Особенности национального двигателестроения. Часть 2. «Американцы». Нижневально! Чугунно! Надежно!

В прошлой части нашего цикла, посвященного моторным школам разных стран, мы рассказывали о творениях европейских инженеров. На сей раз речь пойдет о работе их заокеанских коллег. Иногда кажется, что автопромышленность США развивалась так, словно Америку от всего остального мира закрывал железный занавес, подобный тому, какой существовал в СССР. На протяжении практически всей истории ДВС американская его «ветвь» формировалась параллельно всем остальным. Складывается впечатление, что штатовский инженерный гений, если и заглядывал за Атлантику, то только лишь для того, чтобы получить от своих потребителей полное неприятие европейских технических новшеств. Ситуация стала меняться только в нынешнем столетии…

Впрочем, при самом появлении автомобиля с ДВС в Америке и в первые годы развития двигатели принципиально не отличались от европейских. Касаясь того времени, вообще трудно говорить о каких-то особенностях национальных моторных школ. Каждый шел методом проб и ошибок.

Oldsmobile Touring Runabout 1904 года и его двигатель, а также Brush Runabout 1909-го со своей силовой установкой. Компоновка могла отличаться. У Oldsmobile, например, мотор располагался в базе и горизонтально. У Brush — спереди и вертикально. И в том и другом случае речь идет об одноцилиндровом двигателе объемом 1,9 и 1,5 литра соответственно

Мы говорим о двигателях, работающих на жидком топливе, но никак нельзя не отметить пристрастие американцев в начале прошлого века к автомобилям, приводящимся в движение электричеством. В 10-х и 20-х годах за океаном наблюдался едва ли не бум электромобилестроения. Если в Европе к электротяге относились с осторожностью, то в США транспортные средства с нею выпускались целым рядом компаний. На фото слева направо Baker Electric Victoria 1908 года, Detroit Electric Model 46 1914-го и Walker Electric Model 15 1909-го

Мощность — цилиндрами!

По крайней мере, один весомый вклад за ту эпоху в развитие двигателестроения за американцами все же значится. В 1896 году два инженера — Чарльз В. Харт и Чарльз Парр — разработали рядный двухцилиндровый двигатель.

В 1903-м конструкторы представили трактор, который оснащался этим двигателем. Объем последнего, к сожалению, установить не удалось. Мощность известна, в разных режимах мотор развивал от 16 до 30 л. с., на что указывало название — Hart-Parr 16-30

К началу выпуска Ford T в 1908 году конструктивные особенности массового двигателя уже определились.

Одна из модификаций Ford Model T и его 2,9-литровый двигатель. При четырех цилиндрах такой или схожий объем уже начал восприниматься в Америке как нечто вполне обычное. В Европе с литражом экспериментировали более смело. Как и с головкой и самим блоком. У фордовского мотора цилиндры были объединены одной отливкой, а ГБЦ выполнялась съемной. Конструкторы Старого Света в то время могли создавать цельные блок и головку или раздельные цилиндры. Из других особенностей агрегата модели T— нижнее расположение клапанов; все еще охлаждение без помпы, на разнице температур и давления; отсутствие масляного насоса и какого бы то ни было механизма регулировки зазоров клапанов

Европейские производители к 20-м годам миновали период гигантизма, при котором рядная «четверка» могла иметь объем более 7–9 литров. Уже начали конструировать компактные моторы в привычные сейчас 1,5–2,0 л, используя разнообразные способы повышения мощности — наддув разных типов, верхние клапаны, два или несколько карбюраторов. Американцы над системами подачи топлива опытов не ставили, замахнулись на большее – на количество и расположение цилиндров.

