Най-великите двигатели: Chevrolet small block, 70 години и 113 милиона мотора по-късно
Corvette C8 Stingray се задвижва от поколението LT2 на прочутия small block двигател. Машина, чиято архитектура е на над 70 години. Заeдно с описанието на този агрегат ще се върнем назад, за да потърсим произхода на това уникално творение
С яркия си характер Corvette е епоха в световното автомбилостроене и по своята същност не прилича на нищо друго. Corvette е не само един от най-големите маркетингови козове на Chevrolet, но и израз на самобитно технологично присъствие със своенравната си, но изключително успешна и добре работеща конструктивна архитектура. Както при много от предишните поколения, имаше спекулации, че на фона на авангардното стилистично преобразяване (този път с промяната на архитектурата на задвижване с разполагане на двигателя пред задния мост) при осмото поколение ще се промени и задвижването. Не се изключваше вероятността прочутият small block да отстъпи място на някой авангарден турбо мотор.
Е, версията ZR1 и нейният събрат с хибридно задвижване ZR1 X наистина са се сдобили с по-модерния LT7 с “flat plane” колянов вал с два турбокомпресора Gemini, но „базовият“ Corvette все пак си е останал с оригиналния small block двигател. Всъщност, ако попитате създателите на мотора, защо използват тази концепция и за C8 Stingray във версията LT2 те биха ви се усмихнали снизходително. Тяхното разбиране за модерен спортен агрегат не винаги съвпада с това на колегите им от Мюнхен, Щутгарт и Инголщадт. Разбира се, Porsche има своя шестцилиндров боксерен атмосферен агрегат MA2 за GT3, а Lamborghini – третото поколение на L539 V12, но това са високооборотни машини, които нямат нищо общо с характера на големия за нашите представи и „малък“ за американските, култов Chevrolet small block V8.

113 милиона двигатели…това е уникално
Ако обаче се вгледате в историята, конструкцията, еволюцията и последното превъплъщение на този агрегат, ще видите че всъщност всичко това е много логично. Макар, че има концепция, която мнозина биха определили като архаична, той винаги се е справял удивително добре с настъпващата от всякъде високотехнологична конкуренция.
През 2023 година GM отбеляза производството на small block №113 000 000. Не, няма грешка в цифрите – словом сто и тринайсет милионният мотор. Огромният брой произведени двигатели е добра основа за снижаване на себестойността, а надеждността му го превръща и в любим на тунерите и ход родърите.
Концепцията гласи следното: 8 цилиндъра, V-образно разположение, максимално опростена технологична конфигурация, класически за осемцилиндров мотор колянов вал с мотовилкови шийки в две равнини (cross plane) с долно разположен разпределителен вал и два клапана на цилиндър. Който иска може да се подиграва с висящите клапани и повдигателните пръти. При small block насочеността е към изчистените форми и гениалните и прости решения, работещи перфектно!
Всъщност, още преди представянето на LT1 с Corvette C7, през 2013 година, имаше спекулации относно вида на двигателя, но както той, така и наследникът му LT2 на актуалния Corvette запазиха типичната си архитектура с един разпределителен вал. Никой от гореспоменатите спортни атмосферни двигатели не следва конфигурация с подобно “pushrod” задвижване на клапаните. Това очевидно го умеят само американците. Оттук нататък следват високотехнологичните решения, а формулата на противопоставяне с германските колеги, захранвани с турбокомпресори включва голям работен обем, атмосферно пълнене и висока степен на сгъстяване. За целта при LT1 най-после бе въведена система за директно впръскване, междувпрочем първата от подобен тип в тези агрегати. В алтернатива на даунсайзинга вихрещ се и в този клас, GM отговориха с друг подход към намаленото вътрешно триене – използване на по-малък брой движещи се части. Така американският агрегат струва в пъти по-малко от този на конкуренти като AMG и има съществен принос за цялостното намаляване на цената на Corvette, спрямо тази на конкурентите.

