Kandidát technické vědy D. SOSNIN.
Ve schématu mechanismu distribuce plynu v Archangelsku existuje odstředivý regulátor, posouvání momentů otevírání a zavírání ventilů v závislosti na rychlosti klikový hřídel.
Arkhangelsky ventil se otevře, když je aktivován elektromagnet a zavírá se vratnou pružinou.
Použití dvou elektromagnetů k pohybu ventilu umožňuje zbavit se vratných pružin.
V novém provedení mechanismu rozvodu plynu je pohon umístěn na straně bloku válců. Použití dlouhých solenoidů zvyšuje zdvih ventilů, což umožňuje jeho nastavení v širokém rozsahu.
Historicky tomu tak bylo domácí automobilový průmysl vyvinut ve snaze dohnat západní kolegy. Skutečně originální modely (obsahují řekněme „vítězství“) lze spočítat na prstech. A přesto se objevují zajímavé novinky, jejichž zavedení by našim automobilkám umožnilo úspěšně konkurovat zahraničním. Čtenářům přinášíme do pozornosti příběh o neobvyklém mechanismu, který navrhl D. A. Sosnin, docent katedry elektrotechniky a elektrotechnického zařízení Moskevského institutu automobilového a silničního inženýrství (Státní technická univerzita). Zařízení umožňuje opustit použití obvyklého vačkového hřídele v motoru a zároveň flexibilně ovládat časování ventilů a zdvih ventilů.
KDE ELEKTRONIKA SELHÁVÁ
Každý výrobce automobilů se snaží zajistit, aby motory s vnitřním spalováním(ICE) na jeho strojích pracoval v optimální režim: poskytnuto maximální výkon, rovnoměrnost točivého momentu, minimální spotřeba paliva, nejmenší toxicita výfukové plyny. Toho se však dosud nikomu nepodařilo plně dosáhnout, protože zlepšení některých vlastností vede ke zhoršení jiných. V poslední době však došlo k výraznému pokroku díky využití automatizovaného řízení motoru s rozšířeným využitím elektroniky.
Při sestavování programu pro řídicí systém je motor na speciální zkušebně uveden do stabilního provozního režimu a všechny parametry jsou postupně korigovány tak, aby poskytovaly nejlepší výstupní charakteristiky pro tento režim. Totéž se provádí v jiných režimech. Výsledky se zaznamenávají do trvalé paměti elektronický blok ve formě vícerozměrného diagramu, s jehož pomocí se následně tvoří řídicí signály pro každý z parametrů.
Například v komplexu elektronický systém„Motronic“ (Německo), který řídí vstřikování paliva a zapalování, pět takových schémat: pro korekci časování zapalování, dobu vstřiku paliva, polohu ventilu recirkulace (zařízení, které vrací část výfukových plynů do válce pro lepší dodatečné spalování paliva) , doba akumulace energie v zapalovací cívce a poloha škrticí klapka. Tento systém využívá jako vstupy otáčky motoru, točivý moment a teplotu motoru a napětí baterie. Na výstupu je řízen soulad otáček motoru s točivým momentem a obsahem oxidu uhelnatého ve výfukových plynech.
Bohužel auto má systém, který nedokáže ovládat ani ta nejsofistikovanější elektronika auta. Jedná se o mechanismus distribuce plynu s tuhým kinematickým spojením mezi klikovým hřídelem a vačkovým hřídelem.
Odborníci tomu věří klasický motor dostatečně dokonalé a pokud někdy nefunguje dobře, je to jen proto, že se „dusí vlastním výfukem“; stojí za to dát motoru více kyslíku, což mu umožní „zhluboka dýchat“, a nebude k tomu žádná alternativa.
Motoru můžete pomoci, pokud byste mohli posunout momenty otevírání a zavírání ventilů, především sacích. Pamatuji si, jak ještě na začátku 70. let minulého století baltští závodníci
Soutěž vyhrály republiky, které dosahovaly otáček klikového hřídele až 3000 ot./min Volnoběh a až 8000 ot./min na plný plyn. Následně se ukázalo, že dostali do ruky šablonu vačkového hřídele, vačky svařili a pak ručně dodělali jejich tvar. S takovými vačkovými hřídeli vynechávaly motory vysoký výkon(výkon a točivý moment), ale pouze zap vysoká rychlost. Pro sportovní vozy to je dobré, ale pro „soukromé“ je to nepřijatelné. Tato skutečnost však ukazuje na významnou roli zpoždění nebo předstihu fáze ventilů.
