•    發佈時間：2022/11/24
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【概要描述】


十年前，3D列印汽車的想法似乎是一個古怪的想法。在2023年，這在很大程度上是一個現實，這要歸功於總部位於加利福尼亞州的21C製造商Czinger的努力，這是一款1300馬力以上的混合動力超級汽車，在其底盤和發動機上廣泛使用了增材製造(AM)技術。



Czinger是Divergent 3D的一個分支，該公司希望通過其DAPS(Divergent Adaptive Production System)概念來顛覆汽車製造業。公司創始人凱文·辛格(Kevin Czinger)的願景是DAPS可以取代傳統的汽車生產流程，旨在為無工具製造提供完整的軟體和硬體解決方案，嚴重依賴於生成式設計流程和AM。

正如琴格的首席工程師伊萬·包德裏(Ewan Baldry)解釋的那樣，21C最初的目的是作為Divergent技術的技術演示者。最初被稱為刀片，汽車是“一個內部專案，實踐和發展的技術，這將產生一些適銷對路的展示技術”，包德裏說。該專案很好地服務於這一目的，Divergent現在有幾個OEM客戶。然而，該車在2019年圓石灘優雅大賽(Pebble Beach Concours d'Elegance)上的私人展示引發了如此積極的反應，以至於該專案從一個概念演變成了一款真正的認證量產車，並創造了Czinger品牌。

 



保德裏的背景是堅定的跟蹤基礎。雖然他的職業生涯始於勞斯萊斯，然後是TVR，接著是威廉姆斯F1，但他最著名的是創立了Juno Racing Cars，這是一家備受好評的Sports 2000和Formula Ford racers的生產商。Juno於2014年被Ginetta Cars收購，他在那裏擔任技術總監，直到2018年跳槽到Divergent。



不出所料，他在琴格的團隊有著強大的賽車血統，但同時也擁有將具有賽車所有特徵的引擎帶上道路所需的專業知識。例如，動力系統總監Jim Maher在他的簡歷中列出了以前的雇主，如Cosworth和Integral，以及近年來的阿斯頓馬丁和博世，他在那裏領導該公司的英國汽車動力系統應用工程部門。

與此同時，負責動力系統性能的克裏斯·賴特從f1來到本田工作了六年，此前他曾在科斯沃斯和梅賽德斯AMG HPP以及Zytek(現為Gibson)工作。動力系統技術專案經理Luiz Oliveira也來自梅賽德斯的Brackley F1運營部門，在此之前，他曾參與本田Performance Development的IndyCar專案。

混合打孔機
21C的V8發動機能夠使用汽油或乙醇，由雙渦輪增壓器提供動力，並與Xtrac開發的7速順序變速器相匹配。方形發動機的缸徑和衝程為84x65mm毫米，符合其高轉速的特性。氣門機構相對傳統，可變氣門正時位於進氣口，鏈條和齒輪組合驅動通過四凸輪操作每個氣缸的四個氣門，直接作用於帶傳統氣門彈簧的填隙式鏟鬥挺杆。ICE的輸出由三個mgu(電動發電機單元)增加，一個150千瓦的單元通過齒輪傳動直接連接到發動機的曲柄，兩個200千瓦的單元安裝在前軸上，通過減速齒輪箱(傳動比為5.95:1)將動力傳輸到車輪。



不同尋常的是，平面曲柄發動機具有80°傾斜角，這是由於底盤佈局帶來的非常緊密的封裝限制而做出的幾種架構選擇之一。正如Baldry所解釋的，“動力系統架構的關鍵驅動因素之一是汽車的獨特佈局，尤其是直列式座椅。這是一個典型的軸距尺寸，因此顯然需要一個非常緊湊的內燃機和後變速器總成。”這也是內部開發發動機的主要驅動力。“根本沒有任何東西可以提供我們需要的東西，所以我們不得不著手創造自己的東西，”他指出。



這種包裝挑戰導致了不同尋常的v形角選擇，正如Maher所說:“它只是稍微縮小了車輛。由於氣缸蓋的尺寸和形狀，10°的角度變化為我們節省了大量的發動機寬度，而沒有增加太多的高度。”佈局確實需要一個奇怪的點火順序，但Maher聲稱由此產生的振動的影響可以忽略不計，並且作為一個快樂的分支，給出了一個獨特的引擎音符。

支持內燃機的是一個功率密集型混合動力系統，由partners Integral Powertrain和英國的RML (Ray Mallock Limited)共同開發。該系統在650V電壓下運行，由前軸上的一對三相徑向磁通電機和一個類似但輸出略低的裝置組成，該裝置與曲柄相嚙合。兩個電池組安裝在底盤的兩側，並利用電池化學物質提供非常高的C速率，以滿足三個電機在滿輸出時的需要。這當然會損害能量密度，但全電動的可接受範圍仍然是可以實現的，儘管Baldry指出EV範圍不是混合動力21C的主要原因。



