Iron Duke engine

The Iron Duke engine (also called 151, 2500, Pontiac 2.5, and Tech IV) is a 151 cu in (2.5 L)straight-4piston engine built by the Pontiac Motor Division of General Motors from 1977 until 1993. Originally developed as Pontiac's new economy car engine, it was used in a wide variety of vehicles across GM's lineup in the 1980s as well as supplied to American Motors Corporation (AMC). The engine was engineered for fuel efficiency, smooth operation, and long life, not for performance.^[2] Total Duke engine production is estimated to be between 3.8 and 4.2 million units.^[3]

خلال أزمة النفط عام 1973، كانت محركات بونتياك الوحيدة التي أنتجتها هي محركات V8 بسعات 350 بوصة مكعبة (5.7 لتر) ، و 400 بوصة مكعبة (6.6 لتر) ، و 455 بوصة مكعبة (7.5 لتر) . وإدراكًا منها لضرورة أن تكون المنتجات المستقبلية أصغر حجمًا وأكثر كفاءة في استهلاك الوقود، كُلِّف مهندسو بونتياك بتطوير محرك جديد يُناسب هذه المنتجات. ^{[ 4 ]} درس المهندسون إمكانية تطوير نسخ أصغر سعةً من محرك V8 الحالي، ومحرك V6 مُشتق من محرك V8، ومحرك V4 مُشتق من محرك V8، ومحرك رباعي الأسطوانات مُشتق من إحدى صفوف أسطوانات محرك V8 (على غرار محرك "تروفي 4" في سيارة بونتياك تمبست موديل 1961 )، لكنهم قرروا في النهاية ابتكار محرك جديد كليًا بأربع أسطوانات. ^{[ 1 ] : 1} كان ادعاء "الجديد كليًا" جزئيًا مصطلحًا تسويقيًا، حيث تم استعارة العديد من الأجزاء الخارجية، مثل الموزع ومضخة الماء والمشعبات والمكربن، مباشرةً من محرك شيفروليه رباعي الأسطوانات السابق ، مع بعض التغييرات الطفيفة في الأبعاد التي جعلتها غير قابلة للتبديل. ويزيد من الارتباك التشابه الظاهري بين كتل المحركين، على الرغم من أن معظم الأجزاء الداخلية غير قابلة للتبديل بين سلسلتي المحركين. وقد ساهم استعارة أجزاء كهذه في تقليل وقت وتكاليف التطوير والتصنيع والإنتاج بشكل كبير. وترتبط السنوات الأولى من محرك "آيرون ديوك" ارتباطًا وثيقًا بمحرك شيفروليه رباعي الأسطوانات السابق أكثر من الإصدارات اللاحقة، مع العديد من التغييرات التصميمية مثل حقن الوقود، ونظام نقل الملحقات بحزام مسطح، ورؤوس الأسطوانات ذات التدفق المتقاطع، وأعمدة التوازن. ومن المثير للاهتمام أن مضخة الماء من سنوات الإنتاج الأخيرة يمكن تركيبها على محرك شيفروليه 151 رباعي الأسطوانات من السنة الأولى للإنتاج عام 1961، على الرغم من أنها مصممة للدوران العكسي.         

