GM の新しいガソリン駆動 670 馬力 LT6 フラットについて知りたかったすべて

By AJ Huffinesマスター認定ASEテクニカルエディターTHE AUTO CHANNEL

自動車中部 - ケンタッキー州ルイビル - 2022 年 10 月 12 日: 内燃機関の終焉を告げるのは少し時期尚早であるようです。 GM は、2023 シボレー コルベット Z06 用の最新のスーパーカー パワープラントである新しい LT6 の発表によって、馬力を生み出す私たちのお気に入りの手段をまだ諦めていません。 このエンジンに関しては語るべきことがたくさんあります。

はっきりさせておきますが、これは妥協して開発された製品エンジンではありません。 これはストリートに持ち込まれた競技専用エンジンです。 他に言い方はありません。

LT6 は、第 III/IV/V 世代から派生したものではない、まったく新しいエンジンです。 おそらく、第 VII 世代シリーズのエンジンとみなされます。 平面クランクシャフトやデュアル オーバーヘッド カム (DOHC) などのテクノロジーが、ツリーの下に一足早いクリスマス プレゼントのようにぶら下がっています。 はい、従来のスモールブロック シボレー/LS のボア間隔 4.400 をベースにしており、適度な排気量 5.5L – 333ci を備えています。 しかし、オリジナルのスモールブロックのシボレーファミリーとの類似点はこれで終わりです。

チタン製コネクティングロッドは、鍛造スチール製の平面クランクシャフトによって回転する一組の鍛造アルミニウムピストンに結合されています。 フラットプレーンクランクは、クロスプレーンの標準から根本的に逸脱しています。 これは決して新しい技術ではありませんが、すぐに触れる振動の問題により、ドライバビリティの点で危険を伴います。 リスクを冒す価値がある理由は、フラット プレーン クランクシャフトがもたらす複数の利点です。中でも最も重要なのは、回転質量が軽くなり、RPM の変化に素早く反応し、叫び声を上げるような排気音です。 そして信じてください、この赤ちゃんは叫びます。

これらの特性はすべて、このサイズのエンジンの驚異的なパワー数値に貢献する力の乗数です。 8,400 RPM で 670 の自然吸気馬力を発揮し、6,300 RPM で最高トルク 450 lb-ft を発揮するこのエンジンは、1 立方インチあたり 2.01 馬力という驚異的な出力を発揮します。 これは、66 年の歴史の中で最も高回転のスモールブロック シボレーです (まだそう呼んでよいのであれば)。

この調整されたパワーパンチにおいて最も冒険的な要因の 1 つは、フラット プレーン クランクシャフトの選択です。 この設計機能により、左バンクから右バンクへ交互に燃焼する均等な点火パルスが生成されます。これは、より伝統的なクロスまたはツープレーン クランクシャフトでは実現できません。 この均一な点火シーケンスの利点は、吸気と排気の優れたチューニング作業を達成することがはるかに容易になることです。 チューニング作業は、より高いエンジン速度で追加の空気流をシリンダーに詰め込み、ポンプアップされたシリンダー充填を生み出すためにレーザービームを集中させることができます。これは体積効率 (VE) としても知られています。

これはいくらですか? すべての内燃エンジンは、ピーク トルクでピーク VE を達成します。 これは、すべてのエンジンが最大シリンダー充填率を達成する場所です。 LT6 は 100% をはるかに超える能力があります。 ほとんどの量産エンジンは 90% 台半ばの数値を達成できるため、これは大きな成果です。 100% VE では、エンジンはシリンダーを (短期間で) シリンダー全体の最大容量まで充填することができます。

達成するのが難しいのは、ピーク馬力で 100% VE に近づくことです。この場合、時間はシリンダー充填の敵です。 検証はできていませんが、ピーク馬力では 100% を超える数値があります。 実際の馬力とトルクの数値は、これらの推定を裏付ける傾向があります。

LT6 は、一対の吸気バルブを介して流れを押し出し、ピーク馬力ポイントを成層圏の 8,400 RPM に、ピークトルクを 6,300 RPM に押し上げます。 これにより、ピークトルクとピーク馬力の間の 2,200 RPM という広いパワーバンドが定義され、このエンジンが非常に扱いやすく、活発な運転を予測しやすくなります。 従来の V8 エンジンは通常、1,500 RPM 以下の非常に狭いパワーバンドを生成します。