至於為什麼琴格選擇用後MGU直接驅動曲柄(P1佈局)，而不是在離合器或變速器處起步(在P2或P3的設置中)，馬希爾說，“這是一個有意義的位置，因為它給了我們額外的靈活性來使用它。”後MGU可以直接增加發動機的輸出或用於給電池充電，而前馬達也可以回收或利用能量。這些不同模式之間的平衡創造了過多的選項，以最大化功率輸送或恢復。"

排放合規性
滿足全球排放標準要求琴格團隊採取雙管齊下的方法；優化ICE，同時充分利用其部署混合系統的策略。Wright強調說:“首先，由於2.9升發動機的目標輸出功率為950馬力，我們已經大幅縮小了尺寸，這有助於減少排放。但我們也是混血兒。”在這裏，混合佈局的靈活性脫穎而出。



例如，在發動機最重要的預熱階段，汽車可以作為增程器運行，僅通過前置電機提供驅動。“我們可以選擇我們的工作點來加熱催化劑，同時還可以最大限度地減少發動機的排放。我們使用電加熱催化劑，並且有充足的電力可用，所以我們預熱催化劑。這意味著我們可以有效地啟動汽車，在前軸上行駛，同時預熱催化劑，然後點燃發動機並優化其運行模式，以將熱量傳遞給催化劑，”Wright說。



值得注意的是，發動機也依賴於進氣道，而不是直接噴射，每個氣缸有兩個噴射器(空氣通過每個氣缸組的一個增壓室供給，每個氣缸組有一個節氣門體)。Wright解釋說:“近年來，GDI作為一種縮小尺寸的手段已經非常受歡迎，它允許您推出爆震極限，滿載運行更高的壓縮比，獲得更好的燃油經濟性，還可以獲得渦輪增壓的性能。我們不需要這個，我們可以通過使用乙醇來提高爆震極限。”



此外，渦輪增壓器的設置針對高端性能進行了優化，因為電動機可用於低速時的扭矩填充。“這意味著我們真的不需要在低發動機轉速下達到很高的輸出功率。因此，這再次使我們能夠保留PFI，這是一個更簡單的加油系統。但它在排放方面也有好處，因為GDI發動機會受到排放的影響，而PFI不會。如果你有GDI，你有一個更複雜和昂貴的燃油噴射系統，但你也需要增加額外的後處理，如GPF。我們不需要這些，而且還能得到非常好的燃料準備，有助於燃燒。”

AI夢想
串聯座位意味著不僅發動機必須盡可能短，變速箱也是如此。在這裏，Czinger的團隊與Xtrac合作，開發了一種非常緊湊的變速器，它充分利用了Divergent在am和拓撲優化方面的專業知識。“這不僅僅是鑄造變速器的3D列印版本，它是以我們獨特的方式從頭開始設計的，”Maher說。由此產生的單位具有商標有機形狀的結果拓撲優化，並融入無縫到後底盤結構，這也是一個上午的一部分。



 

變速器目前是動力總成中添加製造的最重要部件，大多數“螺栓連接”部件也是以這種方式生產的。然而，正如Maher指出的那樣，零件不僅僅是為了3D列印而3D列印:“我們在Divergent應用我們可以獲得的技術和工具，只要我們認為它們是合適的。事情就是這樣，你做得越多，你發現的機會就越多。過去可能是製造或加工的零件，我們只是自然地轉向使用我們的內部工具，因為它們更好，給了我們更多的選擇。”



事實上，Baldry認為，如果沒有Divergent的特殊技能，21C的設計幾乎不可能實現。“狂野的形狀和輪廓不僅僅是為了看起來酷，它們是應對我們面臨的包裝挑戰的結果。從材料效率的角度來看，它具有這種骨骼狀的結構，而且還可以在棘手的負載路徑上導航，例如動力系統。他說:“我們可以利用現有的技術來應對版面設計的挑戰。

21C無疑是Czinger汽車製造新方法的一個亮點。使用當前的VP1.2原型車實現了幾個性能里程碑(包括在Laguna Seca賽道上創造了單圈記錄)，生產意向VP2.0汽車的開發正在順利進行，包括動力系統的進一步發展。在更多地使用AM部件方面的工作也取得了進展，Baldry透露，有計畫在不久的將來部署印刷塊，進一步展示該技術不斷增長的潛力。

 

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