نامزد علوم فنی D. SOSNIN.
در نمودار مکانیسم توزیع گاز Arkhangelsky وجود دارد رگولاتور گریز از مرکزتغییر ممان باز و بسته شدن شیرها بسته به سرعت چرخش میل لنگ.
دریچه Arkhangelsky با فعال شدن آهنربای الکتریکی باز می شود و با یک فنر برگشتی بسته می شود.
استفاده از دو الکترومغناطیس برای حرکت شیر، نیاز به فنرهای برگشتی را از بین می برد.
در طراحی جدید مکانیزم توزیع گاز، درایو در کنار بلوک سیلندر قرار گرفته است. استفاده از شیر برقی بلند باعث افزایش حرکت سوپاپ شده و امکان تنظیم آن را در محدوده وسیعی فراهم می کند.
از نظر تاریخی این اتفاق افتاده است صنعت خودروسازی داخلیدر تلاش برای رسیدن به همتای غربی توسعه یافته است. مدل های واقعا اصلی (اینها مثلاً "پیروزی" را شامل می شود) را می توان روی یک دست حساب کرد. و با این حال، تحولات جالبی که اجرای آن به خودروسازان ما امکان می دهد با موفقیت با خودروهای خارجی رقابت کنند، ظاهر می شود. ما داستانی را در مورد مکانیسم غیرمعمول پیشنهادی D. A. Sosnin، دانشیار گروه مهندسی برق و تجهیزات الکتریکی موسسه اتومبیل و بزرگراه مسکو (دانشگاه فنی دولتی) به خوانندگان جلب می کنیم. این دستگاه به شما امکان می دهد استفاده از میل بادامک معمولی را در موتور کنار بگذارید و در عین حال زمان بندی سوپاپ و حرکت سوپاپ را به طور انعطاف پذیر کنترل کنید.
جایی که الکترونیک شکست می خورد
هر خودروسازی تلاش می کند تا اطمینان حاصل کند که موتورها احتراق داخلی(ICE) در اتومبیل های خود کار می کرد حالت بهینه: ارائه شده است حداکثر قدرت، یکنواختی گشتاور، حداقل مصرف سوخت، حداقل سمیت گازهای خروجی. با این حال، تاکنون هیچ کس نتوانسته است به طور کامل به این امر دست یابد، زیرا بهبود برخی از ویژگی ها منجر به زوال برخی دیگر می شود. با این حال، اخیراً پیشرفت قابل توجهی از طریق استفاده از کنترل خودکار موتور با استفاده گسترده از الکترونیک حاصل شده است.
هنگام تهیه برنامه برای سیستم کنترل، موتور روی یک میز آزمایش ویژه در حالت عملکرد پایدار قرار می گیرد و تمام پارامترها به ترتیب تنظیم می شوند تا برای این حالت بهترین ویژگی های خروجی را ارائه دهند. در حالت های دیگر نیز همین کار انجام می شود. نتایج در حافظه دائمی ثبت می شود واحد الکترونیکیدر قالب یک نمودار چند بعدی که با کمک آن سیگنال های کنترلی متعاقباً برای هر یک از پارامترها تولید می شود.
مثلا در یک مجتمع سیستم الکترونیکی"Motronic" (آلمان)، که پاشش سوخت و احتراق را کنترل می کند، پنج نمودار از این قبیل: برای تنظیم زمان جرقه زنی، زمان تزریق سوخت، موقعیت سوپاپ چرخش (دستگاهی که بخشی از گازهای خروجی را به سیلندر برمی گرداند تا پس سوز بهتر شود. سوخت)، زمان انباشت انرژی در سیم پیچ احتراق و موقعیت سوپاپ دریچه گاز. پارامترهای ورودی در این سیستم دور موتور، گشتاور و دمای موتور و همچنین ولتاژ باتری است. در خروجی، انطباق دور موتور با گشتاور و محتوای مونوکسید کربن در گازهای خروجی کنترل می شود.
متأسفانه این خودرو دارای سیستمی است که حتی با پیچیده ترین لوازم الکترونیکی خودرو نیز قابل تنظیم نیست. این یک مکانیسم توزیع گاز با یک اتصال سینماتیکی سفت و سخت بین میل لنگ و میل بادامک است.
کارشناسان معتقدند که موتور کلاسیککاملاً کامل است و اگر گاهی اوقات ضعیف عمل می کند، فقط به این دلیل است که "در اگزوز خود خفه می شود". هنگامی که به موتور اکسیژن بیشتری می دهید، اجازه می دهید "عمیق نفس بکشد"، هیچ جایگزینی وجود نخواهد داشت.
اگر بتوانید زمان باز و بسته شدن سوپاپ ها، در درجه اول سوپاپ های ورودی را تغییر دهید، می توانید به موتور کمک کنید. به یاد دارم که چگونه در اوایل دهه 70 قرن گذشته، رانندگان مسابقه بالتیک
جمهوری ها با دستیابی به سرعت میل لنگ تا 3000 دور در دقیقه در این رقابت پیروز شدند. بیکارو تا 8000 دور در دقیقه در دریچه گاز کامل. بعداً مشخص شد که آنها یک الگوی میل بادامک به دست آورده اند، بادامک ها را ذوب کرده و سپس به صورت دستی شکل آنها را تنظیم کرده اند. با چنین میل بادامک، موتور تولید می شود عملکرد بالا(قدرت و گشتاور)، اما فقط در سرعت بالا. برای ماشین های اسپرتاین خوب است، اما برای افراد "خصوصی" غیرقابل قبول است. با این وجود، این واقعیت نشان دهنده نقش مهم تاخیر یا پیشروی فاز دریچه است.
چگونه می توانید سوپاپ را مجبور کنید در لحظه ای که با عملکرد بهینه موتور مطابقت دارد باز و بسته شود؟ واضح است که زمان بندی سوپاپ باید بسته به سرعت، موقعیت و بار میل لنگ کنترل شود. یک میل بادامک سنتی این مشکل را حل نمی کند.