Первые V8 были сконструированы все-таки в Старом Свете, но серийное их применение началось за океаном. Освоение «восьмерок» произошло в кратчайшие сроки — три фирмы (на фото Cadillac Type 55, Oldsmobile Model 45 и Chevrolet Series D с их двигателями) запустили моторы в массовое производство в 1915–17 гг. Объем агрегатов составлял 5,4, 4,0 и 4,7 л. Конструкция отличалась — первые два двигателя были нижнеклапанными, а в Chevrolet при распредвале, находящемся в блоке, использовали уже верхние клапаны (ГРМ типа OHV)

Похоже, в Chevrolet одними из первых среди американских фирм пришли к использованию механизма OHV. О V8 с ним мы рассказали, однако в начале 20-х годов у этой компании были и «четверки» с ним (слева). Самую интересную (в центре) создал известный инженер Чарльз Кеттеринг. Она имела воздушное охлаждение, которое обеспечивал большой вентилятор и выполненные из меди ребра вокруг цилиндров (их видно благодаря зеркалу над двигателем), расположенные на месте водяной рубашки. 2,2-литровый двигатель устанавливался на модель Chevrolet Series C (справа), получившую второе название — Copper-Cooled, «охлаждаемая с помощью меди». Мотор отличался негерметичностью системы смазки, из-за чего с ним было выпущено всего около 800 машин

На «восьмерках» американские компании не остановились. Еще до 20-х за океаном появился V12, а в 1930-м — V16.

Судя по всему, без малого 7-литровый 12-цилиндровый V-«образник» Packard Twin Six — первый мотор такой конфигурации, появившийся под капотом серийного автомобиля. Развивал 85 л. с. и мог вытягивать машину на третьей высшей передаче с 5–6 км/ч. Среди особенностей двигателя были алюминиевые поршни, система обогащения топливной смеси при холодных пусках и нижнее расположение клапанов

V16 на Cadillac модели 452, появившейся в 1930 году, имел ГРМ типа OHV, причем зазоры клапанов регулировались гидрокомпенсаторами. Благодаря этому отмечалась почти бесшумная работа 7,4-литрового гиганта, весившего 400 кг и развивавшего 165 л. с. Для сравнения, 8-литровый V16 Marmon Sixteen (черный седан) 1931 года весил 422 кг при отдаче в 200 сил. Кстати, за разработку двигателей отвечал один и тот же человек — Оуэн Нэкер, поэтому и агрегат Marmon также имел OHV. Правда, об использовании гидрокомпенсаторов ничего неизвестно. Судьба моделей была схожа — амбициозные планы перечеркнула Великая депрессия. Вот только Cadillac с V16 в двух поколениях кое-как дожил до 1940 года, а Marmon Sixteen сняли с производства в 1933-м

Поиски

Нужно все же сказать, что американские конструкторы оперировали не только рабочими объемами и количеством цилиндров.

Cord 812 (слева) 1937 года имел на своем 4,7-литровом V8 приводной нагнетатель. У Oldsmobile Jetfire (в центре), появившемся в 1962-м, «восьмерка» объемом 3,5 л дополнялась турбонаддувом, работавшим на энергии выхлопных газов. Такая же турбина применялась на Chevrolet Corvair. Правда, двигатель на последнем был для американского автопрома очень нетипичным — 2,3-литровый, оппозитный, 6-цилиндровый, располагавшийся сзади. Все автомобили тем или иным способом страдали ненадежностью моторов. Но Cord сняли с производства еще и по экономическим причинам. А у Jetfire, что достоверно известно, сам производитель предлагал турбину ампутировать

У американских конструкторов, в отличие от их европейских коллег, как-то не получалось доводить до ума современные на тот момент устройства. Другой причиной неприятия ноу-хау была неготовность консервативного американского потребителя за них платить. Наконец, в эксплуатации — обслуживании, ремонте— они требовали иного профессионального уровня от сервиса и отношения самих владельцев. Еще один пример — впрыск топлива.

Механический fuel injection в Америке появился в 1957-м на Chevrolet Corvette (слева). В центре — Nash Rambler Rebel, получивший электронный впрыск к том же году. Справа Plymouth Fury — одна из нескольких моделей концерна Chrysler, дебютировавших с ЭБУ в 1958–59 гг. Шевролевская «механика» предлагалась в качестве недешевой опции и требовала квалифицированной настройки. Электроника Nash и Chrysler помимо этого выходила из строя по некоторым компонентам и не обеспечивала бесперебойного пуска при отрицательных температурах. Впрыск на «Корветах» существовал до 1967 года. Nash и Chrysler выпускались штучно…

Стоит еще отметить двигатель Chevrolet Vega, выпускавшейся в 1971–77 гг. Субкомпактная модель пришла на смену упомянутому Corvair, чей картер двигателя и корпус коробки были выполнены из алюминия. Было принято решение «металлургические мощности» использовать по назначению. Так появился первый в мире алюминиевый двигатель, лишенный чугунных гильз.