Jak zajistit, aby se ventil otevíral a zavíral v okamžiku, který odpovídá optimálnímu chodu motoru? Je jasné, že je nutné řídit časování ventilů v závislosti na otáčkách, poloze a zatížení klikového hřídele. Tradiční vačkový hřídel tento problém neřeší.
V malých mezích lze nastavit časování ventilů pomocí mechanických, elektromechanických, hydraulických, pneumatických pohonů ventilů. Za nejperspektivnější se ale považuje elektromagnetický pohon řízený elektronikou. S ním můžete nejen optimalizovat provoz motoru, ale také rozšířit jeho funkčnost. Čtyřválcový motor tedy může být vyroben tak, aby se choval jako dvou nebo tříválec změnou pořadí činnosti ventilů; při proměnlivém zatížení pracuje rovnoměrněji, spotřebovává méně paliva na maximální rychlost při daném výkonu. Takový motor nebude mít problémy se změnou směru otáčení klikového hřídele.
Na první pohled vše vypadá velmi jednoduše, ale z nějakého důvodu se solenoidové ventily na autech stále nacházejí pouze v experimentálním vývoji.
VENTIL ARKHANGELSK
Pokus o realizaci nápadu solenoidový ventil s flexibilním řízením se ujal v polovině 20. století profesor MADI V. M. Archangelsky. Elektromagnety se zapínaly a vypínaly, když byly kontakty připojené k vačkám vačkového hřídele uzavřeny a otevřeny. Ventil byl vrácen na své místo pružinou.
V Arkhangelském schématu byl na vačkovém hřídeli umístěn odstředivý regulátor. Při změně rychlosti posunulo polohu vaček a způsobilo, že se ventily otevíraly a zavíraly s předstihem. Roli tedy sehrál regulátor zpětná vazba. To umožnilo obejít se bez ovládání programu, což mimochodem nemohlo být.
Přes eleganci schématu se bohužel nepodařilo vytvořit funkční design. Ventil totiž musí fungovat rychle a spolehlivě se zavírat, a proto je nutná vratná pružina s vysokou tuhostí. V souladu s tím je zapotřebí výkonný elektromagnet, který spotřebovává značný proud palubní síť auto. V té době nebyly žádné výkonné polovodičové ventily a při přepínání vysokých proudů se kovové kontakty rychle spálily. Nakonec při uzavření ventilu vratnou pružinou došlo k silnému nárazu hlavy ventilu do hrdla, což způsobilo hluk při provozu mechanismu rozvodu plynu a vedlo k časté poruchy ventily.
JEDEN JE DOBRÝ A DVA LEPŠÍ
Můžete se zbavit mnoha nedostatků, které jsou vlastní Arkhangelskému ventilu, pokud umístíte dva elektromagnety místo jednoho - otevírání a zavírání. Podobné schéma vyvinul jeden ze studentů Togliatti State University v rámci absolventského projektu pod vedením doktora technických věd profesora V. V. Ivashina.
V této verzi konstrukce nejsou potřeba pružiny, a proto mohou být elektromagnety menších rozměrů a výkonu - velký proud se totiž spotřebuje jen při zavírání a otevírání ventilů a k jejich udržení stačí desetkrát menší proud.
Ale co je nejdůležitější, nyní se můžete obejít bez vačkového hřídele, protože programovatelný ovladač může nastavit dobu odezvy a sílu proudu vinutím elektromagnetu - elektronické zařízení, obvykle na mikroprocesoru, vedoucí práce motoru a dalších systémů vozidel.
V NAMI začali pod vedením kandidáta technických věd A. N. Terekhina provádět výzkum a konstrukční vývoj mechanismu rozvodu plynu s elektromagnetickým pohonem ventilů na bázi motoru M-412. Výsledkem bylo vytvoření funkčního modelu mechanismu distribuce plynu s dvoucestnými elektromagnety na osmi ventilech. Ale od začátku 90. let financování přestalo a slibný vývoj ztracené v archivech.
Před pár lety byly ve Volžském automobilovém závodě obnoveny práce na novém mechanismu distribuce plynu pod vedením P. M. Prusova, hlavního konstruktéra AvtoVAZ. Ano, mezi tématy Všeruská soutěž"Ruský automobil" (viz "Věda a život" č. 12, 2002) byl oznámen "Vývoj elektromagnetického pohonného systému pro ventily rozvodu plynu pro 16-ventilový motor VAZ." Do soutěže byly předloženy dva projekty, ale oba byly zcela „vyřazeny“ a ani se o nich nepočítalo.
Japonské, americké a (s největším úspěchem) německé automobilky mezitím začaly pracovat na vylepšení elektromagnetického pohonu ventilů. Již v roce 2002 společnost BMW zahájila testování na skutečném 16ventilovém motoru s rozvodem plynu s elektromagnetickým pohonem všech ventilů.