LT6 が驚異的な馬力を達成したことは否定できませんが、高回転パワーに重点を置いている点は、伝統的な低速トルク スタイルのアメリカン V8 とは根本的に異なります。 LT6 は、かなり異なる方法でパワーを供給する小排気量の自然吸気エンジンです。 参考として、標準的なコルベットの自然吸気 LT2 をゲージポイントとして使用してみましょう。 従来のプッシュロッド 2 バルブ 6.2L (376ci) エンジンは、2,000 RPM で 400 lb-ft 弱のトルクを生成しますが、その出力はわずか 1.31 馬力/ci です。 これは、3.62 インチのストロークと十分な排気量の組み合わせの結果です。 5.5L DOHC LT6 エンジンには、これらの特性のどちらもありません。

一般に、4 バルブ エンジンには、2 バルブ エンジンが通常提供する強力な低 RPM トルク値がありません。 歴史的に、アメリカ人は、低いエンジン速度でトルクを生み出す大排気量エンジンの感触に非常に慣れています。 したがって、LT6 はエンジン回転数が低いほどソフトに感じられることは明らかです。

これはエンジンを非難するものではなく、単なる事実を述べたものです。 車両全体のパッケージを補うために、シボレーは ZO6 コルベットに、この小排気量エンジンに固有の低トルク値を補助する追加のてことして、より剛性の高い 5.56:1 のファイナル ドライブ ギア比を追加しました。 これに加えて、最大トルクは 6,300 RPM で発生し、多くのドライバーはその違いに慣れるまでに時間がかかる可能性があります。

この素晴らしい発電所についてもう少し詳しく見てみましょう。 一般に、DOHC 構成はエンジンの胴回りを大幅に拡大しますが、この観察を確認または否定するスペックはありませんが、これらの新しいヘッドはエンジンのウエストラインをあからさまに拡大するものではないようです。 CP の鍛造ピストンは、エンジン回転数が上昇した場合の耐久性にとって重要であり、軽量であることはより強力であるという信条と一致し、チタン ロッドはオーストリアの Pankl Racing Systems から調達されています。 シボレーはコンロッドの長さをまだ明らかにしていない。

フラットクランク、DOHC配置、大規模な吸気システムはすべて、高回転性能の向上を目的としています。 しかし、これにはドル投資を超える代償が伴い、8,000 RPM ゾーンでの生活を目指す高回転ストリート エンジンを取り巻く熱意によって覆い隠された、この高速化への取り組みには一定の欠点があります。

フラット プレーン クランクシャフトのアプローチの両面を理解するには、V8 エンジンの動作に関する特定の物理的特徴を理解することが重要です。 これにより、利点と欠点の両方が認識されるようになります。 フラットプレーンクランクシャフトは、4 本のクランクピンすべてを 1 つの有効面に配置します。 4 気筒のクランクシャフトはすべてこのように作られているため、フラット プレーン V8 は 2 倍の幅のコンロッド ジャーナルを備えた 4 気筒のクランクと考えることができます。

この画像では、小さなブロックのシボレー レイアウトにより、クロスプレーン クランクシャフトがどのようにバンク間で不均等な点火パルスを生成するかを明らかにしていることがわかります。 曲線は、720 度のクランク回転中に 2 回、エンジンが同じバンクで連続してシリンダーに点火することを示しています。 これは、スモールブロックの 1-8-4-3-6-5-7-2 の発射順序に基づいています。 5 と 7 が連続して点火し、隣接するシリンダーでもあることに注目してください。

これを次の画像と比較すると、平面クランクシャフトがどのようにしてバンクからバンクへ、左、右、左、右のように連続的にシリンダーを点火するのかがわかります。 この利点により、シリンダー充填を支援するための排気パルス調整の効果も簡素化されます。 この図では、1-4-3-8-7-6-5-2 の LT6 点火順序を使用しています。

量産エンジンではツープレーンまたはクロスプレーン V8 クランクシャフトの方がはるかに一般的で、4 本のクランク ピンが正確に 90 度離れたクロスプレーンに配置されています。 90 度の V8 エンジン用のクランクを構築することには基本的な利点がありますが、主な欠点の 1 つは、クロスプレーン クランクシャフトがはるかに重くなり、非常に大きなカウンターウェイトが必要になることです。

