Компания Qoros начала испытания мотора Qamfree без распредвалов — Авторевю
Фирма Qoros, принадлежащая китайскому автопроизводителю Chery и израильскому холдингу Kenon, показала на автосалоне в Гуанчжоу ходовой образец двигателя внутреннего сгорания без распределительных валов. Опытный мотор Qamfree установлен под капотом серийного хэтчбека Qoros 3 и, по словам создателей, доведен до состояния, в котором его можно запускать в производство.
Новый агрегат построен на основе серийного турбомотора 1.6, разработанного для автомобилей Qoros австрийской компанией AVL. А оригинальная безвальная головка блока создана шведской фирмой FreeValve AB, принадлежащей Кристиану фон Кёнигсеггу, который также выпускает гиперкары марки Koenigsegg. Вместо кулачков распределительных валов каждый из клапанов приводится электропневматическим актуатором. По сути, это пневмоцилиндр, давление в котором контролируется электроникой. Благодаря этому клапаны можно открывать и закрывать практически в произвольный момент, свободно изменять их подъем, а также отключать цилиндры.
Такому двигателю не нужна дроссельная заслонка: вместо этого плавно меняется высота подъема клапанов. На моторе, построенном для фирмы Qoros, к каждому клапану ведет свой канал, причем половина выпускных каналов питает турбокомпрессор, а вторая половина идет в обход нагнетателя. По словам Кристиана фон Кёнигсегга, это позволило не только отказаться от перепускного клапана в турбине, но и намного быстрее выводить каталитический нейтрализатор на рабочую температуру. Тем самым можно одновременно снизить вредные выбросы и отказаться от «прекатализатора», обойдясь одним катализатором.
Степень сжатия безвального мотора может быть очень высока — от 12:1 до 14:1. При этом система впрыска используется самая обыкновенная, распределенная: топливо распыляется во впускные каналы. По сравнению с непосредственным впрыском такая схема дешевле и позволяет снизить выбросы сажевых частиц. Фон Кёнигсегг утверждает, что рабочий процесс отточен до такой степени, что непосредственный впрыск двигателю просто не нужен. А эффект дополнительного охлаждения камеры сгорания достигается продувкой между рабочими циклами.
По словам разработчиков, мотор Qamfree примерно на 20 кг легче аналогичного агрегата традиционной конструкции и немного компактнее за счет отсутствия привода распредвалов. В компании FreeValve AB обещают снижение расхода топлива на 15%, а вредных выбросов — на 35 % (в цикле с холодным пуском) при полуторакратном увеличении отдачи. Мощность опытного двигателя составляет 240 л.с. (+45%), пиковый крутящий момент — 320 Нм (+47%).
Впрочем, впереди еще долгий цикл испытаний, поэтому партнеры не назвали даже ориентировочного срока появления подобных моторов на серийных машинах.
autoreview.ru
Двигатели без распредвалов, новая технология, которая изменит автоиндустрию
FreeValve, как может работать двигатель без распредвала
Если это действительно так, то добро пожаловать в мир высоких автотехнологий. Скандинавы разработали и претворяют в жизнь чрезвычайно интересный продукт, новый (это не преувеличение) тип двигателя в котором нет таких привычных для всех кто связан с автомобилями деталей, таких как распредвал двигателя.
Смотрите также: 1.6 литровый двигатель без распредвала от Qoros 3 развивает 230 л.с.
Если взглянуть в прошлое, в 80-е года, топовой и самой продвинутой технологией стала система управления клапанами типа VTEC, 90-е года отличились разработкой и применением продвинутой системой впрыска топлива, чуть позже кульминацией развития прямого впрыска стали поздние 2000-е. Будущее за технологией FreeValve, «без системы распредвалов» приводящего клапаны в движение в ДВС. Но действительно ли это станет будущим моторостроения? Давайте посмотрим вместе.
Как и любая другая технологическая революция, FreeValve Camfree стал технологическим прорывом, который должен (или обязан?) изменить расстановку сил в технологиях создания двигателей внутреннего сгорания. Основной принцип звучит просто и гениально, вместо определённой привязки к определенной, статической формуле, новая технология предлагает гибкость в процессе работы мотора.
Технологии изменяемого открытия клапанов существуют уже относительно давно, было сделано множество прототипов от разных автопроизводителей, существуют даже похожие серийные версии от BMW, но ни одна из них не может сравниться с возможностями, которые предлагает новый тип двигателя, разработанный скромной скандинавской компанией. Гениальность продвигаемой системы также не в последнюю очередь заключается в том, что она не подразумевает серьёзных изменений в конструкции самого двигателя. Тем не менее эта кажущаяся простота не помогла избежать FreeValve дороговизны и сложностей производства. Закон бизнеса, новинки стоят всегда немалых денег.
Мотор FreeValve на 30% мощнее, в два раза экологичнее и на 20-50% экономичнее обычного распредвального двигателя
Как и другие инженеры, сосредоточившиеся на развитии технологий дезактивации и изменяемой степени сжатия, а также изменяемого объёма, парни из FreeValve работали над тем, что называется топовой мировой технологией мотора, стоящей на острие атаки прогресса.
В ходе исследований, компания Koenigsegg выяснила, что технология привода клапанов имеет огромный потенциал развития, решение было логичным, разработать реальную систему, основанную на теоретическом опыте, таким образом для достижения амбициозных целей произошло объединение с дочерней компанией Cargine, впоследствии переименованной в FreeValve.
