Кандидат технически наукиД. СОСНИН.
В схемата на газоразпределителния механизъм на Архангелск има центробежен регулатор, изместване на моментите на отваряне и затваряне на клапаните в зависимост от скоростта колянов вал.
Вентилът на Архангелски се отваря при задействане на електромагнит и се затваря с възвратна пружина.
Използването на два електромагнита за преместване на клапана ви позволява да се отървете от възвратните пружини.
В новия дизайн на газоразпределителния механизъм задвижването е разположено отстрани на цилиндровия блок. Използването на дълги соленоиди увеличава хода на клапаните, което позволява да се регулира в широк диапазон.
Исторически е така местна автомобилна индустрияразработена в опит да догони западните колеги. Наистина оригинални модели (те включват, да речем, „Победа“) могат да се преброят на пръсти. И все пак се появяват интересни разработки, чието въвеждане би позволило на нашите производители на автомобили успешно да се конкурират с чуждестранни. Предлагаме на вниманието на читателите история за необичаен механизъм, предложен от Д. А. Соснин, доцент от катедрата по електротехника и електрооборудване на Московския автомобилно-пътен инженерен институт (Държавен технически университет). Устройството ви позволява да се откажете от използването на обичайния разпределителен вал в двигателя и в същото време гъвкаво да контролирате времето на клапана и хода на клапана.
КЪДЕТО ЕЛЕКТРОНИКАТА ОТКАЗВА
Всеки производител на автомобили се стреми да гарантира, че двигателите вътрешно горене(ICE) на неговите машини, работещи в оптимален режим: предоставено максимална мощност, равномерност на въртящия момент, минимален разход на гориво, най-малко токсичност изгорели газове. Досега обаче никой не е успял да постигне това напълно, тъй като подобряването на някои характеристики води до влошаване на други. Напоследък обаче беше постигнат значителен напредък благодарение на използването на автоматизирано управление на двигателя с широкото използване на електроника.
При съставянето на програма за системата за управление двигателят се въвежда в стабилен режим на работа на специален стенд и всички параметри се коригират последователно, така че за този режим да осигурят най-добрите изходни характеристики. Същото се прави и в други режими. Резултатите се записват в постоянна памет електронен блокпод формата на многомерна диаграма, с помощта на която впоследствие се формират управляващи сигнали за всеки от параметрите.
Например в комплекс електронна система“Motronic” (Германия), който контролира впръскването на гориво и запалването, пет такива диаграми: за коригиране на момента на запалване, времето за впръскване на гориво, позицията на рециркулационния клапан (устройство, което връща част от отработените газове в цилиндъра за по-добро изгаряне на горивото) , време за натрупване на енергия в запалителната бобина и позиция дроселна клапа. Тази система използва скоростта на двигателя, въртящия момент и температурата на двигателя и напрежението на батерията като входни данни. На изхода се контролира съответствието на скоростта на двигателя с въртящия момент и съдържанието на въглероден оксид в отработените газове.
За съжаление колата има система, която не може да се управлява дори от най-сложната автомобилна електроника. Това е газоразпределителен механизъм с твърда кинематична връзка между коляновия и разпределителния вал.
Експертите смятат, че класически двигателдостатъчно перфектен и ако понякога не работи добре, то е само защото се „задушава от собствения си ауспух“; струва си да дадете на двигателя повече кислород, позволявайки му да „диша дълбоко“ и няма да има алтернатива за това.
Можете да помогнете на двигателя, ако можете да изместите моментите на отваряне и затваряне на клапаните, предимно на всмукателните. Спомням си как в началото на 70-те години на миналия век балтийските състезатели
Републиката спечели състезанието, постигайки скорост на коляновия вал до 3000 об / мин на на празен ходи до 8000 об/мин при пълна газ. Впоследствие се оказа, че са се сдобили с шаблон за разпределителен вал, заваряват гърбиците и след това ръчно завършват формата им. С такива разпределителни валове двигателите се отказаха висока производителност(мощност и въртящ момент), но само на висока скорост. За спортни автомобилитова е добре, но за "частника" е неприемливо. Въпреки това, този факт показва значителна роля на забавянето или напредването на фазата на клапаните.
Как да накарате клапана да се отваря и затваря в момента, който съответства на оптималната работа на двигателя? Ясно е, че е необходимо да се контролира времето на клапана в зависимост от скоростта, положението и натоварването на коляновия вал. Традиционният разпределителен вал не решава този проблем.
