© WWW.AMT.NL - Dé internetsite voor de Automotive Professional

MOTOREN Techniek nieuwe V6 van General Motors Powertrain

Het ontwikkelingsprogramma voor de nieuwemotorenreeks startte in februari 1999. Er werdeen lange lijst met eisen en wensen opgesteld.Daarbij is duidelijk aandacht besteed aan de in2008 komende Euro5 emissie-eisen, die nogeens 50% lagere grenswaarden stellen dan deEuro4 eisen van 2005. Bovendien wilde het GMteam alle bestaande V6 motoren overtreffen alshet gaat om Noise, Vibration en Harshness(NVH). Daarmee worden het geluid, de trillin-gen en de al dan niet soepele loop van de motorbedoeld.Om het brandstofverbruik en daarmee de CO2-emissie zo laag mogelijk te krijgen, moet deverbranding goed verlopen en dat lukt alleenals de mengselbereiding in orde is. De 32 bitmicroprocessor van de Bosch Motronic ME9ECU mag hierbij assisteren en ‘en-passant’ nogtal van andere zaken regelen.

Het onderhoud is tot het minimum terugge-bracht. De olieverversingstermijn wordt via deboordcomputer bepaald en is afhankelijk vande gebruiksomstandigheden. Het GM Oil LifeSystem zal in Europa naar verwachting werkenmet een maximale olieverversingstermijn vantwee jaar of 30.000 km. De edelmetaalbougiesmogen er 160.000 km in blijven zitten, de klep-speling wordt hydraulisch geregeld. Behalve deolie wordt alleen het filterelement vervangen,dus is er buitengewoon weinig onderhoudgedurende 160.000 km.

Drie verbrandingssystemenDe motor begint zijn leven met indirecteinspuiting. Later komt er directe inspuiting bijin twee uitvoeringen. De lambda=1 uitvoeringkennen we al van Alfa-Romeo (zie AMT 4/2002)en heeft als groot voordeel dat er met welbe-kende en probleemloze katalysatortechniekkan worden gewerkt. Om het brandstofver-bruik in de rijcyclus nog verder omlaag tebrengen, wordt er gewerkt aan een arm-meng-sel versie van de directe-inspuiting. Die heeftpas zin als de katalysatortechniek in orde is endat zal pas het geval zijn als de zwavelarmebenzine vervangen is door zwavelvrije.Hoe dan ook, GM heeft aan alles gedacht. Zelfsaan drukvulling, want als zich een gebrek aantrekkracht zou voordoen kunnen twee turbo’s

De 3.6 liter V6 heeft twee poly-V-snaren, elk meteen eigen spanrol. Naast de oliepeilstok staat hetoliefilter dat een verwisselbaar element heeft.Deze motor is bedoeld voor langsinbouw, dat is tezien aan de vorm van het uitlaatspruitstuk. Overalis er geluiddempende bekleding toegepast.

GM ontwikkelt krachtige V6 motorfamilie

WereldmotorGeneral Motors Powertrain

ontwikkelde een nieuwe V6

die de komende jaren als

krachtbron gaat dienen in

modellen van Cadillac, Alfa

Romeo, Opel en Saab.

Dankzij een cilinderinhoud

van 2.8 tot 4.0 liter liggen

er vermogens tussen 150

en 275 kW in het verschiet.

We verdiepten ons in de

hoogwaardige techniek

van de 3.6 liter uitvoering

voor de Cadillac CTS sedan.

Foto’s /Tekeningen: General Motors

1 © WWW.AMT.NL - Dé internetsite voor de Automotive Professional

is bij aluminium lagerkappen wel het geval.De slanke drijfstangen zijn van gesinterd staalgesmeed en zijn met zwevende zuigerpennenmet een diameter van 24 mm verbonden metde zuigers. De zuigers zijn voorzien van eenkunststof looplaag op het hemd, daardoorblijft de speling gering. Vooral bij koude motorzorgen kantelende zuigers voor ongewenste bij-geluiden die veel weg hebben van een die-selachtig verbrandingsgeluid. GM wil de V6 zostil mogelijk laten draaien, want dat is wat deklanten van zo’n motor verwachten.Het aluminium motorblok is in zand gegotenen voorzien van ingegoten gietijzeren cilinder-voeringen. Later kan er een grotere zuiger in,want dan worden de voeringen vervangen dooreen plasma looplaag. Vandaar dat er zelfs 4.0liter slagvolume beschikbaar is. Het geslotendek zorgt voor de nodige stijfheid, want als erbij deze motoren drukvulling wordt toegepastneemt de verbrandingsdruk toe.

