Двигатель Pontiac Iron Duke: История и особенности конструкции.

Введение

Двигатель Iron Duke (также известный как 151, 2500, Pontiac 2.5 и Tech IV) — это рядный 4-цилиндровый поршневой двигатель, производившийся компанией Pontiac Motor Division концерна General Motors с 1977 по 1993 год. Изначально разработанный как новый экономичный двигатель для автомобилей Pontiac, он широко использовался в различных моделях GM в 1980-х годах, а также поставлялся компании American Motors Corporation (AMC). Двигатель был спроектирован для топливной экономичности, плавной работы и долговечности, а не для высокой производительности. Общий объем производства двигателей Duke оценивается от 3,8 до 4,2 миллионов штук.

Разработка

Во время нефтяного кризиса 1973 года единственными двигателями, которые компания Pontiac производила, были версии объёмом , , и их двигателя V8. Понимая, что будущие модели должны быть меньше и экономичнее, инженеры Pontiac получили задание разработать новый двигатель, подходящий для этих будущих автомобилей. Инженеры рассматривали возможность разработки двигателей меньшего объёма на базе существующего V8, V6, полученного из V8, V4, полученного из V8, и рядного четырёхцилиндрового двигателя, созданного на основе одного из цилиндровых банков V8 (по аналогии с двигателем "Trophy 4" Pontiac Tempest 1961 года), но в конечном итоге решили создать совершенно новый четырёхцилиндровый двигатель. Целями команды разработчиков были минимизация шума и вибрации при максимальной долговечности, управляемости, экономии топлива и "полезной" мощности на низких оборотах двигателя. Они начали с анализа других четырёхцилиндровых двигателей, производимых General Motors в то время, и обнаружили, что версия GM do Brasil двигателя Chevrolet 153 куб. дюймов с более коротким ходом поршня и более длинными шатунами значительно снизила вторичную вибрацию по сравнению с оригинальной конструкцией Chevrolet и новым 2,3-литровым четырёхцилиндровым двигателем Chevrolet Vega. Это позволило отказаться от противовращающихся балансирных валов, что увеличило бы вес, сложность и стоимость двигателя. Несмотря на то, что бразильский двигатель имел такие же диаметр цилиндра, ход поршня и расстояние между цилиндрами, большинство деталей не являются взаимозаменяемыми. Осознанный акцент на создании мощности на низких оборотах двигателя был сделан для достижения остальных целей проектирования. Тщательно продумана конструкция впускного коллектора и системы рециркуляции отработавших газов для обеспечения равномерной мощности от каждого цилиндра. Потребление энергии водяного и масляного насосов было снижено, а поршневые кольца, цилиндры и шейки коленчатого вала были разработаны для минимизации трения. Для максимальной долговечности блок двигателя был изготовлен из чугуна с пятью коренными подшипниками, а не из относительно хрупкого блока из литого алюминия, использованного в 2,3-литровом двигателе Vega. (Даже с чугунным блоком Iron Duke весил всего примерно на 9 кг больше.) От конструкции с ременным приводом верхнего распредвала 2,3-литрового двигателя отказались в пользу конструкции с верхними клапанами и зубчатым приводом газораспределительного механизма. Для крепления впускного и выпускного коллекторов к головке блока цилиндров использовались специально разработанные болты, которые немного растягиваются при затяжке, чтобы обеспечить небольшой люфт при сохранении герметичности прокладок и предотвратить растрескивание коллекторов при нагреве. Для улучшения производительности при холодном пуске использовался двухступенчатый карбюратор с двумя камерами и электрическим подсосом, а тепловые экраны, установленные под карбюратором и между впускным и выпускным коллекторами, предотвращали перегрев топлива в карбюраторе, тем самым повышая производительность в жаркую погоду. Признавая, что автомобили с четырёхцилиндровыми двигателями и кондиционером часто испытывали проблемы с управляемостью в жаркую погоду, были внесены другие улучшения, включая выключатель, отключающий компрессор при полностью открытой дроссельной заслонке, и задержку во включении кондиционера, чтобы предотвратить включение компрессора в течение двенадцати секунд после запуска двигателя.

At the time of the 1973 oil crisis the only engines Pontiac built were , , and versions of their V8 engine. Recognizing that future products would need to be smaller and more fuel efficient, Pontiac engineers were tasked with developing a new engine that would be suitable for these future products. The engineers considered developing smaller displacement versions of the existing V8, a V6 derived from the V8, a V4 derived from the V8, and an inline four derived from one of the cylinder banks of the V8 (in the same fashion as the 1961 Pontiac Tempest's "Trophy 4" engine), but ultimately decided to create an entirely new four cylinder engine. The development team's design goals were to minimize noise and vibration while maximizing durability, drivability, fuel economy, and "usable" power at lower engine speeds. They began by analyzing other four cylinder engines in production at General Motors at the time, and they found that GM do Brasil's version of the Chevrolet 153 cu in four cylinder—with a shorter stroke and longer connecting rods—had significantly reduced secondary vibration as compared to the original Chevrolet design and the newer 2.3 L four cylinder from the Chevrolet Vega. This obviated the need for counter rotating balance shafts, which would have increased the weight, complexity, and cost of the engine. Despite sharing the same bore, stroke, and cylinder spacing as the Brazilian engine, the majority of parts are not interchangeable. Focusing on making power at lower engine speeds was a deliberate consideration in order to meet the rest of the design goals. Careful consideration was made to the design of the intake manifold and exhaust gas recirculation system to ensure power output from each cylinder was equalized. Power consumption of the water and oil pumps were reduced, and the piston rings, cylinder bores, and crankshaft journals were designed to minimize friction. To maximize durability the engine block was made of cast iron with five main bearings, rather than the relatively fragile cast aluminum block used by the 2.3 L Vega engine. (Even with the cast iron block the Iron Duke only weighed about 20 pounds more.) The 2.3 L engine's belt driven overhead camshaft was eschewed in favor of an overhead valve design with timing gears. Specially designed bolts that stretch slightly farther than a conventional bolt were used to secure the intake and exhaust manifolds to the cylinder head, to allow slight movement while maintaining the seal of the gaskets in order to prevent cracking the manifolds as they expand with heat. A two stage, two barrel carburetor with electric choke was used to improve performance in cold starts, while heat shields incorporated underneath the carburetor and between the intake and exhaust manifolds were used to prevent heat soaking the gasoline in the carburetor thereby improving performance in hot weather. Recognizing that cars with four cylinder engines equipped with air conditioning tended to experience drivability issues in hot weather, other improvements were made including a cut off switch that shut the compressor off at wide open throttle and a delay incorporated into the air conditioning's circuitry to prevent the compressor from engaging until twelve seconds after the engine was started.