Всичко започва през 1955 година
И все пак, за да разберем философията, която стои зад този процес е нужно да се поровим в прашните анали на историята. Въпреки че GM произвежда както V8 двигатели (още от началото на миналия век), така и редови 8-цилиндрови мотори (през 30-те и 40-те години), същинската история на small block започва през септември 1955 година. Годините на икономически бум в Америка, едно десетилетие след края на Втората Световна война, търсенето на големи, мощни и по-бързи автомобили в Америка започва неотклонно да расте. В средата на 50-те години OHV V8 двигателите вече не са рядкост – Cadillac, Oldsmobile, Ford, Buick, Studebaker и Chrysler предлагат такива двигатели като опция. Първата голяма крачка в областта обаче е дело на Ford, който през 1954 година представя изцяло нов мотор с работен обем от 239 кубически инча (3,9 литра) наречен Y-block с V8 конфигурация и респектираща мощност от 130 к.с. Този агрегат изтласква Ford пред Chevrolet в пазара на продукти с по-ниски средни цени, като предлага повече динамика на напълно разумна цена. По това време V8 двигателите на Oldsmobile и Cadillac са тежки и скъпи, същото важи и за семейството от двигатели Hemi на Chrysler, включващи Dodge Red Ram и De Soto Firedome. Ударът на Ford срещу GM става смазващ, когато през 1955 година на пазара излиза Thunderburd, оборудван със специална версия на Y-block V8, която има мощност от 198 к.с. По това време Corvette се задвижва от двигателя Blue Flame, който не може да се похвали с нищо друго, освен с вдъхновяващо си име, защото на практика е една тежка, неефективна и доста лакома машина. Шефовете на GM приемат тежко този удар и поемат предизвикателството на Ford. Тогава на сцената се появява Ед Кол.
Едуард (Ед) Кол, духовният баща на small block
Главният инженер на GM, както той обича да го наричат, всъщност е духовен баща на small block. Той поема двигателната програма на концерна с огромно удоволствие. Харизматичен човек, брилянтен инженер и понякога автократичен, Кол е известен с изключителното си експертно ниво и разбиране на техническите въпроси. Неговата идея е да бъде създаден прост и надежден двигател, който едновременно с това да е лек и да има висока мощност. Всичко това обаче изисква нови технологични решения, защото по това време вече не стои въпросът просто да бъде направен V8. Такива, както казахме има, но са неимоверно тежки, масивни, с огромно вътрешно триене и, като цяло, са неефективни машини. Затова, когато конструкторите предлагат на Кол първите проекти и прототипи на нов V8, той ги отхвърля с възмущение. Създаденият от тях агрегат с работен обем от 231 кубически инча няма нищо общо с неговите идеи. Кол инструктира екипа си, който започва работа отново.

Първоначалната идея включва използването на нови, за това време, технологични процеси, които значително да олекотят конструкцията. От началото на проекта, до пускането на мотора през 1955 година, са въведени множество иновативни решения, редица предизвикателства са разрешени, и в края на краищата резултатът е един наистина авангарден агрегат. Като начало, се използва изцяло нов процес на леене, позволяващ обръщане на отливката и намаляване на броя на ядрата, благодарение на което се намалява дебелината на отделните секции и теглото. Целият процес на създаване следва основната идея на Кол за лекота и малък обем, като всеки един детайл е обмислен на базата на този принцип – общо взето, по-малко желязо и по-малко течност, която да го охлажда. Гениално е например, решението довеждането на маслото към повдигачите в главата да става през кухо оформените повдигателни пръти, с помощта на прецизно измерващо дебита му специално устройство. Същите са изработени по нов метод от специална щампована стомана, с което се намалява масата им.

