Калі мільярдэр Біл Гейтс і Khosla Ventures вырашылі інвеставаць мільёны ў EcoMotors — кампанію, якая распрацоўвае рухавікі з супрацьлеглымі поршнямі, — аўтамабільны свет звярнуў на гэта ўвагу. Рухавікі з супрацьлеглымі поршнямі маюць доўгую і багатую гісторыю, аднак амаль не выкарыстоўваліся ў дарожным транспарце. EcoMotors паставіла сабе за мэту змяніць гэта, прапанаваўшы свежы погляд на забытую тэхналогію.
Што такое рухавік OPOC?
EcoMotors назвала свой рухавік OPOC — скарачэнне ад Opposed Piston Opposed Cylinder (супрацьлеглыя поршні, супрацьлеглыя цыліндры). Канструкцыя ўключае два цыліндры, у кожным з якіх знаходзяцца два поршні, накіраваных насустрач адзін аднаму. Нягледзячы на тое, што архітэктура OPOC сумяшчальная з бензінавымі рухавікамі (у тым ліку на спіртавым паліве), EcoMotors засяродзілася перш за ўсё на дызельных прыкладаннях.
Як працуе рухавік OPOC
Рухавік OPOC працуе па двухтактным цыкле, гэта значыць супрацьлеглыя поршні ў кожным цыліндры завяршаюць рабочы ход за адзін абарот каленчатага вала. Калі поршні рухаюцца да сваіх мёртвых кропак, яны адкрываюць акны ў сценках цыліндраў — адзін поршань кіруе ўпускам, другі — выхлапам. Момант адкрыцця акон старанна разнесены па фазе: выхлапнае акно адкрываецца крыху раней і закрываецца раней, чым ўпускное, — гэта неабходна для эфектыўнага газаабмену.
Адмова ад галовак цыліндраў, клапанаў і звязаных з імі прывадаў прывяла да значных паляпшэнняў. Па дадзеных EcoMotors, у параўнанні са звычайным дызельным рухавіком эквівалентнай магутнасці OPOC забяспечвае:
- зніжэнне страт на трэнне на 50%
- зніжэнне расходу масла на 50%
- зніжэнне агульнай колькасці дэталей на 50%
- зніжэнне масы на 30–50%
- памяншэнне габарытаў пад капотам у 2–4 разы
Ключавое наватарства: адзін цэнтральны каленчаты вал
Галоўнае адрозненне OPOC ад больш ранніх канструкцый з супрацьлеглымі поршнямі — выкарыстанне аднаго цэнтральнага каленчатага вала. У папярэдніх варыянтах выкарыстоўваліся два каленчатыя валы — па аднаму з кожнага боку рухавіка, — што рабіла іх значна большымі і цяжэйшымі. З-за гэтых габарытаў старыя канструкцыі выкарыстоўваліся толькі ў цяплавозах і суднах. Аб’яднаўшы ўсё вакол аднаго цэнтральнага каленчатага вала, EcoMotors зрабіла фармат з супрацьлеглымі поршнямі прыдатным для значна больш шырокага спектру транспартных сродкаў.
Электрычны турбакампрэсар: рашэнне праблемы прадзімкі двухтактнага рухавіка
Як і ўсе двухтактныя рухавікі, OPOC патрабуе знешняга прылады для прадзімкі цыліндраў пры адкрытых акнах. EcoMotors ускладала гэту задачу на турбакампрэсар — аднак гэта стварае відавочную праблему: турбакампрэсар бескарысны пры запуску, пакуль выхлапныя газы не наберуць ціск.
Рашэнне — убудаваны электрарухавік, усталяваны на валу турбакампрэсара. Гэта не зусім новая канцэпцыя, аднак EcoMotors была ў ліку першых, хто прымяніў яе ў канструкцыі, арыентаванай на серыйную вытворчасць. Вось як гэта працуе:
- Пры запуску: электрарухавік атрымлівае харчаванне ад бортавога акумулятарнага блока, раскручвае турбакампрэсар і забяспечвае прадзімку цыліндраў да дасягнення рабочай хуткасці рухавіком.
- На крэйсерскім рэжыме: электрарухавік адключаецца, і турбакампрэсар працуе ў звычайным рэжыме.
- Пры высокай нагрузцы: калі паток выхлапных газаў дастаткова моцны, электрарухавік змяняе ролю і пачынае працаваць як генератар, рэкупіруючы энергію і зараджаючы акумулятар.
Патэнцыял прадукцыйнасці і тэарэтычныя перавагі
Двухтактная архітэктура OPOC тэарэтычна здольная забяспечыць удвая большую ўдзельную магутнасць на адзінку аб’ёму у параўнанні з аналагічным чатырохтактным рухавіком — хаця гэтая мяжа на практыцы яшчэ не была дасягнута. Яшчэ адна механічная перавага звязана з ходам поршняў: паколькі два супрацьлеглыя поршні дзеляць адлегласць хода, кожны поршань праходзіць толькі палову адлегласці звычайнага поршня пры той жа частаце абаротаў рухавіка. Гэта непасрэдна выяўляецца ў зніжэнні хуткасці поршняў і памяншэнні страт на трэнне.
EcoMotors таксама сцвярджае, што геаметрыя камеры згарання OPOC забяспечвае выключна поўную прадзімку цыліндраў, яшчэ больш павялічваючы эфектыўнасць двухтактнага цыкла.