كانت أهداف فريق التطوير التصميمية هي تقليل الضوضاء والاهتزاز إلى أدنى حد، مع زيادة المتانة وسهولة القيادة وكفاءة استهلاك الوقود وقوة المحرك "الفعّالة" عند سرعات المحرك المنخفضة. ^{[ 1 ] : 1} بدأوا بتحليل محركات أخرى رباعية الأسطوانات كانت تُنتجها جنرال موتورز في ذلك الوقت، ووجدوا أن نسخة جنرال موتورز البرازيلية سعة 2.5 لتر (151 بوصة مكعبة) من محرك شيفروليه رباعي الأسطوانات سعة 153 بوصة مكعبة - ذات شوط أقصر يبلغ 76 مم (3 بوصات ) وقضبان توصيل أطول تبلغ 150 مم (6 بوصات ) - قد قللت بشكل كبير من الاهتزاز الثانوي مقارنةً بتصميم شيفروليه الأصلي ومحرك شيفروليه فيغا رباعي الأسطوانات الأحدث سعة 2.3 لتر . [ ^{1 ] : 1-2 وقد} أغنى ذلك عن الحاجة إلى أعمدة توازن دوارة عكسية ، والتي كانت ستزيد من وزن المحرك وتعقيده وتكلفته. ^{[ 1 ] : 3} على الرغم من تشابه قطر الأسطوانة وشوط المكبس والمسافة بين الأسطوانات مع المحرك البرازيلي، إلا أن معظم الأجزاء غير قابلة للتبديل. ^{[ 1 ] : 2}     

كان التركيز على توليد الطاقة عند سرعات المحرك المنخفضة هدفًا مقصودًا لتحقيق باقي أهداف التصميم. وقد أُولي اهتمام دقيق لتصميم مشعب السحب ونظام إعادة تدوير غازات العادم لضمان تساوي ناتج الطاقة من كل أسطوانة. كما تم تقليل استهلاك الطاقة لمضخات الماء والزيت، وصُممت حلقات المكابس ، وتجاويف الأسطوانات، ومحاور عمود المرفق لتقليل الاحتكاك إلى أدنى حد. ^{[ 1 ] : 3-5}

لزيادة المتانة إلى أقصى حد، صُنعت كتلة المحرك من الحديد الزهر بخمسة محامل رئيسية ، بدلاً من كتلة الألومنيوم المصبوب الهشة نسبيًا المستخدمة في محرك فيغا سعة 2.3 لتر. (حتى مع كتلة الحديد الزهر، لم يزد وزن آيرون ديوك إلا بحوالي 20 رطلاً). تم الاستغناء عن عمود الكامات العلوي الذي يعمل بحزام في محرك 2.3 لتر لصالح تصميم صمامات علوية مع تروس توقيت. استُخدمت مسامير مصممة خصيصًا تمتد لمسافة أطول قليلاً من المسامير التقليدية لتثبيت مشعبات السحب والعادم برأس الأسطوانة ، للسماح بحركة طفيفة مع الحفاظ على إحكام غلق الحشيات لمنع تشقق المشعبات عند تمددها بالحرارة . ^{[ 1 ] : 6-7}

استُخدم مكربن ​​ثنائي المراحل وثنائي الأسطوانات مزود بخانق كهربائي لتحسين الأداء عند بدء التشغيل البارد، بينما استُخدمت واقيات حرارية مدمجة أسفل المكربن ​​وبين مشعبَي السحب والعادم لمنع ارتفاع درجة حرارة البنزين داخل المكربن، مما يُحسّن الأداء في الطقس الحار. ونظرًا لأن السيارات ذات المحركات رباعية الأسطوانات والمجهزة بمكيف هواء غالبًا ما تُعاني من مشاكل في القيادة في الطقس الحار، فقد أُدخلت تحسينات أخرى، منها مفتاح فصل يُوقف تشغيل الضاغط عند فتح الخانق بالكامل، وتأخير مُدمج في دائرة مكيف الهواء لمنع الضاغط من العمل حتى مرور اثنتي عشرة ثانية من بدء تشغيل المحرك. ^{[ 1 ] : 7-10}

استُخدم محرك "آيرون ديوك" لأول مرة في سيارتي "أستر" و "سانبيرد" الصغيرتين موديل 1977، ليحل محل محرك "فيغا" سعة 2.3 لتر، وفي سيارة " فينيكس" الصغيرة . ولأن هذه السيارات صُممت في الأصل لمحركات شيفروليه، فقد استخدم "آيرون ديوك" نمط تثبيت غطاء ناقل الحركة الخاص بشيفروليه ، بدلاً من نمط محركات V8 الخاصة بسيارات بويك وأولدزموبيل وبونتياك. وفي العام التالي، توسع استخدام المحرك ليشمل سيارتي " مونزا " و" ستارفير " ، وهما توأمتا " سانبيرد" من شيفروليه وأولدزموبيل .