در محدوده های کوچک، نسبت زمان بندی سوپاپ را می توان با استفاده از محرک های شیر مکانیکی، الکترومکانیکی، هیدرولیک و پنوماتیک تنظیم کرد. اما امیدوار کننده ترین درایو الکترومغناطیسی است که توسط الکترونیک کنترل می شود. با کمک آن، نه تنها می توانید عملکرد موتور را بهینه کنید، بلکه عملکرد آن را نیز گسترش دهید. بنابراین، یک موتور چهار سیلندر را می توان با تغییر ترتیب شلیک سوپاپ، مانند یک موتور دو یا سه سیلندر ساخت. تحت بارهای متغیر یکنواخت تر عمل می کند، مصرف می کند سوخت کمتربر حداکثر سرعت، بیشینه سرعتدر یک قدرت معین چنین موتوری با تغییر جهت چرخش میل لنگ مشکلی نخواهد داشت.
در نگاه اول، همه چیز بسیار ساده به نظر می رسد، اما به دلایلی، سوپاپ های برقی روی خودروها هنوز فقط در پیشرفت های تجربی یافت می شوند.
دریچه آرخانگلسک
تلاش برای اجرای ایده شیر برقیبا مدیریت انعطاف پذیر در اواسط قرن بیستم توسط استاد MADI V. M. Arkhangelsky انجام شد. روشن و خاموش شدن آهنرباهای الکتریکی زمانی اتفاق افتاد که کنتاکت های متصل به بادامک های میل بادامک بسته و باز شدند. دریچه توسط فنر به جای خود برگردانده شد.
طراحی آرخانگلسکی شامل یک تنظیم کننده گریز از مرکز روی میل بادامک بود. هنگامی که سرعت چرخش تغییر می کرد، موقعیت بادامک ها را تغییر می داد و باعث پیشروی باز و بسته شدن سوپاپ ها می شد. بنابراین، تنظیم کننده نقش ایفا کرد بازخورد. این امکان انجام بدون کنترل برنامه، که اتفاقاً آن موقع نمی توانست اتفاق بیفتد.
متأسفانه، با وجود ظرافت طرح، امکان ایجاد یک طرح قابل اجرا وجود نداشت. واقعیت این است که شیر باید به سرعت و با اطمینان بسته شود و بنابراین یک فنر برگشتی با استحکام بالا لازم است. بر این اساس، شما به یک آهنربای الکتریکی قدرتمند نیاز دارید که جریان قابل توجهی را از آن مصرف کند شبکه روی بردماشین. در آن روزها، هیچ شیر نیمه هادی قدرتمندی وجود نداشت و هنگام تعویض جریان های بالا، کنتاکت های فلزی به سرعت می سوختند. در نهایت با بسته شدن شیر توسط فنر برگشت، ضربه شدیدی از سر سوپاپ به نشیمنگاه وارد شد که باعث ایجاد صدا در حین کار مکانیزم توزیع گاز شده و منجر به خرابی های مکرردریچه ها
یکی خوب است، دوتا بهتر است
اگر به جای یک آهنربای الکترومغناطیسی، دو - یک باز و یک بسته شدن - نصب کنید، می توانید از بسیاری از کاستی های ذاتی دریچه Arkhangelsky خلاص شوید. طرح مشابهی توسط یکی از دانشجویان دانشگاه دولتی تولیاتی در یک پروژه دیپلم تحت هدایت دکترای علوم فنی پروفسور V.V. Ivashin ایجاد شد.
در این نسخه از طرح به فنرها نیازی نیست و بنابراین الکترومغناطیس ها می توانند از نظر اندازه و قدرت کوچکتر باشند - از این گذشته ، جریان زیادی فقط هنگام بسته شدن و باز کردن دریچه ها مصرف می شود و برای نگه داشتن آنها ، قدرت جریان ده است. بار کمتر
اما مهمتر از همه، اکنون می توانید به طور کامل بدون میل بادامک کار کنید، زیرا یک کنترل کننده قابل برنامه ریزی می تواند زمان پاسخ و قدرت جریان را از طریق سیم پیچ آهنربا تنظیم کند - دستگاه الکترونیکیمعمولا روی یک ریزپردازنده، مدیر کارموتور و سایر سیستم های خودرو
NAMI، تحت رهبری کاندیدای علوم فنی A. N. Terekhin، شروع به تحقیق و توسعه مکانیزم توزیع گاز با درایو دریچه الکترومغناطیسی بر اساس موتور M-412 کرد. در نتیجه، یک نمونه اولیه از مکانیزم توزیع گاز با آهنرباهای الکترومغناطیس دو طرفه روی هشت دریچه ایجاد شد. اما از اوایل دهه 1990، بودجه متوقف شد و توسعه امیدوار کنندهگم شده در آرشیو
چندین سال پیش، کار بر روی یک مکانیسم جدید توزیع گاز در کارخانه خودروسازی Volzhsky تحت رهبری طراح ارشد AvtoVAZ P. M. Prusov از سر گرفته شد. بنابراین، در میان موضوعات رقابت تمام روسیه"ماشین روسی" (به "علم و زندگی" شماره 12، 2002 مراجعه کنید) "توسعه یک سیستم محرک الکترومغناطیسی برای دریچه های توزیع گاز برای موتور 16 سوپاپ VAZ" را اعلام کرد. دو پروژه به مسابقه ارسال شد، اما هر دو کاملا "بی ربط" بودند و حتی در نظر گرفته نشدند.
در همین حال، خودروسازان ژاپنی، آمریکایی و (با بیشترین موفقیت) آلمان شروع به کار بر روی بهبود درایو سوپاپ برقی کردند. قبلاً در سال 2002 شرکت BMWشروع به آزمایش بر روی یک موتور 16 سوپاپ واقعی با مکانیزم توزیع گاز با درایو الکترومغناطیسی تمام سوپاپ ها کرد.
