Двигун без ГРМ – альтернатива від Freevalve. Розподіляв у двигуні зайва деталь — він це довів

12.04.2019

Крістіан фон Кенігсегг посміхається: "Кілька років тому інженер GM сказав, що ми ніколи не побачимо двигун без розподільного валу. Наразіми їдемо машиною без распредвала. Виходить, що він помилявся". Ласкаво просимо до майбутнього.
Під крилом Koenigsegg мешкає невелика компанія під назвою Freevalve. Те, чим вони займаються, просто неймовірне. Чи бачите, в двигунах є така річ, як розподільний вал. Він має кулачки, які під час обертання відкривають та закривають клапани. Цей елемент був присутній у двигунах з моменту їхнього зародження.
Система працює беззаперечно, проте клапани не завжди відкриті чи закриті. Існує проміжна стадія, яка не відрізняється ефективністю. Проте інженери завзято думають, що розподільний вал - це єдине доступне рішення. З чого це раптом? Чому б не збожеволіти і не придумати якусь абсурдну ідею - наприклад, пов'язану зі стисненим повітрям?
Двигун Freevalve позбавився розподільного валу та корпусу дросельної заслінкизамінивши їх пневматичними актуаторами на кожному циліндрі Подібна концепція вже давно знайшла своє застосування. У кораблях використовується електромагнітний механізм відкриття клапанів. Це означає, що концепція зарекомендувала себе. Залишилося зменшити її до масштабу чогось більш буденного.
Ця система забезпечує повністю незалежний контроль над кожним циліндром та кожним клапаном. Якщо у вас 4 клапани, то при необхідності відкриваються лише два. Зі звичайним розподільником цього домогтися не можна. Freevalve може відключити один циліндр, два, три і так далі.
Ще дивно те, що система здатна працювати у різних режимах. на низьких оборотахдвигун може працювати як двотактний, що суттєво покращує подачу потужності: 3000 об/хв відчуваються як 6000 об/хв. Двигун може працювати за циклом Міллера (як у Mazda Xedos 9): нехай він і складніший, але набагато ефективніший. Та й плюс до всього двигун може працювати на кількох типах палива. Крістіан підкреслив, що бензин та дизель зможуть ужитися разом. Звичайно, не йдеться про їх злиття в єдину суміш. Два окремі баки були б чудовою ідеєю.
Однак найвражаюча частина: стосовно нинішніх двигунів система забезпечить на 30% більше потужності і моменту, що крутить, і на 50% більше економії палива. Вона також дозволить зменшити розмір двигуна. Так що збудований з нуля компактний двигун зможе змагатися з двигунами набагато більшого об'єму.
Крістіан описав роботу розподілу валу як "гру на піаніно мітлою", у той час як Freevalve - це справжня "гра пальцями". У вас буде більш високий рівень контролю. Оскільки всі елементи працюють незалежно, один циліндр чи актуатор може вийти з ладу, а двигун продовжить працювати ще багато років.
У ході короткої поїздки на Saab 9-5, який Freevalve використав для розвитку своєї технології, оглядач порталу Jalopnik відчував себе, як у нормальному автомобілі. Чи не найкраща похвала для будь-якого інноваційного методу? На низьких оборотах двигун трохи відчувається як дизельний, але з часом його робота згладжується. Система функціонує, проте програмне забезпеченнядвигуна поки що перебуває у стадії становлення. Шведи мають його вдосконалити, але вони мають час. Перед нами система п'ятого покоління, а на обрії вже маячить шосте.
Крістіан не вірить, що ця технологія врятує двигун внутрішнього згоряннявід вимирання, але може істотно продовжити йому життя. Тільки уявіть, що ця ідея могла б принести плоди 10 років тому. Де був би ДВС сьогодні?

Кандидат технічних наукД. СОСНІН.

У схемі газорозподільного механізму Архангельського є відцентровий регулятор, що зсуває моменти відкриття та закриття клапанів залежно від частоти обертання колінчастого валу.

Клапан Архангельського відкривається при спрацьовуванні електромагніту та закривається поворотною пружиною.

Використання для переміщення клапана двох електромагнітів дозволяє позбавитися зворотних пружин.

У нової конструкціїгазорозподільного механізму привод розташований збоку від блоку циліндрів. Застосування довгих соленоїдів збільшує хід клапанів, що дозволяє його регулювати в широких межах.