Тъй като именно те, със своето възвратно-постъпателно движение ограничават максималните обороти, този фактор е от особена важност. Инженерите на Кол се справят с този проблем, в резултат от което двигателят може спокойно да разчита на по-високи оборотни режими – както междувпрочем и следващите поколения на small block. В края на краищата е създаден компактен блок с тънкостенни цилиндри, тежащ едва 240 кг и на практика по-лек от тогавашния шестцилиндров двигател Blue Flame на Corvette с над 20 кг. От този момент нататък 99 процента от клиентите на спортния автомобил избират именно новия мотор. Освен че е с напълно нова система за смазване, той притежава нещо нечувано по това време – всички въртящи се и движещи се възвратно постъпателно детайли са индивидуално балансирани и както мотовилките, така и коляновият вал са изработени от кована стомана. Другите авангардни решения включват алуминиеви бутала, взаимозаменяеми цилиндрови глави с кръстосана архитектура на всмукателните колектори и глави с по пет болта около всеки цилиндър, за да се укрепи конструкцията, да се намали стресът и да се предотвратят проблеми с гарнитурата на главата.
Голям, но лек и ефективен
Ед Кол и екипът му от инженери се опитват да направят small block, колкото се може по-ефективен, като конструират някои компоненти така, че да изпълняват двойни функции – като например споменатите повдигачи или еднокомпонентните всмукателни колектори съчетаващи в едно, освен основните си функции и конструктивни решения като водни канали за отвеждане на охладителната течност и разсейване на топлината. Към това се добавя начинът на монтаж на масления филтър, и капака над повдигачите. Според мнозина специалисти, обаче, едно от най-големите предимства на двигателят на Chevy пред този на Ford е специфичната чашковидна конструкция на кобилиците от щамповата стомана, поставени на отделни стойки, позволяващи на двигателя да достига по-високи обороти от този на конкурента. Първоначалният обем от 231 куб. инча (3,8 литра) бързо нараства до 265 куб. инча с промяна на коляновия вал и съответно увеличаване на хода на буталото. От 1955 до 1995 година ще се предлагат 10 различни работни обема, от 265 до 400 куб. инча, като най-популярна е версията с 5,7 литров работен обем (350 куб. инча).

С представянето си, през 1955 година, този двигател се превръща в същински хит и се монтира на различни серийни модели освен Corvette с различни разновидности. Но има и още нещо – като запален по автомобилните спортове Ед Кол на практика създава мотор, който с неголеми инвестиции се превръща в състезателен или ход род агрегат. В преработването на мотора за такива цели включва Зора-Аркус Дънтов, реалният баща на Corvette. Но това вече е друга история.
Small block се символизира с компактните си размери, но има един неотменен такъв – 4,4 инчовото разстояние между осите на цилиндрите. Всяко едно поколение, от създаването на двигателя до последното поколение, са с този размер.
Само две години след създаването си двигателят започва да еволюира. Още през 1957 година той се сдобива с механична система за впръскване Ramjet – единственият производител по това време предлагащ подобно нещо е Mercedes-Benz. Системата отпада в средата на шейсетте години, а през осемдесетте моторът получава модерно впръскване на горивото във всмукателните колектори с електронно управление за Corvette C4. През 1962 година се появява нова разновидност като 327, който освен с карбураторните си версии на разположение е и версия с впръскване на гориво и мощност от 360 к.с. Развитието му включва различни работни обеми и версии, с него се оборудва както Corvette, така и различни други модели, включетлно полицейски автомобили.
Small block Generation II, III, IV
В началото на 90-те години Chevrolet представя второто поколение (Generation II) и първото му приложение е в Corvette. Известен първоначално като LT1, а след това като LT4, той използва нискофрикционни материали и охладителна система с инвертирано действие. При нея преминалата през радиатора течност се отправя към главата, охлаждайки я директно и позволявайки увеличаване на степента на сгъстяване. По-късно този двигател се интегрира и в полицейските Impala SS и Caprice. За различните модели той е с алуминиеви или стоманени глави, варира и настройката на електрониката в зависимост от теглото на автомобила.
Generation III вече сменя името си на LS и има работен обем от 5,7 литра за Corvette от 1997 година, а версиите Vortec за пикапи започват да се предлагат от 1999 година. Този двигател е конфигуриран в четири размера – 293 (4,8 л), 325 (5,3 л), 346 (5,7л) и 364 (6,0 л). Всички двигатели с работен обем от 5,7 литра LS1 са с алумуниеви блокове, докато по-голямата част от останалите са чугунени. Третото поколение е разработено като изцяло нов проект, използва множество нови технологични и производствени процеси, но въпрeки това е с познатата архитуктира, която вече разполага с 40 години еволиционен период до тогава.