На самом деле блок двигателя состоял из сплава алюминия с кремнием. После травления кислотами зеркала цилиндра мягкий металл вымывался и оставался твердый кремний — поршневые кольца работали по последнему. При конструктивно небольшом заправочном объеме системы смазки и увеличении сроков работы масла стенки цилиндров повреждались. К тому же 2,3-литровая рядная «четверка» охотно перегревалась, была сильно вибронагружена, стреляла переобогащенной смесью в глушитель, а еще у нее закусывало привод дроссельной заслонки

В результате GM отозвал почти полмиллиона Vega. Впредь американские производители хотя и связывались с «субкомпактом» и прочими небольшими моделями, но чаще стали отдавать эти классы на откуп японцам, с которыми сотрудничали на ниве бейдж-инжиниринга. Понятное дело, без привлечения собственных конструкторских кадров.

Классика

Отставим в сторону все эти «четверочки» и неудачные в 50–70-х годах эксперименты. Американский двигатель — это, безусловно, V-образная «восьмерка». Для того чтобы понять, почему так получилось, нужно вернуться назад, в довоенные 30-е. Несмотря на то, что первые серийные «восьмерки» появились полутора десятилетиями ранее, именно 1932 год стал отправной точкой любви янки к V8. С таким двигателем Генри Форд предложил компактную и недорогую Model 18. Вошедшая в историю еще и как Ford V8, она стала знаменитой благодаря «подвигам» Бонни и Клайда и Джона Диллинджера — известных грабителей банков.

Отец американского автопрома рисковал — на дворе кризис, а тут дорогой V8! На самом деле все было просчитано — 3,6-литровый двигатель под названием Flathead (в дословном переводе «простак», но больше подходит «плоская голова») имел единую отливку блоков и картера. Форд не был здесь первым, но именно он смог получить из этого экономическую выгоду, наладив массовое производство моторов. Нижнее расположение клапанов обуславливало невысокую степень сжатия и мощность (5,5:1 и 65 л. с.). Впоследствии первую несколько увеличивали, отчего росла отдача (75–85 сил). Были версии объемом 2,2 л, устанавливавшиеся на европейские Ford, а также 3,9- и 4,2-литровые агрегаты. Для грузовиков выпускалась модификация объемом 5,5 л. Заводская мощность никогда не превышала 125 л. с., однако на хот-родах Flathead форсировали до 700 сил. Выпускавшийся до 1953-го, популярен он и сейчас — на фото справа уже современная реинкарнация ветерана

Дебют верхнеклапанных «восьмерок» в Штатах состоялся еще век назад, но массово к ним американские компании пришли только в 50-х. Подобные моторы появились у всех трех гигантов местной автоиндустрии. Конструктивно двигатели были схожи. При 90-градусном развале блока цилиндров их коленвалы имели кривошипы, расположенные в перпендикулярных плоскостях. Это обеспечивало равномерные вспышки в цилиндрах, отсутствие вибраций (гасимых лишь противовесами на вале) и хорошую тягу на «низах». Посаженные на шейки попарно шатуны здорово упрощали литье коленвалов. Стоит ли говорить, что блок выполнялся из чугуна, а OHV-механизм усложнял, если вообще давал возможность устройства 3-х или 4-х клапанов на цилиндр. Другим общим местом являлось то, что на основе одной отливки производитель мог создавать целую линейку моторов разного объема.

Даже по меркам европейских моторов 80–90-х годов межцилиндровое расстояние было внушительным — с прицелом на будущее увеличение диаметра цилиндров и получения агрегатов со значительно большим рабочим объемом. С запасом выполнялся и картер, в который можно было помещать коленвал, обеспечивающий более длинный ход поршней. Благодаря этому, например, мотор Ford Y-block 50-60-х имел пять версий объемом от 3,9 до 5,1 л. Агрегат Chrysler FirePower (по сути, первая генерация легендарного HEMI) — две 4,3- и 5,4-литровой модификации. Всего же в двух поколениях HEMI выпускался в 13 исполнениях — от 4,0 до 7,0 л. Но об этой легенде стоит поговорить особо