Історично склалося так, що вітчизняне автомобілебудуваннярозвивалося у спробах наздогнати західних колег. По-справжньому оригінальні моделі (до них відноситься, скажімо, "Перемога") можна перерахувати на пальцях. І все ж таки цікаві розробки, впровадження яких дозволило б нашим автомобілебудівникам успішно конкурувати із закордонними, з'являються. Пропонуємо до уваги читачів розповідь про незвичайний механізм, запропонований доцентом кафедри “Електротехніка та електрообладнання” Московського автомобільно-дорожнього інституту (Державного технічного університету) Д. А. Сосніним. Пристрій дозволяє відмовитися від застосування у звичному двигуні розподільчого валуі в той же час гнучко керувати фазами газорозподілу та величиною ходу клапанів.

ТАМ, ДЕ ЕЛЕКТРОНІКА ПАСУЄ

Будь-який автомобілебудівник прагне того, щоб двигуни внутрішнього згоряння (ДВС) на його машинах працювали в оптимальному режимі: забезпечували максимальну потужність, рівномірність крутного моменту, мінімальна витрата палива, найменшу токсичність вихлопних газів. Однак поки що цього нікому не вдалося домогтися повною мірою, оскільки покращення одних характеристик призводить до погіршення інших. Останнім часом, щоправда, досягнуто суттєвого прогресу завдяки застосуванню автоматизованого керування роботою двигуна з широким використанням електроніки.

При складанні програми системи управління двигун на спеціальному випробувальному стенді вводять у стійкий режим роботи і послідовно коригують всі параметри так, щоб для даного режиму вони забезпечували найкращі вихідні характеристики. Те саме роблять за інших режимів. Результати записують у постійну пам'ять електронного блокуу вигляді багатовимірної діаграми, за допомогою якої надалі формуються сигнали, що управляють, по кожному з параметрів.

Наприклад, у комплексній електронній системі “Motronic” (ФРН), яка керує упорскуванням палива та запаленням, п'ять таких діаграм: для коригування кута випередження запалення, часу упорскування палива, положення клапана рециркуляції (пристрою, що повертає частину вихлопних газів у циліндр для кращого допалювання палива ), часу накопичення енергії в котушці запалювання та положення дросельної заслінки. Як вхідні параметри в цій системі використовуються частота обертання колінчастого валу, крутний момент і температура двигуна, а також напруга акумуляторної батареї. На виході контролюють відповідність оборотів двигуна моменту, що крутить, і вміст окису вуглецю у вихлопних газах.

На жаль, в автомобілі є система, яка не піддається регулюванню навіть найвитонченішою автомобільною електронікою. Це газорозподільний механізм із жорстким кінематичним зв'язком між колінчастим та розподільчим валами.

Фахівці вважають, що класичний двигундосить досконалий і якщо іноді погано працює, лише тому, що “задихається від власного вихлопу”; варто дати двигуну побільше кисню, дозволити "дихати на повні груди", і йому не буде альтернативи.

Допомогти двигуну можна, якби вдалося зрушувати моменти відкриття та закриття клапанів, насамперед впускних. Згадується, як ще на початку 70-х років минулого століття автогонщики прибалтійських

Республік вигравали змагання, домагаючись частоти обертання колінчастого валу до 3000 об/хв на холостому ходу і до 8000 об/хв на повному газу. Згодом з'ясувалося, що вони здобули шаблон розподільчого валу, наплавляли кулачки і потім вручну доводили їхню форму. З такими розподільними валами двигуни видавали високі характеристики(Потужність і крутний момент), але тільки на великих оборотах. Для спортивних машинце добре, але для "приватних" – неприйнятно. Проте такий факт говорить про помітну роль запізнення чи випередження фази клапанів.

Як змусити клапан відкриватися і закриватися в той момент, який відповідає оптимальній роботі двигуна? Зрозуміло, що потрібно керувати фазами газорозподілу залежно від частоти обертання, положення та навантаження колінчастого валу. Традиційний кулачковий розподільний вал не дозволяє вирішити це завдання.

У невеликих межах співвідношення фаз газорозподілу можна регулювати механічними, електромеханічними, гідравлічними, пневматичними приводами клапанів. Але найбільш перспективним вважається електромагнітний привід, керований електронікою. З його допомогою можна не лише оптимізувати роботу двигуна, а й розширити його функціональні можливості. Так, чотирициліндровий двигун при зміні порядку спрацьовування клапанів можна змусити діяти як дво- або трициліндровий; він більш рівномірно працює при змінних навантаженнях, споживає менше паливана максимальних оборотахза заданої потужності. Не буде у такого двигуна проблем зі зміною напрямку обертання колінчастого валу.

На перший погляд все виглядає дуже просто, але чомусь на автомобілях електромагнітні клапани поки що зустрічаються лише в експериментальних розробках.

КЛАПАН АРХАНГЕЛЬСЬКОГО

Спробу реалізувати ідею електромагнітного клапаназ гнучким управлінням здійснив у середині XX століття професор МАДИ В. М. Архангельський. Вмикання та вимикання електромагнітів відбувалося при замиканні та розмиканні контактів, пов'язаних з кулачками розподільчого валу. На місце клапан повертався пружиною.