طراحی رقابتی
در همان زمان، توسعه شیرهای توزیع گاز الکترومغناطیسی در بخش مهندسی برق و تجهیزات الکتریکی MADI (GTU) آغاز شد.
اگرچه در غرب ما را به عنوان رقیب نمی شناختند: آنها می گویند "ما 10 مایل عقب بودیم" (در اصطلاح مسابقه این همان چیزی است که آنها در مورد دو دور عقب تر می گویند که به معنای ضعف ها است) ، با این حال نویسنده طرحی را به ثبت رساند که حل می کند. اکثر مشکلات ذاتی درایوهای الکترومغناطیسی.
به جای الکترومغناطیس های حجیم نصب شده در بالای شیرها، از شیر برقی بلند استفاده می کند. ترمز هسته در یک سلونوئید طولانی نه با توقف های صلب، بلکه با توقف های لبه انجام می شود. میدانهای مغناطیسی، و عملیات درایو بی صدا می شود. علاوه بر این، حرکت سوپاپ می تواند به اندازه دلخواه بزرگ و قابل تنظیم باشد. حرکت رفت و برگشتی از آهنربای الکتریکی به دریچه از طریق یک میله و یک بازوی چرخان در حال چرخش منتقل می شود. به لطف این، درایو را می توان نه در بالای بلوک سیلندر، بلکه روی سطح جانبی آن نصب کرد. در نتیجه ارتفاع موتور به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و برای خنک سازی و روانکاری قطعات محرک، سیستم های استانداردماشین.
حالا به موتور سازان بستگی دارد. اگر بتوانیم ایده را به فلز ترجمه کنیم، یک تورکی و ماشین اقتصادی، که سخت ترین الزامات برای تمیزی اگزوز را نیز برآورده می کند.
امروز اصل کلاسیکتصور عملکرد مکانیسم توزیع گاز یک موتور احتراق داخلی بدون اجزای اصلی زمان بندی دشوار است: میل بادامک، تسمه های محرکو زنجیر تایم، چرخ دنده های محرک، و همچنین بادامک ها و شیرآلات.
بدون شک، بسیاری از تولید کنندگان پیشرو موتورهای احتراق داخلی، این مکانیسم به ظاهر ساده را در معرض نوسازی پیچیده قرار داده اند. به عنوان مثال، سیستم زمان بندی متغیر سوپاپ (VTEC) و سایر زنگ ها و سوت ها در تسمه تایم را در نظر بگیرید، که به شما امکان می دهد عملکرد پیستون های جداگانه را برای صرفه جویی در سوخت خاموش کنید.
و به نظر می رسید که چگونه می توان از این کار هماهنگ و هماهنگ عناصر مکانیکی مکانیسم توزیع گاز خلاص شد. اگر به طور ریشه ای به آن نزدیک شوید، می توانید به سادگی موتور احتراق داخلی را با یک موتور الکتریکی جایگزین کنید. اما ما هنوز در مورد چگونگی خلاص شدن از مدار زمان بندی کلاسیک در یک موتور احتراق داخلی صحبت می کنیم؟
به نظر می رسد که چنین راه حلی از سال 2005 وجود داشته است ، اما فقط از آن در ماشین ورزشی کوچک کونیگزگ CCXR استفاده می شود. حداکثر سرعت، بیشینه سرعتسرعت خودروی اسپورت 388.87 کیلومتر بر ساعت و شتاب 300 کیلومتر بر ساعت تنها 11.92 ثانیه است. این خودروی اسپورت به افتخار سازنده آن کریستین فون کونیگزگ نامگذاری شده است. اما سیستمی که جایگزین تسمه تایم سنتی شد Freevalve نام داشت که در ترجمه به معنای "شیر آزاد" است.
خالق این فناوری نه یک خودروی اسپرت، بلکه یک ساب 9-5 متواضع را رانندگی می کند که در نگاه اول هیچ تفاوتی با برادرانش ندارد. اما اگر حتی باتجربه ترین علاقه مندان به خودرو نیز درب محفظه موتور را باز کند، با چشم غیرمسلح تصویری غیرمعمول خواهد دید. خیر، دنده های محرک، تسمه تایم، "تخت" میل بادامک. چه چیزی دریچه را فعال می کند؟
بنابراین، حرکت قبیله ها توسط به اصطلاح محرک سیستم Freevalve ارائه می شود که اصل آن مبتنی بر استفاده پیچیده از انرژی الکتریکی، هیدرولیکی و پنوماتیکی است. ورودی بلوک Freevalve است برقکه مکانیزم پنوماتیکی یک محرک جداگانه را برای باز کردن شیر و مکانیزم هیدرولیک برای بستن آن به حرکت در می آورد. به عبارت دیگر، محرک های الکتریکی هوا و روغن را تامین می کنند و در نتیجه حرکت شیر را تضمین می کنند.
هر محرک کاملاً مستقل از سایرین است و توسط یک واحد کنترل از راه دور کنترل می شود. سازنده جزئیات سیستم نوآوری را فاش نمی کند، اما از منطق پیروی می کند این بلوککنترل باید در ارتباط با سیستم تامین سوخت کار کند تا از هماهنگی باز شدن سوپاپ و زمان تزریق سوخت اطمینان حاصل شود.
نمودار آزمایشی سیستم کنترل سوپاپ Freevalve مزایای آشکار را نشان می دهد.
خط قرمز ویژگی های دریچه های ورودی، خط آبی - دریچه های اگزوز را نشان می دهد. بر خلاف طرح زمان بندی کلاسیک، که در آن هر دو سوپاپ ورودی و خروجی به آرامی با استفاده از میل بادامک در امتداد یک مسیر بیضی باز می شوند، در سیستم Freevalve آنها عملاً بلافاصله تحت تأثیر یک ضربه الکتریکی باز می شوند.