В малки граници съотношението на времето на клапана може да се регулира с помощта на механични, електромеханични, хидравлични, пневматични задвижки на клапани. Но най-обещаващото се счита за електромагнитно задвижване, управлявано от електрониката. С него можете не само да оптимизирате работата на двигателя, но и да разширите неговата функционалност. По този начин четирицилиндровият двигател може да бъде направен да действа като дву- или трицилиндров чрез промяна на реда на работа на клапаните; работи по-равномерно при променливи натоварвания, консумира по-малко горивоНа максимална скоростпри дадена мощност. Такъв двигател няма да има проблеми с промяната на посоката на въртене на коляновия вал.
На пръв поглед всичко изглежда много просто, но по някаква причина електромагнитните клапани на автомобилите все още се намират само в експериментални разработки.
ВЕНТИЛ АРХАНГЕЛСК
Опит за реализиране на идея електромагнитен клапанс гъвкаво управление е предприето в средата на 20 век от професор МАДИ В. М. Архангелски. Електромагнитите се включват и изключват, когато контактите, свързани с гърбиците на разпределителния вал, се затварят и отварят. Вентилът беше върнат на мястото си с пружина.
В схемата на Архангелски на разпределителния вал е осигурен центробежен регулатор. При промяна на скоростта той измества позицията на гърбиците и кара клапаните да се отварят и затварят преди време. Така регулаторът изигра роля обратна връзка. Това направи възможно да се направи без програмен контрол, което, между другото, тогава не можеше да бъде.
За съжаление, въпреки елегантността на схемата, не беше възможно да се създаде работещ дизайн. Факт е, че вентилът трябва да работи бързо и да се затваря надеждно и следователно е необходима възвратна пружина с висока твърдост. Съответно е необходим мощен електромагнит, който консумира значителен ток от бордова мрежакола. В онези дни нямаше мощни полупроводникови вентили и металните контакти бързо изгаряха при превключване на високи токове. Накрая, когато клапанът беше затворен от възвратна пружина, главата на клапана удари силно седлото, което предизвика шум по време на работата на газоразпределителния механизъм и доведе до чести повредиклапани.
ЕДНО Е ДОБРЕ И ДВА Е ПО-ДОБРО
Можете да се отървете от много от недостатъците, присъщи на вентила Архангелски, ако поставите два електромагнита вместо един - отваряне и затваряне. Подобна схема е разработена от един от студентите на Държавния университет в Толиати в дипломен проект под ръководството на доктор на техническите науки, професор В. В. Ивашин.
В тази версия на дизайна не са необходими пружини и следователно електромагнитите могат да бъдат по-малки по размер и мощност - в крайна сметка голям ток се консумира само при затваряне и отваряне на клапани и десет пъти по-малко ток е достатъчен, за да ги задържи.
Но най-важното е, че сега можете изобщо да правите без разпределителен вал, тъй като програмируем контролер може да зададе времето за реакция и силата на тока през намотката на електромагнита - електронно устройство, обикновено на микропроцесор, ръководител работадвигател и други системи на автомобила.
В НАМИ, под ръководството на кандидата на техническите науки А. Н. Терехин, те започнаха да извършват изследователска и проектна разработка на газоразпределителен механизъм с електромагнитно клапанно задвижване на базата на двигателя М-412. В резултат на това беше създаден работещ модел на газоразпределителен механизъм с двупосочни електромагнити на осем клапана. Но от началото на 90-те години финансирането е спряно и обещаващо развитиеизгубени в архивите.
Преди няколко години работата по нов газоразпределителен механизъм беше възобновена във Волжския автомобилен завод под ръководството на П. М. Прусов, главен дизайнер на АвтоВАЗ. Да, сред темите Всеруски конкурс„Руски автомобил“ (виж „Наука и живот“ № 12, 2002 г.) беше обявено „Разработване на електромагнитна задвижваща система за газоразпределителни клапани за 16-клапанен двигател VAZ“. Два проекта бяха представени на конкурса, но и двата бяха напълно „неработещи“ и дори не бяха разгледани.
Междувременно японски, американски и (с най-голям успех) немски автомобилни производители започнаха да работят върху подобряването на електромагнитното задвижване на клапаните. Още през 2002г Фирма BMWзапочна тестване на истински 16-клапанен газоразпределителен двигател с електромагнитно задвижване на всички клапани.
