Една интересна статия...
Fiat винаги е бил една от най-авангардните в техническо отношение фирми, а развойният център на фирмата е едно от най-впечатляващите със своя инженерен потенциал места в света.
През своята дългогодишна история Fiat е създава невероятни инженерни творения, които често остават в сянката на останалите производители. Компанията от Торино обаче има с какво да се похвали пред света, макар и афиширането и да не и е присъщо.
Но това, което Fiat безспорно винаги е солиден инженерен потенциал. Именно тази италианска компания представи в модела Croma първия дизелов двигател за лек автомобил с директно впръскване – още през 1987 година, или преди Audi да пусне на пазара своя петцилиндров TDI мотор. Десет години след това Fiat представи на пазара технологията common rail, която се превърна в революционна стъпка за развитието на дизеловия двигател. Последва я Multijet, на практика нейно развитие и резултат от 30 години упорита работа на развойния център на марката Centro Ricerce Fiat (CFP) прераснал във Fiat Powertrain Technologies и Fiat Powertrain Technologies Industrial. Разположена в Орбасано, в предградията на Торино, тази институция в приложната наука още от създаването си през 1978 година работи в области като нови материали, системи и двигатели. Именно на този развоен център в голяма степен разчита младият италиано-американски конгломерат. Както историята на Fiat показва обаче, не е достатъчно само да имаш силни карти, но трябва и да можеш да играеш добре.
Пример за подобно нещо е споменатата система common rail. Изградена върху базата на проекти на инженери от швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих, тя е доведена до практическо приложение със съвместните усилия на Centro Ricerce Fiat и Magnetti-Marelli. Като продава лицензите за системата на Bosch, Fiat буквално убива златната си кокошка. Макар че инженерите на Fiat притежават потенциала за развитието на технологията, те не разполагат с гигантските инвестиционни капитали и производствени възможности на Bosch.
Напредък чрез техника
Идването на Маркионе във Fiat през 2004 година създава нова ера в развитието на компанията. Едно от първите дела на топ мениджъра в средата на миналото десетилетие е да прекрати максимално бързо обвързващите съглашения с General Motors. Плод на съвместната им работа са например 1,3- и 1,9-литровите common rail дизели, които впоследствие са доразвити поотделно от двете компании като двулитрови машини и се използват и до днес.
Скоро след това Маркионе посещава и Орбасано. Там един от главните конструктори на центъра, Риналдо Ринофи, му представя така наречения „Стратегически план за развитие на двигателите през следващите 10 години“. Той включва три авангардни технологии, готови за пазарно представяне: новата система за впръскване при дизелови двигатели MultiJet II, която може да извършва до осем впръсквания на цикъл (при първото поколение те са до пет), системата MultiAir за гъвкаво управление на входящия поток на въздуха на базата на задвижване на всмукателните клапани чрез хидравлична система и трансмисия с два сухи съединителя. Всичко това днес е факт, плюс авангардния двуцилиндров двигател, за който ще стане дума по-късно.
Стратегията на Ринофи, разработена заедно с неговия колега, физика Лучио Бернард (който работи във Fiat от 1978 година) приема схващането, че e много по-добре да се инвестира в подобряване на дизеловите и бензиновите двигатели, отколкото да хвърлят огромни средства и усилия за разработване на нови системи, захранвани от електричество. Маркионе прегръща тази теза и през 2005 година събира всички развойни бази на компанията под един покрив. Създадената структура е наименована FPT Powertrain и поставя началото на интензивен развоен период. „В годините, когато автомобилната индустрия все още се надпреварваше по пътя към голямата мощност и работен обем, ние вече знаехме, че скоро това време ще свърши,“ отбелязва Алфредо Алтавиля, изпълнитен директор на развойния център, който от 2012 година се нарича просто Fiat Powertrain Technologies. Негови творения заедно с Fiat Powertrain Technologies Industrial са цяла гама от малки дизелови (1,3-3,0 литра) и големи (3,2-20,1 литра) мотори, както и гама атмосферни и турбо бензинови двигатели работещи и с алтернативни горива – CNG и алкохол и големи CNG мотори за товарни автомобили.