Generation IV става факт 50 години след създаването на оригиналния двигател и се монтира в множество модели на GM, а новите LS2 и LS7 (за Corvette Z06) също са част от уравнението. Някои от двигателите са оборудвани със система за изключване на част от цилиндрите (Displacement on Demand) при работа в режим на частично натоварване. Такава система използва и петото поколение, които отново се връща към абревиатурата LT.
Петото поколение
С появата на Corvette C7 се появява и напълно новото пето поколение, което във версията LT2 е модифицирано, за да бъде разположено пред задния мост на C8 Stingray.
LT1/LT2 са първия и втория двигатели от петото поколение Small Block двигатели, демонстриращи колко високотехнологичен може да бъде всъщност един OHV двигател. Тази висша степен на small block съчетава познатата архитектура на почти шейсет годишната история на двигателя с множество нови авангардни технологични решения като директно впръскване на гориво, система за изключване на част от цилиндрите Active Fuel Management (AFM) и системата за безстепенно променливо газоразпределение, която спомага за подобряване на пълненето и горивния процес. С мощност от 455 к.с. и въртящ момент от 624 Нм той задвижваше и Corvette C7 до 2019 година, Camaro SS и Camaro LT до 2024 година.
Увеличената мощност и ефективност са станали факт благодарение на безпрецедентно ниво на аналитична работа на инженерния екип. Той включва компютърен анализ на динамиката на флуидите, за да се оптимизира на горивния процес, системата за директно впръскване на горивото, AFM и системата за променливо газоразпределение, с помощта на която последната функционира. В рамките на развойната дейност по създаването на двигателя са извършени компютърни анализи с обща продължителност от над 10 милиона часа, включително шест милиона часа посветени на авангардния горивен процес.

Директното впръскване е напълно ново за small block и е съществен компонент за по-добрата ефективност на процеса на горене. Това се постига с прецизно контролиране на движението на гориво-въздушната смес и формата на горивната струя. Както всяко директно впърскване, неговото главно предимство се състои в намаляване на температурата на горивния процес чрез охлаждане на обема на камерата, а това от своя страна позволява повишаване на степента на сгъстяване. Системата AFM, намалява разхода на гориво чрез незабележимо изключване на половината цилиндри в режими на частично натоварване. Безстепенното променливо газоразпределение, което GM за първи път въведе в двигатели с долно разположен газоразпределителен вал и клапани в главата, е допълнително усъвършенствано, с включване на функции, свързани с работата на системата AFM на LT1/LT2 и адаптирано към спецификите на директното впръскване. Всички тези технологични решения работят в съчетание с горивен процес, който се осъществява с нова архитектура на цилиндровата глава и нова, издута форма на челото на буталото, която има важна роля както за повишаване на степента на сгъстяване, така и за параметрите на движението на гориво-въздушната смес осигурена от директното впръскване. Цилиндровата глава на LT1/LT2 е с по-малки горивни камери, чиито форми съответстват на уникалната топография на челата на буталата. По-малкият обем на камерите и извивките осигуряват степен на сгъстяване от 11.5:1, като същевременно с това главата е свързана с големи, прави всмукателни колектори с правоъгълно сечение, с леко осево усукване имащо за цел да създаде засилено движение на сместа. Всичко това е допълнено с размяна на местата на всмукателните и изпускателните клапани в сравнение с предишното поколение на двигателя. Ъгълът и дълбочината на позиционирането на запалителната свещ са променени за да достигне тя по-навътре в горивната камера – така електродите се позиционират по-близо до центъра и, с което се оптимизира горенето.

