FreeValve, як може працювати двигун без распредвала
Упевнений, що багато наших читачів знають про існування компанії під назвою. Koenigsegg. Але також ми впевнені, що ви майже нічого не чули про її дочірній фірмі під назвою FreeValve.
Якщо це дійсно так, то ласкаво просимо у світ високих автотехнологій. Скандинави розробили та втілюють у життя надзвичайно цікавий продукт, новий (це не перебільшення) тип двигуна в якому немає таких звичних для всіх, хто пов’язаний з автомобілями деталей, таких як распредвал двигуна.
Дивіться також: 1.6 літровий двигун без распредвала від Qoros 3 розвиває 230 л. с.
Якщо поглянути в минуле, в 80-е роки, топової і просунутою технологією стала система управління клапанами типу VTEC, 90-ті роки відзначилися розробкою і застосуванням просунутою системою уприскування палива, трохи пізніше кульмінацією розвитку прямого вприскування стали пізні 2000-е. Майбутнє за технологією FreeValve, “без системи розподільних валів” приводить клапани рух в ДВС. Але чи це дійсно стане майбутнім моторобудування? Давайте подивимося разом.
Як і будь-яка інша технологічна революція, FreeValve Camfree став технологічним проривом, який повинен (або зобов’язаний?) змінити розстановку сил у технологіях створення двигунів внутрішнього згоряння. Основний принцип звучить просто і геніально, замість певної прив’язки до певної, статичної формулою, нова технологія пропонує гнучкість в процесі роботи двигуна.
Технології змінюваного відкриття клапанів існують вже відносно давно, було зроблено безліч прототипів від різних автовиробників, існують навіть схожі серійні версії від BMW, але жодна з них не може зрівнятися з можливостями, які пропонує новий тип двигуна, розроблений скромною скандинавською компанією. Геніальність просуває системи також не в останню чергу полягає в тому, що вона не передбачає серйозних змін в конструкції самого двигуна. Тим не менше ця удавана простота не допомогла уникнути FreeValve дорожнечу і складнощів виробництва. Закон бізнесу, новинки стоять завжди чималих грошей.
Мотор FreeValve на 30% могутніше, в два рази екологічніше і на 20-50% економічніше звичайного распредвального двигуна
Як і інші інженери, які зосередилися на розвитку технологій дезактивації і змінним ступенем стиснення, а також змінюваного обсягу, хлопці з FreeValve працювали над тим, що називається топової світової технологією мотора, що стоїть на вістрі атаки прогресу.
В ході досліджень, компанія Koenigsegg з’ясувала, що технологія приводу клапанів має величезний потенціал розвитку, рішення було логічним, розробити реальну систему, засновану на теоретичному досвіді, таким чином для досягнення амбітних цілей відбулося об’єднання з дочірньою компанією Cargine, згодом перейменованої в FreeValve.
Вступ закінчилося. Переходимо до подробиць.
Давайте перейдемо до вивчення всіх нюансів FreeValve технології, яка не так давно була публічно розкрита для громадськості.
У чому різниця між системою без розподільних валів і класичною технологією приводу клапанів
З назви та опису технології стає зрозумілим, що мова дійсно йде про двигуні, в якому відсутні розподільні вали. Насправді незвичайний підхід до інженерії внутримоторных технологій, головний секрет яких полягає в тому, що двигуну не потрібні ці вали, оскільки клапани розраховані на індивідуальну роботу, кожен окремо. Кожен клапан не пов’язане жорстко з сусідніми клапанами, звідси походить назва- «вільні клапани», FreeValve.
Головна думка полягає в тому, щоб робота двигуна внутрішнього згоряння стала більш ефективною у всіх фазах роботи. Стандартні розподільні вали зважаючи закладених в них конструктивних особливостей є вкрай компромісними варіантами, що часто призводить до певних «жертвам», підвищений витрата палива на догоду потужності або низький крутний момент на високих оборотах на догоду пікової потужності і т. д..
З новою технологією інженери отримали можливість зробити двигун ефективним при будь-яких оборотах і на всіх режимах роботи, не побоюючись провалів на холостому ходу, посередньою динаміки або високої витрати палива.