بر این اساس، نمودار حرکتی شیرها با سیستم Freevalve شکل ذوزنقه ای با زوایای تقریباً قائمه دارد و نمودار سیستم سنتیتسمه تایم به شکل سهمی است. بنابراین، زمان ورود گازها به درگاه های اگزوز و اگزوز به طور قابل توجهی کاهش یافته است، در حالی که قدرت و ویژگی های محیطی برای همان حجم موتور بهبود می یابد. در میز تست، موتور با سیستم Freevalve 30 درصد افزایش قدرت و 50 درصد کاهش آلاینده های مضر را نشان داد.
با کمک Freevalve، مکانیسم تغییر زمان بندی سوپاپ بسیار ساده تر حل می شود. چنین سیستم های شناخته شدهمانند VTEC، این امر با طراحی پیچیده میل‌بادامک‌ها به دست می‌آید که می‌توانند نسبت به محور چرخ دنده‌های محرک مخلوط شوند. سازنده ژاپنیهوندا از سال 2003 فناوری مدیریت سیلندر متغیر (VCM) را معرفی کرده است که به سیلندرها اجازه می دهد خاموش شوند و فقط قطعات کار کنند. گروه پیستونیبرای صرفه جویی در مصرف سوخت در حالت کروز کنترل بدون بار. از نظر ساختاری، این کار با قرارگیری پیچیده ای از بادامک ها انجام می شود که می توانند در امتداد میل بادامک حرکت کنند و از حالت کار و آماده به کار پیستون اطمینان حاصل کنند.
در مورد Freevalve، ارائه چنین عملکردی نیازی به پیاده سازی و ارتقاء مکانیکی اضافی ندارد. همه اینها با چشمک زدن واحد کنترل محرک به دست می آید.
افزایش بیشتر قدرت و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای مواد مضرورود به جو با نصب دریچه های اضافی روی اگزوز امکان پذیر است. بخشی از گازهای خروجی را می توان به توربوشارژر و بخشی به کاتالیزور هدایت کرد.
به گفته مخترع، سیستم Freevalve را می توان بر روی هر موتور احتراق داخلی نصب کرد. اما این فقط تئوری است. در عمل، این گزینه های سازگاری هنوز کاملاً مشخص نیستند. اولاً هنگام نصب بر روی ماشین قدیمیبه جای آن باید بدنی منحصر به فرد برای هر یک تهیه کرد پوشش شیر، جایی که محرک ها به نوبه خود نصب می شوند. ثانیا، کاملاً مشخص نیست که چگونه رابطه با سیستم سوخت، که توسط مغزهای معمولی ماشین کنترل می شود.
همچنین، هنگام برداشتن همان میل بادامک و چرخ دنده های محرک، باید از شر انواع سنسورها خلاص شوید که در غیاب آنها مغز خودرو دچار گرفتگی می شود. البته، مزایای خودروهای جدید بدون شک واضح است، اما از نظر سازگاری، قبلا ماشین های موجودسوال هنوز باز است
بنابراین، بیایید مزایای سیستم Freevalve را با اکچوئرهای الکترونیکی خلاصه و برجسته کنیم:
- وزن موتور با حذف چرخ دنده ها، تسمه های محرک (زنجیر) و میل بادامک زمان بندی کاهش می یابد.
- موتور فشرده و افزایش فضای محفظه موتور.
- قدرت موتور را حدود 30 درصد افزایش دهید.
- کاهش انتشار گازهای سمی در جو.
که نیازی به انتقال ندارد، 15 سال است که در حال توسعه است موتور نوآورانهاحتراق داخلی - بدون میل بادامک و دریچه گاز. "موتور" اصل عملکرد واحد معجزه را درک می کند.
####چه اتفاقی افتاده است؟
شرکت سوئدی FreeValve، شریک سازنده سوپراسپرت سوئدی Koenigsegg، ویدئویی را منتشر کرده است که نمودار عملکرد یک موتور احتراق داخلی اساساً جدید را نشان می دهد که به جای میل بادامک سنتی از آن استفاده می کند. به صورت الکترونیکی کنترل می شودمحرک های سوپاپ
سوئدی ها ادعا می کنند که چنین موتوری قادر به مصرف سوخت تقریباً با هر موتوری است عدد اکتان، هر تعداد سیلندر را خاموش کنید و همچنین در هر یک از سه سیکل اصلی ترمودینامیکی کار کنید.
####او از کجا آمده است؟
توسعه یک موتور اساساً جدید در اوایل دهه 2000 توسط Cargine انجام شد که شریک آن از سال 2001 کونیگزگ بوده است.
هدفی که مهندسان سوئدی برای خود تعیین کردند، ایجاد یک موتور اقتصادی و سازگار با محیط زیست از نسل جدید بود. مفهوم موتور توسط Carmelo Scuderi به عنوان پایه ای در نظر گرفته شد که در آن سیلندرها به کار و کمکی تقسیم می شوند. اولی مسئول احتراق مخلوط و اگزوز و دومی برای جذب و فشرده سازی هستند. مخلوط کاری. درست است، برخلاف موتور اسکودری، سوئدی ها می خواستند این طرح را در یک سیلندر پیاده کنند، که برای آن به یک محرک سوپاپ سریع و بسیار دقیق نیاز داشتند.
در سال 2000، اولین واحد تک سیلندر با قابلیت کار بر روی متان یا هیدروژن ساخته شد. سطح انتشار اکسید نیتروژن از این موتور به طرز باورنکردنی کم بود، اما صنعت خودرو حتی به خود موتور، بلکه به فشار دهنده مورد استفاده در آن علاقه مند بود.
درست است، نسخه اول هل کاملاً پنوماتیک بود و دارای معایب زیادی بود: بیش از حد بزرگ، بیش از حد پر سر و صدا و پر از لرزش. بنابراین، مهندسان تصمیم گرفتند تا به محرک ها اضافه کنند عنصر هیدرولیکبرای تثبیت دریچه ها و میرایی اضافی.