За разлика от 90-те години, сега Fiat ще защитава много по-ревностно технологичните си предимства и като начало няма намерение да лицензира на никого системата MultiAir. Нейна върховна реализация е двуцилиндровият турбомотор TwinAir, създаден във Fiat Powertrain от съвместните екипи на Дамиано Мичели (ръководител на проекта TwinAir), Джовани Мастранджело (ръководител на отдела за бензинови двигатели) и Дарио Сако (вицепрезидент, отговорен за бензиновите двигатели в FPT). Тази машина всъщност е революционна по своя характер, а изборът на броя цилиндри е продиктуван от изключително рационални мотиви, каквито следват и инженерите на BMW.
TwinAir: Извън приетите рамки
В началото на проекта, наречен Twinair, за създаване на нова машина, покриваща диапазона на мощност от 65 до 105 к.с., инженерите се насочват към три възможности – двигател с атмосферно пълнене, с принудително турбопълнене и версия на последния, захранвана със CNG. Първата бързо е отхвърлена, защото повелята на времето вече е друга. След като концепцията с турбопълнене вече е избрана, следва решението за базовата конструкция на агрегата, като е решено работният му обем да е около 0,9 литра. Инженерите разработват няколко стратегии, включващи мотори с два, три и четири цилиндъра, но след компютърните анализи отново се убеждават, че оптималният работен обем на цилиндър е 0,5 литра. Тогава иначе радикалната идея за използване на два цилиндъра изведнъж се превръща във водеща. Предимство на тази архитектура е, че би осигурила и по-малка дължина, даваща възможност и за по-лесно интегриране на хибридна система. Изборът на двуцилиндров двигател обаче неминуемо води и до необходимостта от създаване на система за балансиране на колебанията – най-вече на тези от първи порядък (силите, създадени от самите движещи се части), тъй като колебанията от втори порядък (предизвикан от разликата на скоростта на буталото в различните части на цилиндъра) на тези машини са така или иначе по-ниски от тези на четирицилиндров мотор. Предпочетена е и конфигурацията с разположение на двете мотовилкови шийки на 0 и 360 градуса, вместо по-непопулярния вариант от съответно 0 и 180 градуса (предизвикващ специфични вибрации), тъй като по този начин има равни интервали на горенето и двете бутала се движат едновременно. Такъв е впрочем и оригиналният двигател на Fiat 500 с въздушно охлаждане от 1957 година.
Самата конструкция с два цилиндъра неминуемо води до намаляване на вътрешното триене, но при създаването на двигателя конструкторите успяват да ограничат и натиска на буталните пръстени върху цилиндровите стени, а след тестове с различни системи е избрана технология за балансиране с разположен в долната част на блок-картера вал. Последният задвижва директно водната помпа, за да се намали съпротивлението при триене и да се избегне необходимостта от използване на ремъчна предавка. За блока на двигателя пък е избран чугун като най-добър компромис по отношение на себестойността, цената, здравината и източниците на шум. Важно внимание е обърнато на интеграцията на всички канали и връзки с масления филтър и охладител, както и на водния бай пас. По този начин се избягва необходимостта от външни съединения, с всички присъщи на тях недостатъци, като течове и т.н. Още от самото началото на проекта е взет предвид и фактът, че ще се конструира и CNG версия, като изборът на материали е такъв, че да могат да се справят и с двата вида гориво независимо от версията.
MultiAir: Поредното гениално творение на Fiat
Системата MultiAir се появява на пазара за първи път в поредното поколение на двигателя Fire. Той е дело на FTP, който е притежател на патента за тази технология, и в голяма степен се базира на вече натрупани знания в областта на системите common rail. Тази напълно променлива система за контрол на отварянето на клапаните използва електро-хидравличен активатор (наречен Uniair и произвеждан от германския доставчик INA Schaffler). Контролът на системата е интегриран в цялостното електронно управление на двигателя, дело на Magnetti Marelli, и позволява отварянето на всмукателните клапани поотделно за всеки ход на буталото и за всеки цилиндър. Благодарение на тази система се намаляват загубите от газообмен, увеличава се бързината на пълнене, по-оптимално се контролира EGR и като цяло се постига по-прецизен контрол на процесите на смесване на гориво с въздух и организиране на турбулентните потоци. Още в базовия проект на Twinair е прието, че тази технология ще бъде интегрирана в двуцилиндровия мотор. Благодарение на системата Multiair въртящия момент при ниски обороти се увеличава с 12 процента в сравнение със система с фиксирани фази.