КОНКУРЕНТЕН ДИЗАЙН
В същото време в катедрата по електротехника и електрообзавеждане на Московския държавен технически университет (GTU) започна разработването на електромагнитни газоразпределителни вентили.
Въпреки че на Запад не ни признаваха за конкуренти: казват, „изоставахме на 10 мили“ (на жаргона на шофьорите на състезателни коли казват, че изостават с две обиколки, което означава слабаци), но авторът е патентовал дизайн, който решава повечето от проблемите, присъщи на електромагнитните задвижвания.
В него вместо обемисти електромагнити, монтирани над клапаните, се използват дълги соленоиди. Спирането на сърцевината в дълъг соленоид се осъществява не чрез твърди ограничители, а чрез крайни ограничители. магнитни полета, и устройството става безшумно. В допълнение, ходът на клапана може да бъде произволно голям и регулируем. Възвратно-постъпателното движение от електромагнита към клапана се предава през пръта и кобилицата. Поради това задвижването може да се монтира не над цилиндровия блок, а на страничната му повърхност. В резултат височината на двигателя е значително намалена, а за охлаждане и смазване се използват задвижващите части стандартни системикола.
Сега всичко зависи от конструкторите на двигатели. Ако е възможно да преведете идеята в метал, въртящ момент и икономичен автомобил, който ще отговаря и на най-строгите изисквания за чистота на ауспуха.
Днес класически принциптрудно е да си представим работата на газоразпределителния механизъм на двигател с вътрешно горене без основните синхронизиращи възли: разпределителни валове, задвижващи ремъции ангренажни вериги, задвижващи зъбни колела, както и гърбици и тласкачи.
Несъмнено много водещи производители на двигатели с вътрешно горене са подложили този на пръв поглед прост механизъм на сложна модернизация. Вземете например системата за променливо газоразпределение (VTEC) и други функции за синхронизиране, които ви позволяват да изключите работата на отделните бутала, за да пестите гориво.
И, изглежда, как може да се отървем от тази хармонично координирана работа на механичните елементи на газоразпределителния механизъм. Ако подходите радикално, можете просто да смените двигателя с вътрешно горене на електрически двигател. Но все пак става въпрос за това как да се отървете от класическата схема на синхронизация в двигателя с вътрешно горене?
Оказва се, че от 2005 г. има такова решение, но само то е използвано на малкия спортен автомобил Koenigsegg CCXR. максимална скоростспортен автомобил 388,87 км/ч, а времето за ускорение от 300 км/ч е само 11,92 сек. Този спортен автомобил е кръстен на създателя на Christian von Koenigsegg. Но системата, която замени традиционното синхронизиране, се нарича Freevalve, което означава „свободен клапан“.
Създателят на тази технология не се движи на спортна кола, а на скромен Saab 9-5, който на пръв поглед не се различава от своите събратя. Но ако дори и не най-опитният шофьор отвори капака на капака на двигателното отделение, той ще види с просто око необичайна картина за себе си. Не, задвижващи зъбни колела, ангренажен ремък, "легло" разпределителен вал. Какво задвижва вентила?
И така, така нареченият задвижващ механизъм на системата Freevalve осигурява движението на кланове, чийто принцип се основава на интегрираното използване на електрическа, хидравлична и пневматична енергия. Входът на блока Freevalve се захранва електричество, който задейства пневматичния механизъм на единичен задвижващ механизъм за отваряне на клапана и хидравлично за затварянето му. С други думи, електрическите задвижки доставят въздух и масло, като по този начин осигуряват движението на клапана.
Всеки задвижващ механизъм е напълно независим от останалите и се управлява от дистанционно управление. Създателят не разкрива подробности за иновационната система, но следва логиката този блокуправлението трябва да работи във връзка със системата за подаване на гориво, за да се осигури синхронизиране на отварянето на клапана и момента на впръскване на гориво.
Демонстрацията на системата за контрол на клапаните Freevalve показва очевидните предимства.
Червената линия показва характеристиките на всмукателните клапани, синята линия показва изпускателните клапани. За разлика от класическата схема за синхронизация, при която и всмукателните, и изпускателните клапани се отварят плавно с помощта на елипсовиден разпределителен вал, в системата Freevalve те се отварят почти моментално под въздействието на електрически импулс.