تا سال 2003، اولین نمونه اولیه از محرک آماده شد، که ابعاد آن قبلاً امکان استفاده از آن را در موتور معمولیبا این حال، چندین سال دیگر طول کشید و در طی آن مهندسان چندین بار طراحی آن را تغییر دادند تا اینکه اولین نسخه واقعاً کارآمد سیستم کنترل الکترونیکی دریچه برای آزمایش آماده شد.
اولین نمونه اولیه موتور بدون میل بادامک روی استیشن واگن ساب 9-5 نصب شد. خروجی این موتور 30 درصد بیشتر از واحد سریال بود و مصرف سوخت یک سوم کاهش یافت. واضح است که این فناوری هنوز برای استفاده انبوه نیاز به اصلاح و انطباق داشت، اما سازندگان الهام گرفته شده امیدوار بودند که در آینده قابل پیش بینی موتورهای جدیدی را روانه بازار کنند. تولید انبوه. قرار بود موتورهای بدون میل بادامک در سدان جدید Saab 9-3 و کراس اوور 9-4X ظاهر شوند - Cargine بخشی از اتحاد شرکت های اسکاندیناویایی بود که سعی کردند برند ساب را در طول بحران 2008 خریداری کنند. با این حال، این سرمایه گذاری در نهایت به نتیجه ای نرسید و ساب به چینی ها فروخته شد.
از آن زمان تا کنون، تنها شریک خودروسازی Cargine کونیگزگ بوده است. رئیس آن، کریستین فون کونیگزگ، زمانی اعتراف کرد که مدتهاست رویای استفاده از پیشرفت های فنی شرکتش را در سر داشته است. ماشین های انبوه. شاید منظور او صرفا اقتصادی و موتور کارآمدبدون میل بادامک که او در توسعه آن شرکت داشت؟
####پس این موتور چگونه ساخته شده است؟
کونیگزگ مزایای موتور خود را توضیح می‌دهد: «اگر تصور می‌کنید که موتور یک پیانو است و سوپاپ‌ها کلیدهای آن هستند، پس استفاده از میل بادامک مانند نواختن ساز با ماپ است تا با انگشتانتان.
خود - زیرا مدتی است که شرکت Cargine به Freevalve تغییر نام داده و تحت کنترل گروه Koenigsegg است. نه مهندس در حال کار بر روی پروژه موتوری بدون میل بادامک هستند که قادر به پخش هر موسیقی است.
به جای میل بادامک، محرک های الکترومغناطیسی بسیار سریع باز و بسته شدن سوپاپ ها را به دستور کامپیوتر کنترل می کنند. آنها از فنرهای پنوماتیکی استفاده می کنند که می توانند سفتی خود را تغییر دهند و از سنسورهای کنترل موقعیت سوپاپ مخصوص استفاده می کنند. دومی ها موقعیت سوپاپ ها را صد هزار بار در ثانیه با دقت یک دهم میلی متر کنترل می کنند و عملکرد آنها تقریباً صد برابر انرژی کمتری نسبت به آنالوگ های سایر شرکت ها نیاز دارد.
این طراحی به شما این امکان را می دهد که به طور بی پایان زمان بندی سوپاپ را تغییر دهید و همچنین بسته به بارهای خاص هر تعداد سیلندر را در هر زمان خاموش و استفاده کنید. چنین موتوری می تواند مطابق با چرخه سنتی ترمودینامیکی اتو، چرخه اقتصادی اتکینسون و همچنین چرخه پیچیده تر میلر عمل کند، که موتور را حتی بیشتر می کند. بازدهی بالاو کارایی علاوه بر این، این موتور می تواند چرخه هدمن را شبیه سازی کند درجه متغیرفشرده سازی، که به لطف دریچه هایی با کنترل الکترونیکی بالابر و زمان باز شدن قابل کنترل است.
واحد مدرن، توسعه یافته توسط Freevalve، 30 درصد قدرتمندتر است و گشتاور بالاتری دارد دور پایین، در مقایسه با آنالوگ های هم حجم، اما در عین حال 20-50 درصد مقرون به صرفه تر است و نیمی از آن مواد مضر را در جو منتشر می کند. در نهایت، می تواند هم بنزین با درجه اکتان متفاوت و هم سوخت دیزل مصرف کند.
کریستین فون کونیگزگ خاطرنشان می کند که واحدهای جدید را می توان با حذف میل بادامک، سوپاپ دریچه گاز و موارد مربوطه، فشرده تر و سبک تر از موتورهای احتراق داخلی سنتی ساخت. پیوست ها. از فضای آزاد شده می توان برای بهبود ایمنی یا افزایش فضای موجود زیر کاپوت استفاده کرد.
####صبر کنید، اما موتورهای بدون دریچه گاز و با بالابر سوپاپ کنترل شده الکترونیکی در حال حاضر توسط BMW و حتی فیات ساخته شده اند؟
در واقع، باواریایی ها اولین کسانی بودند که دریچه گاز را رها کردند و یک سیستم کنترل الکترونیکی دریچه ورودی را در مکانیسم توزیع گاز معرفی کردند. با این حال، باواریایی ها از یک نسبت پیچیده استفاده می کنند سیستم مکانیکیبا یک موتور الکتریکی اضافی و طراحی Fiat MultiAir هنوز مشکل تلفات پمپاژ بالا را حل نمی کند.
فناوری Freevalve به نوبه خود قادر است تمام شیرها را به طور مستقل از یکدیگر کنترل کند و ترکیبی از نقاط قوتتمام سیکل های ترمودینامیکی موجود در یک واحد قدرت.
#### چه زمانی باید انتظار داشت؟
تولید موتور بدون میل بادامک در حال حاضر توجیه اقتصادی تلقی می شود، با وجود نیاز به حل مشکلات باقی مانده با مصرف بالاسطوح برق، سر و صدا و ارتعاش. اما عیب اصلی آن هزینه بالای تولید است. اما ممکن است در صورت استفاده انبوه از فناوری جدید کاهش یابد.