Важно предимство на двуцилиндровия мотор спрямо четирицилиндровите, което в пълна степен се използва от инженерите на FTP, е фактът, че динамиката на изпускателните тактове позволява използването на широки фази на отваряне на изпускателните клапани без опасност от взаимно влияние на пулсациите на газовете. Всмукателните канали от своя страна са така оформени, че да осигуряват високо ниво на завихряне, с което се осигурява по-добра стабилност на горивния процес при степен на сгъстяване от 10:1. За съжаление, също поради спецификите на двуцилиндровия двигател обаче газовете се насочват с високи, отдалечени във времето амплитуди на вълните от всеки цилиндър – така се натоварва ударно турбокомпресорът, поради което се налага инженерите на FTP да променят изцяло конструкцията на турбинната част на агрегата.
Гъвкавият контрол на клапаните позволява избиране на оптимално време за отваряне на всмукателните клапани в зависимост от режима, като в този случай конструкторите успяват дори да контролират ефективната степен на сгъстяване и да постигнат реализация на цикъла на Аткинсън-Милър. На практика тази система се оказва много по-ефективна от класическата промяната на фазите, реализирана в различни форми от повечето производители. С този двигател Fiat става пионер в много технологични области, включително в използването на интегрирани в главата изпускателни колектори. Моторът използва електронно контролиран термостат, маслена помпа с променлив капацитет, интелигентно управляван генератор и старт-стоп система. След като става носител на наградата за технологична новост за 2011 година и на отличието „двигател на годината 2011”, той неизменно продължава да печели награди и приятели за Fiat…
При работа на пълно натоварване системата отваря клапаните напълно по отношение на фазата и хода на клапана. При ниски обороти клапанът се затваря рано. Това елиминира възможността за обратно връщане на свеж въздух към изпускателния колектор.
При частично натоварване клапаните също се отворят частично, за да се контролира количеството на въздуха. Пак на тази база в зависимост от отварянето на клапана въздухът навлиза по-бързо в цилиндъра и се създава по-силна турбуленция. Последните два режима могат да бъдат комбинирани в един и същ ход с т. нар. Multilift, който също е предпоставка за турбуленция.
http://www.fptindustrial.com/global/en
https://www.crf.it/EN
Източник:
https://www.ams.bg/
Fiat винаги е бил една от най-авангардните в техническо отношение фирми, а развойният център на фирмата е едно от най-впечатляващите със своя инженерен потенциал места в света.
През своята дългогодишна история Fiat е създава невероятни инженерни творения, които често остават в сянката на останалите производители. Компанията от Торино обаче има с какво да се похвали пред света, макар и афиширането и да не и е присъщо.
Но това, което Fiat безспорно винаги е солиден инженерен потенциал. Именно тази италианска компания представи в модела Croma първия дизелов двигател за лек автомобил с директно впръскване – още през 1987 година, или преди Audi да пусне на пазара своя петцилиндров TDI мотор. Десет години след това Fiat представи на пазара технологията common rail, която се превърна в революционна стъпка за развитието на дизеловия двигател. Последва я Multijet, на практика нейно развитие и резултат от 30 години упорита работа на развойния център на марката Centro Ricerce Fiat (CFP) прераснал във Fiat Powertrain Technologies и Fiat Powertrain Technologies Industrial. Разположена в Орбасано, в предградията на Торино, тази институция в приложната наука още от създаването си през 1978 година работи в области като нови материали, системи и двигатели. Именно на този развоен център в голяма степен разчита младият италиано-американски конгломерат. Както историята на Fiat показва обаче, не е достатъчно само да имаш силни карти, но трябва и да можеш да играеш добре.
Пример за подобно нещо е споменатата система common rail. Изградена върху базата на проекти на инженери от швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих, тя е доведена до практическо приложение със съвместните усилия на Centro Ricerce Fiat и Magnetti-Marelli. Като продава лицензите за системата на Bosch, Fiat буквално убива златната си кокошка. Макар че инженерите на Fiat притежават потенциала за развитието на технологията, те не разполагат с гигантските инвестиционни капитали и производствени възможности на Bosch.
Напредък чрез техника
Идването на Маркионе във Fiat през 2004 година създава нова ера в развитието на компанията. Едно от първите дела на топ мениджъра в средата на миналото десетилетие е да прекрати максимално бързо обвързващите съглашения с General Motors. Плод на съвместната им работа са например 1,3- и 1,9-литровите common rail дизели, които впоследствие са доразвити поотделно от двете компании като двулитрови машини и се използват и до днес.