В названии HEMI (от hemispherical — полусферический) заключается главная особенность и гордость разработчиков двигателя — форма камер сгорания в виде полусферы, благодаря которой горючая смесь хорошо перемешивалась и подавалась к свече зажигания. Что любопытно, мотор создавался как V16 для истребителя-бомбардировщика P-47 Thunderbolt. Но с окончанием Второй мировой и началом в авиации реактивной эры утратил актуальность. Как это было не единожды, разработчики начали искать своему творению гражданское применение. В результате этот V8 получили все подразделения Chrysler, а сам он выпускался 20 лет — до 1971 года

Долгая конвейерная жизнь — еще одна характерная особенность американских «восьмерок». Встречались, безусловно, и исключения. Например, тот же Ford Y-block выпускался лишь десятилетие. Но обратных примеров больше: Ford 335 — 13 лет, Ford Windsor — 39 лет, а первое поколение известной линейки Chevrolet small-block просуществовало с 1955 по 2003 годы.

Еще одна американская легенда — «восьмерки» small-block (слева) и big-block (в центре). «Маленький» и «большой», а на сленге американских рейсеров еще и mouse motor и rat motor — мышиный мотор и крысиный мотор. Чугунные блоки, чугунные «головы»… Если первый имел объем от 4,3 до 6, 6 л, то второй, и правда, был настоящим гигантом. Верх его линейки занимали 7,0–7,4- и даже 8,2-литровые моторы (справа). Выпуск big-block продолжался с 1958 по 1974 годы (по другим данным, до 1977-го). Любопытно, что small-block от Chevrolet выиграл внутрикорпоративный тендер по разработке V8 — задача по проектированию ставилась Buick, Cadillac, Oldsmobile, Pontiac. Двигатель получился настолько удачным, что его использовали до 2003 года. Правда, начиная с 1996-го «смолл-блоки» под брендом Vortec перевели на «тяжелую технику», различные «автобусы» и пикапы-SUV`ы (появились под этим брендом и новые «биг-блоки»). И еще один интересный факт — для тюнингового и сервисного отделения GM 5,7-литровый small выпускается до сих пор

Объяснимо, что при таком архаизме V8 не выдавали большой мощности. К примеру, 4,3-литровый small-block 1955 года развивал лишь 165 л. с., мощность его 5,7-литровой версии 1967-го доходила до 195 сил, а big-block объемом 8,2 л начала 70-х «в стоке»… 338 «лошадок». Ставка больше делалась на момент и низовую тягу. Хотя есть мнение, что компании занижали мощность на 20 и даже 100 сил ради меньшей для владельцев стоимости страховки, но и в этом случае энерговооруженность не поражает воображение.

Конечно, ее корректировали приводными нагнетателями, устанавливаемыми спортсменами и самими производителями. Последние работали над клапанными механизмами — взаимным расположением в камере сгорания впускных-выпускных клапанов и свечи зажигания. В конце концов, применялись и двухкамерные и сдвоенные карбюраторы. Но относительно качественный скачок произошел только после того как американцы раскусили прелести электронного впрыска. Это случилось не сразу. Первые осторожные попытки делались еще в начале 70-х. На том же small-block, а точнее, на некоторых двигателях из линейки, появился центральный впрыск. По отдельной форсунке на цилиндр моторы начали получать еще в первой половине – середине 80-х — также ограниченно, не делая погоды на рынке. Ну а масштабный переход на EFI обозначился только в следующем десятилетии. И при этом еще в середине 90-х отдельные агрегаты продолжали существовать с моновпрыском и даже с карбюраторами. Поразительный консерватизм! Особенно с учетом того, что еще с конца 70-х в США были законодательно утверждены предельные нормы содержания вредных элементов в выхлопе, и производителям пришлось внедрять катализаторы, как-то увязывая их с карбюраторами. Разумеется, последние имели электронную часть, и тем не менее.

Держаться корней!

Поразительно и иное — 20 лет назад и позже, когда стали дебютировать моторы последних поколений, американцы не отступились от своих традиций. Исключением стал только Ford. В 1991 году у компании появилась линейка двигателей Modular — с распредвалами в головках.