У схемі Архангельського було передбачено відцентровий регулятор на розподільчому валу. При зміні частоти обертання він зміщував положення кулачків і викликав випередження відкривання та закривання клапанів. Таким чином, регулятор грав роль зворотнього зв'язку. Це дозволяло обходитися без програмного управління, Якого, до речі, тоді й не могло бути.

На жаль, незважаючи на витонченість схеми, працездатну конструкцію створити не вдалося. Справа в тому, що клапан повинен швидко спрацьовувати і надійно закриватися, а тому потрібна пружина з великою жорсткістю. Відповідно потрібен потужний електромагніт, який споживає значний струм бортової мережіавтомобіля. У ті часи не було потужних напівпровідникових вентилів, і металеві контакти при комутації великих струмів швидко вигоряли. Нарешті, при закритті клапана поворотною пружиною відбувався сильний удар головки клапана об гніздо, що викликало шум під час роботи газорозподільного механізму і вело до частим поломкамклапанів.

ОДИН ДОБРЕ, А ДВА КРАЩЕ

Позбутися багатьох недоліків, властивих клапану Архангельського, можна, якщо замість одного електромагніту поставити два - відкриває і закриває. Подібна схема була розроблена одним із студентів Тольяттінського державного університету у дипломному проекті під керівництвом доктора технічних наук професора В. В. Івашина.

В даному варіанті конструкції пружини не потрібні, і тому електромагніти можуть бути менших розмірів та потужності - адже великий струмспоживається лише при закриванні та відкриванні клапанів, а для їх утримання достатньо сила струму в десять разів менше.

Але головне, тепер можна обійтися зовсім без розподільчого валу, оскільки задавати час спрацьовування та силу струму через обмотку електромагніта може програмований контролер. електронний пристрійзазвичай на мікропроцесорі, керуюче роботоюдвигуна та інших систем автомобіля.

У НАМІ під керівництвом кандидата технічних наук А. Н. Терьохіна почали проводити дослідницькі та конструкторські розробки газорозподільного механізму електромагнітним приводомклапанів на базі двигуна М-412 В результаті було створено макет газорозподільного механізму, що діє, з двосторонніми електромагнітами на восьми клапанах. Але з початку 1990-х років фінансування припинилося, і перспективна розробказагубилася в архівах.

Кілька років тому роботи над новим газорозподільним механізмом було відновлено на Волзькому автозаводі під керівництвом головного конструктора АвтоВАЗ П. М. Прусова. Так, серед тем Всеросійського конкурсу"Російський автомобіль" (див. "Наука і життя" № 12, 2002 р.) була оголошена "Розробка системи електромагнітного приводу газорозподільних клапанів для 16-клапанного двигуна ВАЗ". На конкурс було представлено два проекти, але обидва зовсім "не по ділу", і їх навіть не почали розглядати.

Тим часом над удосконаленням електромагнітного приводу клапанів почали працювати японські, американські та (з найбільшим успіхом) німецькі автомобілебудівники. Вже 2002 року компанія БМВрозпочала випробування на реальному 16-клапанному двигуні газорозподільного механізму з електромагнітним приводом всіх клапанів.

КОНКУРЕНТОЗДАТНА КОНСТРУКЦІЯ

Тоді ж до розробки електромагнітних газорозподільних клапанів розпочали кафедру “Електротехніка та електрообладнання” МАДІ (ГТУ).

Хоча на Заході нас не визнавали конкурентами: мовляв, “відстали на 10 миль” (на жаргоні автогонщиків так говорять про відстали на два кола, що означає – слабаки), проте автором запатентована конструкція, яка вирішує більшість проблем, які притаманні електромагнітним приводам.

У ній замість громіздких електромагнітів, встановлених над клапанами, використані довгі соленоїди. Гальмування сердечника в довгому соленоїді реалізується не жорсткими упорами, а крайовими магнітними полями, і робота приводу стає безшумною. Крім того, хід клапана може бути як завгодно великим і регульованим. Поворотно-поступальний рух від електромагніту до клапана передається через штангу і коромисло, що коливається. Завдяки цьому привод можна встановлювати не над блоком циліндрів, а на його бічній поверхні. В результаті значно зменшується висота двигуна, а для охолодження та змащення деталей приводу використовуються штатні системиавтомобіля.

Тепер справа за моторобудівниками. Якщо вдасться втілити ідею в металі, в Росії з'явиться прийомна і економічний автомобіль, який до того ж задовольнятиме найжорсткішим вимогам щодо чистоти вихлопу.