Uitgekiende ademhalingDe cilinderkoppen bevatten enkele bijzonder-heden, voornamelijk in de kanaalvorm. Er zijnvier kleppen en één centraal geplaatste bougieper cilinder, zoals bij vrijwel alle modernemotoren. De GM-technici hebben hun bestgedaan om het verbrandingsgeluid bij vollastaangenaam te laten klinken. Dat lukt als dedrukstijging per krukgraad beneden eenbepaalde waarde blijft. Mede bepalend hier-voor is de gasbeweging, vandaar een uitge-

voor assistentie zorgen. Per slot van rekeninglijkt er een toekomst in het verschiet voormotoren die bij die cilinderinhoud 300 tot 374kW ‘moeten’ kunnen leveren.

In alle standenDe nieuwe V6 motoren moeten zowel in langs-als in dwarsrichting kunnen worden inge-bouwd. Ze moeten met handgeschakelde bak-ken en met automaten worden gekoppeld.Bovendien wil GM zowel voorwielaandrijving,achterwielaandrijving als vierwielaandrijvingtoepassen. Dat stelt al met al hoge eisen aan deflexibiliteit van het ontwerp. Vooruitdenkendkwamen de ontwerpers ook op het idee dat demotor in een hybride opstelling te gebruikenmoet zijn die samen met een elektromotorvoor de aandrijving zorgt.

Licht en stilZoveel mogelijk onderdelen zijn van alumini-um legeringen gemaakt. Daarbij horen hettweedelige inlaatspruitstuk, de cilinderkoppen,het motorblok, de zuigers en de carterpan. Ookhet distributiedeksel, het thermostaathuis, dekleppendeksels en tal van andere delen zijnvan dit lichte en sterke materiaal vervaardigd.Onderdelen die zeer hoog belast worden zijnvan gesmeed of gesinterd staal gemaakt.De gesmede krukas komt van Krupp en valtniet alleen op door de forse uitvoering van dedrijfstang- en krukaslagers, maar ook doordat

elke drijfstang tussen twee contragewichtenzit. Bij veel krukassen zitten de verzette drijf-stangtappen pal tegen elkaar. GM legt denadruk op symmetrie bij de gaswisseling enheeft daarom gekozen voor een ontstekingsvol-gorde 1,2,3,4,5,6. Dat wil zeggen dat de ver-branding netjes in opeenvolgende cilinders,dus dan links, dan rechts plaatsvindt. Dankzijdeze keuze en de juiste positie en afmetingenvan de contragewichten is er geen balansasnodig. Er is geen sprake van een torsietrillings-demper, wel van een twee-massa vliegwiel bijmotoren die een handgeschakelde bak aandrij-ven. GM meldt dat er een vliegwieloliekeerringis gebruikt van Teflon die tegen hoge tempera-turen en glijsnelheden bestand is.De krukas is opgesloten door vier gietstalenhoofdlagerkappen die elk met zes bouten zijnbevestigd. Dat zorgt voor de nodige stevigheidook in dwarsrichting, terwijl de lagerspelingniet zo sterk varieert met de temperatuur. Dat

De opengewerkte tekening toont veel details. Interessant is dedistributie die vanaf de krukas eerst twee hulpassen aandrijft.Een tweede ketting drijft de dubbele nokkenassen aan, dus zijner in totaal drie kettingen. Elke nokkenas kan om zijn lengte-asworden verdraaid.

Het inlaatsysteem heeft een X-vorm, deinlaatkanalen van de linker bank komenin het rechter deel van het spruitstuk uiten omgekeerd. De klep aan de voorkantzorgt ervoor dat de beide delen van despruitstukken wel of niet met elkaarworden verbonden. Let op de thermo-staat in de koelwatertoevoer naar hetmotorblok.

© WWW.AMT.NL - Dé internetsite voor de Automotive Professional 2

MOTOREN Techniek nieuwe V6 van General Motors Powertrain

kiend compromis tussen de koprolwervel en de‘squish’. De squish, het wegpers-effect tussen dezuiger en de cilinderkop, beïnvloedt het toeren-tal van de koprolwervel. Het mengsel dat wordtweggeperst geeft een positieve of negatieve duwaan de koprolwervel. Als de zuiger omlaag gaat,ontstaat er een ‘negatieve squish’. Dat wil zeg-gen dat het mengsel als het ware in de nauwespleet tussen de kop en de zuiger wordt gezo-gen. Dat beïnvloedt de verbranding eveneens,want als de hoogste temperatuur en druk optre-den, is de zuiger zo’n 15 krukgraden voorbij hetBDP. Al met al een ingewikkeld samenspel.Ook aan de uitlaatkant heeft GM goed nage-dacht. De twee uitlaatkanalen hebben een ver-nauwend verloop en monden uit in één ovaalkanaal. Daarmee wordt het wandoppervlakbeperkt, dus blijft de gastemperatuur hoog ende koptemperatuur laag. Deze argumenten ken-nen we van Mercedes-Benz als verklaring voorhet toepassen van één uitlaatklep.De klephoeken bedragen 18° voor de inlaatklep-pen en 12° voor de uitlaatkleppen, de ingeslo-ten hoek is dus 30°. Enkele ‘bijenkorfvormige’klepveren staan een maximum toerental van6700 t/min toe. Lichte slepers met een naaldge-lagerde rol rusten op hydraulische stelplunjers.Dit is een algemeen toegepaste constructie (ookbij dieselmotoren) want bij lage toerentallen isde wrijving laag.

