Whitepaper: Im Inneren des Chevrolet R07 Small-Block V-8

Zum ersten Mal seit 1955 stellt das Team Chevy einen brandneuen Small-Block-V-8-Motor in der obersten Stufe des Stock-Car-Rennsports vor. Der neue Chevrolet R07 ist der erste speziell von GM Racing entwickelte Motor, der speziell für den NASCAR Nextel Cup-Wettbewerb entwickelt wurde. Dieser reinrassige Motor ist der Nachfolger der serienmäßigen Triebwerke, die Chevrolet zum erfolgreichsten Hersteller in der NASCAR-Geschichte gemacht haben. Dieses Whitepaper beleuchtet die Entwicklung des Chevrolet R07 und fasst seine technischen Merkmale zusammen.

Design und Entwicklung
Der Chevrolet R07 ist der Nachfolger des Meisterschaftsmotors SB2 (Small-Block / 2nd Generation), der seit 1998 von GM-Teams im NASCAR Cup-Rennen eingesetzt wird. NASCAR genehmigte den Chevrolet R07 für den Wettbewerb im Jahr 2007, und es wird erwartet, dass der R07 Small-Block V-8 das exklusive Chevrolet-Triebwerk in der Nextel Cup Series wird, wenn die Teams ihren Bestand an SB2-Motoren und -Komponenten übergeben.

Die Arbeit an einem Nachfolger des SB2 begann 1999 ernsthaft, und mehrere Variationen des konventionellen Small-Block V-8 wurden entworfen, getestet und evaluiert. Im Jahr 2004 führte NASCAR Gespräche mit den Automobilherstellern über einen möglichen “Motor der Zukunft”, der parallel zum Karosserie- / Fahrwerksprogramm von Car of Tomorrow entwickelt wurde. Obwohl der Motor der Zukunft nicht Realität wurde, schufen die Treffen einen Rahmen für zukünftige NASCAR-Motoren.

“Die Gespräche mit NASCAR und den anderen Herstellern über den Motor der Zukunft waren äußerst produktiv”, sagte Jim Covey, NASCAR Engine Development Manager für GM Racing. “Obwohl das Engine of the Future-Programm 2005 auf den Markt gebracht wurde, entwickelte John Darby, Direktor der NASCAR Nextel Cup-Serie, eine Liste von Parametern, die den Umschlag für alle Hersteller definieren, und gab Chevrolet so die Möglichkeit, den R07-Motor zu entwickeln. Diese ‘Box’ setzte die Grenzen für spezifische Konstruktionsmerkmale und minimale und maximale Abmessungen für wichtige Motorkomponenten.

“Wir hatten bereits damit begonnen, den Grundstein für einen zukünftigen Chevrolet-Motor zu legen, und wir konnten dieses Design an den Chevrolet R07 anpassen. Das war der Schlüssel zum Entwerfen, Testen und Einreichen des Motors zur Genehmigung in einem sehr engen Zeitplan. Ein Prototyp des R07-Motors führte sechs Monate nach dem Start des Programms Haltbarkeitstests auf einem Prüfstand durch. Zum Entwicklungsteam des R07-Motors gehörten Ed Keating und Ron Sperry, die sich auf Zylinderköpfe und Ansaugkrümmer konzentrierten, sowie Ondrej Tomek, der für den Zylinderblock verantwortlich war. Wir haben auch mit unseren wichtigsten Chevrolet-Teams, GM Powertrain und unseren Lieferanten zusammengearbeitet.”

Wie in allen Formen des Motorsports definierte das Regelwerk das Basismotorenpaket. Das Ziel von GM Racing war es, den wettbewerbsfähigsten und zuverlässigsten Motor innerhalb der von NASCAR festgelegten Grenzen zu produzieren.

“Die Box von NASCAR bietet den Herstellern einen erheblichen Spielraum für die Gestaltung ihrer Motoren, und es gibt viele Parameter, die ausgeglichen werden müssen”, sagte Pat Suhy, GM Racing Group Manager, Oval Track. “Wenn ein Hersteller einen Aspekt des Motordesigns maximiert, kann dies die Möglichkeiten in einem anderen Bereich einschränken. Unser Ziel bei GM Racing war es, für alle den optimalen Punkt zu finden. Wir haben uns auf unsere computergestützten Konstruktions- und Konstruktionstools, unsere Erfahrung und den Input unserer angeschlossenen Teams verlassen, um fundierte Entscheidungen über die Motorkonfiguration zu treffen. Es ging darum, diese Kompromisse auszugleichen, um einen Motor zu produzieren, der mit außergewöhnlicher Zuverlässigkeit wettbewerbsfähige Leistung liefert und gleichzeitig die Sicherheit verbessert und die Kosten für Chevy-Teams senkt.”