KONKURENČNÍ DESIGN
Současně byl na katedře elektrotechniky a elektrotechnického zařízení Moskevské státní technické univerzity (GTU) zahájen vývoj elektromagnetických rozvodných ventilů plynu.
Přestože jsme na Západě nebyli uznáváni jako konkurenti: říkají „byli 10 mil pozadu“ (v žargonu závodních jezdců to říkají o dvou kolech pozadu, což znamená slabochy), autor si však nechal patentovat design, který řeší většinu problémů spojených s elektromagnetickými pohony.
V něm jsou místo objemných elektromagnetů namontovaných nad ventily použity dlouhé solenoidy. Brzdění jádra v dlouhém solenoidu je realizováno nikoli tvrdými dorazy, ale okrajovými dorazy. magnetické pole a disk ztichne. Zdvih ventilu může být navíc libovolně velký a nastavitelný. Vratný pohyb z elektromagnetu na ventil se přenáší přes táhlo a vahadlo. Díky tomu může být pohon instalován nikoli nad blok válců, ale na jeho boční plochu. V důsledku toho se výrazně sníží výška motoru a pro chlazení a mazání se používají části pohonu standardní systémy auto.
Nyní je to na konstruktérech motorů. Pokud je možné převést myšlenku do kovu, točivý moment a ekonomické auto, který bude splňovat i ty nejpřísnější požadavky na čistotu výfuku.
Dnes klasický princip je obtížné si představit fungování mechanismu distribuce plynu spalovacího motoru bez hlavních časovacích jednotek: vačkové hřídele, Hnací řemeny a rozvodové řetězy, hnací ozubená kola, stejně jako vačky a tlačníky.
Mnoho předních výrobců spalovacích motorů nepochybně podrobilo tento zdánlivě jednoduchý mechanismus složité modernizaci. Vezměme si například systém variabilního časování ventilů (VTEC) a další časovací zvonky a píšťaly, které umožňují vypnout chod jednotlivých pístů a šetřit palivo.
A zdálo se, jak se lze zbavit této harmonicky sladěné práce mechanických prvků mechanismu distribuce plynu. Pokud přistoupíte radikálně, můžete jednoduše změnit spalovací motor na elektromotor. Jde ale stále o to, jak se zbavit klasického rozvodového schématu ve spalovacím motoru?
Ukazuje se, že od roku 2005 takové řešení existuje, ale používá se pouze na malosériovém sporťáku Koenigsegg CCXR. maximální rychlost sportovní vůz 388,87 km/h a doba zrychlení 300 km/h je pouze 11,92 s. Tento sportovní vůz je pojmenován po tvůrci Christiana von Koenigsegg. Ale systém, který nahradil tradiční časování, se jmenoval Freevalve, což znamená „volný ventil“.
Tvůrce této technologie se nepohybuje na sporťáku, ale na skromném Saabu 9-5, který se na první pohled nijak neliší od svých kolegů. Pokud ale i ne nejzkušenější motorista otevře kryt kapoty motorového prostoru, uvidí pouhým okem pro sebe neobvyklý obrázek. Ne, převody, rozvodový řemen, "lůžko" vačková hřídel. Co pohání ventil?
Pohyb klanů tedy zajišťuje tzv. aktuátor systému Freevalve, jehož princip je založen na integrovaném využití elektrické, hydraulické a pneumatické energie. Vstup bloku Freevalve je napájen elektřina, který ovládá pneumatický mechanismus jediného pohonu pro otevření ventilu a hydraulicky pro jeho uzavření. Jinými slovy, elektrické pohony dodávají vzduch a olej, čímž zajišťují pohyb ventilu.
Každý pohon je zcela nezávislý na ostatních a je ovládán dálkovým ovladačem. Tvůrce nezveřejňuje detaily inovačního systému, ale řídí se logikou tento blok ovládání musí pracovat ve spojení se systémem přívodu paliva, aby byla zajištěna synchronizace otevírání ventilů a časování vstřikování paliva.
Demograf řídicího systému ventilů Freevalve ukazuje zřejmé výhody.
Červená čára znázorňuje charakteristiku sacích ventilů, modrá čára výfukové ventily. Na rozdíl od klasického rozvodového schématu, kdy se sací i výfukové ventily otevírají plynule pomocí elipsovitého vačkového hřídele, v systému Freevalve se vlivem elektrického impulsu otevírají téměř okamžitě.