Ford Modular изначально создавался как верхневальный. Безусловно, речи уже не шло о карбюраторах и центральном впрыске. Но к использованию 3-х и 4-х клапанов на цилиндр подходили как к чему-то технологически сложному. Первая версия — 4,6-литровая — имела по одному распредвалу в каждой головке и по два клапана на цилиндр. Такая модификация выпускалась до 2005 года и развивала от 190 до 260 л. с. Только в 1993-м Ford решился на внедрение DOHC и 4-х клапанов на цилиндр (260–320 л. с.). И при этом в 2005-м двухклапанную модификацию сменили мотором с тремя клапанами на цилиндр (около 300 сил; на фото слева). В центре Boss 302 — 5,0-литровый двигатель 2011 года, оснащавшийся системой изменения фаз газораспределения и развивавший 385–444 сил. Справа последняя новинка Ford — 5,2-литровый агрегат Voodoo, созданный для Mustang Shelby GT

Причем вплоть до нынешнего столетия в линейке Ford оставались двигатели прежних серий с распредвалом в блоке. Сами блоки новых фордовских моторов не всегда выполнялись из алюминия. Хотя за последние четверть века американцы частично все-таки изменили своим чугунным пристрастиям. Но, скажем, двигатели семейства HEMI нынешнего поколения до сих пор имеют блоки из этого металла. А V8 Chevrolet несут в себе чугунные гильзы.

Вместе с тем появились фазовращатели, системы отключения части цилиндров, индивидуальные катушки зажигания. Степень сжатия выросла до 10–11,5:1. Оснащенные нагнетателями, эти «восьмерки», как, например, 6,2-литровые LS и LT1 от Chevrolet или крайслеровский HEMI, появившиеся в последние годы, развивают от 420 до более чем 700 сил.

Тем не менее Chrysler и GM остались верны столпам, на которых конструкторская мысль за океаном зиждилась все эти годы. Речь об OHV-механизме ГРМ и всего лишь паре клапанов на цилиндр. Ниже видео, рассказывающее о 6,2-литровой «восьмерке» LT1, представленной в 2013 году и предназначавшейся Corvette и Camaro.

Были ли недостатки? Например, как некую курьезную проблему можно рассматривать перегревы у древнего Flathead, для устранения которых (как это похоже на американцев) предполагалось просверливать дополнительные отверстия в блоке и покупать «кит» с магистралями охлаждения.

У некоторых джиэмовских LS выпуска 2001–06 гг. были литейные дефекты «головок» блоков, которые менялись по гарантии. LS следующего поколения 2005 года на холодную страдали зазорами между поршнями и зеркалом цилиндр — стучали при перекладках. Но это частности, которые могут быть у любого производителя. А общая отличительная черта — значительный ресурс поршневой группы или, скажем, цепи, приводящей единственный распредвал от коленвала (может доходить до 400 тыс. км). Не зря тот же LS — один из популярных агрегатов в российской и прибалтийской дрифт-сериях. Уничтожить «восьмерки» можно разве что продлением межсервисных интервалов — уповая на большие объемы смазки (так, у 4,7-литрового HEMI это 7,2 л, у 6,2-литрового LS — 8,5 л). Менять — как на малолитражках, через 7–8 тыс. км!

О надежности и возможностях форсировки американских «восьмерок» говорит, например, такой факт. В 1997 году фордовский 4,6-литровый двигатель с DOHC для своей модели Mantis (слева) выбрали британцы из Marcos. Спустя 5 лет — шведы из Koenigsegg (в центре) для моделей CC8S и CCR. В первом случае мотор с приводным нагнетателем развивал 506 л. с. Во втором — 655 и 806 сил

К тому же если говорить о тюнинге, то американские V8 сравнительно (с учетом рабочего объема) недороги. К примеру, какой-нибудь 4,8-литровый Vortec или агрегат схожей кубатуры годов 70–80-х еще с карбюратором удастся приобрести за 70 000–80 000 руб. Более объемные «восьмерки» все-таки дороже — стоимость «Элэсов» либо HEMI лежит в пределах 130 000–200 000 руб. Но за эти деньги можно рассчитывать на поразительную даже при спортивном использовании живучесть и большой ассортимент тюнинг-комплектующих.

Читайте в предыдущей серии: европейцы.
Ждите в следующей серии: японцы.