Вступление закончилось. Переходим к подробностям.
Давайте перейдем к изучению всех нюансов FreeValve технологии, которая не так давно была публично раскрыта для общественности.
В чем разница между системой без распредвалов и классической технологией привода клапанов
Из названия и описания технологии становится понятным, что речь действительно идет о двигателе, в котором отсутствуют распределительные валы. На самом деле необычный подход к инженерии внутримоторных технологий, главный секрет которых заключается в том, что двигателю не нужны эти валы, поскольку клапаны рассчитаны на индивидуальную работу, каждый по отдельности. Каждый клапан не связан жестко с соседними клапанами, отсюда проистекает название- «свободные клапаны», FreeValve.
Главная мысль заключается в том, чтобы работа двигателя внутреннего сгорания стала более эффективной во всех фазах работы. Стандартные распределительные валы ввиду заложенных в них конструктивных особенностей являются крайне компромиссными вариантами, что зачастую приводит к определенным «жертвам», повышенный расход топлива в угоду мощности или низкий крутящий момент на высоких оборотах в угоду пиковой мощности и т.д..
С новой технологией инженеры получили возможность сделать двигатель эффективным при любых оборотах и на всех режимах работы, не опасаясь провалов на холостом ходу, посредственной динамики или высокого расхода топлива.
Звучит как недосягаемая мечта, но нет ничего невозможного, возможно все, что возможно себе представить. Дочерняя компания Кёнигсегг добилась высоких результатов, создав вполне рабочий, практически серийный экземпляр своей разработки, которую они долгие годы возили от выставки к выставке, представляя прототип на разных своих новинках. Вместо распредвалов, каждый клапан приводится в движение отдельным приводом, работу которых в свою очередь контролирует электроника.
Насколько хороша новинка и насколько она дороже обычной системы привода клапанов?
Разработчики утверждают, что система без распредвалов использует на 10% меньше энергии, чем традиционные решения привода. Эти проценты в стандартной схеме двигателя обычно уходят на преодоление трения, привод и работу всей верхней части «головы» мотора, то есть всех этих многочисленных систем. Эффективность использования такого двигателя как несложно догадаться будет на 10% лучше, но гораздо больший выигрыш станет очевидным при экологической проверке.
Двигатель может работать в четырех циклах: стандартный- Отто, сложный- Миллера и экономный-Аткинсона. Также двигатель способен воспроизводить цикл Хедмана с изменяемой степенью сжатия
Например, в двигателе с искровым зажиганием, (читайте, в бензиновом моторе) с установленным FreeValve можно смело снять каталитический нейтрализатор, а экономичность даже у мощного бензинового двигателя станет сродни дизельному варианту.
В результате полученный силовой агрегат станет дешевле эквивалентного дизельного мотора, говорят в FreeValve. На дизельные двигатели также могут быть установлены новомодные электронные приводы клапанов, что в теории должно чуть снизить расход мотора работающего на ДТ и серьезно повысить экологичность его выхлопа.
Стоимость новой технологии. Если взять в расчет науку экономику, то получается, что первые 10- 100 тыс. двигателей, построенных по этой технологии, будут стоить дороже обычных типов силовых агрегатов, но в конечном итоге, когда производство будет поставлено на промышленный поток и при достижении определённой «критической массы», стоимость новых типов моторов начнет постепенно снижаться и в итоге сравняется со стоимостью стандартного ДВС.
При этом такие моторы будут более эффективными, чем традиционные модели, будут меньше расходовать горючего при увеличении мощности и станут показывать гораздо более приемлемые показатели полки крутящего момента.
Что произойдет, если система покажет себя несостоятельной?
Приверженцам классической схемы двигателей и тем людям, которые с опаской принимают все обновления в мире технологий и технических новшеств, наверное, интересно, насколько все будет плохо, при поломке новомодной системы. И вообще, а надежная ли она?
Отрицать глупо, любой, даже самый надежный девайс может выдать неприятную осечку, также не стоит забывать про конструктивные дефекты, которые могут быть не выявлены на начальном этапе разработки. Итог предсказуем, дорогая поломка. Но и здесь у FreeValve есть небольшой утешительный козырь в рукаве.
Невероятно, но этот двигатель сможет нормально выполнять свои рабочие функции даже при поломке одного или нескольких приводов клапанов, разумеется это скажется на пиковой мощности на высоких оборотах, но как уверяют разработчики, разница будет незначительна.
Это интересно: Дизельные моторы: История развития
Предусмотрен аварийный вариант работы двигателя,заключается он в том, что даже если 75% приводов клапанов выйдут из строя, автомобиль сможет самостоятельно добраться до СТО, невероятная живучесть. Тестирования продолжаются…, но самое главное, чего разработчики все еще никак не могут побороть, это как раз выносливость такого типа привода. В нем все хорошо, но камень преткновения, состоит в том, что долго система не выхаживает. Однако это временное явление и его удастся нейтрализовать, ведь инженеры по теоретическим расчётам выяснили, надежность такой системы может быть сопоставима со стандартным двигателем ДВС. Смоделированы сотни-миллионов циклов работы приводов, ощутимого износа обнаружено не было. Осталось применить знания на практике и можно выезжать.
Шведская компания сравнивает текущую технологию распределительного вала, с игрой на пианино двумя руками, каждая из которых привязана к противоположным концам метлы. Использование каждого пальца по отдельности, как делают пианисты, позволит перейти к индивидуальному управлению клапанами.
