Какво представлява един „Hot Vee“ двигател?

Какво представлява двигателят Hot Vee и защо той има толкова голямо значение за производителността?

В този материал авторите от carbuzz представят основните характеристики на hot vee двигателите. Ето каква информация съдържа се съдържа в материала:

• Моторите Hot Vee са толкова актуални в момента
• Благодарете на Ferrari и Формула 1 за двигателя Hot Vee
• Какво представлява двигателят Hot Vee?
• Какви са предимствата на двигателя Hot Vee?
• Пакетиране
• Кой е първият двигател Hot Vee?

Koenigsegg наскоро обяви, че неговият Gemera ще предлага V8 двигател в серийно изпълнение, като той ще бъде от така наречения тип „hot vee“. Какво означава това и защо е важно?

За да разберем това, трябва да използваме познанията си за основите на турбопълненето и да ги приложим към V-образен двигател, като например V6 във Ferrari 296 GTB, въпреки че в момента по-често се срещат “горещи” V8.

Това е първият шосеен V6 двигател на Ferrari, който се допълва от два турбокомпресора и електромотор. Комбинираната мощност на 296 GTB е 819 к.с. и е достатъчна, за да ускори хибридния суперавтомобил само за 2,9 секунди до 100 км/ч и да достигне максимална скорост от над 320 км/ч.

Въпреки че на кратки разстояния е възможно безшумно, изцяло електрическо шофиране, през повечето време ще искате да включите V6, тъй като той звучи великолепно. Накратко, Ferrari е усъвършенствало хибридния суперавтомобил с GTB, а към забележителния силов агрегат се присъединява и уравновесено, но дълбоко поглъщащо поведение при шофиране.

След това кратко отклонение, нека се върнем на „горещите ве-та“

Традиционно V6 или V8 двигател с двойно турбопълнене има почти идентична схема на V8 двигател с атмосферно пълнене, като всмукателният колектор е разположен над блока и в основата на V-то между цилиндрите.

Такъв е случаят с Nettuno V6 на Maserati MC20. Изпускателните колектори са разположени от външната страна на цилиндровите блокове. Дълго време това изглеждаше като най-доброто решение, но както при много други технологии, горнилото на моторните спортове промени завинаги начина, по който гледаме на V8 с турбокомпресор, и се родиха „горещите турбини“.

Благодарим на Ferrari и Формула 1 за горещия V-образен двигател

В началото на 80-те години Ferrari разкрива първия си опит за автомобил с турбокомпресор във Формула 1 под формата на Ferrari 126C от 1981 г. Двигателят, наречен Tipo 021/1, заменя остарелия flat-12.

Първоначално принудителното впръскване на автомобила е трябвало да се осъществи като компресор Comprex pressure wave (или wave rotor), но той има няколко проблема и никога не се състезава в този си вид. Повечето компресори в наши дни използват различни методи.

Поради проблеми, включващи, но не ограничаващи се до височината на двигателя с принудително пълнене в автомобила и смесването на изпускателните и всмукателните газове, Ferrari се опитва вместо това да закрепи към двигателя чифт турбокомпресори KKK, като по този начин създава първия в света двигател с двойно турбопълнене с горещ двигател.

Това се оказва конкурентноспособно във висшата форма на моторните спортове и въпреки че концепцията се нуждае от известно усъвършенстване (използва само един wastegate клапан за двете турбини), от Ferrari я измислят първи.

Какво представлява двигателят Hot Vee?

Спомняте ли си как при традиционните V8 двигатели с турбокомпресор турбокомпресорите бяха разположени извън двигателя? Това е логично, защото малко трябва да се промени в оформлението в сравнение с V8 с естествено впръскване. Но при двигателите Hot V обръщате нещата, така че изпускателните отвори да са от вътрешната страна на V-то, а не от външната. 

Това означава, че турбокомпресорите се намират заедно с портовете, от които се захранват, така че между цилиндровите гнезда вече няма много място. В резултат на това и на по-високите температури в региона всмукателният колектор вече става от две части и всяка от тях е преместена от противоположните страни на отделните банки, където биха се намирали турбокомпресорите.

По този начин всмукателните колектори са защитени от излишната топлина и могат да бъдат направени по-малки от всяка страна, като същевременно осигуряват по-голям обем въздух в горивната камера.

Обикновено двигателят с горещ вал се охлажда чрез два междинни охладителя въздух-вода, тъй като те са по-ефективни за своя размер, отколкото един голям междинен охладител въздух-въздух.

