Двигатель Rover K-серии: конструкция, особенности и проблемы

Введение

Двигатель серии Rover K — это серия двигателей внутреннего сгорания, разработанных и производимых компанией Powertrain Ltd, входящей в состав MG Rover. Двигатель представлял собой рядный четырехцилиндровый двигатель, выпускавшийся в двух модификациях: SOHC и DOHC, с рабочим объемом от…

История проектирования

Серия K была представлена в 1988 году Rover Group в качестве силовой установки для автомобиля Rover 200. Это была вторая промышленная реализация технологии литья по песчаным формам низкого давления (LPS) на новом заводе, расположенном между East Works и Cofton Hackett. (Первым промышленным применением процесса LPS была головка блока цилиндров M16, произведенная на South Works, примыкающей к бывшей кузнице). В процессе LPS жидкий алюминий закачивался снизу в песчаную форму, связанную химически. Это снизило количество оксидных включений и обеспечило выход отливок около 90% по сравнению с 60% при более традиционных процессах литья под действием силы тяжести. Процесс позволил избежать многих проблем, присущих литью алюминиевых компонентов, и, следовательно, обеспечил снижение толщины стенок отливок и повышение отношения прочности к весу. Однако процесс требовал использования материала LM25, прошедшего термообработку, что создало двигателям репутацию хрупких. Перегрев двигателя часто приводил к отпуску материала и превращению компонентов в брак. Расположение моторного отсека в некоторых автомобилях Rover, оснащенных двигателями серии K – особенно в MGF с его среднемоторной компоновкой – означает, что часто возникающая утечка охлаждающей жидкости под впускным коллектором может остаться незамеченной до серьезного повреждения головки блока цилиндров. Алюминиевые блоки двигателей были оснащены чугунными гильзами цилиндров, которые изначально производились компанией GKN's Sheepbridge Stokes из Честерфилда, но впоследствии были заменены гильзами производства Goetze. К сожалению, большое количество двигателей, продаваемых на вторичном рынке, так называемых "VHPD", были собраны со старыми некачественными гильзами GKN компаниями Minister, Lotus и PTP уже после внедрения гильз Goetze в производство в 2000 году. Двигатель был первоначально представлен в 1,1-литровой версии с одним верхним распредвалом и 1,4-литровой версии с двумя верхними распредвалами. Поскольку Honda прекратила поставки двигателей Rover после завершения их сотрудничества, но задолго до поглощения BMW, была проведена модернизация конструкции серии K до 1,6 и 1,8 литров. Это было достигнуто за счет использования цилиндровых гильз большего диаметра и увеличения хода поршня. Изменение потребовало перепроектирования блока цилиндров с удалением верхней плоскости блока и перехода от "мокрых" гильз к "полумокрым" гильзам. Пластиковый корпус дроссельной заслонки, установленный на двигателе до 2001 года, производился компанией SU Carburettor. Также выпускались алюминиевые и корпуса большего размера. Четырехцилиндровые двигатели собирались в виде "сэндвича" из компонентов с помощью длинных проходных болтов, которые сжимали двигатель. Хотя такая конструкция не была уникальной и использовалась в ранних легких истребителях времен Первой мировой войны, а также в мотоциклетных двигателях и гоночном двигателе Triumph "Sabrina" для Ле-Мана. Два типа головок блока цилиндров, которые крепились к общему четырехцилиндровому блоку, обозначались как K8 (8 клапанов) и K16 (16 клапанов). Более поздняя конструкция головки блока цилиндров также включала в себя блок управления переменными фазами газораспределения (VVC), разработанный Rover (на основе устаревшего патента AP). Это позволило увеличить мощность без ущерба для крутящего момента и эластичности на низких оборотах. Система VVC постоянно изменяет фазы впускного распредвала, что обеспечивает удивительно гибкое управление: кривая крутящего момента двигателя серии K с VVC практически плоская во всем диапазоне оборотов, а мощность плавно возрастает без какого-либо снижения до срабатывания ограничителя оборотов на 7200 об/мин. После краха MG Rover в 2005 году двигатель серии K начал новую и весьма интересную главу в своей истории. В то время две конкурирующие китайские автомобильные компании проводили две отдельные разработки двигателя. Китайский автопроизводитель Nanjing Automobile (NAC) приобрел активы MG Rover и, следовательно, получил право использовать завод Longbridge, а также права на интеллектуальную собственность и производственное оборудование для многих конструкций, включая двигатели серии K. С помощью Lotus Engineering NAC начала производство серии N – улучшенной версии серии K с переработанной прокладкой головки блока цилиндров и масляной магистралью, изготовленной на оригинальном оборудовании. Этот двигатель устанавливался на возрожденный MG TF в Великобритании, а также на MG3 SW и MG7 в Китае. Вопреки распространенному мнению, серия N никогда не устанавливалась на MG 6. Когда производство MG TF окончательно прекратилось в 2011 году, прекратилось и производство серии N. Вторая разработка велась более крупным китайским конгломератом SAIC Motor. SAIC также ранее приобрела права и чертежи на несколько конструкций MG Rover. Хотя у них были необходимые знания, у них не было оборудования, поэтому им пришлось фактически реконструировать свою версию двигателя. Преимуществом этого было то, что компания Ricardo 2010, которой SAIC поручила разработку, получила возможность улучшить двигатель в ряде областей. Основные направления улучшений включали перепроектирование головки блока цилиндров для улучшения водных каналов и структурной жесткости, а также усиление блока цилиндров. Для его производства использовалось все новое оборудование, а качество материалов и процесса литья алюминия создали гораздо более существенное обновление, чем у серии N. Этот новый двигатель использовался в Roewe 750, Roewe 550, а позже, после слияния NAC и SAIC, в MG 6.