Из вышесказанного можно сделать вывод:
1. На данный момент технология явно сырая. Двигатель не способен пройти столько же, сколько ходят без серьезных проблем моторы с обычной системой распредвалов.
2. Но даже на этом этапе разработки, система показала себя с лучшей стороны. Ни один мотор со стандартной системой газораспределения не способен хоть как-то нормально работать, если перестанут работать 75% клапанов (представим это гипотетически). Более того, перестань функционировать в нормальном режиме хотя бы один из клапанов на обычных ДВС, вы потеряете больше, чем пиковую мощность на высоких оборотах. То есть в плане поломок, если уж что-то произошло с ГРМ, скандинавская технология явно обходит все другие типы моторов.
Еще один плюс. На революционном двигателе, как утверждают инженеры, работающие над проектом, невозможна встреча клапанов с поршнями в случае обрыва ремня/растяжения цепи ведь ее здесь просто-напросто нет.
Технические нюансы. FreeValve- более, чем полностью изменяемые фазы газораспределения?
Если ответить кратко, по существу, то да, это больше чем двигатель с изменяемыми фазами газораспределения, потому что каждый конкретный клапан может иметь различные «подъемы», как по времени, так и в позиции открытия. Также он может открываться и закрываться с разной скоростью, изменяя частоту, за этим в онлайн режиме следит система бортовых компьютеров высчитывая необходимый режим хода клапана в соответствии с режимом работы двигателя с точностью подъема вплоть до 1/10 миллиметра.
Как видно приводы (актуаторы) способны делать это с необычайной точностью, значительно превосходя показатели работы ГРМ в обычном двигателе.
Смотрите также: Зачем менять ремень ГРМ
Кстати, электроприводы, они же актуаторы, самая важная часть разрабатываемого типа мотора. Клапаны при помощи индивидуальных систем приводятся в движение до 20 тыс. открытий, закрытий в минуту. Датчики контроля положения клапана зорко следят за происходящим, мониторя положение клапанов, внимание, — 100 тыс. раз в 1 секунду (!!!). Причем привод, двигающий клапаны не просто электрический, такой тип не выдерживает колоссальных нагрузок/скоростей/температур и быстро выходит из строя. В компании Koenigsegg разработали «пневмогидроэлектрический тип привода». Каждая из стихий: пневматика, гидравлика и электрика, выполняет сугубо свою отдельную функцию. Пневматикой клапан открывается, при помощи гидравлики- закрывается. Электропривод подает воздух и масло, чтобы в системе было необходимое для работы актуатора давление.
Этот тип привода подойдет и гоночному мотоциклу и грузовому автомобилю
Еще одна экономическая выгода, о которой стоит упомянуть. Применение гидропневмоэлектро клапанов не требует множества деталей, дорогих и тяжелых. Не нужны шестерни ГРМ, крышка ГРМ, цепь ГРМ (или ремень), распредвал и даже регулятор давления наддува для турбированных двигателей.
Смотрите также: Долговечность и срок службы автомобиля
Ввиду вышесказанного силовой агрегат можно сделать компактнее и легче традиционного мотора.
Когда можно купить автомобиль с таким двигателем?
Удивительно, но первым автомобилем, который выйдет на рынок оборудованный такой безраспредвальной системой, станет не гоночный мощный спорткар Koenigsegg, скорее всего лавры первопроходца достанутся китайской модели Quoros 3, с которым шведский Кенигсегг заключил договор о сотрудничестве. Доступность гарантирована. Несколько месяцев, год или полтора и на дорогах появятся первые ласточки. Учитывая то, что шведы разрабатывали технологию начиная с 2000 года, ждать осталось совсем не долго.
Koenigsegg One: Новый король скорости
На выходе мы получим более тихий, более экономичный, эффективный и мощный бензиновый мотор по сравнению с современными аналогами. Надеемся реальность не разочарует.
www.1gai.ru
избавься от него и стань мощнее на 30%
Изобретатель Кристиан фон Кёнигсегг доказал автомобильному миру, распредвал не нужен в двигателе — эта деталь лишняя. Двигатель без распредвала имеет место быть в автомобилестроении.
Краткая биография изобретателя
Кристиан родился в 1972 году в Стокгольме, Швеция. Еще в детстве любил разбирать бытовую технику с желанием что-то изменить в конструкции аппаратов, а в подростковом возрасте уже зарекомендовал себя в своем квартале мастером на все руки и талантливым умельцем.
Он первый предсказал что чипы вытеснят CD диски, даже хотел запатентовать проект этого устройства, но в то время это никого не интересовала.
А еще он изобрел замок для скрепления деревянных пластин, но его тоже никто не понял, даже отец, работающий в сфере деревообработки. В последствии подобный патент запатентовали другие фирмы и заработали на нем многие миллионы.
В 22 года он стал заниматься созданием автомобилей, основал компанию Koenigsegg Automotive AB, и в 2002 году был пущен в серию автомобиль Koenigsegg CC.
В 2005 году этот автомобиль занесен в Книгу рекордов Гиннеса, как самый скоростной серийный автомобиль (388 км/ч.). А его автомобиль Koenigsegg CCXR лидер по соотношению мощности к массе. Автомобиль марки Koenigsegg One1 лидер по разгону, он может разогнаться до скорости 300 км/ч. за 11,92 сек.