平面クランクシャフトは、後で定義する一次力に対抗するために大きなカウンターウェイトを必要としないという利点があります。 これらのカウンターウェイトを排除すると、平面クランクが本質的に軽くなり、その結果、回転質量が減少するため、エンジンの RPM が迅速に上昇することが可能になります。

すべての V 構成のピストン駆動エンジンに影響を与えるいくつかの単純なジオメトリを見てみましょう。 クランクシャフトがピストンを全回転させると、V8 エンジンには一次力と二次力がかかります。

一次力は、ピストンとロッドの垂直方向の動きによって生成される力です。 ピストンが上死点 (TDC) から下死点 (BDC) まで移動すると、垂直方向の力が発生します。 上に 4 つ、下に 4 つのピストンを備えた V-8 エンジンのフラット プレーン クランクシャフトの場合、4 つの 1 セットからの力は、他の 4 つのピストンによって相殺されます。 この一次力は各回転で 1 回だけ発生します。 デュアルまたはクロスプレーン クランクシャフトでは、この一次不均衡の影響を相殺するために、両端に大きなカウンターウェイトが必要です。

ピストンの垂直運動によって生成される二次的な力もありますが、これについてはもう少し説明が必要です。 クランクシャフト ロッド ピンが TDC から 90 度の中間移動点まで移動すると、コネクティング ロッドが円を描き、コネクティング ロッドの有効長が変化し、TDC から遠ざかるピストンの加速が増加します。 その結果、クランクピンが 90 度に達すると、ピストンは総ストローク距離の半分を超えて移動します。

クランク移動の前半ではピストンがより長い距離を移動するため、90 度のクランク ピン中間位置から下死点までのピストンの移動距離は短くなります。 ピストンの移動量の上半分から下半分までのこの差は、加速力の差に反映され、横方向または垂直方向に加えられる振動が生じます。

この横方向の振動に加えて、二次的な不均衡な力が 1 回転につき 2 回発生します。1 回目はピストンが BDC に向かって移動するとき、もう 1 回は TDC に戻る途中です。 この状況にさらに加わるのは、エンジン回転数が高くなると振動が増幅されるため、エンジン回転数が高くなるほど力も大きくなります。

この横方向の振動の力に影響を与える変数には、ピストンとロッド アセンブリの重量、ロッド/ストローク比、および RPM が含まれます。 より一般的なクロスプレーン クランクシャフトは、本質的に、反対方向に振動する第 2 のプレーンによってこれらの二次振動を打ち消します。 これがクロスプレーンクランクシャフトの利点です。

この議論は、カウンタウェイトに少量の金属を追加または削除することで対処されるエンジンの静的バランスに関するものではないことに留意してください。 主力と副力は別個の力のセットです。

GM が LT6 用に単一平面クランクシャフトを選択したのは、明らかにピークパワーを高め、エンジンに独特の排気音を与えることを目的としています。 馬力の標準式は次のとおりです。

この式は、より高い速度でトルクを達成できると仮定すると、エンジンをより高く回転させることができれば、より多くの馬力を生み出すことができることを示しています。 DOHC ヘッドと小型軽量バルブの組み合わせにより、高いエンジン速度を維持できるバルブトレインが作成されます。

このアプローチの課題は、これが平面クランクシャフトの非常に大排気量エンジンであることです。 フォードのブードゥーの取り組みは5.2Lで止まり、ヨーロッパ最大のV8はさらに小さい4.5Lです。 コルベットのチーフエンジニアであるタッジ・ジェクター氏は、初期のプロトタイプテスト中にエンジンの二次振動が非常に激しく、スピンオン式オイルフィルターが文字通りエンジンから緩んで外れてしまったと語った。 これにより、はるかに堅牢なボルトオン式カートリッジ フィルター システムが実現しました。 しかし、彼のコメントは二次不均衡の影響を証明している。

先ほど触れたように、平面クランクシャフト固有の不均衡の影響を最小限に抑える重要な方法は、ストロークを最小限に抑えることです。 LT6 は非常に短い 3.15 インチのストロークを採用しており、これは最小の第 III 世代 4.8L エンジンの 3.26 インチよりもさらに短いです。 この短いストロークにより、ピストン速度が低下し、エンジンの回転能力も向上します。 逆にストロークが短いと変位量は小さくなります。 それを補うために、エンジニアはより大きな 4.104 インチのボアを選択しました。