یک موضوع بسیار بحث برانگیز در اینترنت. برخی ادعا می کنند که این آینده است، در حالی که بخشی دیگر می گوید اینجا چیز جدیدی نیست، همه اینها مدت هاست که شناخته شده است و در مقیاس بزرگ انجام نمی شود، زیرا قابل اعتماد، دشوار و بیهوده نیست.
بله، این نظر نیز وجود دارد: مهم نیست که چقدر می توانید "مکانیسم باستانی" را بهبود بخشید، باید چیزی اساساً جدید ایجاد کنید! در هر صورت، ببینیم در مورد چه چیزی صحبت می کنیم و نتیجه گیری می کنیم.
در سال 2005، این خودرو که به نام کریستین فون کونیگزگ نامگذاری شد، رسماً سریعترین خودروی تولیدی روی کره زمین شد: کارشناسان کتاب رکوردهای گینس سرعت 388.87 کیلومتر در ساعت را ثبت کردند. کونیگزگ CCXR از نظر وزن و قدرت به بهترین خودروی اسپورت جهان تبدیل شده است. کونیگزگ One:1 در رده بندی پیشتاز است بهترین اورکلاک"، رسیدن به سرعت 300 کیلومتر در ساعت تنها در 11.92 ثانیه.
در حالی که کارآمدترین خودروهای اسپورت جهان در حال شکستن رکورد پشت سر هم هستند، خالق آنها با یک ساب 9 تا 5 قدیمی در حال رانندگی است و با حیله‌گری لبخند می‌زند. زیر کاپوت، "پیرمرد" تنها موتوری در جهان دارد که نه میل بادامک، نه بادامک، نه بالابر سوپاپ و نه تسمه تایم بدنام دارد. و بر خلاف کونیگزگ دیوانه که فقط برای افراد ثروتمند و مشهور در نظر گرفته شده است، موتورهایی با درایوهای سوپاپ مجزا این نوید را می دهند که اولین ساخته واقعاً انبوه مخترع سوئدی باشند.
بین دو عنصر
در سرسیلندر ساب آزمایشی همانطور که انتظار می رفت 16 سوپاپ کار می کند. هر کدام توسط یک محرک جداگانه هدایت می شوند و به هر کدام دستور داده می شود که مستقل از سایرین توسط کامپیوتر کنترل موتور باز یا بسته شوند.
محرک، دانش اصلی Freevalve، یکی از شرکت‌های تابعه کونیگزگ است. بسیاری از توسعه دهندگان، از جمله بسیاری از خودروسازان مشهور جهان، سعی کرده اند هر سوپاپ را با یک درایو مجزا تهیه کنند و آنها را مستقل از یکدیگر کنترل کنند. واضح ترین راه حل در قالب موتورهای الکتریکی خطی (سلونوئیدها) به نتیجه مطلوب نمی رسد: موتورهای کوچک قدرت کافی برای شتاب دادن به سوپاپ ها را ندارند. سرعت های مورد نیاز(20000 باز و بسته شدن در دقیقه)، مشکلات خنک کننده و قابلیت اطمینان وجود دارد.
کریستین فون کونیگزگ به جزئیات در مورد اصل عملکرد درایو خود نمی پردازد، اما خوشحال است که مفهوم کلی "محرک پنومو-هیدرولیک-الکتریکی" را توضیح دهد. دریچه ها توسط پنوماتیک باز و توسط هیدرولیک بسته می شوند. هم پنوماتیک و هم سیستم هیدرولیکدائماً تحت فشار هستند و آماده ارائه حداکثر انرژی به شیر هستند. وظیفه درایو الکتریکی فقط تامین هوا یا روغن به موقع به شیر است. در این مورد، مشکل خنک کننده و روغن کاری به خودی خود حل می شود: بیشترین بارگذاری قطعات درایو توسط سیستم های مربوطه خود موتور احتراق داخلی سرویس می شود.
زیبایی محرک Freevalve این است که تقریباً برای هر خودرویی یا خودرویی مناسب است موتور موتور سیکلت. موتور با سرعت بالا باشد موتور سیکلت مسابقه ایبا چرخش تا 16000 دور در دقیقه یا یک کامیون دیزلی با سرعت 3500 دور در دقیقه، همان درایو کاملاً با نیازهای آنها مطابقت دارد. سوپاپ موتورسیکلت مسابقه ای از آلیاژ سبک ساخته شده است، بنابراین انرژی محرک به راحتی آن را شتاب می دهد. سرعت های بالا. دریچه کامیون بزرگ و سنگین است، اما سرعت های بالااو به آن نیاز ندارد
در تمام دریچه ها نفس بکشید
نمودار قرمز منحنی باز را نشان می دهد دریچه ورودی، آبی - فارغ التحصیلی. به وضوح قابل مشاهده است که سوپاپ ها تا زمانی که ممکن است در موقعیت کاملاً باز باقی می مانند - نمودارها دارای مشخصات تقریباً مستطیلی هستند، در حالی که با یک تسمه زمان بندی معمولی آنها بیشتر شبیه به سهمی هستند. حجم گازهای مورد نیاز در مدت زمان کمتری نسبت به معمول از شیرهای فری ولو عبور می کند، بنابراین فازهای مکش و خروج کوتاه با هم همپوشانی ندارند. این دلیل بهبود تقریباً دو برابری عملکرد محیطی است.
روی پیانو با راکر
فون کونیگزگ می گوید: «استفاده از میل بادامک سنتی به جای Freevalve مانند نواختن پیانو با بازوی راکر به جای انگشتان است. مخترع می خواهد چه نوع مشکلاتی را با برنامه ریزی رفتار هر شیر به صورت جداگانه حل کند؟ ما آنها را به ترتیب افزایش علاقه فهرست می کنیم.
واضح ترین: برای حالت های مختلف کار موتور (عمدتا سرعت میل لنگ) یک ترکیب بهینه وجود دارد مخلوط هوا و سوخت، آنها لحظات مناسبباز و بسته شدن دریچه ها. به طور سنتی، این مشکل با استفاده از مکانیزم زمان بندی متغیر سوپاپ (مانند VTEC) حل می شود: کل میل بادامک نسبت به چرخ دنده زمان بندی کمی می چرخد و تمام نقاط باز و بسته شدن سوپاپ به جلو یا عقب منتقل می شوند.