Гіперкари Кенігсегг – це автомобілі, виробництво яких почалося зовсім недавно, але вони вже голосно заявили про себе та знайшли своє місце у класі подібних авто. Таких моментів в історії було чимало, тільки закінчувалися ці одіозні проекти крахом. Але вижив і склав конкуренцію корифеям світу супер моторів.

Ось уже 15 років інженери та конструктори Koenigsegg, працюють над проектом безрозподільного двигуна, який не матиме дросельної заслінки. Але сам факт відсутності дросельної заслінки вже був доведений інженерами БМВ та Фіат, проте допрацювати до ладу конструкцію вони так і не змогли. Баварці прибрали заслінку, встановивши замість неї електронну системукерування впускними клапанами. Проблема німців була в тому, що для реалізації свого проекту вони використали додатковий електродвигун, що ускладнювало всю конструкцію і неухильно вело до додатковим поломкам. Інженери Фіат зіштовхнулися з іншою проблемою, яку вирішити не можуть і досі (високі втрати насоса). Шведи пішли іншим шляхом залишивши баварців з італійцями на задвірках історії, оскільки їхня система здатна була управляти всіма клапанами окремо, незалежно друг від друга.

То який він шведський двигун без розподільчого валу?

Проблема всіх великих двигунів- ненажерливість. Тому шведи вирішили зробити двигун для своїх гіперкарів економічними та потужними одночасно. Про потужні шведські мотори чули багато, один 1500-сильний двигун в Agera-R чого вартий, але витрата палива і габарити двигуна залишають бажати кращого. Вирішили взяти за основу двигун, розроблений одним американським механіком-самоуком Кармело Скудері. Суть ідеї в тому, що він розділив циліндри на робочі та допоміжні. Робітники спалювали паливну суміш і випускали відпрацьовані гази, а допоміжні впускали паливо, і суміш стискали. Циліндри з'єднувалися перепускними каналами, в яких знаходилися два клапани - розширювальний та компресійний. Процес благополучно обходився без розподільчого валу.

Інженери Кенігсегг вирішили модернізувати двигун Скудері та реалізувати все в одному циліндрі, але для цього їм необхідно було розробити прогресивну модель актуатора клапанів. Він має бути швидким, точним і без залипання. До 2000 року вони побудували перший двигун з подібною схемою роботи, який споживав метан і водень. Рівень викиду шкідливих газів в атмосферу був настільки низьким, що нижче за нього тільки електромотори. Усіх одразу зацікавив такий агрегат, а особливо його актуатор, хоч він і був громіздким, пневматичним, мав велику вібрацію та високий рівень шуму. Через 3 роки інженери його повністю модернізували, додали гідравлічний фіксатор клапанів та зменшили розміри. Пройшло ще кілька років модернізацій, поки повністю готовий прототип не вдалося встановити стандартний двигун. Першим таким автомобілем став Сааб 95. Потужність двигуна збільшилася на 30%, витрата палива зменшилася пропорційно (теж на третину).

В описі принципу роботи свого двигуна шведські конструктори використовували кумедну алегорію. Вони пропонували уявити звичайний двигун у формі піаніно і спробувати зіграти ціпком або шваброю. А в двигуні Кенігсегг позиціонувалася взаємодія пальців та клавіш безпосередньо без посередника. Так само для більшої переконливості можна порівняти моноуприскування і систему розподільного упорскування, коли паливо впускається безпосередньо в робочу зонуциліндра в обхід розподільчої рамки. Ефективність індивідуального на різні процеси в двигуні доведено вже давно і застосовується у багатьох виробників. Але як змусити клапан впускати і випускати що-небудь без спеціального пристрою, Що регулює всі цикли? Для цього потрібні швидкі актуатори (електронні штовхачі).

Блок керування посилає сигнал на актуатор, який відкриває та закриває клапан. На штовхачах стоять пневматичні пружини з регульованим рівнем жорсткості та датчики положення клапана. Весь алгоритм роботи циліндрів та всіх допоміжних системдвигуна контролюється комп'ютером, завдяки якому можна як завгодно і скільки завгодно змінювати фази газорозподілу. Можна відключати будь-яку кількість циліндрів у будь-який час.

Мотор може працювати по черзі у різних циклах, залежно від поставлених завдань та рівня навантаження. Він може працювати в стандартному режимі для всіх ДВС, може бути економічним, може суперекономічним, може працювати в циклі з змінним ступенемстискування (цикл Хедмана). Ці цикли не можуть бути реалізовані в рамках конструкції стандартного ДВС, тому виробникам доводиться вибирати. Наприклад, знаменитий цикл Хедмана, який можна використовувати лише з наявністю електронного управлінняпідйому та часу відкриття клапанів, може по черзі працювати з принципом Отто (традиційний термодинамічний цикл усіх двигунів) або Аткінсона ( підвищена економіяпалива).