Петэр Хофбаўэр: інжынер, які стаіць за рухавіком
OPOC у значнай меры абавязаны сваёй вынаходлівасцю Петэру Хофбаўэру — заснавальніку, старшыні і тэхнічнаму дырэктару EcoMotors. Хофбаўэр звыш двух дзесяцігоддзяў узначальваў распрацоўку перспектыўных рухавікоў у кампаніі Volkswagen, дзе адказваў за такія распрацоўкі, як VR6 — кампактны 15-градусны V6 з вузкім вуглом развалу цыліндраў. Ён пачаў канцэптуальна апрацоўваць схему OPOC за некалькі гадоў да заснавання EcoMotors у 2008 годзе, а яго вопыт надае праекту значны аўтарытэт.
Рэальныя характарыстыкі: мадэль EM100
Флагманскі дызельны прататып EcoMotors — EM100 — назапасіў звыш 500 гадзін на стэндавым дынамометры, чаго дастаткова, каб пацвердзіць: базавая канструкцыя функцыянуе ў адпаведнасці з задумай. Аднак карціна больш неадназначная, калі гаворка ідзе пра заяўленыя паказчыкі прадукцыйнасці. На максімальных наладках магутнасці EM100 дасягае мэтавых значэнняў магутнасці і моманту толькі без актыўных сістэм кантролю выкідаў. У такой канфігурацыі EcoMotors прапануе яго перш за ўсё для ваенных прыкладанняў, дзе ўдзельная магутнасць важней за адпаведнасць экалагічным нормам.
Для грамадзянскіх дарожных транспартных сродкаў EcoMotors прапануе іначай наладжаную версію таго ж рухавіка з наступнымі характарыстыкамі:
- Магутнасць: 300 к.с.
- Крутоўны момант: 746 Н·м
- Паляпшэнне паліўнай эфектыўнасці: ~15% у параўнанні са звычайным дызельным рухавіком
- Выкіды: адпавядаюць стандартным дарожным нормам у дадзенай канфігурацыі
Нягледзячы на тое, што 15% можа здацца сціплым у параўнанні з загалоўным заяўленнем аб эфектыўнасці ў 45–50%, гэта ўсё роўна значны выйгрыш у галіне, дзе інжынеры звычайна змагаюцца за долі адсотка.
Модульная канструкцыя: два рухавікі — адна сілавая ўстаноўка
Адзін з найбольш пераканаўчых аспектаў архітэктуры OPOC — яе модульная маштабаванасць. EcoMotors прапануе аб’ядноўваць два блока OPOC у адзіную чатырохцылінкравую сілавую ўстаноўку, злучаную электронна кіраванай муфтай. Сістэма працуе наступным чынам:
- Пры малой нагрузцы: працуе толькі адзін модуль, функцыянуючы ў найбольш эфектыўным дыяпазоне.
- Пры высокай нагрузцы: другі модуль плаўна ўключаецца праз электронную муфту.
- Вібрацыя: паколькі OPOC унутрана добра збалансаваны, паўторнае ўключэнне неактыўнага модуля суправаджаецца мінімальным шумам і вібрацыяй.
Гэта канцэптуальна падобна да дэактывацыі цыліндраў у буйных V-рухавіках — але з адным важным адрозненнем. У звычайных сістэмах адключэння цыліндраў дэактываваныя поршні працягваюць рухацца ўверх-уніз, ствараючы паразітныя страты. У модульнай схеме OPOC неактыўны блок цалкам спыняецца, поўнасцю ліквідуючы гэтыя страты. У спалучанай канфігурацыі кожны модуль разлічаны на 240 к.с., забяспечваючы сумарную магутнасць 480 к.с., і пры гэтым, паводле заяваў, дасягае максімальнага 45-працэнтнага паляпшэння паліўнай эфектыўнасці і адпаведнасці жорсткім нормам па выкідах.
Наступны крок: EM65 і планы пашырэння
EcoMotors таксама распрацавала меншую версію EM100: EM65 — двухцылінкравы агрэгат магутнасцю 75 к.с., лягчэйшы і больш кампактны, чым флагманская дызельная мадэль. У адрозненне ад EM100, EM65 запланаваны як бензінавы рухавік, адкрываючы шлях да больш шырокага спектру прыкладанняў:
- Лёгкія грузавікі і фургоны
- Легкавыя аўтамабілі
- Гібрыдна-электрычныя аўтамабілі
OPOC — тэхналогія, якая яшчэ развіваецца, і многія з найсмялейшых заяваў EcoMotors чакаюць пацверджання ва ўмовах рэальнай эксплуатацыі. Разам з тым кваліфікацыя галоўнага канструктара — чалавека, які аддаў два дзесяцігоддзі кампаніі Volkswagen, — вельмі красамоўна сведчыць аб сур’ёзнасці праекта. Варта таксама адзначыць, што праца Хофбаўэра над OPOC перагукваецца з ранняй інжынернай філасофіяй Porsche — дарэчная паралель з улікам асноватворнай ролі Фердынанда Порша ў стварэнні брэнда Volkswagen.
Гэта пераклад. Арыгінал можна прачытаць тут: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
Апублікавана Кастрычнік 21, 2021 • 7 хв на чытанне