Между двух стихий
Сам Кристиан Фон Кёнигсегг ездит на стареньком Saab и хитренько улыбается. А причина его улыбки проста. У его автомобиля единственный в мире двигатель старой серии…. ВНИМАНИЕ! Без распредвала и газораспределительного механизма, ГРМ ремня и коромысел.
В двигателе «Сааба», точнее в его головке блока родные 16 клапанов. Но каждый клапан управляется отдельным узлом, и каждый этот прибор получает команду на закрытие или открытие клапана с блока управления двигателем независимо от других.
Это и есть главное ноу-хау — актуатор. Каждый клапан управляется таким приводом-актуатором. Узел представляет собой пневмо-гидравло-электрическую систему Кёнигсегга. Секрет в том, что пневматикой клапаны открываются, гидравликой закрываются.
Воздушная магистраль и гидравлическая находятся под постоянным давлением, они в постоянной готовности к отрытию или закрытию. Электрическая часть узла несет на себе управляющую функцию к тому или иному действию.
Оснащенные такой системой газораспределения двигатели способны развивать до 20000 оборотов в минуту с самой высокой степенью продувки и наполнения цилиндров топливной смесью.
Охлаждаются и смазываются эти узлы стандартными системами двигателя.
Самое, на мой взгляд, высочайшее достижение актуатора от дочерней фирмы Кёнигсегга «Freevalve» в том, что его можно установить практически на любой двигатель автомобиля и даже мотоцикла. И на высокооборотистый двигатель мотоцикла с оборотами 16000 и на автомобиль с дизельным двигателем с 3500 об/мин.
Дышать полными цилиндрами во все клапаны
Рассмотрим график работы клапанов. Мне он представляется фантастическим. Куда там десмодромному механизму…
Красный график показывает работу впускного клапана, то есть его открытие и закрытие. По нему видно, что нет никаких мягких парабол как в обычных двигателях, просто и гениально, открылся – закрылся и никаких пересечений с выпускным клапаном (синий график) на продувку. Графики не пересекаются и имеют почти прямые углы. Это фантастика!
Все объемы газов входят и выходят за меньший промежуток времени, чем в обычных двигателях, благодаря этому фазы впуска и выпуска не пересекаются. Благодаря этому в два, это факт !!!, в два раза улучшены показатели экологичности двигателя. Это действительно ПРОРЫВ!
Играть на фортепиано коромыслом
Фон Кёнигсегг говорит, что использовать распредвал вместо Freevalve — это играть на пианино коромыслом, вместо того чтобы играть пальцами.
Что запрограммировано изобретателем для каждого клапана?
Перечислим в порядке важности:
- на всех режимах, не зависимо от оборотов двигателя, на впуске самый оптимальный объем топливной смеси, самые правильные режимы открытия и закрытия клапанов, что невозможно в классической системе ГРМ;
- система Freevalve позволяет менять параметры: момент и продолжительность открытия клапана. В этом отношении в обычной системе это невозможно, а здесь можно пересмотреть любой параметр;
- возможность легко управлять мощностью двигателя, отключать любой цилиндр, создавать для каждого цилиндра любую программу работы. В классике это можно делать, но только путем сложных механических операций, связанных с механическим переключением на кулачки другой конфигурации распредвала;
- здесь нет этого грустного эллиптического графика работы кулачков, когда плавно открываются и закрываются клапаны, нет моментов, когда одновременно открыт впускной и выпускной клапан. Кривых здесь нет, здесь только ломанные линии. Актуатор спокойно работает в таком режиме до 10000 об/мин;
- И теперь главное: на 30% выше крутящий момент, на 30% меньше потребление топлива и на 50% меньше вредного выхлопа!
//www.youtube.com/watch?v=OZWeNPi2XkE
Три цилиндра, восемнадцать клапанов
Внедрение актуаторов в конструкцию двигателя можно значительно сократить его размер. И это не всё. Можно увеличить количество клапанов на цилиндр, и даже разделить пути выхлопных газов, к примеру часть направить к турбине, а часть в глушитель. Часть клапанов можно использовать в систему компрессора.
Двигатель без распредвала. Долой стереотипы!
Что еще дает такая система. Ввиду того, что двигатель может быть компактнее, отсутствие распредвала дает экономию место, значит и дизайн кузова можно изменить.
А тот плюс, что нам подарен значительно больший момент, т.е. мощность, то необходимые лошадиные силы можно извлечь и из меньшего числа цилиндров, соответственно размер станет еще меньше. И маленький моторчик спрятать под сиденьем))).
Эта система в любой момент может быть установлена на любой двигатель любого производителя, выкинув распредвал со всеми причиндалами. Увеличить мощность на 30%, а это не мало!
Но самое экзотическое, перевести его в двухтактный, при этом в 2 раза увеличить мощность!!!… всего лишь просто переключив программу!
Фон Кёнигсегг работает над идеей автомобиля с двумя баками под разное топливо, и с разными системами питания, бензинового и дизеля, и даже с переходом на биотопливо.
Но верх фантазии Кёнигсегга конечно пневматический гибрид – это что-то! О чем он мечтает?
О том, чтобы по специальной программе настраивалась определенная конфигурация клапанов, при которой ДВС превращается в компрессор.
Принцип такой: при торможении двигателем, воздух закачивается в баллон, аккумулируя давление. А потом этот воздух использовать для движения или разгона автомобиля, так же использовать его в турбонаддуве, если нужно на время увеличить мощность двигателя.
Независимые клапаны, это еще и надежность. В такой компоновке не случится обрыв ремня ГРМ и поршня никогда не встретятся и не сломают друг друга.