Універсальність такого двигуна позначається на тому, що він може працювати як на бензині з різним октановим числом, так і дизельне паливо. Крім того, він економічніший на 30-50% відсотків, потужніший на третину, у нього вищий крутний момент, він менше важить і компактніший за розміри. Мала вага та компактні розмірипри більшої потужностіі низькі витрати, дасть величезну перевагу гіперкарам Koenigsegg перед конкурентами. Невирішеним залишається питання з рівнем шуму, споживанням електроенергії та вібраціями. Але і звісно вартість установки. Ціна на такі двигуни дуже висока і знизити її може лише масове виробництвона цивільних авто. Крім того такий ДВС можна використовувати не тільки як основний, але як додатковий в гібридних варіантах.

Якщо шведам вдасться позбутися високого рівняшумів, вібрації і вони зможуть оптимізувати енерговитрати, то на агрегат буде високий попит, оскільки такий двигун економічно виправданий та доцільний. А за наявності стабільного попиту та масовості виробництва ціна може впасти до оптимальних показників.

Винахідник Крістіан фон Кенігсегг довів автомобільного світу, розподільник не потрібен у двигуні - ця деталь зайва. Двигун без розподільного валу має місце бути в автомобілебудуванні.

Крістіан народився 1972 року в Стокгольмі, Швеція. Ще в дитинстві любив розбирати побутову техніку з бажанням щось змінити у конструкції апаратів, а у підлітковому віці вже зарекомендував себе у своєму кварталі майстром на всі руки та талановитим умільцем.

Він перший передбачив, що чіпи витіснять CD диски, навіть хотів запатентувати проект цього пристрою, але в той час це нікого не цікавило.

А ще він винайшов замок для скріплення дерев'яних пластин, але його теж ніхто не зрозумів навіть батько, який працює у сфері деревообробки. Надалі подібний патент запатентували інші фірми і заробили на ньому багато мільйонів.

У 22 роки він почав займатися створенням автомобілів, заснував компанію Koenigsegg Automotive AB, і в 2002 році був пущений у серію автомобіль Koenigsegg CC.

У 2005 році цей автомобіль занесений до Книги рекордів Гіннеса, як найшвидший серійний автомобіль(388 км/год.). А його автомобіль Koenigsegg CCXR - лідер зі співвідношення потужності до маси. Автомобіль марки Koenigsegg One1 лідер із розгону, він може розігнатися до швидкості 300 км/год. за 11,92 сек.

Між двома стихіями

Сам Крістіан Фон Кенігсегг їздить на старенькому Saab і хитро посміхається. А причина його посмішки проста. У його автомобіля єдиний у світі двигун старої серії. УВАГА! Без розподільного валу та газорозподільного механізму, ГРМ ременя та коромисел.

У двигуні «Сааба», точніше у його головці блоку рідні 16 клапанів. Але кожен клапан керується окремим вузлом, і кожен цей прилад отримує команду на закриття або відкриття клапана блоку управління двигуном незалежно від інших.

Це і є головним ноу-хау — актуатором. Кожен клапан керується таким приводом-актуатором. Вузол є пневмо-гідравло-електричною системою Кенігсегга. Секрет у тому, що пневматикою клапани відкриваються, закриваються гідравлікою.

Повітряна магістраль і гідравлічна знаходяться під постійним тиском, вони постійно готові до відкриття або закриття. Електрична частина вузла несе на собі керуючу функціюдо тієї чи іншої дії.

Оснащені такою системою газорозподілу двигуни здатні розвивати до 20000 оборотів за хвилину з самої високим ступенемпродування та наповнення циліндрів паливною сумішшю.

Охолоджуються та змащуються ці вузли стандартними системамидвигуна.

Саме, на мій погляд, найвище досягнення актуатора від дочірньої фірми Кенігсегга Freevalve в тому, що його можна встановити практично на будь-який двигун автомобіля і навіть мотоцикла. І на високоспритний двигунмотоцикла з оборотами 16000 та на автомобіль з дизельним двигуномз 3500 об/хв.

Дихати повними циліндрами у всі клапани

Розглянемо графік роботи клапанів. Мені він видається фантастичним. Куди там…

Червоний графік показує роботу впускного клапана, тобто його відкриття та закриття. По ньому видно, що немає ніяких м'яких парабол як у звичайних двигунах, Просто і геніально, відкрився - закрився і ніяких перетинів з випускним клапаном (синій графік) на продування. Графіки не перетинаються та мають майже прямі кути. Це фантастика!

Всі обсяги газів входять і виходять за менший проміжок часу, ніж у звичайних двигунах, завдяки цьому фази впуску та випуску не перетинаються. Завдяки цьому в два, це факт!!!, вдвічі покращені показники екологічності двигуна. Це справді ПРОРИВ!