Звучить як недосяжна мрія, але немає нічого неможливого, можливо все, що можливо собі уявити. Дочірня компанія Кенігсегг домоглася високих результатів, створивши цілком робочий, практично серійний екземпляр своєї розробки, яку вони довгі роки возили від виставки до виставки, представляючи прототип на різних свої новинки. Замість розподільних валів, кожен клапан приводиться в рух окремим приводом, роботу яких в свою чергу контролює електроніка.
Наскільки хороша новинка і наскільки вона дорожче звичайної системи привода клапанів?
Розробники стверджують, що система без распредвалів використовує на 10% менше енергії, ніж тПорадиційні рішення приводу. Ці відсотки у стандартній схемі двигуна зазвичай йдуть на подолання тертя, привід і роботу всієї верхньої частини «голови» мотора, тобто всіх цих численних систем. Ефективність використання такого двигуна як нескладно здогадатися буде на 10% краще, але набагато більший виграш стане очевидним при екологічній перевірці.
Двигун може працювати в чотирьох циклах: стандартний – Отто, складний – Міллера і економний-Аткінсона. Також двигун здатний відтворювати цикл Хедмана із змінним ступенем стиснення
Наприклад, в двигуні з іскровим запалюванням, (читайте, в бензиновому моторі) з встановленим FreeValve можна сміливо зняти каталітичний нейтралізатор, а економічність навіть у потужного бензинового двигуна стане схожа дизельного варіанту.
В результаті отриманий силовий агрегат стане дешевше еквівалентного дизельного мотора, кажуть в FreeValve. На дизельні двигуни також можуть бути встановлені новомодні електронні приводи клапанів, що в теорії має трохи знизити витрату мотора, що працює на ДП і серйозно підвищити екологічність його вихлопу.
Вартість нової технології. Якщо взяти до уваги науку економіку, то виходить, що перші 10 – 100 тис. двигунів, побудованих за цією технологією, будуть коштувати дорожче звичайних типів силових агрегатів, але в кінцевому підсумку, коли виробництво буде поставлено на промисловий потік і при досягненні певної «критичної маси», вартість нових типів двигунів почне поступово знижуватися і в підсумку зрівняється з вартістю стандартного ДВС.
При цьому такі мотори будуть більш ефективними, ніж тПорадиційні моделі, будуть менше витрачати пального при збільшенні потужності і стануть показувати набагато більш прийнятні показники полиці крутного моменту.
Що станеться, якщо система покаже себе неспроможною?
Прихильникам класичної схеми двигунів і тим людям, які з острахом приймають всі оновлення в світі технологій і технічних нововведень, напевно, цікаво, наскільки все буде погано, при поломці новомодної системи. І взагалі, а надійна вона?
Заперечувати безглуздо, будь-який, навіть самий надійний девайс може видати неприємну осічку, також не варто забувати про конструктивні дефекти, які можуть бути не виявлені на початковому етапі розробки. Підсумок передбачуваний, дорога поломка. Але і тут у FreeValve є невеликий втішний козир в рукаві.
Неймовірно, але цей двигун зможе нормально виконувати свої робочі функції навіть при поломці одного або декількох приводів клапанів, зрозуміло це позначиться на пікової потужності на високих оборотах, але як запевняють розробники, різниця буде незначна.
Це цікаво: Дизельні мотори: Історія розвитку
Передбачений аварійний варіант роботи двигуна,полягає він у тому, що навіть якщо 75% приводів клапанів вийдуть з ладу, автомобіль зможе самостійно дістатися до СТО, неймовірна живучість. Тестування тривають…, але найголовніше, чого розробники все ще ніяк не можуть побороти, це як раз витривалість такого типу приводу. В ньому все добре, але камінь спотикання, полягає в тому, що довго система не виходжує. Однак це тимчасове явище і його вдасться нейтралізувати, адже інженери з теоретичними розрахунками з’ясували, надійність такої системи може бути порівняна зі стандартним двигуном ДВС. Змодельовані сотні мільйонів циклів роботи приводів, відчутного зносу виявлено не було. Залишилося застосувати знання на практиці і можна виїжджати.
