,28 мм) (по сравнению со small block выпуска с1955-1998 годов) до 4.09 дюймов (103,88 мм). Это расстояние показывает нам, на сколько может быть увеличен объем двигателя в дальнейшем.
Цилиндры. Основной диаметр цилиндра - 3.66 дюйма (93,10 ± 0,0075 мм), меньше, чем у, например, 318-го двигателя (5,2 литра ), у которого диаметр всегда (с 50-тых годов) был 3.9 дюйма (99,06 мм). Почему? Цилиндры меньшего диаметра позволяют более эффективно бороться с токсичностью выхлопных газов. Говоря об цилиндрах, точность изготовления составляет: некруглость не более 0.003 дюйма (0.076 мм), и конусность не более 0.002 дюйма (0,051 мм).
Высота цилиндров - 9.09 дюйма (230.886 мм), по сравнению с 9.60 дюйма (243.84 мм) на старых двигателях семейства LA. Это лишний раз демонстрирует, что двигатель полностью спроектирован заново.

Как и основанный на двигателях семейства LA двигатель V10, 287-й двигатель не используют отдельные крышки коренных подшипников. Вместо этого что Крайслер использует станину (bedplate), которая зажимает все 5 коренных подшипников сразу, добавляя жесткости, уменьшая шум и вибрацию. Станина , что примечательно, изготовлена из серого чугуна повышенной плотности (compacted graphite iron - CGI).
Между станиной и блоком - силиконовый герметик RTV. Кстати, станина достаточно большая и ее снятие напоминает "располовинивание" мотоциклетного двигателя.

Коленчатый вал - Чугун с шаровидным графитом (nodular cast iron), закаленный и полированный.
Коренные шейки - диаметром 2.5 дюйма (63.488-63,512 мм), как на двигателях 318/340 (на 360-х - 2.81 дюйма). Шатунные шейки диаметром 2.0 дюйма (50.992-51,008 мм), что на 3.175 мм меньше, чем на 318-х двигателях. Все шейки имеют желобки, сделанные с помощью накатки, как в двигателях гоночных машин, препятствующие образованию трещин от ударных нагрузок, что является существенным шагом вперед. Баланс коленчатого вала лучше, чем 18 граммов/см, и о гашении вибраций заботятся 3 современных демпфера большого диаметра.
Ход поршня - 3.405 дюйма (86.487 мм), что слегка больше, чем на моторах объемом 273-340 куб.дюймов, у которых ход был 3.31 дюйм (84.074 мм), но короче чем мотора объемом 360 куб.дюймов, у которого ход поршня был 3.58 дюйма (90.932 мм). То есть, его можно назвать скорее "короткоходным" двигателем. При взгляде на блок, видно что место для небольшого увеличения хода поршня имеется.
Продолжая традицию двигателей small block, а точнее, с двигателя объемом 340 куб.дюймов в 1968 году, все вкладыши изготовлены из алюминиевого сплава компании Federal Mogul .

Шатуны. Длина шатуна традиционная и, как на двигателях семейства LA, составляет 6.12 дюйма (155.448 мм) , делая соотношение хода поршня и диаметра цилиндра очень благоприятным, а именно 1.8, лучше чем у двигателя 360 и слегка хуже, чем у линейки двигателей 273-340.
Традиционные кованные шатуны канули в лету. На этом двигателе металло-порошковые шатуны. Причем шатуны изготавливаются и обрабатываются как единое целое, а затем крышки шатунных подшипников буквально откалываются, отрубаются, если хотите, от шатуна, образуя таким образом две идеально сопряженные между собой части.
Вес шатуна - 578 грамм, по сравнению с весом от 726 до 758 грамм на двигателях семейства LA.
Пальцы, весом 143 грамма, запрессованы в шатуны. Диаметр: 24,008-24,013 мм.
Степень сжатия - "проектная" (и рекламируемая) 9.5:1, обычно имеет значение 9.0:1. (на сайтах Крайслера можно увидеть значение 9.3:1) Рекомендуемое октановое число топлива - 92. Но при проектировании предусмотрено применение куполообразных поршней, дающих более высокую степень сжатия.
Из-за бесконечно ужесточаемых требований по токсичности, расстояние от головки поршня до верхнего поршневого кольца уменьшено до 1/8 дюйма (3.175 мм). Это подвергает верхнее поршневое кольцо повышенному нагреву и износу. Чтобы воспрепятствовать этому, поверхность верхнего поршневого кольца и верхняя часть поршня глубоко анодированы.