في طراز عام 1979، أُعيد تصميم المحرك بشكل شامل. استُبدل رأس الأسطوانة الأصلي ذو التدفق العكسي بتصميم ذي تدفق متقاطع ، وطُرح مكربن ​​جديد ثنائي الفتحات يُسمى "فارا-جيت"، ونُقل موقع الموزع ، وخُفّض حجم حوض الزيت. الأجزاء الوحيدة التي نُقلت من محركات عام 1978 كانت أذرع التوصيل. ^{[ 5 ]} ارتفعت القدرة القصوى إلى 90  حصانًا.

في عام 1980، أُعيد تصميم محرك "آيرون ديوك" ليتم تركيبه بشكل عرضي، ليتناسب مع سيارات "إكس-بودي" الجديدة ذات الدفع الأمامي من جنرال موتورز . كما تم تعديل نمط مسامير غطاء ناقل الحركة ليتوافق مع نمط محرك V6 الجديد بزاوية 60 درجة .

بدأت جنرال موتورز أيضًا ببيع المحرك لشركة أمريكان موتورز (AMC) بدءًا من طراز عام 1980. وكان المحرك الأساسي في سيارات سبيريت وكونكورد وإيجل ، بالإضافة إلى سيارات جيب CJ الأساسية . ^{[ 6 ]} استمرت المحركات التي اشترتها AMC في استخدام نمط غطاء ناقل الحركة V8 من شيفروليه. تم إيقاف إنتاج المحرك رباعي الأسطوانات في طرازات AMC ذات الدفع الخلفي بعد عام 1982. خلال عام 1983، تحول محرك إيجل الأساسي ذو الدفع الرباعي من محرك آيرون ديوك إلى محرك جديد رباعي الأسطوانات سعة 2.5 لتر (150 بوصة مكعبة) طورته AMC . كما توفرت سيارات جيب CJ من طرازات 1980 إلى 1983 بمحرك آيرون ديوك كمحرك أساسي. ^{[ 7 ]}   

تم تزويد سيارات آيرون ديوكس بنظام حقن الوقود (TBI، عبر حاقن واحد في جسم الخانق) في عام 1982. وقد أُطلق على هذا الإصدار اسم Tech IV ، على الرغم من أن مجلة Car and Driver سخرت منه لاحقًا ووصفته بأنه Tech IV منخفض الجودة . وزادت قوة المحرك إلى 90 حصانًا (67 كيلوواط) . ^{[ 11 ]}  

استُبدل هذا برأس أسطوانات ذي منافذ دوامية بنسبة انضغاط 9.0:1 (بدلاً من 8.25:1) عام 1984، مما أدى إلى زيادة في القدرة بمقدار 2 حصان (1.5 كيلوواط) . وشملت الإضافات الأخرى لعام 1985 رافعات صمام أسطوانية، ومحامل محسّنة، وعمود مرفقي جديد . أُجريت عدة تغييرات جوهرية عام 1987، تضمنت: رأس أسطوانات محسّن، ومشعب سحب، ووحدة حقن وقود محسّنة ؛ وحزام سير متعرج أكثر حداثة مزود بشداد زنبركي أوتوماتيكي للملحقات؛ ونظام إشعال بدون موزع (DIS). أدى هذا التعديل على المحرك إلى زيادة القدرة إلى 98 حصان (73 كيلوواط) . في عام 1988، أُضيف عمود توازن لتخفيف اهتزازات المحرك. حتى ذلك الحين، كان المحرك مزودًا بحامل علوي أمامي على شكل عظمة الترقوة، مثبت على غطاء مزلاج غطاء المحرك، مما ساعد في التحكم في الاهتزاز. شملت التحسينات اللاحقة مكابس وقضبان توصيل وعمود مرفقي جديدين، بالإضافة إلى نظام تزييت داخل حوض الزيت. ورفعت النسخة الأقوى من محرك Tech IV حد دوران المحرك إلى 5500 دورة في الدقيقة، وحققت قوة 110 حصان (82 كيلوواط) . يستخدم محرك Tech IV نفس نمط غطاء ناقل الحركة المستخدم في محرك V6 سعة 2.8 لتر بزاوية 60 درجة . على مر السنين، أثبت محرك Tech IV جدارته كمحرك موثوق به لأصحابه طالما لم يتم استخدامه بكامل طاقته. استخدمت جميع محركات Iron Duke من طراز 1978-1990 ترس عمود كامات مصنوع من مادة الميكارتا يتعشق مباشرة مع ترس فولاذي على عمود المرفق. أما محركات VIN R وU من طراز 1991-1992، فقد استخدمت سلسلة توقيت بدلاً من ذلك.       