Шведська компанія порівнює технологію розподільного валу, з грою на піаніно двома руками, кожна з яких прив’язана до протилежних кінцях мітли. Використання кожного пальця окремо, як роблять піаністи, дозволить перейти до індивідуального керування клапанами.
З вищесказаного можна зробити висновок:
1. На даний момент технологія явно сира. Двигун не здатний пройти стільки ж, скільки ходять без серйозних проблем мотори зі звичайною системою розподільних валів.
2. Але навіть на цьому етапі розробки, система показала себе з кращого боку. Ні один мотор зі стандартною системою газорозподілу не здатний хоч якось нормально працювати, якщо перестануть працювати 75% клапанів (уявімо це гіпотетично). Більш того, перестань функціонувати в нормальному режимі хоча б один з клапанів на звичайних ДВЗ, ви втратите більше, ніж пікову потужність на високих оборотах. Тобто в плані поломок, якщо вже щось сталося з ГРМ, скандинавська технологія явно обходить всі інші типи двигунів.
Ще один плюс. На революційному двигуні, як стверджують інженери, що працюють над проектом, неможлива зустріч клапанів з поршнями в разі обриву ременя/розтягування ланцюга адже її тут просто немає.
Технічні нюанси. FreeValve – більше, ніж повністю змінювані фази газорозподілу?
Якщо відповісти коротко, по суті, то так, це більше ніж двигун із змінними фазами газорозподілу, тому що кожен конкретний клапан може мати різні «підйоми», як за часом, так і в позиції відкриття. Також він може відкриватися і закриватися з різною швидкістю, змінюючи частоту, за цим в онлайн режимі стежить система бортових комп’ютерів вираховуючи необхідний режим ходу клапана у відповідності з режимом роботи двигуна з точністю підйому аж до 1/10 міліметра.
Як видно приводи (актуатори) здатні робити це з надзвичайною точністю, значно перевершуючи показники роботи ГРМ у звичайному двигуні.
Дивіться також: Навіщо міняти ремінь ГРМ
До речі, електроприводи, вони ж актуатори, найважливіша частина розроблюваного типу мотора. Клапани за допомогою індивідуальних систем приводяться в рух до 20 тис. відкриттів, закриттів в хвилину. Датчики контролю положення клапана пильно стежать за подіями, моніторячи положення клапанів, увагу, – 100 тис. разів в 1 секунду (!!!). Причому привід, що рухає клапани не просто електричний, такий тип не витримує колосальних навантажень/швидкостей/температур і швидко виходить з ладу. У компанії Koenigsegg розробили «пневмогидроэлектрический тип приводу». Кожна зі стихій: пневматика, гідравліка, електрика, виконує суто свою окрему функцію. Пневматикою клапан відкривається, за допомогою гідравліки – закривається. Електропривод подає повітря і масло, щоб у системі було необхідне для роботи актуатора тиск.
Цей тип приводу підійде і гоночного мотоцикла та вантажного автомобіля
Ще одна економічна вигода, про яку варто згадати. Застосування гидропневмоэлектро клапанів не вимагає безлічі деталей, дорогих і важких. Не потрібні шестерні ГРМ, кришка ГРМ, ланцюг ГРМ (або ремінь), распредвал і навіть регулятор тиску наддуву для турбірованних двигунів.
Дивіться також: Довговічність і термін служби автомобіля
Зважаючи на вищесказане силовий агрегат можна зробити компактніше і легше тПорадиційного мотора.
Коли можна купити автомобіль з таким двигуном?
Дивно, але першим автомобілем, який вийде на ринок обладнаний такий безраспредвальной системою, стане не гоночний потужний спорткар Koenigsegg, швидше за все лаври першопрохідця дістануться китайської моделі Quoros 3, з яким шведська Кенігсегг уклав договір про співпрацю. Доступність гарантована. Кілька місяців, рік чи півтора і на дорогах з’являться перші ластівки. Враховуючи те, що шведи розробляли технологію починаючи з 2000 року, чекати залишилося зовсім не довго.
Koenigsegg One: Новий король швидкості
На виході ми отримаємо більш тихий, більш економічний, ефективний і потужний бензиновий мотор в порівнянні з сучасними аналогами. Сподіваємося реальність не розчарує.