Грати на фортепіано коромислом

Фон Кенігсегг каже, що використовувати замість Freevalve - це грати на піаніно коромислом замість того, щоб грати пальцями.

Що запрограмовано винахідником кожного клапана?

Перерахуємо у порядку важливості:

на всіх режимах, незалежно від оборотів двигуна, на впуску найоптимальніший обсяг паливної суміші, Найбільш правильні режими відкриття та закриття клапанів, що неможливо в ;
Система Freevalve дозволяє змінювати параметри: момент та тривалість відкриття клапана. Щодо цього у звичайній системі це неможливо, а тут можна переглянути будь-який параметр;
можливість легко керувати потужністю двигуна, відключати будь-який циліндр, створювати для кожного циліндра будь-яку програму роботи. У класиці це можна робити, але тільки шляхом складних механічних операцій, пов'язаних із механічним перемиканнямна кулачки іншої зміни распредвала;
тут немає цього сумного еліптичного графіка роботи кулачків, коли плавно відкриваються та закриваються клапани, немає моментів, коли одночасно відкритий впускний та випускний клапан. Кривих тут немає, тут лише ламані лінії. Актуатор спокійно працює у такому режимі до 10000 об/хв;
І тепер головне: на 30% вище крутний момент, на 30% менше споживання палива та на 50% менше шкідливого вихлопу!

Три циліндри, вісімнадцять клапанів

Впровадження актуаторів у конструкцію двигуна можна значно скоротити його розмір. І це не все. Можна збільшити кількість клапанів на циліндр, і навіть розділити шляхи вихлопних газів, наприклад, частину направити до турбіни, а частина в глушник. Частину клапанів можна використовувати у систему компресора.

Двигун без розподільного валу. Геть стереотипи!

Що ще дає така система? Зважаючи на те, що двигун може бути компактнішим, відсутність розподільного валу дає економію місце, значить і дизайн кузова можна змінити.

А той плюс, що нам подаровано значно більший момент, тобто. потужність, то необхідні кінські силиможна витягти і з меншого числа циліндрів відповідно розмір стане ще менше. І маленький моторчик сховати під сидінням))).

Ця система в будь-який момент може бути встановлена на будь-який двигун будь-якого виробника, викинувши розподільний вал з усіма причиндалами. Збільшити потужність на 30%, а це не мало!

Але найекзотичніше, перевести його в двотактний, при цьому в 2 рази збільшити потужність! всього просто переключивши програму!

Фон Кенігсегг працює над ідеєю автомобіля з двома баками під різне паливо, і з різними системамихарчування, бензинового та дизеля, і навіть з переходом на біопаливо.

Але верх фантазії Кенігсегга, звичайно, пневматичний гібрид – це щось! Про що він мріє?

Про те, щоб за спеціальною програмою налаштовувалась певна конфігурація клапанів, коли ДВС перетворюється на компресор.

Принцип такий: при гальмуванні двигуном повітря закачується в балон, акумулюючи тиск. А потім це повітря використовувати для руху або розгону автомобіля, так само використовувати його в турбонаддуві, якщо потрібно на якийсь час збільшити потужність двигуна.

Незалежні клапани це ще й надійність. У такому компонуванні не станеться урвище ременя ГРМ і поршня ніколи не зустрінуться і не зламають один одного.

Той самий, старенький Saab, на якому їздить Крістіан, проїхав уже 60000 км., відчув спеку і мороз і дуже добре себе почуває. Його головка блоку рідна, але перероблена під незалежні клапани, з неї прибрано все зайве та проточено потрібні канали для пневматики та гідравліки.

Відчуття від тест драйву Saab: Поводиться як дизель на 3000 об/хв., момент, що крутить, просто скажений.

Моя думка

Я в дикому захваті від цього винаходу! Двигун без розподільного валу!!! Який потенціал налаштувань відкривається.

Режими роботи двигуна можна складати як музику.

А які шалені показники можна витягнути зі звичайного двигуна!

Слів немає, друзі! Немає межі людському генію! Двигун без розподільного валу, хто б міг подумати, що це можливо!

До нових зустрічей у мережі!

Іменитий винахідник Крістіан фон Кенігсегг вирішив довести всьому автомобільному світу, що газорозподільний механізм, основа основ двигуна внутрішнього згоряння, - не більш ніж зайва дорога деталь.

Будучи простим шведським хлопчиком, Кенігсегг розбирав побутові прилади, сподіваючись знайти спосіб покращити їх. Кажуть, що він першим вигадав аудіоплеєри з пам'яттю на мікросхемах, але у світі, захопленому компакт-дисками, до нього ніхто не прислухався. Йому ж приписують ідею замку, що замикається, для підлогового ламінату. І знову через кілька років винахід запатентував хтось інший. Правда це чи ні, судити не візьмемося. Але сьогодні до Крістіана прислухаються дуже уважно, та й патентне право він вивчив назубок.