V souladu s tím má pohyb ventilů se systémem Freevalve tvar lichoběžníku s téměř pravými úhly a plán tradiční systémČasování – tvar paraboly. Čas pro vstup plynů do výfuku a výfukových kanálů se tak výrazně zkrátil a zároveň se zlepšil výkon a ekologický výkon při stejné velikosti motoru. Na zkušební stolici motor Freevalve vykázal 30% nárůst výkonu a 50% snížení škodlivých emisí.
S pomocí Freevalve je mnohem jednodušší vyřešit mechanismus změny časování ventilů. Takový známé systémy stejně jako VTEC je toho dosaženo složitou konstrukcí vačkových hřídelů, které lze kombinovat vzhledem k ose hnacích ozubených kol. Japonský výrobce Honda od roku 2003 zavedla technologii Variable Cylinder Management (VCM), která umožňuje vypnout válce a pracovat pouze s díly. skupina pístů pro úsporu paliva v režimu tempomatu bez zatížení. Konstrukčně se to provádí složitým umístěním vaček, které by se mohly pohybovat podél vačkového hřídele a zajišťovat provozní a pohotovostní provoz pístu.
V případě Freevalve nevyžaduje poskytování takové funkce další mechanické implementace a upgrady. To vše je dosaženo firmwarem řídicí jednotky servomotoru.
Dále zvyšovat výkon a snižovat emise škodlivé látky do atmosféry instalací dalších výfukových ventilů. Část výfukových plynů může být poslána do turbodmychadla a část do katalyzátoru.
Podle vynálezce lze systém Freevalve nainstalovat na jakýkoli spalovací motor. Ale to je pouze teoretické. V praxi nejsou tyto možnosti adaptace zatím zcela jasné. Nejprve při instalaci staré auto bude potřeba místo toho poskytnout jedinečný korpus kryt ventilu, kde se budou servopohony postupně montovat. Za druhé, není zcela jasné, jak se vztah s palivový systém, kterou řídí běžné mozky auta.
Také při demontáži stejných vačkových hřídelů, hnacích ozubených kol bude nutné zbavit se všech druhů senzorů, při jejichž absenci se mozek auta dostane do křeče. Samozřejmě u nových vozů jsou výhody nepochybně zřejmé, ale pokud jde o přizpůsobení, stávající vozy otázka je stále otevřená.
Pojďme si tedy shrnout a shrnout klady systému Freevalve s elektronickými akčními členy:
- Hmotnost motoru je snížena odstraněním ozubených kol, hnacích řemenů (řetězů) a rozvodových vačkových hřídelů.
- Kompaktnost motoru a zvětšení motorového prostoru.
- Zvýšení výkonu motoru asi o 30 %.
- Snížení emisí toxických plynů do atmosféry.
Který nepotřebuje převodovku, se vyvíjí 15 let inovativní motor vnitřní spalování - bez vačkového hřídele a škrticí klapky. "Motor" rozumí principu fungování zázračné jednotky.
####Co se stalo?
Švédská společnost FreeValve, partner švédského výrobce superautomobilů Koenigsegg, zveřejnila video demonstrující činnost zásadně nového spalovacího motoru, kde místo tradičního vačkového hřídele elektronicky řízená pohony ventilů.
Švédové tvrdí, že takový motor je schopen spotřebovat palivo téměř s jakýmkoli oktanové číslo, vypnout libovolný počet válců a také pracovat v kterémkoli ze tří hlavních termodynamických cyklů.
####Odkud se vzal?
Vývoj zásadně nového motoru na počátku 21. století převzala společnost Cargine, jejímž partnerem je od roku 2001 společnost Koenigsegg.
Cílem švédských inženýrů bylo vytvořit novou generaci ekonomického a ekologického motoru. Za základ byl vzat koncept motoru Carmelo Scuderi, ve kterém jsou válce rozděleny na pracovní a pomocné. První jsou zodpovědné za spalování směsi a výfuku a druhé za sání a kompresi. pracovní směs. Pravda, na rozdíl od motoru Scuderi chtěli Švédové toto schéma implementovat uvnitř jednoho válce, k čemuž potřebovali rychlý a velmi přesný pohon ventilů.
V roce 2000 byla připravena první jednoválcová jednotka schopná provozu na metan nebo vodík. Úroveň emisí oxidů dusíku z tohoto motoru se ukázala být neuvěřitelně nízká, ale automobilový průmysl se ani nezajímal o samotný motor, ale o tlačný prostředek v něm použitý.
Je pravda, že první verze tlačníku byla zcela pneumatická a měla mnoho nevýhod: byla příliš velká, příliš hlučná a zatížená vibracemi. Proto se inženýři rozhodli přidat k pohonům hydraulický prvek pro upevnění ventilů a dodatečné tlumení.