Съответно движението на клапаните със системата Freevalve има формата на трапец с почти прави ъгли, а графикът традиционна системаВремето - формата на парабола. По този начин времето за навлизане на газовете в ауспуха и изпускателните отвори е значително намалено, като същевременно се подобрява мощността и екологичните показатели с еднакъв размер на двигателя. На тестовия стенд двигателят Freevalve показа 30% увеличение на мощността и 50% намаление на вредните емисии.
С помощта на Freevalve механизмът за промяна на времето на клапана е много по-лесен за решаване. Такива известни системиподобно на VTEC, това се постига чрез сложен дизайн на разпределителни валове, които могат да се смесват спрямо оста на задвижващите зъбни колела. Японски производител Honda въведе технологията за променливо управление на цилиндрите (VCM) от 2003 г., която ви позволява да изключите цилиндрите и да работите само с части бутална групаза пестене на гориво в режим круиз контрол без натоварвания. Структурно това се осъществява чрез сложно разположение на гърбици, които могат да се движат по протежение на разпределителния вал, осигурявайки работна и резервна работа на буталото.
В случая на Freevalve предоставянето на такава функционалност не изисква допълнителни механични реализации и надстройки. Всичко това се постига чрез фърмуера на блока за управление на задвижването.
Допълнително увеличете мощността и намалете емисиите вредни веществав атмосферата чрез инсталиране на допълнителни изпускателни клапани. Част от отработените газове могат да бъдат изпратени към турбокомпресора, а част към катализатора.
Според изобретателя системата Freevalve може да се монтира на всеки двигател с вътрешно горене. Но това е само теоретично. На практика тези възможности за адаптиране все още не са напълно ясни. Първо, при инсталиране Стара колаще бъде необходимо да се осигури уникален корпус за всеки вместо капак на клапана, където на свой ред ще бъдат монтирани задвижващите механизми. На второ място, не е съвсем ясно как се развива връзката с горивна система, който се управлява от обикновения мозък на колата.
Също така, когато премахвате същите разпределителни валове, задвижващи зъбни колела, ще е необходимо да се отървете от всички видове сензори, при липсата на които мозъкът на автомобила ще изпита спазми. Разбира се, за новите автомобили предимствата несъмнено са очевидни, но по отношение на адаптацията, съществуващи автомобиливъпросът все още е отворен.
И така, нека обобщим и обобщим плюсовете на системата Freevalve с електронни задвижващи механизми:
- Теглото на двигателя е намалено чрез елиминиране на зъбни колела, задвижващи ремъци (вериги) и разпределителни валове.
- Компактността на двигателя и увеличаването на двигателното отделение.
- Увеличаване на мощността на двигателя с около 30%.
- Намалени емисии на токсични газове в атмосферата.
Което не се нуждае от трансмисия, развива се 15 години иновативен двигателвътрешно горене - без разпределителен вал и дросел. "Мотор" разбира принципа на работа на чудото.
####Какво стана?
Шведската компания FreeValve, партньор на шведския производител на суперавтомобили Koenigsegg, публикува видео, демонстриращо работата на принципно нов двигател с вътрешно горене, където вместо традиционен разпределителен вал, с електронно управлениеклапанни задвижки.
Шведите твърдят, че такъв мотор може да консумира гориво с почти всяко октаново число, изключете произволен брой цилиндри и също така работете във всеки от трите основни термодинамични цикъла.
####Откъде дойде?
Разработването на принципно нов двигател в началото на 2000-те години беше поето от Cargine, чийто партньор от 2001 г. е Koenigsegg.
Целта, поставена от шведските инженери, беше да създадат ново поколение икономичен и екологичен двигател. За основа е взета концепцията на двигателя Carmelo Scuderi, в която цилиндрите са разделени на работни и спомагателни. Първите са отговорни за изгарянето на сместа и изпускането, а вторите - за всмукването и компресията. работна смес. Вярно е, че за разлика от двигателя Scuderi, шведите искаха да внедрят тази схема в един цилиндър, за което се нуждаеха от бърз и много точен задвижващ механизъм на клапана.
През 2000 г. е подготвен първият едноцилиндров агрегат, способен да работи на метан или водород. Нивото на емисиите на азотни оксиди от този двигател се оказа невероятно ниско, но автомобилната индустрия дори не се интересуваше от самия двигател, а от тласкача, използван в него.
Вярно е, че първата версия на тласкача беше напълно пневматична и имаше много недостатъци: беше твърде голяма, твърде шумна и натоварена с вибрации. Затова инженерите решиха да добавят към задвижващите механизми хидравличен елементза фиксиране на клапани и допълнително амортизиране.