Скоро след това Маркионе посещава и Орбасано. Там един от главните конструктори на центъра, Риналдо Ринофи, му представя така наречения „Стратегически план за развитие на двигателите през следващите 10 години“. Той включва три авангардни технологии, готови за пазарно представяне: новата система за впръскване при дизелови двигатели MultiJet II, която може да извършва до осем впръсквания на цикъл (при първото поколение те са до пет), системата MultiAir за гъвкаво управление на входящия поток на въздуха на базата на задвижване на всмукателните клапани чрез хидравлична система и трансмисия с два сухи съединителя. Всичко това днес е факт, плюс авангардния двуцилиндров двигател, за който ще стане дума по-късно.
Стратегията на Ринофи, разработена заедно с неговия колега, физика Лучио Бернард (който работи във Fiat от 1978 година) приема схващането, че e много по-добре да се инвестира в подобряване на дизеловите и бензиновите двигатели, отколкото да хвърлят огромни средства и усилия за разработване на нови системи, захранвани от електричество. Маркионе прегръща тази теза и през 2005 година събира всички развойни бази на компанията под един покрив. Създадената структура е наименована FPT Powertrain и поставя началото на интензивен развоен период. „В годините, когато автомобилната индустрия все още се надпреварваше по пътя към голямата мощност и работен обем, ние вече знаехме, че скоро това време ще свърши,“ отбелязва Алфредо Алтавиля, изпълнитен директор на развойния център, който от 2012 година се нарича просто Fiat Powertrain Technologies. Негови творения заедно с Fiat Powertrain Technologies Industrial са цяла гама от малки дизелови (1,3-3,0 литра) и големи (3,2-20,1 литра) мотори, както и гама атмосферни и турбо бензинови двигатели работещи и с алтернативни горива – CNG и алкохол и големи CNG мотори за товарни автомобили.
За разлика от 90-те години, сега Fiat ще защитава много по-ревностно технологичните си предимства и като начало няма намерение да лицензира на никого системата MultiAir. Нейна върховна реализация е двуцилиндровият турбомотор TwinAir, създаден във Fiat Powertrain от съвместните екипи на Дамиано Мичели (ръководител на проекта TwinAir), Джовани Мастранджело (ръководител на отдела за бензинови двигатели) и Дарио Сако (вицепрезидент, отговорен за бензиновите двигатели в FPT). Тази машина всъщност е революционна по своя характер, а изборът на броя цилиндри е продиктуван от изключително рационални мотиви, каквито следват и инженерите на BMW.
TwinAir: Извън приетите рамки
В началото на проекта, наречен Twinair, за създаване на нова машина, покриваща диапазона на мощност от 65 до 105 к.с., инженерите се насочват към три възможности – двигател с атмосферно пълнене, с принудително турбопълнене и версия на последния, захранвана със CNG. Първата бързо е отхвърлена, защото повелята на времето вече е друга. След като концепцията с турбопълнене вече е избрана, следва решението за базовата конструкция на агрегата, като е решено работният му обем да е около 0,9 литра. Инженерите разработват няколко стратегии, включващи мотори с два, три и четири цилиндъра, но след компютърните анализи отново се убеждават, че оптималният работен обем на цилиндър е 0,5 литра. Тогава иначе радикалната идея за използване на два цилиндъра изведнъж се превръща във водеща. Предимство на тази архитектура е, че би осигурила и по-малка дължина, даваща възможност и за по-лесно интегриране на хибридна система. Изборът на двуцилиндров двигател обаче неминуемо води и до необходимостта от създаване на система за балансиране на колебанията – най-вече на тези от първи порядък (силите, създадени от самите движещи се части), тъй като колебанията от втори порядък (предизвикан от разликата на скоростта на буталото в различните части на цилиндъра) на тези машини са така или иначе по-ниски от тези на четирицилиндров мотор. Предпочетена е и конфигурацията с разположение на двете мотовилкови шийки на 0 и 360 градуса, вместо по-непопулярния вариант от съответно 0 и 180 градуса (предизвикващ специфични вибрации), тъй като по този начин има равни интервали на горенето и двете бутала се движат едновременно. Такъв е впрочем и оригиналният двигател на Fiat 500 с въздушно охлаждане от 1957 година.