Do roku 2003 byl připraven první prototyp aktuátoru, jehož rozměry již umožňovaly jeho použití na konvenčním motorem Trvalo však ještě několik let, během nichž inženýři několikrát změnili jeho konstrukci, než byla připravena k testování první skutečně funkční verze systému elektronického řízení ventilů.
První prototyp motoru bez vačkových hřídelů byl instalován na Saab 9-5 kombi. Výkon tohoto motoru se ukázal být o 30 procent vyšší než u sériového agregátu a spotřeba paliva klesla o třetinu. Je jasné, že technologii bylo potřeba ještě zdokonalit a přizpůsobit pro masové použití, nicméně inspirovaní tvůrci doufali, že v dohledné době v dohledné době uvedou na trh nové motory. masová produkce. Motory bez vačkových hřídelů se měly objevit u nového sedanu Saab 9-3 a crossoveru 9-4X - Cargine byla součástí aliance skandinávských firem, které se během krize v roce 2008 pokusily vykoupit značku Saab. Tento podnik však skončil v ničem a Saab byl prodán Číňanům.
Od té doby je jediným automobilovým partnerem Cargine Koenigsegg. Její šéf, Christian von Koenigsegg, jednou přiznal, že dlouho snil o využití technického vývoje jeho společnosti v masové stroje. Možná měl na mysli jen ekonomické a efektivní motor bez vačkového hřídele, na jehož vývoji se podílel?
####Jak tedy tento motor funguje?
„Pokud si představíte, že motor je klavír a ventily jsou jeho klíče, pak použití vačkového hřídele je jako hrát na nástroj mopem místo prstů,“ popisuje výhody svého motoru Koenigsegg.
Vlastní – protože Cargine se již nějakou dobu přejmenoval na Freevalve a je pod kontrolou skupiny Koenigsegg. Devět inženýrů pracuje na projektu motoru bez vačkového hřídele, schopného „přehrát jakoukoli hudbu“.
Namísto vačkového hřídele je otevírání a zavírání ventilů řízeno velmi rychlými elektromagnetickými pohony na příkaz počítače. Používají vzduchové pružiny, které dokážou měnit vlastní tuhost, a speciální senzory pro sledování polohy ventilu. Ty řídí polohu ventilů stotisíckrát za sekundu s přesností na jednu desetinu milimetru a jejich provoz vyžaduje asi stokrát méně energie než analogy od jiných společností.
Tato konstrukce umožňuje donekonečna měnit časování ventilů a také kdykoli deaktivovat a povolit libovolný počet válců v závislosti na konkrétním zatížení. Takový motor může pracovat podle tradičního termodynamického Ottova cyklu, ekonomického Atkinsonova cyklu, stejně jako podle složitějšího Millerova cyklu, který poskytuje motoru ještě více vysoká účinnost a ekonomika. Kromě toho může tento motor simulovat Hedmanův cyklus proměnlivý stupeň komprese, kterou bylo možné přesně řídit díky ventilům s elektronickým řízením zdvihu a doby otevření.
Nejmodernější jednotka navržená společností Freevalve je o 30 procent výkonnější a má větší točivý moment nízké otáčky, ve srovnání s analogy stejného objemu, ale zároveň o 20-50 procent ekonomičtější a vypouští do atmosféry o polovinu méně škodlivých látek. Konečně je schopen spotřebovávat jak benzín s různým oktanovým číslem, tak motorovou naftu.
Christian von Koenigsegg poznamenává, že nové jednotky mohou být kompaktnější a lehčí než tradiční spalovací motory odstraněním vačkových hřídelí, škrticí klapky a odpovídajících přílohy. Uvolněný prostor lze využít ke zlepšení bezpečnosti nebo zvětšení volného prostoru pod kapotou.
####Počkejte, ale motory bez plynu a elektronicky řízeného zdvihu ventilů už vyrábí BMW a dokonce Fiat?
Bavoráci byli skutečně první, kdo upustil od plynu tím, že do mechanismu distribuce plynu zavedl elektronicky řízený systém ovládání sacích ventilů. Bavoři však používají poměrně složitý mechanický systém s přídavným elektromotorem a konstrukce Fiat MultiAir dosud nevyřešila problém vysokých čerpacích ztrát.
Technologie Freevalve je zase schopna ovládat všechny ventily nezávisle na sobě, kombinovat silné stránky všechny stávající termodynamické cykly v jedné pohonné jednotce.
####Kdy očekávat?
Uvolnění motoru bez vačkových hřídelů je nyní považováno za ekonomicky oprávněné, navzdory nutnosti vyřešit zbývající problémy vysoká spotřeba elektřina, hluk a vibrace. Jeho hlavní nevýhodou jsou ale vysoké výrobní náklady. Což se však může v případě masové aplikace nové technologie snížit.