Fortschrittliche Technologie
Viele der fortschrittlichen technischen Ressourcen, die von GM-Renningenieuren zur Entwicklung des Chevrolet R07-Rennmotors verwendet wurden, werden auch zur Entwicklung von GM-Serienmotoren verwendet. Durch den Einsatz von Technologien wie Computational Fluid Dynamics (CFD), Finite-Elemente-Analyse (FEA) und Solid-3D-Modellierung konnten die Ingenieure von GM Racing verschiedene Designs in Computersimulationen bewerten und analysieren. Dieser umfangreiche Einsatz der Computermodellierung beschleunigte auch die Produktion von Prototypenteilen nach Abschluss der Spezifikationen.

Während CFD häufig mit der aerodynamischen Entwicklung von Rennwagen in Verbindung gebracht wird, kann es auch zur Analyse des Verhaltens von Flüssigkeiten wie dem Kühlmittelfluss durch den Block und die Zylinderköpfe des Chevrolet R07 verwendet werden. FEA wurde verwendet, um die Festigkeit zu analysieren und das Gewicht des R07-Blocks und der Zylinderköpfe zu minimieren.

“Obwohl wir viele der gleichen Engineering-Tools verwenden, ist der Zeitrahmen für Rennmotoren viel kürzer als für Serienmotoren”, sagte Suhy. “Der schnelle Turnaround im Rennsport ermöglicht es uns, sehr schnell Feedback zur Genauigkeit der Computersimulationen und -modelle von GM zu erhalten. Dieselben Programme können dann verfeinert werden, um sie bei der Entwicklung zukünftiger Serienmotoren genauer zu machen.”

Auf diese Weise wird der Chevrolet R07-Rennmotor zu einer besseren Produktion von GM-Triebwerken führen.

“Die Konzepte und Prozesse, die zur Verbesserung der Leistung unserer Rennmotoren verwendet werden, werden mit den Konstrukteuren der Serienmotoren geteilt, um die Effizienz unserer Serienmotoren zu verbessern”, sagte Tom Stephens, Group Vice President von GM Powertrain.

Technische Merkmale
Der Chevrolet R07 behält das Pushrod / Zweiventil-Layout bei, das seit der Einführung des GM Small-Block V-8 der ersten Generation im Jahr 1955 die Hauptstütze des amerikanischen Motorsports war. Dieses klassische Design hat sich nun zu einem hochentwickelten Rennmotor entwickelt.

Gemäß den NASCAR-Spezifikationen verdrängt der Chevrolet R07 maximal 358 Kubikzoll bei einem maximalen Zylinderbohrungsdurchmesser von 4.185 Zoll. Der Block ist ein Präzisionseisenguss mit integrierten Öl- und Kühlmittelkanälen, die die meisten Außenleitungen überflüssig machen. Der Abstand zwischen den Zylinderbohrungen des Chevrolet R07 beträgt 4.500 Zoll (gegenüber 4.400 Zoll im SB2 Small-Block). Dieser breitere Bohrungsabstand verbessert Kühlmittelzirkulation um die Zylinderläufe. In Verbindung mit einem gezielten Kühlsystem minimiert das R07-Blockdesign die Temperaturen an kritischen Stellen.

Der R07-Block hat ein neues Sechs-Schrauben-Kopf-Schraubenmuster anstelle des traditionellen Fünf-Schrauben-Designs des kleinen Blocks. Die überarbeitete kopf bolzen muster verbessert kopf dichtung abdichtung und reduziert zylinder bohrung verzerrung.