軽量のシングルプレーンクランクシャフトとチタンコネクティングロッドやショートスカートの鍛造アルミニウムピストンなどの軽量往復コンポーネントの物理的な利点により、LT6 の素早い加速能力が向上します。 もちろん、これは単一平面クランクシャフト エンジンの均一な点火パルスによって強化され、排気チューニングの管理がはるかに容易になります。

ボアが大きくなると、シリンダー壁が吸気バルブから遠ざかることで呼吸がさらに強化され、シリンダーに送られる空気の量が増加します。 もちろん、4 バルブ シリンダー ヘッドのバルブ流量面積は、2 バルブ シリンダー ヘッドのバルブ流量面積よりも常に優れています。 シボレーはLT6のカム仕様とバルブリフトをまだ明らかにしていない。 ただし、フローカーテン領域は目立つのでご安心ください。

他の利点を重ねると、デュアル オーバーヘッド カムも電気機械的に制御されるようです。 データによると、システムは吸気カムに対して最大 55 度の動きを発揮できるのに対し、排気カムでは 25 度の動きを実現します。 これにより、低速トルクでカムを前進させ、RPM が増加するにつれてカムのタイミングを徐々に遅らせることができます。 また、吸気ローブと排気ローブを個別に調整できるため、ローブ分離角（LSA）の自由度も高くなります。

中空カムシャフトは、いわゆるフィンガーフォロアを使用する機械式リフターでも使用できるように設計されています。 ほとんどの機械式カムは時折メンテナンスを必要としますが、シボレーは、フォロワーに使用されるシムの正確な性質により、エンジンの寿命にわたって調整を必要とすべきではないと主張しています。 また、このイラストは、デュアル スプリングがハチの巣型やテーパー型のスプリングではなく、より伝統的なスプリングのデザインであることを示しています。

もちろん、パワーを最大化するには、バルブの動作をインテークマニホールドと統合することが理にかなっています。 LT6 は、電子制御の 78mm スロットル ボディからそれぞれ供給される左右のバンクに別個の配管を備えたアクティブ マニホールドを使用しています。 また、これらの別々のバンク ランナー間の通信を可能にする 3 つの別々のコンピューター制御バルブもあり、RPM と負荷に基づいて調整の利点を提供します。 このアクティブ制御により、低速と高速の両方のシリンダー充填が強化されます。

これまで、主にパワーの利点と平面クランクシャフト エンジンの振動の変動に焦点を当ててきましたが、耐久性も潤滑システムを含む大きな要素です。 以前のプッシュロッド コルベット エンジンは、一種の貧乏人のドライサンプ システムを採用していましたが、その価値は証明されていましたが、同時にある程度の限界がありました。 LT6 は、GM が 6 ステージ システムと呼ぶもので、そのゲームをさらに強化しました。

このシステムの中心となるのは、クランクケース内の各ペアのシリンダー ベイからオイルを回収すると同時に、各シリンダー ヘッドからオイルを引き出すフルレングスのドライ サンプ ポンプです。 次に、オイルは 10 クォートの 5w50 合成オイルが入っている保持タンクにポンプで送られ、圧力ポンプの入口に直接供給されてエンジンに戻されます。 シボレーのエンジニアによれば、いつでもタンク内にはオイルの 80% が残っているという。 これにより、エンジン内のオイルの量が最小限に抑えられ、特に 6,000 RPM を超えるエンジン速度での風損の問題が軽減されます。 このドライサンプは完全な競技スタイルのシステムに似ており、競技場で確実に動作できるエンジンを構築するために GM がどれほどの努力を払ったかを示しています。

このスタイルのドライサンプの利点の 1 つは、クランクケースからオイルを除去するだけでなく、クランクケース内を真空にして風損を軽減し、出力を向上できることです。 シボレーによると、フルソングでは、これは水銀柱 20 インチ ("Hg" に換算すると 20 インチをはるかに超える) に相当するほぼ 80 キロ パスカル (kPa) に相当します。これは深刻なパン真空であり、ピストンがオイル ジェットで冷却される理由も指摘しています。ピストンを冷却するために、ピストンの周囲にオイルがほとんど残りません。

これは LT6 の初歩的な概要にすぎず、車とエンジンが完全に生産されたら、さらに綿密な検査が行われることが予想されます。 二酸化炭素排出量否定論者は最終的には終焉を迎えるかもしれないが、内燃機関ファンは、将来に向けて旗を振ってガソリンを燃料とする突撃を少なくとももう一度楽しむことができるだろう。 ゲームを始めよう！

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