До 2003 г. беше подготвен първият прототип на задвижващия механизъм, чиито размери вече позволяваха използването му на конвенционален двигател, но отне още няколко години, през които инженерите промениха дизайна му няколко пъти, преди първата наистина работеща версия на електронната система за управление на клапаните да бъде готова за тестване.
Първият прототип на двигател без разпределителни валове е инсталиран на комбито Saab 9-5. Мощността на този двигател се оказа с 30% по-висока от серийния агрегат, а разходът на гориво намаля с една трета. Ясно е, че технологията все още трябва да бъде усъвършенствана и адаптирана за масова употреба, но вдъхновените създатели се надяваха да пуснат нови двигатели в обозримо бъдеще в обозримо бъдеще. масова продукция. Двигатели без разпределителни валове трябваше да се появят на новия седан Saab 9-3 и кросоувър 9-4X - Cargine беше част от съюз от скандинавски компании, които се опитаха да купят марката Saab по време на кризата от 2008 г. Това начинание обаче завърши с нищо и Saab беше продаден на китайците.
Оттогава единственият автомобилен партньор на Cargine е Koenigsegg. Неговият ръководител, Кристиан фон Кьонигсег, веднъж призна, че отдавна е мечтал да използва техническите разработки, направени от неговата компания в масови машини. Може би е имал предвид просто икономичен и ефективен двигателбез разпределителния вал, в който той участва?
####И как работи този двигател?
„Ако си представите, че двигателят е пиано, а клапаните са неговите клавиши, тогава използването на разпределителен вал е като да свирите на инструмент с парцал вместо с пръсти“, описва Koenigsegg предимствата на своя двигател.
Собствен - защото от известно време Cargine е преименуван на Freevalve и е под контрола на групата Koenigsegg. Девет инженера работят по проекта за двигател без разпределителен вал, способен да „свири всякаква музика“.
Вместо разпределителен вал, отварянето и затварянето на клапаните се контролира от много бързи електромагнитни задвижки по команда от компютъра. Те използват въздушни пружини, които могат да променят собствената си твърдост и специални сензори за наблюдение на позицията на клапана. Последните контролират положението на клапаните сто хиляди пъти в секунда с точност до една десета от милиметъра, а работата им изисква около сто пъти по-малко енергия от аналозите на други компании.
Този дизайн ви позволява безкрайно да променяте времето на клапана, както и по всяко време да деактивирате и активирате произволен брой цилиндри, в зависимост от конкретните натоварвания. Такъв двигател може да работи според традиционния термодинамичен цикъл на Ото, икономичния цикъл на Аткинсън, както и по-сложния цикъл на Милър, който осигурява на двигателя още повече висока ефективности икономика. В допълнение, този двигател може да симулира цикъла на Хедман променлива степенкомпресия, която стана възможно да се управлява точно благодарение на вентили с електронно управление на повдигането и времето за отваряне.
Най-модерният агрегат, проектиран от Freevalve, е с 30 процента по-мощен и има по-голям въртящ момент ниски обороти, в сравнение с аналози със същия обем, но в същото време с 20-50 процента по-икономичен и отделя наполовина по-малко вредни вещества в атмосферата. И накрая, той може да консумира както бензин с различно октаново число, така и дизелово гориво.
Кристиан фон Кьонигсег отбелязва, че новите агрегати могат да бъдат направени по-компактни и по-леки от традиционните двигатели с вътрешно горене чрез елиминиране на разпределителните валове, дросела и съответните прикачени файлове. Освободеното пространство може да се използва за подобряване на безопасността или увеличаване на свободното пространство под капака.
####Чакай, но двигатели без дросел и електронно контролирано повдигане на клапаните вече се правят от BMW и дори от Fiat?
Наистина, баварците бяха първите, които се отказаха от дросела, като въведоха електронно контролирана система за управление на всмукателния клапан в газоразпределителния механизъм. Въпреки това, баварците използват доста сложно механична системас допълнителен електродвигател, а дизайнът на Fiat MultiAir все още не е решил проблема с големите загуби при изпомпване.
Технологията Freevalve от своя страна е в състояние да контролира всички клапани независимо един от друг, комбинирайки се силни странивсички съществуващи термодинамични цикли в един енергиен блок.
####Кога да очакваме?