Уникалната триизмерна топография на буталата е оптимизирана с помощта на интензивни анализи с цел прецизно насочване на горивната струя за постигане на по-пълно горене. LT1/LT2 са с около 10 сантиметра по-малка височина от конкурентен V8 с разположение на разпределителните валове в главите (DOHC). Това спомага за снижаване на центъра на тежестта и едновременно с това за по-нисък профил на автомобила.
При LT2 мощността е увеличена до 490 к.с., с по-големи изпускателни тръби с различна архитектура, съобразена със задното позициониране на мотора, променени са гърбиците, респективно фазите на газоразпределение, нови са инжекторите
Още авангардни решения за LT1/LT2
Изцяло алуминиев цилиндров блок и картерна вана: Петото поколение на блока е разработено с помощта на математическо модулиране и данни събрани от състезателните програми на GM, осигуряващи основа за лека и същевременно здрава конструкция на двигателя. Издължената долна част на блок-картера, „загръщаща“ коляновия вал (deep-skirt design) подобрява качествата на двигателя по отношение на здравината и вибрациите. Както при двигателите small block от трето и четвърто поколение, петите на коляновия вал се монтират с по шест болта с кръстосано разположение – те ограничават усукването на коляновия вал и укрепват конструкцията на двигателя. Алуминиевата вана на картера, която е структурен елемент също допринася за подобряване на здравината на двигателя.
Блокът е с коленни чугунени пети, които бележат значителна промяна в сравнение по-конвенционалните с метал прахово изработване. Те са по-здрави и могат да абсорбират вибрации и други хармоници по-добре с цел постигане на по-гладка и тиха работа.
С сравнение с двигателите от четвърто поколение, отливката на двигателя от пето поколение е напълно нова, но има същата базова архитектура. Тя е модифицирана за да приюти задвижваната от двигателя горивна помпа за високо налягане. Освен това използва нови монтажни елементи към каросерията, разположението на детонационните датчици е различно, подобрени са уплътненията и охлаждането на буталата с маслена струя.

Авангардна система за смазване, с възможност за мазане със сух картер (стандартно за LT2): Системата за смазване на LT1/LT2 – включително охлаждането на дъната на буталата със маслена струя – също е оптимизирана за по-високите мощностни показатели. Тя се захранва от нова маслена помпа с променлив работен обем, чийто капацитет се променя в зависимост от работните условия. Нейното управление с две степени на налягане позволява създаване на ефективно налягане при ниски работни режими в координация с AFM, и високо налягане при високо оборотни режими за осигуряване на по-стабилно смазване при агресивно натоварване на мотора.
Системата за маслено охлаждане на буталата, осигурява маслена струя върху дъното на вътрешната част на буталото и заобикалящата го цилиндрова стена, с помощта на малки дюзи, разположени в долната част на цилиндрите. За оптимална ефективност, те се използват тогава когато от тях има нужда: при стартиране на двигателя, осигурявайки по-висока степен на смазване и намаляване на шума и при високи обороти на двигателя, за по-добро охлаждане и по-висока износоустойчивост.
Възможността за смазване със сух картер бе налична още за LT1 , но при LT2 за Stingray тя стана част от стандартното оборудване и осигурява възможност за сигурно смазване при агресивно шофиране и при високи странични ускорения. Тя включва две степени: нагнетяваща (за високо налягане) и засмукваща част. Нагнетяващата част е с нов контрол с двустепенно налягане и лопаткова помпа с променлив работен обем.
Капаци на клапаните с интегрирана система за вентилация: Сред отличаващите елементи на петото поколение са куполовидните капаци на клапаните, към които е интегрирана системата за позитивна вентилация на картера (Positive Crankcase Ventilation, PCV), която намалява разхода на масло и удължава живота му, като същевременно с това намалява вредните емисии. Капаците на клапаните служат и за опора на директно монтираните върху запалителни свещи бобини за така наречена coil-near-plug (бобина до свещта) запалителна система. Между отделните бобинни пакети, специални издигнати секции на капаците интегрират сепаратори, които отделят маслото и въздуха от картерните газове – последните имат три пъти по-голям сепариращ капацитет масло/въздух от предишните двигатели.
Всмукателни колектори и конструкция на корпуса на дроселовата клапа: Всмукателните колектори включват конструкция при която отделните канали в колектора отвеждат въздуха до специална въздушна кутия, с което се подобрява ефективността на въздушния поток.
Между външната горна част на всмукателните колектори и допълнителната акустична обвивка е поставена акустична пяна за намаляване на генерирания шум, както и шума на помпата за високо налягане.
Колекторите се насочват към електронно контролираната дроселова клапа с диаметър от 87 мм, оборудвана с безконтактен сензор за позицията и, който е по-надежден.
Изпускателни колектори четири-в-едно: петото поколение използва лята версия на изпускателната система „четири-в-едно използвана в четвъртото поколение на двигателя LS7. Тази конструкция осигурява постоянен газов поток към „широката паст” на конвертора.
Текст: Георги Колев