Velmi kontroverzní téma na internetu. Někteří lidé říkají, že to je budoucnost, zatímco druhá část říká, že zde není nic nového, to vše je dávno známé a nedělá se to ve velkém, protože to není spolehlivé, složité a nesmyslné.
Ano, stále existuje takový názor: jak moc můžete vylepšit „starověký mechanismus“, musíte vytvořit něco zásadně nového! V každém případě se podívejme, o čem mluvíme, a vyvodíme vlastní závěry.
V roce 2005 se vůz pojmenovaný po Christianu von Koenigseggovi oficiálně stal nejrychlejším sériovým vozem planety: odborníci z Guinessovy knihy rekordů zaznamenali rychlost 388,87 km/h. Koenigsegg CCXR se stal nejlepším sportovním vozem světa z hlediska hmotnosti a výkonu. Koenigsegg One:1 je lídrem v kategorii " nejlepší přetaktování“, dosahující rychlosti 300 km/h za pouhých 11,92 sekund.
Zatímco nejúčinnější sportovní auta na světě lámou rekord za rekordem, jejich tvůrce jezdí ve starém Saabu 9-5 a potutelně se usmívá. Pod kapotou má „starý pán“ jediný motor na světě, který nemá žádný vačkový hřídel, žádné vačky, žádné zdvihátka ventilů, žádný notoricky známý rozvodový řemen. A na rozdíl od zběsilého Koenigseggu, určeného pouze pro bohaté a slavné, motory s individuálním pohonem ventilů slibují být prvním skutečně masovým výtvorem švédského vynálezce.
Mezi dvěma prvky
V hlavě válců testovacího Saabu podle očekávání pracuje 16 ventilů. Každý z nich je poháněn samostatným pohonem a každý dostává příkaz k otevření nebo zavření řídicím počítačem motoru nezávisle na ostatních.
Pohon je základním know-how společnosti Freevalve, dceřiné společnosti Koenigsegg. Mnoho vývojářů se snažilo dodat každému ventilu individuální pohon a ovládat je nezávisle na sobě, včetně mnoha světově proslulých automobilek. Nejzřetelnější řešení v podobě lineárních elektromotorů (solenoidů) nevede k požadovanému výsledku: malé motory nemají dostatečný výkon, aby zrychlily ventily na požadované rychlosti(20 000 otevření a zavření za minutu), dochází k problémům s chlazením a spolehlivostí.
Christian von Koenigsegg nezachází do podrobností o tom, jak jeho pohon funguje, ale rád vysvětlí obecný koncept „pneumaticko-hydraulického-elektrického pohonu“. Ventily se otevírají pneumaticky a zavírají hydraulikou. Jak pneumatické, tak hydraulické systémy neustále pod tlakem a připravena dodat ventilu maximální energii. Úkolem servomotoru je pouze včas dodávat vzduch nebo olej do ventilu. Problém chlazení a mazání je vyřešen sám o sobě: nejvíce zatěžované části pohonu jsou obsluhovány odpovídajícími systémy samotného spalovacího motoru.
Krása pohonu Freevalve spočívá v tom, že se hodí téměř pro jakýkoli automobilový nebo motor motocyklu. Ať už je to vysokootáčkový motor závodní motocykl, točící se až 16 000 ot./min, nebo náklaďák nafta rachotící 3 500 ot./min., stejný pohon plně vyhoví jejich potřebám. Ventil závodního kola je vyroben z lehké slitiny, takže energie pohonu jej snadno urychlí vysoké rychlosti. Ventil kamionu je velký a těžký, ale vysoké rychlosti nepotřebuje.
Dýchejte do všech ventilů
Červený graf ukazuje křivku otevření sací ventil, modrá - promoce. Je jasně vidět, že ventily zůstávají v plně otevřené poloze co nejdéle - grafy mají téměř pravoúhlý profil, zatímco s konvenčním časováním by byly spíše parabolami. Potřebné objemy plynů projdou ventily Freevalve za kratší dobu než obvykle, takže se krátké fáze sání a výfuku nepřekrývají. To je důvodem téměř dvojnásobného zlepšení environmentální výkonnosti.
Na klavír s jhem
„Použít tradiční vačkový hřídel místo Freevalve je jako hrát na klavír s třmenem místo prstů,“ říká von Koenigsegg. Jaký druh problémů chce vynálezce vyřešit programováním chování každého ventilu zvlášť? Uvádíme je vzestupně podle zájmu.