Самата конструкция с два цилиндъра неминуемо води до намаляване на вътрешното триене, но при създаването на двигателя конструкторите успяват да ограничат и натиска на буталните пръстени върху цилиндровите стени, а след тестове с различни системи е избрана технология за балансиране с разположен в долната част на блок-картера вал. Последният задвижва директно водната помпа, за да се намали съпротивлението при триене и да се избегне необходимостта от използване на ремъчна предавка. За блока на двигателя пък е избран чугун като най-добър компромис по отношение на себестойността, цената, здравината и източниците на шум. Важно внимание е обърнато на интеграцията на всички канали и връзки с масления филтър и охладител, както и на водния бай пас. По този начин се избягва необходимостта от външни съединения, с всички присъщи на тях недостатъци, като течове и т.н. Още от самото началото на проекта е взет предвид и фактът, че ще се конструира и CNG версия, като изборът на материали е такъв, че да могат да се справят и с двата вида гориво независимо от версията.
MultiAir: Поредното гениално творение на Fiat
Системата MultiAir се появява на пазара за първи път в поредното поколение на двигателя Fire. Той е дело на FTP, който е притежател на патента за тази технология, и в голяма степен се базира на вече натрупани знания в областта на системите common rail. Тази напълно променлива система за контрол на отварянето на клапаните използва електро-хидравличен активатор (наречен Uniair и произвеждан от германския доставчик INA Schaffler). Контролът на системата е интегриран в цялостното електронно управление на двигателя, дело на Magnetti Marelli, и позволява отварянето на всмукателните клапани поотделно за всеки ход на буталото и за всеки цилиндър. Благодарение на тази система се намаляват загубите от газообмен, увеличава се бързината на пълнене, по-оптимално се контролира EGR и като цяло се постига по-прецизен контрол на процесите на смесване на гориво с въздух и организиране на турбулентните потоци. Още в базовия проект на Twinair е прието, че тази технология ще бъде интегрирана в двуцилиндровия мотор. Благодарение на системата Multiair въртящия момент при ниски обороти се увеличава с 12 процента в сравнение със система с фиксирани фази.
Важно предимство на двуцилиндровия мотор спрямо четирицилиндровите, което в пълна степен се използва от инженерите на FTP, е фактът, че динамиката на изпускателните тактове позволява използването на широки фази на отваряне на изпускателните клапани без опасност от взаимно влияние на пулсациите на газовете. Всмукателните канали от своя страна са така оформени, че да осигуряват високо ниво на завихряне, с което се осигурява по-добра стабилност на горивния процес при степен на сгъстяване от 10:1. За съжаление, също поради спецификите на двуцилиндровия двигател обаче газовете се насочват с високи, отдалечени във времето амплитуди на вълните от всеки цилиндър – така се натоварва ударно турбокомпресорът, поради което се налага инженерите на FTP да променят изцяло конструкцията на турбинната част на агрегата.
Гъвкавият контрол на клапаните позволява избиране на оптимално време за отваряне на всмукателните клапани в зависимост от режима, като в този случай конструкторите успяват дори да контролират ефективната степен на сгъстяване и да постигнат реализация на цикъла на Аткинсън-Милър. На практика тази система се оказва много по-ефективна от класическата промяната на фазите, реализирана в различни форми от повечето производители. С този двигател Fiat става пионер в много технологични области, включително в използването на интегрирани в главата изпускателни колектори. Моторът използва електронно контролиран термостат, маслена помпа с променлив капацитет, интелигентно управляван генератор и старт-стоп система. След като става носител на наградата за технологична новост за 2011 година и на отличието „двигател на годината 2011”, той неизменно продължава да печели награди и приятели за Fiat…
При работа на пълно натоварване системата отваря клапаните напълно по отношение на фазата и хода на клапана. При ниски обороти клапанът се затваря рано. Това елиминира възможността за обратно връщане на свеж въздух към изпускателния колектор.
При частично натоварване клапаните също се отворят частично, за да се контролира количеството на въздуха. Пак на тази база в зависимост от отварянето на клапана въздухът навлиза по-бързо в цилиндъра и се създава по-силна турбуленция. Последните два режима могат да бъдат комбинирани в един и същ ход с т. нар. Multilift, който също е предпоставка за турбуленция.
http://www.fptindustrial.com/global/en https://www.crf.it/ENИзточник:
https://www.ams.bg/