Тот самый, старенький Saab, на котором ездит Кристиан, проехал уже 60000 км., испытал жару и мороз и очень не плохо себя чувствует. Его головка блока родная, но переделанная под независимые клапаны, с неё убрано все лишнее и проточены нужные каналы для пневматики и гидравлики.
Ощущение от тест драйва Saab: Ведет себя как дизель на 3000 об/мин., крутящий момент просто бешеный.
Моё мнение
Я в диком восторге от этого изобретения! Двигатель без распредвала!!! Какой потенциал настроек открывается.
Режимы работы двигателя можно сочинять как музыку.
А какие безумные показатели можно вытянуть из обычного двигателя!!!
Слов нет, друзья! Нет предела человеческому гению! Двигатель без распредвала, кто бы мог подумать, что это возможно!
Обязательно поделитесь с друзьями, которые понимают о чем идет речь, удивите новизной нового изобретения. Это действительно фантастика, воплощенная в реальность!
До новых встреч в сети!
//www.youtube.com/watch?v=Bch5B23_pu0
auto-ru.ru
Двигатель без ГРМ
«Использовать традиционный распредвал вместо Freevalve — это все равно что играть на фортепиано коромыслом вместо пальцев», — утверждает фон Кёнигсегг. Что за проблемы хочет решить изобретатель, программируя поведение каждого клапана в отдельности? Перечислим их в порядке нарастания интересности.Самое очевидное: для разных режимов работы двигателя (прежде всего скорости вращения коленвала) существует свой оптимальный состав топливовоздушной смеси, свои правильные моменты открытия и закрытия клапанов. Традиционно эта проблема решается с помощью механизма изменения фаз газораспределения (например, VTEC): весь распределительный вал слегка поворачивается относительно шестерни привода газораспределительного механизма (ГРМ), и все моменты открытия и закрытия клапанов смещаются вперед или назад.
Проблема VTEC заключается в ограниченном количестве режимов, в то время как индивидуально управляемые клапаны позволяют пересматривать оптимальный набор параметров при любом, даже самом малом изменении оборотов. Но главное то, что Freevalve позволяет изменять не только момент, но и продолжительность открытия клапанов.
А что, если нам захочется гибко управлять мощностью двигателя, отключая часть цилиндров? В современных двигателях задача решается с помощью весьма сложного механизма: для каждого клапана предусматривается два кулачка, которые сменяют друг друга, сдвигаясь вдоль распредвала. Один кулачок обеспечивает штатную работу клапана, второй отвечает за работу цилиндра в «режиме ожидания». Клапаны Freevalve позволяют в любой момент включать любую программу для любого цилиндра без каких-либо механических ухищрений.
И все же главная проблема традиционного ГРМ кроется в эллиптической форме кулачка, благодаря которой клапан практически никогда не бывает открыт или закрыт полностью. Вместо этого он всегда или плавно открывается, или плавно закрывается, что снижает его пропускную способность. Мало того, эта особенность приводит к тому, что в определенные моменты впускные и выпускные клапаны оказываются открытыми одновременно, и это отрицательно сказывается на экологических характеристиках двигателя.
Кристиан фон Кёнигсегг демонстрирует кривую открытия клапанов на мониторе специального прибора. Она напоминает прямоугольник: клапан резко открывается, удерживается в открытом состоянии, а затем резко закрывается. Это вам не вечный грустный эллипс традиционного клапана. Особенно интересно, что кривая сохраняет свою угловатость даже на высоких оборотах (до 10 000 об/мин) — актуатору хватает мощности, чтобы открывать и закрывать клапан действительно быстро.
Пожалуй, именно последнее свойство в наибольшей степени поспособствовало тому, что тестовый двигатель со свободными клапанами показал впечатляющие результаты на испытаниях: он выдает на 30% больше крутящего момента, потребляет на 30% меньше топлива и дает 50%-ное сокращение вредных выбросов.
fishki.net
Двигатель без распределительного вала. Инновационная система клапанов экономит 20% топлива
Роман Барский
01 сентября 2019, 05:37
Электрогидравлическая, полностью изменяемая система клапанов, полное цифровое управление их открытия и закрытия, позволит уменьшить себестоимость производства двигателя. Результат — уменьшение цены автомобиля с ДВС.
До настоящего времени газообменные клапаны четырехтактных двигателей контролировались через приводы распределительных валов. Несмотря на некоторую сложную дополнительную механику, гибкость такой системы с приводом от распределительного вала остается ограниченной. В настоящее время компания Empa разработала инновационную систему клапанов с электрогидравлическим приводом, которая позволяет полностью свободно регулировать ход и время, в то же время будучи надежной и экономически эффективной.
Электрогидравлическая, полностью изменяемая система клапанов, полное цифровое управление их открытия и закрытия, позволит уменьшить себестоимость производства двигателя.
Стандарты выбросов ЕС были впервые введены в действие в декабре 1992 года, что привело к огромным изменениям в автомобильной промышленности. С тех пор каждые пять лет, или около того, этот невероятно влиятельный набор стандартов ужесточается для автопроизводителей. Это вынуждает их искать способы снижения вредных выбросов выхлопных газов, «выжимая» из капли бензина как можно больше, одновременно улучшая показатели мощности и производительности двигателя.
Очевидно, что полностью электрические транспортные средства являются золотым стандартом, когда речь идет об окружающей среде, но и переход к эпохе электромобилей, похоже, потребует больше времени, чем ожидалось.