Traploze nokkenasverstellingDe distributie is anders dan gebruikelijk. Er iseerst een korte ketting naar twee hulpassen.Vandaar gaat er een ketting naar elk stel boven-liggende nokkenassen. Op het krukastandwielzitten rubberringen die het geluid van de oplo-pende ketting dempen. Op iedere nokkenas ziteen traploos verstelbaar mechanisme dat denokkenas maximaal 50 krukgraden kan verstel-len. De maximale lichthoogte van de inlaat-kleppen wordt bereikt 132° na het BovensteDode Punt. De uitlaatkleppen staan volledigopen als ze 111° voor het BDP staan. De hydrau-lische verstelling vervroegt de kleplichtkromme

van de inlaatkleppen met maximaal 50 kruk-graden en verlaat de lichtkromme van de uit-laatkleppen met dezelfde waarde.De voordelen van zo’n systeem zijn bekend: eris inwendige uitlaatgasrecirculatie mogelijk, depompverliezen bij deellast zijn kleiner en hetkoppel is bij alle toerentallen optimaal.Kennelijk is het ook gunstig voor de CO- en HC-emissies bij min 7°C, want er wordt geen mel-ding gemaakt van luchtinjectie in de uitlaat-poorten. Een stabiel laag stationair toerentalvan 600 t/min is mede door de nokkenasverstel-ling te bereiken, dat is gunstig voor het ver-bruik, de emissie en het geluid.Nu het beperken van het geluid weer ter sprakekomt, is het nuttig te vermelden dat het alumi-nium distributiedeksel aan de binnenkant voor-zien is van twee stalen platen die een verschil-lende dikte hebben. Het resultaat is dat deeigentrillingsfrequenties van de drie zodanigverschillend zijn dat ze het geluid beperken.

Elektronica regeertBosch levert de 32 bit Motronic ME9 micro-hybride ECU die opgebouwd is uit vier lagen

De ECU is zo stevig en temperatuurbestendig datdeze voor op de motor kan worden geplaatst. Het68 mm gasklephuis is voorzien van een stelmotordie voor de juiste stand van de gasklep zorgt. Hetplatte aanzuigdeel van het inlaatspruitstuk houdtde bouwhoogte van de motor beperkt.

Het blok heeft een gesloten bovendek en ingego-ten gietijzeren voeringen. Door zorgvuldig uitge-kiende ribben is de stijfheid hoog en de geluids-productie laag.

De gesmede krukas is stevig uitgevallen omdat er zowel met eengrotere cilinderinhoud als met drukvulling door middel van tweeturbo’s rekening is gehouden. Vlak bij het vliegwiel zit het pulswielvoor de krukstandsensor. De kruktappen zijn 60° verzet zodat dezuigers links en rechts tegelijk in het BDP staan. Gekozen is voorde ontstekingsvolgorde 1,2,3,4,5,6.

Rechtsboven is de ‘com-mon-rail’ te zien waar-op één van de verstui-vers is aangesloten. Letop de ongewone wijzewaarop deze verstuiveris geplaatst. Het uitlaat-kanaal heeft een bijzon-dere vorm door hetsamenvoegen van debeide poorten. Er wor-den bijenkorf-vormigeklepveren toegepast.

3 © WWW.AMT.NL - Dé internetsite voor de Automotive Professional

de stand en de snelheid van intrappen of gasloslaten aan de ECU. Die kijkt naar de momen-tane gasklepstand, het motortoerental, de rijs-nelheid, de stand van de nokkenassen, de standvan de klep die het inlaatsysteem regelt en nogandere gegevens. Aan de hand van al die para-meters wordt de nieuwe gasklepstand bepaald.Zo’n regelstrategie wordt ‘torque-based’ dus opkoppel gebaseerd genoemd. Er kan ook reke-ning worden gehouden met verbruik, emissiesen indien gemonteerd, de elektronisch schake-lende bak, CVT of meertrapsautomaat.Zowel de directe ontsteking als de inspuitingworden door de ECU geregeld. Twee sensorenzorgen voor de tijdstipbepaling om voor eenhoge nauwkeurigheid gedurende de levensduurte zorgen (kettingen slijten) en elkaar te vervan-gen als er één defect is. De klopsensoren wer-ken cilinderselectief zodat het ontstekingstijd-