В общи линии имате представа, че двигателят hot vee е проектиран, за да пести място, и точно това прави. Но има и още предимства.

Какви са предимствата на двигателя Hot Vee?

Двигателите „hot vee“ са били проектирани по някаква причина, така че какви са техните предимства?

Размер

Едно от най-големите предимства несъмнено идва под формата на по-добри възможности за пакетиране. Тъй като съвременните автомобили стават все по-тежки, натоварени с обемисти технологии, които изискват допълнителни сензори и кабелни снопове, пространството, което остава в двигателния отсек за, хм, двигателя, продължава да намалява.

Поставянето на турбокомпресорите във V-то освобождава известно пространство от външната страна на блока на двигателя – пространство, което идва от самите турбокомпресори и изпускателни устройства, както и от по-късите изпускателни колектори, които минават директно от двигателя към турбокомпресорите, през понижаващите тръби и в ауспуха. 

При V8 cold vee двигател (турботата са извън V-то) отработените газове трябва да се отвеждат около кормилната рейка и други основни компоненти. Тук това не е необходимо.

Дори тръбопроводите към всмукателните колектори често могат да бъдат намалени, а два по-малки междинни охладителя в сравнение с един голям, монтиран отгоре или отпред, също ви осигуряват свободно пространство под капака.

Но в случая с дизеловия V8 Power Stroke на Ford „Scorpion“, 6,7-литров гигант, размерът не е толкова важен, така че какви други предимства има?

Тегло

По-малкият брой компоненти и по-малкият брой тръбопроводи допринасят за намаляване на общото тегло и разходите, но по-голямото предимство е къде може да се разпредели това тегло.

В Mercedes-AMG GT блокът на двигателя започва едва зад предния мост, което го прави предно-средно разположен двигател. Без конфигурация „hot vee“ изпускателните колектори щяха да бъдат твърде обемисти. С нея автомобилът придобива по-добри характеристики на управление, без да се налагат допълнителни разработки по окачването, гумите или самото шаси.

Трябва да се отбележи, че двигателят hot vee обикновено е по-висок от двигателя cold vee, което влошава центъра на тежестта на самия двигател.

Най-често обаче компактната широчина на такава конфигурация с по-късите линии на горещото V за всмукване и изпускане създава повече възможности за нестандартно разположение на двигателя, като подобрява както страничния, така и надлъжния баланс на теглото като цяло. Подмяната или модернизацията на турбокомпресорите също обикновено е много лесна.

Производителност

Да, турбокомпресорите – особено тези, които са разположени един до друг – генерират МНОГО топлина. Но това е нещо добро за турбокомпресорите. Не и за смукателите, не. Но за турбокомпресорите – определено.

Колкото по-бързо се загрее едно турбо, толкова по-скоро то ще може да работи по най-добрия начин. Това е така, защото горещият въздух е жизнената сила на турбото: когато въздухът се нагрява, налягането му спада, като по този начин се увеличава склонността му да достига максимална скорост. 

По принцип горещите турбокомпресори са щастливи турбокомпресори. Разбира се, възможно е турбото да се прегрее или пренатовари с безразсъдни профили на повишаване на налягането и на синхронизация, но това зависи от настройката, а не от схемата.

Топлината от турбокомпресорите отива и към каталитичните конвертори, които са удобно разположени точно зад турбокомпресорите и помагат за поглъщането на част от тази топлинна енергия. Колкото по-бързо се нагреят, толкова по-бързо ще могат да си свършат работата.

Горещото “V” също така поставя всмукателните колектори под двигателя, където издигащата се топлина не може да ги достигне и където отделните всмукателни колектори обещават по-хладно всмукателно гориво и по-лесно отстраняване на евентуални течове на гориво. 

Освен това редът на запалване на V-образните двигатели може да затрудни управлението на турбото, тъй като скоростта на работното колело непрекъснато се променя по време на работа на двигателя. 

За да се заобиколи това, се нуждаете от много излишни тръбопроводи, за да се опитате да стабилизирате налягането на въздуха, който се вкарва в турбото, така че то да е по-предвидимо и двигателят да се запали чисто.

Hot vee окомплектоването елиминира тази необходимост благодарение на близостта на турбокомпресорите до двигателя, където е възможно да се отключи по-добър контрол на повишаването на налягането, като едновременно се повишава ефективността и производителността с много по-малка опасност от „knocking“, известно още като преждевременна детонация.