Поршни. Поршни алюминиевые, имеют покрытые молибденом юбки для снижения трения и весят 367,5 граммов. Диаметр поршня - 92,975 мм. Допуск на зазор юбки в цилиндре - 0.0008-0.0020 дюйма (0.02032 и 0.0508 мм, соответственно) - довольно жесткий, но обычный для двигателя массового производства. Обычный набор из 3 поршневых колец используется, но в дополнение к к покрытому молибденом верхнему кольцу, второе кольцо - хромированное. Маслосъемные кольца - также хромированные. Вопреки современной тенденции, сила давления маслосъемного кольца довольно высока (12 фунтов или 5,5 килограмма), что позволяет обеспечивать работу маслосъемных колец на двигателе даже после большого пробега. Фактически, спецификация предусматривает 150 000-мильный пробег без капремонта.

Система смазки не является радикальной: насос героторного типа установлен в крышке шестерен и приводится от коленвала.
Предохранительный клапан отрегулирован на давление в 75 psi (5,1 Атм), производительность насоса приблизительно 1 куб. дюйм за один оборот (0.016387 литра/об). Маслянный поддон имеет вместимость 5 кварт плюс одна в фильтре (4.7318 и  0.94635 литра, соответственно). Зазоры насоса разработаны для рекомендованного масла 5W30. Давление развиваемое насосом: 0,27 Атм - на холостом ходу и 1,7-5,4 Атм при 3000 об/мин.

Верхняя часть двигателя

Это первый реальный опыт Крайслера по производству алюминиевых головок блока для V-образный двигателей.
Главные болты - диаметром 11 мм, но есть место для будущей модернизации под болты диаметром  12 мм.

Клапаны. Впускные клапаны - диаметром 1.89 дюйма (48.006 мм), а выпускные - 1.46 дюйма (37.084 мм), в соответствии с последними детройтскими теориями относительно отношения диаметров выпускныхи впускных клапанов. Впускные клапана имеют конусность в 13 градусов, Камера сгорания объемом 65 куб.см  - приблизительно полусферическая по форме.
Длина стержня клапана -  4.45 дюйма (113.03 мм) , диаметр стержня приблизительно 9/32 дюйма (7.14375 мм) - меньший, чем диаметр 5/16 дюйма (7.9375 мм), используемый на двигателях семейства Hemi и Magnum. Это, очевидно, должно  уменьшить сопротивление впуска. Пружины клапанов не жесткие, но достаточные, чтобы обеспечить надежное работу клапанов вплоть до отсечки топлива при 6 000 об/мин.
Распредвал. Установленный в каждой головке блока распределительный вал войздействует на клапана через коромысла с гидрокомпенсаторами, установленные на игольчатых подшипниках.
Каждый из двух распределительных валов приводится своей цепью, которые в свою очередь приводятся от промежуточной звездочки.
Сами распредвалы являются революционными, но не по высоте подъема клапанов или фазам впуска/выпуска. Это ж двигатель почти грузового автомобиля, в конце концов: 0.443 дюйма (11.2522 мм) - высота подъема впускных клапанов и 0.429 дюйма (10.8966 мм) - высота подъема выпускных. Фаза впуска - 244 градуса, фаза выпуска - 254 градуса, что частично компенсирует уменьшенный диаметр выпускных клапанов. Перекрытие фаз - только 18 градусов. Это - ради снижения токсичности и увеличения крутящего момента.
Револючионными распредвалы делают не фазы впуска/выпуска, а конструкция. Это полые стальные трубы с отдельными кулачками из порошкового металла, запеченного на месте. Фактически, распредвалы, будучи полым, используются для подачи смазки к кулачкам. Поверхность кулачков покрыта магнезиевым сплавом.
 
Впускной коллектор. Как и у его "маленького кузена", двигателя 2.0 SOHC, коллектор - цельный из углепластика, наполненный нейлоном. Продольная камера и 8 входящий в нее каналов. Длина впускного канала - 20 дюймов (508 мм), плюс еще какое-то расстояние воздух проходит в самой головке блока, то есть совершенно ясно, что этот двигатель не предназначен для очень высоких оборотов, например, 8 500 об/мин. Но вся эта пластмассовая конструкция служит снижению температуры всасываемого воздуха, что дает повышение мощности двигателя.

На самом верху - корпус дроссельной заслонки, диаметром 2.56 дюйма (65.024 мм).  По расчетам, для двигателя такого объема необходима дроссельная заслонка сечением 5.1 квадратных дюйма. А тут сечение: 2,56х2,56=6,55 кв.дюймов! Неплохо для 287-дюймового двигателя!

Электроника

Есть две интересных особенности электроники этого двигателя.
Во-первых, этот двигатель имеет  систему зажигания COP (coil on plug) - "катушка на свече". Никаких высоковольтных проводов и распределителя зажигания (трамблера).

Во-вторых, отсутствие тросика дроссельной заслонки. Вместо этого, при нажатии педали газа, просто посылается сигнал в компьютер. А уж дает тот "дает газу".

Нет сомнений, что этот двигатель, в разных вариантах объема и количества цилиндров скоро заменит все силовые установки на автомобилях компании Крайслер.