stip per cilinder optimaal geregeld kan worden.Dat scheelt in verbruik en emissies. De inspui-ting werkt zonder retour om de brandstoftem-peratuur en dus ook de verdamping laag tehouden.Op de common-rail zit zowel een drukregelaarals een pulsdemper. De drukregelaar verhoogtde inspuitdruk bij hogere motorbelasting omover het hele toeren-belastinggebied de juistedruppelgrootte te verkrijgen. Als al deze maat-regelen de schadelijke emissies niet ver genoegverlagen, is er bij elk uitlaatspruitstuk eentweetal driewegkatalysatoren geplaatst. Dat iseen zogenaamde ‘close-coupled’ opstelling diegebruik maakt van dunwandig keramiek. Erworden breedband lambdasensoren gebruiktom het mengsel cilinderselectief te regelen.

Olie en waterEr is veel aandacht besteed aan de thermischehuishouding. Oliesproeiers zorgen niet alleenvoor zuigerbodemkoeling, ze voorzien ook dezuigerpennen en de cilinderwanden van extraolie die geluiddempend werkt. De oliepomp zitop de krukas (terwijl die bij de Duitse motorenjuist teruggaat naar het carter om bij een hetemotor verzekerd te zijn van het onmiddellijkaanzuigen van olie) en heeft een uitgekiendolietoevoer- en overdruksysteem. Daardoorwordt voorkomen dat er lucht wordt aangezo-gen en rondgepompt terwijl de overdrukklepniet kan gaan trillen door drukpulsaties.Opvallend bij het koelsysteem is dat de thermo-staat op de ingang naar het motorblok zit ter-wijl firma’s die deze uitvoering voorheen toe-pasten er vanaf gestapt zijn. Het sterke puntvan deze opstelling is dat er nooit een plonskoud water de motor instroomt als de thermo-staat koud water uit de radiateur toelaat in hetsysteem. Om de gedachtegang achter ditsysteem te begrijpen, moeten we het completekoelsysteem bekijken. Koelvloeistof stroomt uitde cilinderkop naar de radiateur en vandaarnaar de thermostaat. Van de thermostaat gaatde koelvloeistof via de pomp naar het cilinder-blok. Tussen de bovenste leiding naar de radia-teur en de thermostaat loopt een kortsluit- ofby-passleiding. De thermostaat laat steeds klei-ne beetjes koude koelvloeistof toe als het by-pass circuit te heet wordt. Zodra de motorhoger belast wordt, neemt de temperatuur vande koelvloeistof die uit de cilinderkop komttoe, terwijl de ingangstemperatuur naar hetblok constant blijft.De zuigerspeling blijft mooi constant als detemperatuur van het water naar het blok gere-geld wordt. Maar de elektronisch geregeldethermostaat en een modern by-pass systeemhebben de voorkeur bij vele andere fabrikanten.Daaronder is BMW, dat ooit met Behr hetsysteem met thermostaat op de ingang heeftontwikkeld. ●

Paul Klaver

‘sandwich substrate’. Dat heeft tot gevolg datde unit compact en stevig genoeg is om aan demotor te worden bevestigd. Voorwaarden zijnwel dat het distributiedeksel niet heter wordtdan 110°C en dat er geen trillingen ontstaandie voor een versnelling van meer dan 30g zor-gen. Als voordelen voor deze plaatsing wordenruimtewinst onder de motorkap en het vermij-den van aansluitproblemen bij het inbouwengenoemd.Het elektronisch gaspedaal levert waarden voor

Links staat de linker cilinderkop met de inlaatkanalen aan de linkerzijde. Er wordt directe ontstekinggebruikt, vandaar de tunnels waarin zowel de bougies als de bobines worden geplaatst. Rechts is derechter cilinderkop te zien met de ovale uitlaatpoorten die goed gekoeld worden. De verbrandingskamermet kleine ‘squishkanten’ zorgt voor een compressieverhouding van 10,2:1.

Er zijn verschillende meedragende carterpannenontwikkeld. Bij deze pan is er rekening gehoudenmet een aandrijfas die bij de geplande 4WD uit-voering nodig is. Let op de stalen platen metopstaande lippen die de oliedruppels opvangendie van de contragewichten afgeslingerd worden.

Het aluminium blok is stevig uitgevoerd. De vierhoofdlagerkappen worden elk met vier verticalebouten en twee dwarsbouten vastgezet. Er zijnventilatiegaten aangebracht tussen de comparti-menten waarin zich telkens twee zuigers bewe-gen. Dat vermindert de pompverliezen.

© WWW.AMT.NL - Dé internetsite voor de Automotive Professional 4