Пускането на двигател без разпределителни валове сега се счита за икономически оправдано, въпреки необходимостта от решаване на оставащите проблеми с висока консумацияелектричество, шум и вибрации. Но основният му недостатък е високата производствена цена. Което обаче може да намалее при масово прилагане на нови технологии.
Много спорна тема в интернет. Някои хора казват, че това е бъдещето, а друга част казват, че тук няма нищо ново, всичко това се знае отдавна и не се прави в големи количества, защото не е надеждно, сложно и безсмислено.
Да, все още има такова мнение: колко можете да подобрите "древния механизъм", трябва да създадете нещо фундаментално ново! Във всеки случай нека видим за какво иде реч и сами да си направим изводите.
През 2005 г. автомобил, кръстен на Кристиан фон Кьонигсег, официално стана най-бързият сериен автомобил на планетата: експерти от Книгата на рекордите на Гинес записаха скорост от 388,87 км / ч. Koenigsegg CCXR се превърна в най-добрия спортен автомобил в света по отношение на тегло и мощност. Koenigsegg One:1 е лидер в категорията " най-добър овърклок”, достигайки скорост от 300 км/ч само за 11,92 секунди.
Докато най-ефективните спортни автомобили в света чупят рекорд след рекорд, създателят им се движи в стар Saab 9-5, усмихвайки се лукаво. Под капака „старецът“ има единственият двигател в света, който няма разпределителен вал, няма гърбици, няма повдигачи на клапани, няма прословутия зъбен ремък. И за разлика от безумния Koenigsegg, предназначен само за богатите и известните, двигателите с отделни задвижвания на клапаните обещават да бъдат първото наистина масово творение на шведския изобретател.
Между два елемента
В цилиндровата глава на тестовия Saab очаквано работят 16 клапана. Всеки се задвижва от отделен задвижващ механизъм и всеки се командва да отваря или затваря от компютъра за управление на двигателя независимо от другите.
Актуаторът е основното ноу-хау на Freevalve, дъщерно дружество на Koenigsegg. Много разработчици са се опитали да доставят на всеки клапан индивидуално задвижване и да ги управляват независимо един от друг, включително много световноизвестни автомобилни производители. Най-очевидното решение под формата на линейни електрически двигатели (соленоиди) не води до желания резултат: малките двигатели нямат достатъчно мощност, за да ускорят клапаните до желаните скорости(20 000 отваряния и затваряния в минута), има проблеми с охлаждането и надеждността.
Кристиан фон Кьонигсег не навлиза в подробности как работи неговият задвижващ механизъм, но с удоволствие обяснява общата концепция на „пневматично-хидравлично-електрическия задвижващ механизъм“. Вентилите се отварят с пневматика и се затварят с хидравлика. Както пневматични, така и хидравлични системипостоянно под налягане и готов да даде на вентила максимална енергия. Задачата на електрическия задвижващ механизъм е само да подава въздух или масло към клапана навреме. Проблемът с охлаждането и смазването се решава сам: най-натоварените части на задвижването се обслужват от съответните системи на самия двигател с вътрешно горене.
Красотата на задвижващия механизъм Freevalve е, че пасва на почти всеки автомобил или двигател на мотоциклет. Независимо дали е високоскоростен двигател състезателен мотоциклет, въртящ се до 16 000 оборота в минута или дизелов камион, тракащ на 3 500 оборота в минута, същото задвижване ще задоволи напълно техните нужди. Клапанът на състезателния велосипед е изработен от лека сплав, така че енергията на задвижващия механизъм лесно го ускорява до високи скорости. Клапанът на камиона е голям и тежък, но високи скороститой не се нуждае.
Дишайте във всички клапани
Червената графика показва кривата на отваряне смукателен клапан, синьо - дипломиране. Ясно се вижда, че клапаните остават в напълно отворено положение възможно най-дълго - графиките имат почти правоъгълен профил, докато при конвенционален тайминг те биха били повече като параболи. Необходимите обеми газове преминават през вентилите Freevalve за по-малко време от обикновено, така че кратките фази на всмукване и изпускане не се припокриват. Това е причината за почти двукратното подобряване на екологичните показатели.
На пиано с иго
„Използването на традиционен разпределителен вал вместо Freevalve е като да свирите на пиано с хомут вместо пръсти“, казва фон Кьонигсег. Какви проблеми иска да реши изобретателят, като програмира поведението на всеки клапан поотделно? Изброяваме ги във възходящ ред на интерес.