Nejzřetelnější: pro různé provozní režimy motoru (především rychlost otáčení klikového hřídele) existuje optimální složení směs vzduch-palivo, jejich správné okamžiky otevírání a zavírání ventilů. Tradičně se tento problém řeší pomocí mechanismu variabilního časování ventilů (například VTEC): celý vačkový hřídel se mírně otáčí vzhledem k rozvodovému kolu (časování) a všechny momenty otevírání a zavírání ventilů jsou posunuty dopředu nebo dozadu.
Problém VTEC spočívá v omezeném počtu režimů, přičemž individuálně řízené ventily umožňují revidovat optimální sadu parametrů pro jakoukoli, byť sebemenší změnu rychlosti. Ale hlavní věc je, že Freevalve vám umožňuje změnit nejen okamžik, ale také dobu otevření ventilů.
Co když ale chceme výkon motoru flexibilně řídit vypínáním části válců? V moderní motory Problém je vyřešen pomocí složitý mechanismus: pro každý ventil jsou k dispozici dvě vačky, které se vzájemně nahrazují a pohybují se podél vačkového hřídele. Jedna vačka poskytuje pravidelná práce ventil, druhý je zodpovědný za provoz válce v "pohotovostním režimu". Ventily Freevalve umožňují kdykoli zapnout jakýkoli program pro jakýkoli válec bez jakýchkoli mechanických triků.
Ale stejně hlavní problém Tradiční časování spočívá v elipsovitém tvaru vačky, díky kterému není ventil téměř nikdy otevřený nebo zcela uzavřený. Místo toho se vždy buď hladce otevírá, nebo plynule zavírá, čímž se snižuje. propustnost. Navíc tato vlastnost vede k tomu, že v určitých okamžicích je přívod a výfukové ventily jsou současně otevřeny, což nepříznivě ovlivňuje ekologické vlastnosti motoru.
Christian von Koenigsegg demonstruje křivku otevření ventilu na monitoru speciálního zařízení. Připomíná obdélník: ventil se náhle otevře, je držen otevřený a pak se náhle zavře. Toto není věčná smutná elipsa tradičního ventilu. Zajímavé je především to, že křivka si zachovává svou hranatost i pro vysoké otáčky(až 10 000 ot./min.) - pohon má dostatek síly na to, aby ventil otevřel a zavřel opravdu rychle.
Možná právě posledně jmenovaná vlastnost nejvíce přispěla k tomu, že se testovací motor s volnými ventily projevil působivé výsledky při testech: produkuje o 30 % vyšší točivý moment, spotřebuje o 30 % méně paliva a snižuje škodlivé emise o 50 %.
Tři válce, osmnáct ventilů
Ventily Freevalve umožňují udělat hlavu válců a samotný motor mnohem kompaktnější. To ale není zdaleka jediná výhoda rozložení. Je možné zvýšit počet ventilů na válec rozdělením funkcí mezi ně. Například poslat jednu část výfuku do turbíny kompresoru a druhou - přímo do katalyzátoru z ekologických důvodů. Užitečné jsou také speciální ventily, aby se z vozu stal pneumatický hybrid.
Pryč s kánony!
Freevalve je víc, než se na první pohled zdá. Za prvé, systém může výrazně změnit vzhled vozu. Vačková hřídel a zvedáky ventilů zabírají hodně místa v hlavě válců a hodně váží. Čtyřválcový motor Freevalve je velikostí a hmotností podobný tříválci. Vezmeme-li v úvahu, že nezávislé ventily dávají výrazné zvýšení točivého momentu, lze se obejít bez dvou válců. A pak se ten malinký motorek dá schovat i pod sedadlo.
Systém vám umožňuje kdykoli přepnout motor na exotický pracovní cyklus, dokonce i Miller, jako na Mazdě, dokonce i Atkinson, jako na Prius. Proč být skromný: na přání se motor může stát dvoudobým mrknutím oka a téměř zdvojnásobit výkon! Von Koenigsegg sní o autech se dvěma palivové nádrže a napájecí systémy: pro benzín a naftu. Pro přechod na biopaliva je důležitá také flexibilita nastavení.
Ale nejzajímavější fantazií vynálezce je pneumatický hybrid. Pomocí speciální konfigurace ventilů je možné proměnit spalovací motor v kompresor, který při brzdění bude pumpovat vzduch do válce a akumulovat tlak. Stlačený vzduch pak může být pumpován do válců, aby vůz zrychlil, nebo může být použit jako výkonná alternativa k přeplňování turbodmychadlem, které krátkodobě zvýší výkon motoru.
