Czinger 21C – 3D列印超級跑車

動力總成

十年前，3D 列印汽車的想法似乎是一個古怪的想法。在 2023 年，由於 Czinger 的努力，21C 的加利福尼亞製造商將成為現實，21C 是一款 1300hp+ 混合動力超級跑車，在其底盤和發動機上廣泛使用增材製造 (AM) 技術。

Czinger 是 Divergent 3D 的一個分支，該公司希望通過其 DAPS（Divergent 自適應生產系統）概念顛覆汽車製造業。公司創始人 Kevin Czinger 的願景是，DAPS 旨在成為無工具製造的完整軟件和硬件解決方案，高度依賴於生成設計流程和增材製造，其願景是 DAPS 可以取代傳統的汽車生產流程。

正如 Czinger 的總工程師 Ewan Baldry 所解釋的那樣，21C 最初的目的是成為 Divergent 技術的技術演示器。Baldry 說，這輛車最初被稱為 Blade，是“一個用於實踐和開發技術的內部項目，將生產出適銷對路的產品來展示該技術”。該項目很好地滿足了這個目的，Divergent 現在有幾個 OEM 客戶。然而，該車於 2019 年在 Pebble Beach Concours d'Elegance 上的私人展示引發瞭如此積極的反響，以至於該項目從一個概念變成了一款真正的、經過認證的量產車，並創建了 Czinger 品牌。

Baldry 的背景完全基於賽道。儘管他的職業生涯始於勞斯萊斯，然後是 TVR，隨後在威廉姆斯 F1 任職，但他最出名的是創立了 Juno Racing Cars，該公司生產了備受讚譽的 Sports 2000 和 Formula Ford 賽車。Juno 於 2014 年被 Ginetta Cars 收購，在 2018 年加入 Divergent 之前，他一直擔任技術總監。 

不出所料，他在 Czinger 的團隊擁有強大的賽車運動血統，但與帶來具有所有特徵的發動機所需的專業知識相平衡賽車單元上路。例如，動力總成總監 Jim Maher 在他的簡歷中列出了 Cosworth 和 Integral Powertrain 等前雇主，以及最近幾年在 Aston Martin 和 Bosch 擔任該公司英國汽車動力總成應用工程部的負責人。

與此同時，負責動力總成性能的克里斯賴特從一級方程式賽車來到這裡，他在本田工作了六年，之前他曾在 Cosworth 和 Mercedes AMG HPP 以及 Zytek（現為 Gibson）工作。動力總成技術項目經理 Luiz Oliveira 也來自梅賽德斯的布拉克利 F1 運營部門，在此之前，他曾在本田性能開發公司的 IndyCar 項目工作。

混合沖壓機

21C 的 V8 發動機能夠使用汽油或乙醇運行，由雙渦輪增壓器提供動力，並與內部由 Xtrac 開發的 7 速順序變速器配合使用。方形發動機的缸徑和衝程為 84x65 毫米，與其高轉速特性相得益彰。氣門機構相對傳統，進氣道上有可變氣門正時，鏈條和齒輪驅動組合通過四凸輪驅動每個氣缸操作四個氣門，直接作用於帶有傳統氣門彈簧的墊片斗式挺桿。ICE 的輸出增加了三個 MGU（電動發電機組），一個 150kW 單元通過齒輪傳動直接連接到發動機的曲柄，以及前軸上的兩個 200kW 單元，通過減速箱將驅動力傳遞到車輪（在 5.95 :1 比率）。

不同尋常的是，平面曲柄發動機具有 80° 傾斜角，這是由於底盤佈局施加的非常嚴格的封裝限製而做出的幾種架構選擇之一。正如 Baldry 解釋的那樣，“動力總成架構的一個關鍵驅動因素是汽車的獨特佈局，尤其是直列式座椅。這是包裝在典型的軸距尺寸內，因此顯然需要非常緊湊的內燃機和後變速器組件。” 這也是內部開發發動機的關鍵驅動因素。“根本沒有任何東西可以滿足我們的需求，因此我們不得不著手創建自己的東西，”他指出。  

由於這種包裝挑戰導致了 V 形角的不尋常選擇，正如 Maher 所說：“它只是稍微縮小了車輛。這 10° 的角度變化為我們節省了發動機的顯著寬度，而不會因氣缸蓋的尺寸和形狀而增加太多高度。” 佈局確實需要一個奇怪的點火順序，但馬赫斷言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，給出了獨特的引擎音符。