Най-очевидното: за различните режими на работа на двигателя (предимно скоростта на въртене на коляновия вал) има оптимален състав въздушно-горивна смес, техен правилните моментиотварящи и затварящи клапани. Традиционно този проблем се решава с помощта на механизъм за променливо синхронизиране на клапаните (например VTEC): целият разпределителен вал се върти леко спрямо зъбното колело (време) и всички моменти на отваряне и затваряне на клапана се изместват напред или назад.
Проблемът с VTEC се крие в ограничения брой режими, докато индивидуално контролираните клапани ви позволяват да преразгледате оптималния набор от параметри за всяка, дори и най-малката промяна в скоростта. Но основното е, че Freevalve ви позволява да променяте не само момента, но и продължителността на отваряне на клапаните.
Но какво ще стане, ако искаме гъвкаво да контролираме мощността на двигателя, като изключим част от цилиндрите? IN модерни двигателиПроблемът се решава с помощта на сложен механизъм: за всеки клапан са предвидени две гърбици, които се сменят една друга, движейки се по протежение на разпределителния вал. Една камера осигурява редовна работаклапан, вторият е отговорен за работата на цилиндъра в "режим на готовност". Вентилите Freevalve ви позволяват да включите всяка програма за всеки цилиндър по всяко време без механични трикове.
Но все пак основният проблемТрадиционният синхрон се крие в елипсовата форма на гърбицата, поради което клапанът почти никога не е отворен или напълно затворен. Вместо това винаги или се отваря плавно, или се затваря плавно, което го спуска. пропускателна способност. Освен това тази функция води до факта, че в определени моменти входът и изпускателни клапаниса отворени по едно и също време и това се отразява неблагоприятно на екологичните характеристики на двигателя.
Кристиан фон Кьонигсег демонстрира кривата на отваряне на клапана на монитора на специално устройство. Прилича на правоъгълник: клапанът се отваря рязко, държи се отворен и след това рязко се затваря. Това не е вечната тъжна елипса на традиционен вентил. Особено интересно е, че кривата запазва своята ъгловатост дори за високи обороти(до 10 000 оборота в минута) - задвижващият механизъм има достатъчно мощност, за да отвори и затвори вентила наистина бързо.
Може би последното свойство най-много допринесе за това, че тестовият двигател със свободни клапани показа впечатляващи резултатипри тестове: произвежда 30% повече въртящ момент, консумира 30% по-малко гориво и дава 50% намаление на вредните емисии.
Три цилиндъра, осемнадесет клапана
Клапаните Freevalve позволяват главата на цилиндъра и самия двигател да бъдат направени много по-компактни. Но това далеч не е единственото предимство на оформлението. Възможно е да се увеличи броят на клапаните на цилиндър чрез разделяне на функциите между тях. Например да изпрати една част от отработените газове към турбината на компресора, а другата - директно към катализатора, по екологични причини. Специални клапани също са полезни, за да се превърне колата в пневматичен хибрид.
Долу каноните!
Freevalve е повече от това, което се вижда на пръв поглед. Първо, системата може значително да промени външния вид на автомобила. Разпределителен вали повдигачите на клапаните заемат много място в главата на цилиндъра и тежат много. Четирицилиндров двигател Freevalve е подобен по размер и тегло на трицилиндров. Ако вземем предвид, че независимите клапани дават значително увеличение на въртящия момент, тогава два цилиндъра могат да се откажат напълно. И тогава малкият мотор може да бъде скрит дори под седалката.
Системата ви позволява да превключите двигателя към екзотичен работен цикъл по всяко време, дори Miller, като на Mazda, дори Atkinson, като на Prius. Защо да сте скромни: ако желаете, моторът може да стане двутактов в миг на око, почти удвоявайки мощността! Von Koenigsegg мечтае за коли с две резервоари за горивои захранващи системи: за бензин и дизел. За прехода към биогорива гъвкавостта на настройките също е от значение.
Но най-интересната фантазия на изобретателя е пневматичен хибрид. С помощта на специална конфигурация на клапана е възможно двигателят с вътрешно горене да се превърне в компресор, който при спиране ще изпомпва въздух в цилиндъра, натрупвайки налягане. След това сгъстеният въздух може да се изпомпва в цилиндрите, за да ускори автомобила, или да се използва като мощна алтернатива на турбокомпресора, повишавайки за кратко мощността на двигателя.