مشکل VTEC تعداد محدود حالت‌ها است، در حالی که سوپاپ‌های کنترل‌شده جداگانه به شما امکان می‌دهند تا مجموعه بهینه پارامترها را برای هر، حتی کوچک‌ترین تغییر در سرعت، بازبینی کنید. اما نکته اصلی این است که Freevalve به شما امکان می دهد نه تنها لحظه، بلکه مدت زمان باز شدن دریچه را نیز تغییر دهید.
اما اگر بخواهیم با خاموش کردن برخی از سیلندرها قدرت موتور را به صورت انعطاف پذیر کنترل کنیم، چه؟ که در موتورهای مدرنمشکل با کمک خیلی حل می شود مکانیزم پیچیده: برای هر سوپاپ دو بادامک وجود دارد که جایگزین یکدیگر می شوند و در امتداد میل بادامک حرکت می کنند. یک بادامک فراهم می کند شغل تمام وقتسوپاپ دوم وظیفه کار سیلندر در حالت آماده به کار را بر عهده دارد. شیرهای آزاد به شما این امکان را می دهند که هر برنامه ای را برای هر سیلندر در هر زمان و بدون هیچ ترفند مکانیکی روشن کنید.
اما هنوز مشکل اصلیمکانیسم زمان‌بندی سنتی در شکل بیضوی بادامک نهفته است، به همین دلیل دریچه تقریباً هرگز باز یا کاملاً بسته نمی‌شود. در عوض، همیشه یا به آرامی باز می شود یا به آرامی بسته می شود، که باعث کاهش آن می شود توان عملیاتی. علاوه بر این، این ویژگی منجر به این واقعیت می شود که در لحظات خاصی مصرف و دریچه های اگزوزدر همان زمان باز هستند و این بر عملکرد محیطی موتور تأثیر منفی می گذارد.
کریستین فون کونیگزگ منحنی باز شدن سوپاپ را بر روی مانیتور یک دستگاه خاص نشان می دهد. شبیه یک مستطیل است: دریچه به شدت باز می شود، باز نگه داشته می شود و سپس به شدت بسته می شود. این بیضی غم انگیز ابدی یک دریچه سنتی نیست. به خصوص جالب است که منحنی زاویه ای خود را حتی در آن حفظ می کند سرعت بالا(تا 10000 دور در دقیقه) - محرک قدرت کافی برای باز و بسته کردن شیر را بسیار سریع دارد.
شاید این ویژگی دوم بود که بیشترین کمک را به این واقعیت داشت که موتور آزمایشی با سوپاپ‌های آزاد نشان داد نتایج چشمگیرتست شده: 30٪ گشتاور بیشتر تولید می کند، 30٪ سوخت کمتری مصرف می کند و 50٪ کاهش در آلایندگی ایجاد می کند.
سه سیلندر، هجده سوپاپ
سوپاپ های سوپاپ آزاد سر سیلندر و خود موتور را بسیار فشرده تر می کنند. اما این تنها مزیت طرح بندی نیست. با تقسیم عملکردها بین آنها می توانید تعداد سوپاپ ها را در هر سیلندر افزایش دهید. به عنوان مثال، هدایت یک قسمت از اگزوز به سمت توربین سوپرشارژر و دیگری مستقیماً به کاتالیزور، به دلایل زیست محیطی. سوپاپ های مخصوص نیز برای تبدیل خودرو به هیبریدی پنوماتیک مفید هستند.
مرگ بر کانون ها!
Freevalve بیشتر از چیزی است که به نظر می رسد. اولاً، این سیستم می تواند ظاهر خودرو را به طور قابل توجهی تغییر دهد. میل بادامکو شیرهای سوپاپ فضای زیادی را در سر سیلندر اشغال می کنند و همچنین وزن زیادی دارند. موتور چهار سیلندربا Freevalve ابعاد و وزن شبیه سه سیلندر است. اگر در نظر بگیریم که سوپاپ‌های مستقل افزایش قابل توجهی در گشتاور ایجاد می‌کنند، حتی می‌توانیم با دو سیلندر از پس آن برآییم. و سپس موتور کوچک را می توان حتی زیر صندلی پنهان کرد.
این سیستم به شما امکان می دهد موتور را در هر زمان به چرخه عملیاتی عجیب و غریب تغییر دهید، خواه میلر باشد، مانند مزدا، یا اتکینسون، مانند پریوس. چرا متواضع باشید: در صورت تمایل، موتور می تواند فوراً به یک موتور دو زمانه تبدیل شود و تقریباً قدرت را دو برابر می کند! فون کونیگزگ رویای ماشین های دو نفره را در سر می پروراند مخازن سوختو سیستم های قدرت: برای بنزین و گازوئیل. هنگام تغییر به سوخت زیستی، انعطاف پذیری تنظیمات نیز مرتبط است.
اما جالب ترین فانتزی مخترع یک هیبرید پنوماتیک است. با استفاده از یک پیکربندی سوپاپ ویژه، می توانید موتور احتراق داخلی را به یک کمپرسور تبدیل کنید، که هنگام ترمز، هوا را به داخل سیلندر پمپ می کند و فشار را جمع می کند. سپس می توان هوای فشرده را به داخل سیلندرها فرستاد و به خودرو شتاب داد یا به عنوان یک آنالوگ قدرتمند برای توربوشارژ استفاده کرد و به طور خلاصه قدرت موتور را افزایش داد.
شاید غیرمنتظره ترین ویژگی موتور با سوپاپ های مستقل قابلیت اطمینان باشد. هر راننده از شکستن تسمه تایم می ترسد: اگر پیستون به سوپاپ ها برسد، در سایر سیلندرها نیز همین اتفاق خواهد افتاد. یک سر سیلندر گران قیمت و همراه با آن پیستون ها و احتمالاً میله های اتصال با میل لنگآسیب جدی خواهد دید.