Die Nockenwelle des R07 befindet sich höher im Block als die Nockenwelle im SB2. Der angehobene Nocken betätigt Stößel, die entsprechend kürzer und steifer sind, wodurch die Dynamik des Ventiltriebs bei hohen Drehzahlen verbessert wird. Der erhöhte Nocken bietet auch Freiraum für Innenbordkolbenspritzgeräte, die die Unterseite der Kolben zur Kühlung mit Öl besprühen. Der Nockenwellentunnel ist vom Kurbelgehäuse isoliert, um Windverluste zu minimieren, die durch Öl verursacht werden, das vom Nocken auf die rotierende Kurbelwellenbaugruppe fällt, und um die Ventiltriebsteile im Falle eines Bruchs zu enthalten.

Im Gegensatz zu den “Mirror Port” -Zylinderköpfen des SB2 ähneln die Aluminium-Zylinderköpfe des Chevrolet R07 den serienmäßigen Small-Block-Zylinderköpfen der LS-Serie mit abwechselnden Einlass- und Auslassventilen. Der flache Ventilwinkel des R07 erzeugt ein kompaktes, effizientes Brennkammerdesign, das das erforderliche Verdichtungsverhältnis mit einem leichten flachen oder leicht gewölbten Kolben erzeugt. GM-Renningenieure optimierten das Ansaugkanallayout des R07 für den einzelnen, zentral montierten Vierzylinder-Vergaser, der von NASCAR beauftragt wurde.

Der Aluminium-Ansaugkrümmer verfügt über ein verlängertes Plenum, um die Kraftstoffverteilung zwischen den Zylindern auszugleichen. Der Verteiler ist trocken; Eine separate Talabdeckung führt Kühlmittel von den Zylinderköpfen. Der Verteiler des R07 befindet sich an der Vorderseite des Motors, um die Einstellung des Zündzeitpunkts zu erleichtern.

Die Chevrolet R07 Kipphebelabdeckungen sind aus starrem Aluminiumguss mit O-Ring-Dichtungen. Die Abdeckungen enthalten integrierte Ventilfederöler, die aus Durchgängen in den Zylinderköpfen mit Druck gespeist werden, wodurch externe Ölleitungen entfallen. GM Racing entwarf auch eine hocheffiziente Wasserpumpe und eine Kohlefaser-Frontabdeckung, die die von NASCAR-Teams verwendeten Nockenwellenriemenantriebe im Aftermarket abschirmt.

Der R07 verfügt über Vorkehrungen zum Antreiben einer herkömmlichen Membrankraftstoffpumpe von der Nockenwelle. Eine fernmontierte mechanische Kraftstoffpumpe kann auch über ein Kabel von der Rückseite der Nockenwelle angetrieben werden. Bei Verwendung des Kabelantriebs kann die Kraftstoffpumpe in der Nähe der Brennstoffzelle auf das Heck des Fahrzeugs verlagert werden. Dies erhöht die Sicherheit bei einem Unfall, indem die Kraftstoffpumpe an einer weniger gefährdeten Stelle montiert wird.

Wichtige Partner
“Chevy NASCAR-Teams waren tief in das Design des Chevrolet R07 involviert”, sagte Suhy. “Wir treffen uns monatlich mit Vertretern unserer vier wichtigsten Partner – Hendrick Motorsports, Richard Childress Racing, Joe Gibbs Racing und Dale Earnhardt Inc. – um ihren Beitrag dazu zu erhalten, wie wir Chevrolet-Rennmotoren zuverlässiger und einfacher zu bauen und zu warten machen können. Viele ihrer Ideen flossen in das endgültige Design des R07 ein, wie zum Beispiel die Integration der Öl- und Kühlsysteme.

“Es geht nicht darum, unseren angeschlossenen Teams zu helfen, den leistungsstärksten Motor zu bauen, weil jeder von ihnen seine eigenen proprietären Teile und Prozesse entwickelt hat”, bemerkte er. “Die Aufgabe von GM Racing ist es, qualitativ hochwertige, einfach zu bedienende Komponenten bereitzustellen. Wir möchten, dass Chevy-Teams mehr Energie und Ressourcen für das Gewinnen von Rennen und weniger Energie für die Vorbereitung von Motoren aufwenden können.”

Die Einführung des Chevrolet R07 Small-Block V-8 ist ein weiterer Meilenstein in der kontinuierlichen Weiterentwicklung des Small-Block V-8-Motors. Der erste speziell angefertigte NASCAR-Rennmotor von GM wurde entwickelt, gebaut und getestet, um die Gewinnertradition des Team Chevy in NASCAR fortzusetzen.