У 2005 році автомобіль, названий ім'ям Крістіана фон Кенігсегга, офіційно став найшвидшим. серійним автона планеті: експерти Книги рекордів Гіннеса зафіксували швидкість 388,87 км/год. Koenigsegg CCXR став найкращим у світі спорткаром за співвідношенням маси та потужності. Koenigsegg One:1 лідирує в номінації « найкращий розгін», Досягаючи швидкості 300 км/год всього за 11,92 с.

Поки найефективніші у світі спорткари б'ють рекорд за рекордом, їхній творець роз'їжджає на старенькому Saab 9-5, хитро посміхаючись. Під капотом у «старенького» єдиний у світі двигун, який не має ні розподільного валу, ні кулачків, ні штовхачів клапанів, ні горезвісного ременя ГРМ. І, на відміну від шалених Koenigsegg, що призначаються лише багатим і знаменитим, мотори з індивідуальними приводами клапанів обіцяють стати першим по-справжньому масовим витвором шведського винахідника.

Старий Saab, якому дісталася досвідчена версія ГРМ із незалежними клапанами, проїхав з нею 60 000 км, побачивши і літню спеку, і 20-градусні морози. Головку блоку циліндрів зробили з оригінальної «саабівської», викинувши з неї все зайве та проточивши нові канали для гідравліки та пневматики. Наші колеги з Jalopnik.com прокотилися на «старенькій» і відзначили, що на оборотах до 3000 об/хв він виявляє дизельні звички - характерно постукує клапанами і видає шалений момент, що крутить.

Між двома стихіями

У головці блоку циліндрів випробувального «Сааба», як і належить, працюють 16 клапанів. Кожен з них наводиться окремим актуатором, і кожен отримує команду на відкриття або закриття комп'ютера управління двигуном незалежно від інших.

Актуатор - головне ноу-хау Freevalve, дочірньої компанії Koenigsegg. Забезпечити кожен клапан індивідуальним приводом та керувати ними незалежно один від одного пробували багато розробників, серед яких чимало автовиробників зі світовим ім'ям. Найбільш очевидне рішення у вигляді лінійних електродвигунів (соленоїдів) не призводить до бажаного результату: невеликим моторам не вистачає потужності, щоб розігнати клапани до потрібних швидкостей(20 000 відкриттів та закрить за хвилину), виникають проблеми з охолодженням та надійністю.

Крістіан фон Кенігсегг не вдається до деталей принципу роботи свого приводу, але із задоволенням пояснює загальну концепцію «пневмогідравлоелектричного актуатора». Відкриває клапани пневматика, а закриває – гідравліка. І пневматична, і гідравлічна системи постійно перебувають під тиском і готові повідомити клапан максимум енергії. Завдання електричного приводу- лише вчасно подавати до клапана повітря чи олію. Проблема охолодження та мастила при цьому вирішується сама собою: найбільш навантажені деталі приводу обслуговуються відповідними системами ДВС.

Принадність актуатора Freevalve в тому, що він підходить практично для будь-якого автомобільного або мотоциклетного двигуна. Будь то високооборотний мотор гоночного мотоцикла, що розкручується до 16 000 об/хв, або вантажний дизель, що торохтить на 3500 об/хв, один і той же привід повністю відповідатиме їх потребам. Клапан гоночного мотоцикла зроблений з легкого сплаву, тому енергія актуатора легко розганяє його до великих швидкостей. Клапан вантажівки великий і важкий, однак і високі швидкостійому непотрібні.

На фортепіано коромислом

"Використовувати традиційний розподільний вал замість Freevalve - це все одно що грати на фортепіано коромислом замість пальців", - стверджує фон Кенігсегг. Що за проблеми хоче вирішити винахідник, програмуючи поведінку кожного клапана окремо? Перерахуємо їх у порядку наростання цікавості.

Найочевидніше: для різних режимів роботи двигуна (передусім швидкості обертання колінвала) існує свій оптимальний склад паливоповітряної суміші, свої правильні моментивідкриття та закриття клапанів. Традиційно ця проблема вирішується за допомогою механізму зміни фаз газорозподілу (наприклад, VTEC): весь розподільний вал злегка повертається щодо шестерні приводу газорозподільного механізму (ГРМ), і всі моменти відкриття та закриття клапанів зміщуються вперед або назад.