Несмотря на стремление производителей перевести всю модельную линейку автомобилей на электрическую тягу, инженеры со всего мира продолжают совершенствовать двигатель внутреннего сгорания. Разработка группы исследователей из швейцарского государственного института Empa позволяет снизить расходы горючего на 20%.
Идея замены привода клапанов с распределительным валом, который блокирует время открытия, закрытия и измерения подъема впускных и выпускных клапанов, привлекает большое внимание. Грубые, механические изменения фаз газораспределения, такие как Honda VTEC и недавно объявленная Hyundai система Continuously Variable Valve Duration, могут помочь в этом, но для того, чтобы получить максимальную отдачу от технологии, необходимо полностью отделить клапаны от коленчатого вала и достичь точного электронного управления, при открытии и закрытии впускного или выпускного клапана.
Двигатель Empa на испытательном стенде. Фото: Empa
Предложенная инженерами электрогидравлическая установка FlexWork позволяет отказаться от классического распределительного вала и значительно повысить эффективность ДВС.
Разработчики ставили перед собой цель создать надёжную и экономичную систему клапанов, стоимость производства которых существенно ниже в сравнении с системами на базе распредвала. Технология FlexWork подразумевает управление клапанами посредством электромагнитных катушек. При подаче напряжения на обмотку, катушки открывают клапан. При отключении напряжения клапан возвращается в закрытое положение при помощи пружины. В результате расходуется минимум энергии.
уменьшается вес движка, стоимость изготовления, происходит отказ от многих запчастей (например, не потребуется замена ремня ГРМ). Уменьшенный мотор можно ставить не только спереди, но и размешать сзади, что поменяет дизайн машин.
По сути эта система похожа на распределенный впрыск, управляемый ЭБУ. Где так же независимо управляются клапаны, и можно мгновенно корректировать момент открытия и длительность, ориентируясь на показания датчиков, что невозможно при классической схеме с распредвалами. Такая система позволяет оптимизировать работу двигателя на всех режимах – это разумно и перспективно.
Протестировав свою разработку на 1,4-литровом двигателе TSI Volkswagen, инженеры Empta выяснили, что их клапанная установка позволяет экономить до 20% топлива. Испытания начались ещё в октябре 2018 года, и по свидетельству авторов проекта, двигатель успешно работает до настоящего времени. Один из самых многообещающих моментов в проекте FlexWork — низкая цена компонентов. Это позволяет уменьшить себестоимость производства моторов и конечную цену на автомобили с двигателем внутреннего сгорания.
Электрогидравлическая клапанная система. Привод FlexWork в разрезе.Фото: Empa
Другой особенностью системы, установленной в Empa, является выбор гидравлической жидкости: вместо обычного масла можно использовать водно-гликолевую смесь, то есть охлаждающую воду двигателя. Благодаря своим физическим свойствам, эта среда подходит для быстро переключающихся гидравлических систем, так как она жесткая и, следовательно, создает меньше гидравлических потерь. Это делает головку блока цилиндров полностью безмасляной, т.е. можно использовать более дешевое моторное масло, при этом, менять его реже.
Выбирая рабочие параметры, время открытия и закрытия, а также подъем клапана для каждого цилиндра можно выбирать абсолютно без ограничений.Это означает, что каждое рабочее состояние двигателя можно варьировать от цикла к циклу, например, с помощью интеллектуального управления нагрузкой, путем выбора количества остаточного газа, остающегося в цилиндре (рециркуляция отработавших газов), или путем отключения ненужных цилиндров без уведомления водителя. Это делает двигатель легко адаптируемым к новым возобновляемым видам топлива. Кислородсодержащие топлива, такие как метанол или этанол, например, позволяют большему количеству остаточного газа оставаться в цилиндре.
Природный газ, биогаз и синтез-газ, вырабатываемый ветряной и солнечной энергией, обладают повышенными антидетонационными свойствами, и клапанная система также может гибко реагировать на это. Кроме того, альтернативные концепции сгорания также могут быть реализованы сравнительно легко, например, однородное самовозгорание: топливно-воздушная смесь зажигается в нужный момент без искр зажигания. Смесь сжигается практически без загрязнения окружающей среды.
Источник/ Источник
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.
Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!
Email*
Подписаться
naukatehnika.com
Двигатель без ГРМ | Журнал Популярная Механика
Именитый изобретатель Кристиан фон Кёнигсегг решил доказать всему автомобильному миру, что газораспределительный механизм, основа основ двигателя внутреннего сгорания, — не более чем лишняя дорогая деталь.
Будучи простым шведским мальчишкой, Кёнигсегг разбирал бытовые приборы, надеясь найти способ улучшить их. Говорят, что он первым придумал аудиоплееры с памятью на микросхемах, но в мире, увлеченном компакт-дисками, к нему никто не прислушался. Ему же приписывают идею защелкивающегося замка для напольного ламината. И вновь спустя несколько лет изобретение запатентовал кто-то другой. Правда это или нет, судить не возьмемся. Но сегодня к Кристиану прислушиваются очень внимательно, да и патентное право он выучил назубок.
В 2005 году автомобиль, названный именем Кристиана фон Кёнигсегга, официально стал самым быстрым серийным авто на планете: эксперты Книги рекордов Гиннеcса зафиксировали скорость 388,87 км/ч. Koenigsegg CCXR стал лучшим в мире спорткаром по соотношению массы и мощности. Koenigsegg One:1 лидирует в номинации «лучший разгон», достигая скорости 300 км/ч всего за 11,92 с.