支持 IC 發動機的是功率密集型混合動力系統，該系統是與英國的合作夥伴 Integral Powertrain 和 RML（Ray Mallock Limited）共同開​​發的。該系統在 650V 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稍低的齒輪裝置組成。兩個電池組安裝在底盤的任一側，並使用可提供非常高 C 倍率的電池化學物質，這是在滿負荷輸出時滿足三個電機所必需的。這當然會損害能量密度，但仍然可以實現全電動的可接受範圍，儘管 Baldry 指出 EV 範圍並不是混合 21C 的主要原因。 

至於 Czinger 為什麼選擇用後 MGU 直接驅動曲柄（P1 佈局），而不是在離合器或變速器處起飛（在 P2 或 P3 設置中），Maher 說，“這是一個有意義的位置，因為它使我們在如何使用它方面具有更大的靈活性。” 後置 MGU 可以直接增加發動機的輸出或用於為電池充電，而前置電機也可以回收或部署能量。這些不同模式之間的平衡創造了多種選擇，以最大限度地提高電力輸送或恢復能力。”

排放合規性 滿足

全球排放標準需要 Czinger 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，我們的目標輸出功率為 2.9 升 950hp，我們已經大幅縮小了尺寸，這有助於減少排放。但我們也是一個混合體。” 在這裡，混合佈局提供的靈活性脫穎而出。 

例如，在最重要的發動機預熱階段，汽車可以作為增程器運行，驅動力僅通過前置電機提供。“我們可以選擇我們的工作點，將熱量輸入催化劑，同時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輸入催化劑，”Wright 說。 

值得注意的是，該發動機還依賴於端口，而不是直接噴射，每個氣缸有兩個噴射器（空氣通過每排一個增壓室供應，每個增壓室上有一個節氣門體）。Wright 解釋說：“近年來，GDI 作為縮小尺寸的推動者非常受歡迎，它可以讓您突破爆震極限，滿載運行更高的壓縮比，獲得更好的燃油經濟性，並通過渦輪增壓獲得性能。我們不需要它，可以通過使用乙醇來提高我們的爆震極限。

” 此外，渦輪增壓器設置針對高端性能進行了優化，因為電動機可用於在較低速度下提供扭矩。“這意味著我們真的不需要在低發動機轉速下推動非常高的特定輸出。因此，這再次使我們能夠繼續保留 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 發動機的排放方式是 PFI 所沒有的。如果你有 GDI，你有一個更複雜和更昂貴的燃油噴射系統，但你還需要添加額外的後處理，例如 GPF。我們不需要任何這些，而且還得到了非常好的燃料準備，這有助於燃燒。”

AI 夢想

串聯座椅位置不僅意味著發動機必須盡可能短，變速箱也是如此。在這裡，Czinger 的團隊與 Xtrac 合作開發了一種非常緊湊的變速箱，該變速箱充分利用了 Divergent 在 AM 和拓撲優化方面的專業知識。“它不僅僅是鑄造變速箱的 3D 打印版本，它是以我們獨特的方式從頭開始設計的，”Maher 說。由此產生的單元具有拓撲優化產生的商標有機形狀，並無縫融入後底盤結構，這也是 AM 部件。

變速器目前是增材製造動力總成中最重要的部分，大部分“螺栓連接”部件也是以這種方式生產的。然而，正如 Maher 所指出的那樣，部件不僅僅是為了 3D 打印：“我們在我們認為合適的地方應用了我們在 Divergent 可以使用的技術和工具。它恰好發生了，你做的越多，你發現的機會就越多。過去可能是製造或機加工的零件，我們自然而然地轉向使用我們的內部工具，因為它們更好，並為我們提供了更多選擇。

”事實上，Baldry 表示，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很酷，它們是應對我們所面臨的包裝挑戰的結果。從材料效率的角度來看，它具有這種骨骼般的骨骼結構，而且還可以在棘手的負載路徑周圍導航，例如動力總成。我們能夠利用我們可用的這項技術來應對佈局方面的挑戰，”他說。

21C 無疑將焦點放在了 Czinger 新穎的汽車製造方法上。使用當前的 VP1.2 原型（包括在 Laguna Seca 賽道上創下單圈記錄）完成了幾個性能里程碑，生產意圖 VP2.0 汽車的開發正在順利進行，包括動力總成的進一步發展。更多地使用 AM 零件的工作也取得了進展，Baldry 透露，有計劃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。

(原文出處: https://www.pmw-magazine.com/features/powertrain-focus-czinger-21c-the-3d-printed-hypercar.html)