Може би най-неочакваното свойство на двигател с независими клапани е надеждността. Всеки шофьор се страхува от счупен зъбен ремък: ако буталото „настигне“ клапаните, същото ще се случи и във всички останали цилиндри. Скъпа цилиндрова глава и с нея бутала и евентуално биели с колянов валще бъдат сериозно повредени.
А с Freevalve всичко е просто: няма време - няма проблеми! Ако един цилиндър внезапно "чука" - всички останали ще останат здрави и здрави.
Вълк в овча кожа
Стар Saab, който получи експериментална версия на ангренажния ремък с независими клапани, измина с него 60 000 км, като видя летни горещини и 20-градусови студове. Цилиндровата глава е направена от оригиналния "Saab", като е изхвърлено всичко излишно от нея и са направени нови канали за хидравлика и пневматика. Колегите ни от Jalopnik.com се повозиха на "стареца" и отбелязаха, че при обороти до 3000 об/мин проявява дизелови навици - характерно почуква по клапаните и произвежда луд въртящ момент.
Кристиан фон Кьонигсег се усмихва: „Преди няколко години инженер от GM каза, че никога няма да видим двигател без разпределителен вал. този моменткараме кола без разпределителен вал. Оказа се, че е сгрешил.” Добре дошли в бъдещето.
Под крилото на Koenigsegg живее малка компания, наречена Freevalve. Това, което правят е просто невероятно. Виждате ли, в двигателите има такова нещо като разпределителен вал. Има гърбици, които отварят и затварят клапани по време на въртене. Този елемент присъства в двигателите от самото им създаване.
Системата работи безупречно, но клапаните не винаги са отворени или затворени. Има междинен етап, който не е ефективен. Инженерите обаче упорито смятат, че разпределителният вал е единственото налично решение. Как е? Защо не се побъркате и не ви хрумне някоя абсурдна идея – например свързана със сгъстен въздух?
Двигателят Freevalve се отърва от разпределителния вал и тялото на дросела, като ги замени с пневматични задвижващи механизми на всеки цилиндър. Тази концепция съществува от доста време. Корабите използват механизъм за отваряне на електромагнитен клапан. Това означава, че концепцията се е доказала. Остава да го сведем до мащаба на нещо по-обикновено.
Тази система осигурява напълно независимо управление на всеки цилиндър и всеки клапан. Ако имате 4 клапана, тогава само два се отварят, когато е необходимо. С конвенционален разпределителен вал това не може да се постигне. Freevalve може да деактивира един цилиндър, два, три и т.н.
Друго изненадващо нещо е, че системата може да работи в различни режими. При ниски обороти двигателят може да работи като двутактов, което значително подобрява подаването на мощност: 3000 об/мин се усещат като 6000 об/мин. Двигателят може да работи по цикъла на Милър (като Mazda Xedos 9): въпреки че е сложен, той е много по-ефективен. Е, плюс всичко, двигателят може да работи с няколко вида гориво. Кристиан подчерта, че бензинът и дизелът могат да се разбират. Разбира се, не говорим за сливането им в една смес. Два отделни резервоара биха били чудесна идея.
Но най-впечатляващата част: по отношение на настоящите двигатели системата ще осигури 30% Още силаи въртящ момент и 50% повече икономия на гориво. Това също ще намали размера на двигателя. Така че един компактен двигател, построен от нулата, може да се конкурира с много по-големи двигатели.
Кристиан описа работата на разпределителния вал като "свирене на пиано с метла", докато Freevalve е истинска "игра с пръсти". Ще имате повече високо нивоконтрол. Тъй като всички елементи работят независимо, един цилиндър или задвижващ механизъм може да се повреди и двигателят да продължи да работи още много години.
По време на кратко пътуване в Saab 9-5 Freevalve, използван за разработване на неговата технология, колумнистът на Jalopnik се почувства като нормална кола. Не е ли това най-добрата похвала за всеки иновативен метод? При ниски обороти двигателят се усеща малко като дизелов, но с времето работата му се изглажда. Системата работи, но софтуердвигателя е още в начален стадий. Шведите трябва да го подобрят, но имат време. Пред нас е система от пето поколение, а на хоризонта вече се очертава шесто.
Кристиан не вярва, че тази технология ще спаси двигателя с вътрешно горене от изчезване, но може значително да удължи живота му. Само си представете, че тази идея можеше да се осъществи преди 10 години. Къде би бил ICE днес?!