The K series was introduced in 1988 by Rover Group as a powerplant for the Rover 200 car. It was the second volume production implementation of the low pressure sand casting (or LPS) technique in a new plant sited between East Works and Cofton Hackett. (The first volume application of the LPS process had been for the M 16 cylinder head, produced in South Works, adjacent to the former forge). The LPS process pumped liquid aluminium into a chemically bonded sand mould from below. This reduced oxide inclusions and gave a casting yield of around 90%, compared with 60% for more conventional gravity casting processes. The process avoided many of the inherent problems of casting aluminium components and consequently permitted lower casting wall thickness and higher strength to weight ratios. However, the process required the use of heat treated LM25 material which gave the engines a reputation for being fragile. An engine overheat would often result in the material becoming annealed and rendering the components scrap. The layout of the engine bay on some Rover cars fitted with K series engines – particularly the MGF with its mid engined layout – means that a commonly occurring coolant leak under the inlet manifold can go undetected until severe damage has been done to the head. The aluminium engine blocks were fitted with spun cast iron cylinder liners that were initially manufactured by GKN's Sheepbridge Stokes of Chesterfield, but these were replaced by liners made by Goetze. Unfortunately a large number of aftermarket engines, the so called "VHPDs", were built with the old substandard GKN liners by Minister, Lotus and PTP well after the introduction of the Goetze liners to production in 2000. The engine was introduced initially in 1.1 litre single overhead cam and 1.4 litre dual overhead cam versions. Because Honda stopped providing Rover with engines after the end of their relationship, but well before the BMW takeover, an enlargement of the K Series design to 1.6 and 1.8 litres was carried out. This was done by using larger diameter cylinder liners and also increasing the stroke. The change required a block redesign with the removal of the cylinder block's top deck and a change from "wet" liners to "damp" liners. The plastic throttle body fitted to the engine until 2001 was manufactured by the SU Carburettor company. They also included aluminium and larger sized bodies. The four cylinder engines were held together as a sandwich of components by long through bolts which held the engine under compression, though this construction is not unknown, and was used in early lightweight fighter engines from the First World War. It had also been used in motorcycle engines and Triumph's "Sabrina" Le Mans race engine. The two types of head that were bolted to the common four cylinder block were designated K8 (8 valves) and K16 (16 valves). A later head design also incorporated a Rover designed Variable Valve Control (VVC) unit (derived from an expired AP patent). This allowed more power to be developed without compromising low speed torque and flexibility. The VVC system constantly alters the inlet cam period, resulting in a remarkably flexible drive: the torque curve of a VVC K series engine is virtually flat throughout the rev range and power climbs steadily with no fall off whatsoever until the rev limiter kicks in at 7,200 rpm. Following the collapse of MG Rover in 2005, the K Series engine started a new and rather interesting chapter in its history. Two separate re developments of the engine were taking place by at the time two rival Chinese car firms. The Chinese automaker Nanjing Automobile (NAC) purchased the assets of MG Rover and in doing so acquired use of the Longbridge plant and the intellectual property rights and production tooling to many designs, including those of the K series engine. With the help of Lotus Engineering, NAC went on to produce the N Series an improved version of the K Series with redesigned headgasket and oil rail built on the original tooling. This engine featured in the relaunched MG TF in the UK and the MG3 SW and MG7 in China. Contrary to popular belief, the N Series was never fitted to the MG 6. When the MG TF ceased production for the final time in 2011, so did the N Series. The second development was by the larger Chinese conglomerate SAIC Motor. SAIC had also previously purchased the rights and blueprints to several of MG Rovers designs. Whilst they had the necessary knowhow they didn't have any tooling so had to essentially reverse engineer their version of the engine. The advantage of this was it allowed Ricardo 2010, the company tasked by SAIC to carry out development the opportunity to improve the engine in a number of areas. The main areas of improvement included the head being redesigned to improve the waterways and structural rigidity and the block was also strengthened. All new tooling was used in its production and the quality of materials and that of the aluminium casting process created a much more substantial update than that of the N Series. This new engine would go on to power the Roewe 750, the Roewe 550 and later after the two firms NAC and SAIC merged, The MG 6.

Двигатель K8

Ранние двигатели K8 использовали один карбюратор SU KIF с ручным подсосом и бесконтактную систему зажигания, установленную на конце распределительного вала. Одноточечный впрыск MEMS стал стандартным с началом выпуска Rover 100 в 1994 году.

К16

Модели K16 использовали систему MEMS, с блоком управления ECU 1.6 с 1990 по 1994 год и ECU 1.9 начиная с 1995 года, в вариантах с одноточечным или многоточечным впрыском. На блоке двигателя располагалась одна катушка зажигания, а на конце впускного распределительного вала – крышка распределителя и бегунок. Система MEMS 2J применялась на двигателе VVC для управления системой изменения фаз газораспределения и бездистрибьюторной системой зажигания, которая использовалась из-за наличия приводных ремней распределительных валов на обоих концах двигателя. С выпуском Rover 25 и Rover 45 в 1999 году была внедрена система MEMS 3 с двумя катушками зажигания и последовательным впрыском.

Двигатель Кавачи

Двигатель SAIC Kavachi – это значительно улучшенная версия семейства Rover K, использующая другой турбокомпрессор и коробку передач, улучшенную прокладку головки блока цилиндров и усиленный блок. Британская инженерная компания Ricardo plc, специализирующаяся на разработке гоночных двигателей, была привлечена не только для перепроектирования двигателя, но и для модернизации производственного процесса, что позволило создать очень надежный двигатель. Он доступен только в одной версии.