Пока самые эффективные на свете спорткары бьют рекорд за рекордом, их создатель разъезжает на стареньком Saab 9−5, хитро улыбаясь. Под капотом у «старичка» единственный в мире двигатель, у которого нет ни распределительного вала, ни кулачков, ни толкателей клапанов, ни пресловутого ремня ГРМ. И, в отличие от бешеных Koenigsegg, предназначающихся лишь богатым и знаменитым, моторы с индивидуальными приводами клапанов обещают стать первым по‑настоящему массовым творением шведского изобретателя.
Старенький Saab, которому досталась опытная версия ГРМ с независимыми клапанами, проехал с ней 60 000 км, повидав и летний зной, и 20-градусные морозы. Головку блока цилиндров сделали из оригинальной «саабовской», выбросив из нее все лишнее и проточив новые каналы для гидравлики и пневматики. Наши коллеги из Jalopnik.com прокатились на «старичке» и отметили, что на оборотах до 3000 об/мин он проявляет дизельные повадки — характерно постукивает клапанами и выдает бешеный крутящий момент.
Меж двух стихий
В головке блока цилиндров испытательного «Сааба», как и положено, трудятся 16 клапанов. Каждый из них приводится отдельным актуатором, и каждый получает команду на открытие или закрытие от компьютера управления двигателем независимо от других.
Актуатор — главное ноу-хау Freevalve, дочерней компании Koenigsegg. Снабдить каждый клапан индивидуальным приводом и управлять ими независимо друг от друга пробовали многие разработчики, среди которых немало автопроизводителей с мировым именем. Наиболее очевидное решение в виде линейных электродвигателей (соленоидов) не приводит к желаемому результату: небольшим моторам не хватает мощности, чтобы разогнать клапаны до нужных скоростей (20 000 открытий и закрытий в минуту), возникают проблемы с охлаждением и надежностью.
Кристиан фон Кёнигсегг не вдается в детали принципа работы своего привода, но с удовольствием объясняет общую концепцию «пневмогидравлоэлектрического актуатора». Открывает клапаны пневматика, а закрывает — гидравлика. И пневматическая, и гидравлическая системы постоянно находятся под давлением и готовы сообщить клапану максимум энергии. Задача электрического привода — лишь вовремя подавать к клапану воздух или масло. Проблема охлаждения и смазки при этом решается сама собой: наиболее нагруженные детали привода обслуживаются соответствующими системами самого ДВС.
Прелесть актуатора Freevalve в том, что он подходит практически для любого автомобильного или мотоциклетного двигателя. Будь то высокооборотный мотор гоночного мотоцикла, раскручивающийся до 16 000 об/мин, или грузовой дизель, тарахтящий на 3500 об/мин, один и тот же привод будет полностью соответствовать их нуждам. Клапан гоночного мотоцикла сделан из легкого сплава, поэтому энергия актуатора с легкостью разгоняет его до больших скоростей. Клапан грузовика крупный и тяжелый, однако и высокие скорости ему не нужны.
На фортепиано коромыслом
«Использовать традиционный распредвал вместо Freevalve — это все равно что играть на фортепиано коромыслом вместо пальцев», — утверждает фон Кёнигсегг. Что за проблемы хочет решить изобретатель, программируя поведение каждого клапана в отдельности? Перечислим их в порядке нарастания интересности.
Самое очевидное: для разных режимов работы двигателя (прежде всего скорости вращения коленвала) существует свой оптимальный состав топливовоздушной смеси, свои правильные моменты открытия и закрытия клапанов. Традиционно эта проблема решается с помощью механизма изменения фаз газораспределения (например, VTEC): весь распределительный вал слегка поворачивается относительно шестерни привода газораспределительного механизма (ГРМ), и все моменты открытия и закрытия клапанов смещаются вперед или назад.
Красный график демонстрирует кривую открытия впускного клапана, синий — выпускного. Хорошо видно, что клапаны максимально долго пребывают в полностью открытом положении, — графики имеют почти прямоугольный профиль, тогда как с обычным ГРМ они были бы больше похожи на параболы. Необходимые объемы газов проходят через клапаны Freevalve за меньший промежуток времени, чем обычно, поэтому короткие фазы впуска и выпуска не перекрываются. В этом кроется причина почти двукратного улучшения экологических показателей.
Проблема VTEC заключается в ограниченном количестве режимов, в то время как индивидуально управляемые клапаны позволяют пересматривать оптимальный набор параметров при любом, даже самом малом изменении оборотов. Но главное то, что Freevalve позволяет изменять не только момент, но и продолжительность открытия клапанов.
А что, если нам захочется гибко управлять мощностью двигателя, отключая часть цилиндров? В современных двигателях задача решается с помощью весьма сложного механизма: для каждого клапана предусматривается два кулачка, которые сменяют друг друга, сдвигаясь вдоль распредвала. Один кулачок обеспечивает штатную работу клапана, второй отвечает за работу цилиндра в «режиме ожидания». Клапаны Freevalve позволяют в любой момент включать любую программу для любого цилиндра без каких-либо механических ухищрений.
И все же главная проблема традиционного ГРМ кроется в эллиптической форме кулачка, благодаря которой клапан практически никогда не бывает открыт или закрыт полностью. Вместо этого он всегда или плавно открывается, или плавно закрывается, что снижает его пропускную способность. Мало того, эта особенность приводит к тому, что в определенные моменты впускные и выпускные клапаны оказываются открытыми одновременно, и это отрицательно сказывается на экологических характеристиках двигателя.