و با Freevalve همه چیز ساده است: بدون تسمه تایم - بدون مشکل! اگر یک سیلندر ناگهان "در بزند"، بقیه سالم و سالم خواهند ماند.
گرگ در لباس گوسفند
ساب قدیمی که نسخه آزمایشی تسمه تایم با سوپاپ های مستقل را دریافت کرد، 60000 کیلومتر را با آن طی کرد و گرمای تابستان و یخبندان 20 درجه را مشاهده کرد. سرسیلندر از ساب اصلی ساخته شده است و همه چیز غیر ضروری را بیرون می اندازد و کانال های جدیدی را برای هیدرولیک و پنوماتیک ماشین کاری می کند. همکاران ما از Jalopnik.com "پیرمرد" را رانندگی کردند و خاطرنشان کردند که در سرعت های تا 3000 دور در دقیقه عادت های دیزلی را نشان می دهد - به طور مشخصی به سوپاپ ها ضربه می زند و گشتاور دیوانه کننده ای تولید می کند.
کریستین فون کونیگزگ لبخند می زند: «چند سال پیش یک مهندس جنرال موتورز گفت که ما هرگز موتوری بدون میل بادامک نخواهیم دید. این لحظهما در حال رانندگی با ماشین بدون میل بادامک هستیم. معلوم شد که اشتباه کرده است.» به آینده خوش آمدید.
زیر بال کونیگزگ یک شرکت کوچک به نام Freevalve زندگی می کند. کاری که آنها انجام می دهند به سادگی باور نکردنی است. ببینید، در موتورها چیزی به نام میل بادامک وجود دارد. دارای بادامک هایی است که هنگام چرخش دریچه ها را باز و بسته می کند. این عنصر از زمان پیدایش موتورها در موتورها وجود داشته است.
این سیستم بی عیب و نقص کار می کند، اما دریچه ها همیشه باز یا بسته نیستند. یک مرحله میانی وجود دارد که خیلی موثر نیست. با این حال، مهندسان به این فکر می کنند که میل بادامک تنها راه حل موجود است. چطور است؟ چرا دیوانه نشوید و ایده‌ای پوچ - مثل هوای فشرده - به ذهنتان خطور نکنید؟
موتور Freevalve از شر میل بادامک و دریچه گاز خلاص می شود و آنها را با محرک های پنوماتیک در هر سیلندر جایگزین می کند. این مفهوم مدتی است که مورد استفاده قرار گرفته است. کشتی ها از مکانیزم باز کردن شیر الکترومغناطیسی استفاده می کنند. این بدان معنی است که این مفهوم خود را ثابت کرده است. تنها چیزی که باقی می ماند این است که آن را به مقیاس چیزی معمولی تر تقلیل دهیم.
این سیستم کنترل کاملا مستقل هر سیلندر و هر شیر را فراهم می کند. اگر 4 سوپاپ دارید، در صورت لزوم فقط دو سوپاپ باز می شوند. این را نمی توان با یک میل بادامک معمولی به دست آورد. Freevalve می تواند یک سیلندر، دو، سه و غیره را خاموش کند.
نکته شگفت‌انگیز دیگر این است که این سیستم می‌تواند در حالت‌های مختلف کار کند. در دورهای پایین، موتور می‌تواند مانند دو زمانه کار کند، که تا حد زیادی قدرت را بهبود می‌بخشد: 3000 دور در دقیقه مانند 6000 دور در دقیقه است. موتور می تواند در چرخه میلر (مانند مزدا Xedos 9) کار کند: اگرچه پیچیده است، اما بسیار کارآمدتر است. خوب، علاوه بر همه چیز، موتور می تواند با چندین نوع سوخت کار کند. کریستین تاکید کرد که بنزین و گازوئیل می توانند با هم کنار بیایند. البته، ما در مورد ادغام آنها در یک مخلوط واحد صحبت نمی کنیم. دو تانک مجزا ایده خوبی خواهد بود.
با این حال، چشمگیرترین بخش: هنگامی که برای موتورهای فعلی اعمال می شود، سیستم 30٪ را ارائه می دهد. قدرت بیشترو گشتاور و 50 درصد مصرف سوخت بیشتر. همچنین باعث می شود که حجم موتور کاهش یابد. بنابراین یک موتور جمع و جور ساخته شده از پایه می تواند با موتورهای جابجایی بسیار بزرگتر رقابت کند.
کریستین عملکرد میل بادامک را به عنوان "نواختن پیانو با جارو" توصیف کرد، در حالی که Freevalve یک "بازی با انگشت" واقعی است. بیشتر خواهید داشت سطح بالاکنترل. از آنجایی که همه عناصر به طور مستقل کار می کنند، یک سیلندر یا محرک ممکن است از کار بیفتد و موتور برای سال های زیادی به کار خود ادامه دهد.
در طی یک رانندگی کوتاه در Saab 9-5 که Freevalve برای توسعه فناوری خود از آن استفاده کرد، یک منتقد Jalopnik احساس کرد که او ... ماشین معمولی. آیا این بهترین ستایش برای هر روش ابتکاری نیست؟ در سرعت های پایین، موتور کمی شبیه دیزل است، اما با گذشت زمان عملکرد آن صاف می شود. با این حال، سیستم کار می کند نرم افزارموتور هنوز در مراحل اولیه است. سوئدی ها باید آن را بهبود بخشند، اما آنها زمان دارند. پیش روی ما یک سیستم نسل پنجم است و سیستم ششم در حال حاضر در افق خودنمایی می کند.
کریستین معتقد نیست که این فناوری موتور احتراق داخلی را از انقراض نجات دهد، اما می تواند عمر آن را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. فقط تصور کنید که این ایده 10 سال پیش چه چیزی را می توانست به نتیجه برساند. ICE امروز کجا خواهد بود؟