Друго голямо предимство е реакцията при подаване на газ, тъй като по-близкото разположение на турбокомпресорите до горивната камера означава, че те се задействат по-бързо, когато натиснете газта.

Какви са недостатъците на двигателя Hot Vee?

Всичко, което има плюсове, има и минуси и макар че двигателите с горещи цилиндри са в мода, те също имат своите недостатъци.

Размер

Това е нож с две остриета.  Докато общата площ на компонентите на двигателя е намаляла, размерът на турбокомпресорите трябва да направи същото. Това означава по-малко турбозакъснение, но и по-малко мощност.

При двигател със студени цилиндри размерът на турбокомпресорите се диктува от пространството в двигателния отсек. При двигател с горещ цилиндър размерът на турбокомпресорите се определя от това, колко широк или тесен е ъгълът на цилиндъра и колко място позволява това. 

Ето защо двигателят на Koenigsegg Gemera няма да прави толкова много, колкото в Jesko, където има повече място за по-големи турбокомпресори, а също и за по-големи понижаващи и всмукателни тръби. Разликата в предимствата спрямо недостатъците при тези два автомобила се измерва с другите компоненти, заобикалящи тези двигатели, включително хибридните системи. Това е история за друг ден, но смисълът е, че, особено от гледна точка на следпродажбения тунинг, възможностите за по-големи турбокомпресори са далеч по-малки при двигател с гореща клапа.

SSC Tuatara и Hoonicorn използват конфигурации със студени цилиндри.

Двигатели Nelson Racing

Двигател със „студенo ве“ от SSC Tuatara.

Жега

Още един нож с две остриета. Горещите турбокомпресори са щастливи турбокомпресори, но прекалено горещото турбо е рецепта за катастрофа. 

Тъй като турбокомпресорите в конфигурацията с “горещo ве” са по-малки, извличането на мощност често означава по-високо налягане на форсиране, което води до въртенето им при по-високи скорости и генериране на повече топлина. Това се усложнява от факта, че турбокомпресорите са разположени в затворено пространство, където се генерира бързо топлина.

Докато конфигурацията на турбокомпресор със студено ве излага турбокомпресорите на „студен“ въздух от три страни, конфигурацията с „горещо ве“ прави обратното, което налага уникални решения за охлаждане.

AMG GT се справя с това, като студеният въздух преминава през шнорхел, който се подава към вентилационната система при шофиране, а когато е в покой, клапите се затварят, за да предотвратят връщането на горещия въздух в тази зона.Mercedes-Benz

Тунинг

Това е малка забележка, но тъй като всичко е толкова близо едно до друго и се контролира толкова прецизно, при първото разработване на настройката за hot vee може да се окаже предизвикателство. Най-големият проблем е, че V-образните двигатели имат ред на запалване, който понякога обърква неравномерното въртене на ротора, тъй като то постоянно променя оборотите си. 

Осигуряването на импулси и смесване на горивото и въздуха в точното време е от решаващо значение, а за тези, които желаят да извлекат повече от своя V8 чрез комплекти за следпродажбено тунинговане, това понякога може да се окаже по-голям риск, отколкото си заслужава. При все това това би важало и за „студено ве“ и като цяло плюсовете са много повече от минусите.

Кой е първият двигател с горещо ве?

Както обсъдихме по-рано, Ferrari произвежда и провежда първата състезателна кампания с двигател Hot Vee, но първият сериен автомобил, в който е използвана тази концепция, е BMW X6 xDrive50i през 2008 г. с двигател N63 V8.

Еволюцията на този двигател се използва и днес, а неговият високопроизводителен аналог, S68, през годините е намерил място в няколко бързи седана и SUV автомобила, включително в най-новите X5 M и X6 M.

Като странична бележка, Mercedes-AMG твърди, че спортният автомобил, който споменахме по-рано, AMG GT, е първият сериен спортен автомобил, оборудван с двигател hot vee, а неговият 4,0-литров V8 с две турбини се намира и в новия Aston Martin DB12.

Audi също произвежда hot vee под формата на 2,9-литровия V6 с две турбини, който се намира в автомобили като RS5 Competition, и в 4,0-литровия V8 с две турбини, който се разпространява във Volkswagen Group в Audi RS6, Porsche Cayenne и Lamborghini Urus, за да споменем само някои от тях. McLaren Artura е оборудван с шестцилиндров двигател с горещо ве.

Независимо дали става въпрос за двигателя hot vee на BMW, hot V на Mercedes или за двигателя „hot V turbo“ на Audi, всички те използват едни и същи принципи.