Клапаны Freevalve позволяют сделать головку блока цилиндров и сам двигатель намного компактнее. Но это далеко не единственное компоновочное преимущество. Можно увеличить количество клапанов на один цилиндр, разделив функции между ними. К примеру, направлять одну часть выхлопа к турбине нагнетателя, а другую — напрямую к катализатору, из экологических соображений. Специальные клапаны пригодятся и для того, чтобы превратить автомобиль в пневматический гибрид.
Кристиан фон Кёнигсегг демонстрирует кривую открытия клапанов на мониторе специального прибора. Она напоминает прямоугольник: клапан резко открывается, удерживается в открытом состоянии, а затем резко закрывается. Это вам не вечный грустный эллипс традиционного клапана. Особенно интересно, что кривая сохраняет свою угловатость даже на высоких оборотах (до 10 000 об/мин) — актуатору хватает мощности, чтобы открывать и закрывать клапан действительно быстро.
Пожалуй, именно последнее свойство в наибольшей степени поспособствовало тому, что тестовый двигатель со свободными клапанами показал впечатляющие результаты на испытаниях: он выдает на 30% больше крутящего момента, потребляет на 30% меньше топлива и дает 50%-ное сокращение вредных выбросов.
Долой каноны!
Freevalve — это больше, чем кажется. Во‑первых, система может в значительной мере изменить облик автомобиля. Распределительный вал и толкатели клапанов занимают много места в головке блока цилиндров, да и весят немало. Четырехцилиндровый двигатель с Freevalve размерами и весом напоминает трехцилиндровый. Если же учесть, что независимые клапаны дают значительный прирост крутящего момента, то можно и вовсе обойтись двумя цилиндрами. И тогда крохотный моторчик можно будет спрятать хоть под сиденьем.
Система позволяет в любой момент перевести двигатель на экзотический цикл работы, хоть Миллера, как на Mazda, хоть Аткинсона, как на Prius. Чего уж скромничать: при желании мотор может в мгновение ока стать двухтактным, почти двукратно нарастив мощность! Фон Кёнигсегг мечтает об автомобилях с двумя топливными баками и системами питания: для бензина и дизеля. Для перехода на биотопливо гибкость настроек также актуальна.
Но самая интересная фантазия изобретателя — это пневматический гибрид. Используя специальную конфигурацию клапанов, можно превратить ДВС в компрессор, который при торможении будет закачивать воздух в баллон, аккумулируя давление. Затем сжатый воздух можно нагнетать в цилиндры, разгоняя автомобиль, или использовать в качестве мощного аналога турбонаддува, кратковременно увеличивая мощность двигателя.
Пожалуй, самое неожиданное свойство двигателя с независимыми клапанами — надежность. Каждый водитель боится обрыва ремня ГРМ: если поршень «догонит» клапаны, то же самое произойдет и во всех остальных цилиндрах. Дорогостоящая головка блока цилиндров, а вместе с ней и поршни, и, возможно, шатуны с коленчатым валом окажутся серьезно повреждены.
А с Freevalve все просто: нет ГРМ — нет и проблем! Если же один цилиндр вдруг «стуканет» — все остальные останутся целы и невредимы.
Статья «Нет ГРМ – нет проблем» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2016).www.popmech.ru
Китайцы продемонстрировали автомобильный двигатель без распределительного вала
Известная китайская компания Qoros, которая, по некоторым данным, имеет израильские корни, на международном автомобильном шоу в Гуанчжоу продемонстрировала публике новый прототип автомобильного двигателя, работающего без распределительного вала.
Мотор был показан публике в рамках презентации нового «железного коня» — хэтчбека Qoros 3. Именно он, по предварительным данным, станет частью серийной линейки автомобилей с инновационными силовыми установками.
Демонстрация рабочего прототипа, полагают эксперты, говорит о переходе Qoros к полноценным тестовым испытаниям безвальных двигателей. Будет ли эта модель автомобиля выходить в более привычном варианте пока что не сообщается. Напомним, что приобрести моторные масла можно в интернет-магазине автохимии «Тикамис» tikamis.ru.
Что касается китайской новинки, то первый революционный двигатель будет иметь весьма небольшой объем — всего 1,6 литра и мощность в 230 лошадиных сил. Крутящий момент, в свою очередь, составляет 320 Нм. Кстати, это практически в полтора раза выше, чем показатели мотора-донора. При этом производителю удалось заметно сократить расход топлива — приблизительно на 15 процентов.
Подобные результаты, отмечают технологи, были достигнуты за счет внедрения новой системы управления клапанами, разработанной в Швеции, и реализованной в Поднебесной. Разработчики отмечают, что они смогли достичь высокого уровня контроля за фазами распределения газа, а также отрегулировать не только такой параметр как время открытия клапана, но и наладить высоту его подъема. А это, соответственно, заметно сказалось не только на эффективности использования энергии топлива, но и на конструкции самого мотора.
Как скоро новый «железный» конь с революционной силовой установкой под капотом завершит все намеченные компанией-производителем тестовые испытания и поступит в открытую продажу, не сообщается. Однако охотники за автомобильными сенсациями утверждают, что планы у союза китайской и шведской компаний действительно грандиозные. В обозримом будущем безвальные моторы должны превратиться в обыденную деталь автомобиля.
versia.ru