Червоний графік демонструє криву відкриття впускного клапана, синій випускного. Добре видно, що клапани максимально довго перебувають у повністю відкритому положенні — графіки мають майже прямокутний профіль, тоді як із звичайним ГРМ вони були б більше схожі на параболи. Необхідні об'єми газів проходять через клапани Freevalve за менший проміжок часу, ніж зазвичай, тому короткі фази впуску та випуску не перекриваються. У цьому полягає причина майже дворазового поліпшення екологічних показників.

Проблема VTEC полягає в обмеженій кількості режимів, в той час як індивідуально керовані клапани дозволяють переглядати оптимальний набір параметрів при будь-якій, навіть найменшій зміні обертів. Але головне те, що Freevalve дозволяє змінювати не лише момент, а й тривалість відкриття клапанів.

А якщо нам захочеться гнучко керувати потужністю двигуна, відключаючи частину циліндрів? У сучасних двигунахЗавдання вирішується за допомогою дуже складного механізму: для кожного клапана передбачається два кулачки, які змінюють один одного, зсуваючись уздовж розподільного валу. Один кулачок забезпечує штатну роботуклапана, другий відповідає за роботу циліндра в режимі очікування. Клапани Freevalve дозволяють у будь-який момент включати будь-яку програму для будь-якого циліндра без будь-яких механічних хитрощів.

І всеж Головна проблематрадиційного ГРМ криється в еліптичній формі кулачка, завдяки якій клапан практично ніколи не буває відкритим або закритим повністю. Натомість він завжди або плавно відкривається, або плавно закривається, що знижує його пропускну спроможність. Мало того, ця особливість призводить до того, що в певні моменти впускні та випускні клапанивиявляються відкритими одночасно, і це негативно впливає на екологічні характеристики двигуна.

Клапани Freevalve дозволяють зробити головку блоку циліндрів і сам двигун набагато компактніший. Але це далеко не єдина перевага компонування. Можна збільшити кількість клапанів однією циліндр, розділивши функції з-поміж них. Наприклад, направляти одну частину вихлопу до турбіни нагнітачів, а іншу — безпосередньо до каталізатора, з екологічних міркувань. Спеціальні клапани стануть у нагоді і для того, щоб перетворити автомобіль на пневматичний гібрид.

Крістіан фон Кенігсег демонструє криву відкриття клапанів на моніторі спеціального приладу. Вона нагадує прямокутник: клапан різко відкривається, утримується у відкритому стані, а потім різко закривається. Це не вічний сумний еліпс традиційного клапана. Особливо цікаво, що крива зберігає свою незграбність навіть на високих оборотах(До 10 000 об/хв) - актуатору вистачає потужності, щоб відкривати і закривати клапан дійсно швидко.

Мабуть, саме остання властивість найбільше посприяла тому, що тестовий двигун із вільними клапанами показав вражаючі результати на випробуваннях: він видає на 30% більше крутного моменту, споживає на 30% менше палива і дає 50% скорочення шкідливих викидів.

Геть канони!

Freevalve – це більше, ніж здається. По-перше, система може значною мірою змінити вигляд автомобіля. Розподільний валі штовхачі клапанів займають багато місця у голівці блоку циліндрів, та й важать чимало. Чотирьохциліндровий двигунз Freevalve розмірами та вагою нагадує трициліндровий. Якщо ж врахувати, що незалежні клапани дають значний приріст моменту, що крутить, то можна і зовсім обійтися двома циліндрами. І тоді крихітний двигун можна буде сховати хоч під сидінням.

Система дозволяє будь-якої миті перевести двигун на екзотичний цикл роботи, хоч Міллера, як на Mazda, хоч Аткінсона, як на Prius. Чого вже скромничати: за бажання мотор може миттєво стати двотактним, майже дворазово наростивши потужність! Фон Кенігсегг мріє про автомобілі з двома паливними бакамита системами живлення: для бензину та дизеля. Для переходу на біопаливо гнучкість налаштувань також є актуальною.

Але найцікавіша фантазія винахідника – це пневматичний гібрид. Використовуючи спеціальну конфігурацію клапанів, можна перетворити ДВС на компресор, який при гальмуванні закачуватиме повітря в балон, акумулюючи тиск. Потім стиснене повітряможна нагнітати в циліндри, розганяючи автомобіль, або використовувати як потужний аналог турбонаддува, короткочасно збільшуючи потужність двигуна.

Мабуть, найнесподіваніша властивість двигуна з незалежними клапанами – надійність. Кожен водій боїться обриву ременя ГРМ: якщо поршень «наздожене» клапани, те саме станеться і в інших циліндрах. Дорога головка блоку циліндрів, а разом з нею і поршні, і, можливо, шатуни з колінчастим валомвиявляться серйозно пошкоджені.

А з Freevalve все просто: немає ГРМ – немає проблем! Якщо ж один циліндр раптом «стукане» — решта залишиться цілою і неушкодженою.