Snad nejneočekávanější vlastností motoru s nezávislými ventily je spolehlivost. Každý řidič se bojí přetrženého rozvodového řemene: pokud píst „dohoní“ ventily, stane se to samé ve všech ostatních válcích. Drahá hlava válců a s ní písty a případně ojnice s klikový hřídel bude vážně poškozen.
A s Freevalve je vše jednoduché: žádné časování – žádné problémy! Pokud jeden válec náhle "klepne" - všechny ostatní zůstanou bezpečné a zdravé.
Vlk v rouše beránčím
Starý Saab, který dostal experimentální verzi rozvodového řemene s nezávislými ventily, s ním ujel 60 000 km, přičemž zažil jak letní vedra, tak dvacetistupňové mrazy. Hlava válců byla vyrobena z původního "Saabu", vyhodil z ní vše přebytečné a otočil nové kanály pro hydrauliku a pneumatiku. Naši kolegové z Jalopnik.com se svezli na „staříkovi“ a poznamenali, že v otáčkách do 3000 otáček ukazuje dieselové návyky – charakteristicky klepe na ventily a produkuje šílený točivý moment.
Christian von Koenigsegg se usmívá: „Před několika lety řekl inženýr GM, že nikdy neuvidíme motor bez vačkového hřídele. tento moment jezdíme autem bez vačkového hřídele. Ukázalo se, že se mýlil.“ Vítejte v budoucnosti.
Pod křídly Koenigsegg žije malá společnost s názvem Freevalve. To, co dělají, je prostě neuvěřitelné. Vidíte, v motorech existuje něco jako vačkový hřídel. Má vačky, které otevírají a zavírají ventily během otáčení. Tento prvek je v motorech přítomen od jejich počátku.
Systém funguje bezesporu, ale ventily nejsou vždy otevřené nebo zavřené. Existuje mezistupeň, který není účinný. Inženýři si však tvrdošíjně myslí, že vačkový hřídel je jediné dostupné řešení. Jak je to? Proč se nezbláznit a nepřijít s nějakým absurdním nápadem – třeba souvisejícím se stlačeným vzduchem?
Motor Freevalve se zbavil vačkového hřídele a těla škrticí klapky a nahradil je pneumatickými pohony na každém válci. Tento koncept existuje již dlouhou dobu. Lodě používají elektromagnetický mechanismus otevírání ventilů. To znamená, že se koncept osvědčil. Zbývá to zredukovat na měřítko něčeho obyčejnějšího.
Tento systém poskytuje zcela nezávislé ovládání každého válce a každého ventilu. Pokud máte 4 ventily, pak se v případě potřeby otevřou pouze dva. S konvenčním vačkovým hřídelem toho nelze dosáhnout. Freevalve může deaktivovat jeden válec, dva, tři a tak dále.
Další překvapivou věcí je, že systém je schopen pracovat v různých režimech. Při nízkých otáčkách může motor fungovat jako dvoutaktní, což výrazně zlepšuje dodávku výkonu: 3000 ot./min je jako 6000 ot./min. Motor může pracovat v Millerově cyklu (jako Mazda Xedos 9): ačkoli je složitý, je mnohem efektivnější. No, plus všechno, motor může běžet na několik druhů paliva. Christian zdůraznil, že benzín a nafta spolu mohou vycházet. Samozřejmě nemluvíme o jejich sloučení do jediné směsi. Dvě samostatné nádrže by byl skvělý nápad.
Nejpůsobivější část: ve vztahu k současným motorům systém poskytne 30 % víc energie a točivý moment a o 50 % nižší spotřeba paliva. Zmenší se také velikost motoru. Kompaktní motor postavený od základu tedy může konkurovat mnohem větším motorům.
Christian popsal provoz vačkového hřídele jako „hraní koštětem na klavír“, zatímco Freevalve je opravdová „hra prsty“. Budete mít víc vysoká úroveňřízení. Vzhledem k tomu, že všechny prvky pracují nezávisle, může selhat jeden válec nebo akční člen a motor bude běžet ještě mnoho let.
Během krátké jízdy v Saabu 9-5 Freevalve, který byl použit k vývoji jeho technologie, se publicista Jalopnik cítil jako normální auto. Není to ta nejlepší chvála jakékoli inovativní metody? V nízkých otáčkách působí motor trochu jako diesel, ale časem se jeho práce uhladí. Systém funguje, ale software motor je zatím v plenkách. Švédové to musí zlepšit, ale mají čas. Před námi je systém páté generace a na obzoru se již rýsuje šestá.
Christian nevěří, že tato technologie zachrání spalovací motor před vyhasnutím, ale dokáže výrazně prodloužit jeho životnost. Jen si představte, že tato myšlenka se mohla uskutečnit před 10 lety. Kde by dnes byl ICE?!