كانت مركبات غرومان LLV (المركبات طويلة العمر) التي صُنعت من عام 1987 حتى عام 1994 لصالح خدمة البريد الأمريكية لاستخدامها في توصيل البريد، تعمل في البداية بمحرك آيرون ديوك. وقد نصت مواصفات خدمة البريد على عمر خدمة يبلغ 24 عامًا، وقد تجاوزت المركبات المزودة بمحرك سعة 2.5 لتر التوقعات. ^{[ 12 ]}

• 
  محرك "Tech IV"
• 
  محرك جنرال موتورز آيرون ديوك موديل 1990 مع أجزاء مقطوعة للكشف عن الترتيب الداخلي

شكّل محرك "آيرون ديوك" أساس محركات بونتياك سوبر ديوتي رباعية الأسطوانات المخصصة للسباقات في ثمانينيات القرن الماضي، وكان آخر سلسلة من محركات بونتياك سوبر ديوتي عالية الأداء . استُخدمت هذه المحركات في سلسلة سباقات ناسكار شارلوت /دايتونا داش ، وبطولة إمسا جي تي (في سيارات فئتي جي تي بي وجي تي يو)، وحتى في قوارب سباق الرابطة الأمريكية لقوارب السرعة . واستمر استخدام محركات سوبر ديوتي في سباقات آركا حتى مطلع الألفية الثانية.

إضافةً إلى قطع الغيار المطابقة لمحرك Iron Duke القياسي ذي سعة 2.5 لتر، قدمت شركة Pontiac Motorsports أعمدة مرفقية أخرى وقضبان توصيلها، مما أدى إلى سعات تتراوح بين 2.1 لتر و3.2 لتر. وقد زُوِّدت سيارة Fiero Indy Pace Car موديل 1984 بمحرك Super Duty سعة 2.7 لتر بقوة 232 حصانًا (173 كيلوواط) ليصل إلى سرعة تتجاوز 222 كم/ ساعة (138 ميلًا/ساعة) خلال السباق، إلا أن محركات Super Duty لم تكن متوفرة في سيارات جنرال موتورز المصنعة في المصانع. مع ذلك، باعت جنرال موتورز قطع غيار Super Duty الخاصة لدى الوكلاء المعتمدين، وكانت جميع القطع اللازمة لتحويل محرك Iron Duke القياسي إلى نسخة Super Duty متوفرة.    

استمرت شركة Kansas Racing Products في تصنيع المحركات في أوائل القرن الحادي والعشرين بعد شراء حقوق تصنيعها من شركة جنرال موتورز.

أنتجت شركة كوزوورث أيضًا رأس أسطوانة ذو 16 صمامًا وعمودي كامات علويين لنسخة محرك السباق سعة 3.0 لتر ( مشروع كوزوورث DBA، 1987). ^{[ 13 ]}

• كتيب شيفروليه مونزا 1979

• معلومات عن سيارة جيب 151