Když miliardář Bill Gates a Khosla Ventures rozhodli investovat miliony do EcoMotors — společnosti navrhující motory s protilehlými písty — automobilový svět zpozorněl. Motory s protilehlými písty mají dlouhou a bohatou historii, přesto zůstávaly do velké míry nepřítomné v silniční dopravě. EcoMotors se rozhodl to změnit novým pohledem na tuto opomíjenou technologii.
Co je motor OPOC?
EcoMotors pojmenoval svůj motor OPOC — zkratka pro Opposed Piston Opposed Cylinder (motor s protilehlými písty a protilehlými válci). Konstrukce zahrnuje dva válce, přičemž každý obsahuje dva písty namířené proti sobě. Přestože architektura OPOC je kompatibilní s benzínovými motory (včetně variant spalujících alkohol), EcoMotors se zaměřil především na naftové aplikace.
Jak motor OPOC funguje
Motor OPOC pracuje na dvoutaktním cyklu, což znamená, že protilehlé písty v každém válci dokončí pracovní zdvih za jednu otáčku klikového hřídele. Jak se písty pohybují ke svým mrtvým polohám, odkrývají rozvodová okna ve stěnách válce — jeden píst ovládá sání, druhý výfuk. Načasování oken je pečlivě rozloženo tak, aby se výfukové okno otevřelo mírně dříve a uzavřelo dříve než sací okno, což je zásadní pro efektivní výměnu plynů.
Eliminace hlav válců, ventilů a jejich přidruženého ovládacího mechanismu přinesla významné zisky. Podle EcoMotors, ve srovnání s konvenčním naftovým motorem srovnatelného výkonu, OPOC dosahuje:
- 50% snížení třecích ztrát
- 50% nižší spotřeba oleje
- 50% méně celkových součástí
- 30–50% snížení hmotnosti
- 2–4× menší zástavbový prostor pod kapotou
Klíčová inovace: Jediný centrální klikový hřídel
Co odlišuje OPOC od dřívějších konstrukcí s protilehlými písty, je použití jediného centrálního klikového hřídele. Předchozí varianty vyžadovaly dva klikové hřídele — jeden na každém konci motoru — což je činilo výrazně většími a těžšími. Tato hmotnost omezila starší konstrukce na naftové lokomotivy a lodě. Soustředěním všeho kolem jednoho centrálního klikového hřídele učinil EcoMotors formát s protilehlými písty životaschopným pro mnohem širší škálu vozidel.
Elektrické turbodmychadlo: Řešení problému proplachování dvoutaktního motoru
Stejně jako všechny dvoutaktní motory vyžaduje OPOC externí zařízení k proplachování válců při otevřených rozvodových oknech. EcoMotors tuto roli přidělil turbodmychadlu — ale to přináší zřejmý problém: turbodmychadlo je při startu k ničemu, dokud výfukové plyny nevybudují dostatečný tlak.
Řešením je integrovaný elektromotor namontovaný na hřídeli turbodmychadla. Nejde o zcela nový koncept, ale EcoMotors patřil mezi první, kteří ho přivedli do výrobně orientované konstrukce. Takto to funguje:
- Při startu: Elektromotor čerpá z palubní baterie k roztočení turbodmychadla a zajištění proplachování válců, než motor dosáhne provozních otáček.
- Při jízdě: Elektromotor se vypne a turbodmychadlo pracuje konvenčním způsobem.
- Při vysokém zatížení: Když je průtok výfukových plynů silný, elektromotor změní svou roli a funguje jako generátor, rekuperuje energii a dobíjí baterii.
Výkonnostní potenciál a teoretické výhody
Dvoutaktní architektura OPOC je teoreticky schopná dosáhnout dvojnásobného poměru výkonu k objemu ve srovnání se srovnatelným čtyřtaktním motorem — i když tohoto stropu nebylo v praxi dosaženo. Další mechanická výhoda plyne z pohybu písty: protože dva protilehlé písty sdílí zdvihovou vzdálenost, každý píst potřebuje urazit pouze polovinu vzdálenosti konvenčního pístu při stejných otáčkách motoru. To se přímo promítá do nižších rychlostí písty a snížených třecích ztrát.
EcoMotors také tvrdí, že geometrie spalovacího prostoru OPOC umožňuje výjimečně důkladné proplachování válců, což dále maximalizuje účinnost dvoutaktního cyklu.
Peter Hofbauer: Inženýr za motorem
OPOC vděčí velkou část své důmyslnosti Peteru Hofbauerovi, zakladateli, předsedovi a technickému řediteli EcoMotors. Hofbauer strávil více než dvě desetiletí vedením vývoje pokročilých motorů ve Volkswagenu, kde byl zodpovědný za inovace včetně VR6 — kompaktního šestiválce VW s úzkým rozevřením válců 15 stupňů. Konceptualizaci uspořádání OPOC začal několik let před založením EcoMotors v roce 2008 a jeho zázemí propůjčuje projektu značnou věrohodnost.
Skutečné specifikace: Model EM100
Vlajkový naftový prototyp EcoMotors, EM100, nasbíral více než 500 hodin na podvozkovém dynamometru — dostatečně k potvrzení, že základní konstrukce funguje podle záměru. Obrázek je však nuancovanější, pokud jde o deklarované výkonnostní hodnoty. Při maximálním výkonovém nastavení EM100 splňuje cíle výkonu a točivého momentu pouze bez aktivních emisních systémů. V této konfiguraci ho EcoMotors nabízí především pro vojenské aplikace, kde poměr výkonu k hmotnosti má přednost před shodou s výfukovými normami.
Pro civilní silniční vozidla nabízí EcoMotors jinak naladěnou verzi téhož motoru s následujícími specifikacemi:
- Výkon: 300 hp
- Točivý moment: 746 N·m
- Zlepšení palivové účinnosti: ~15 % oproti konvenčnímu naftovému motoru
- Emise: Kompatibilní se standardními silničními předpisy v této konfiguraci
Zatímco 15 % může vypadat skromně ve srovnání s hlavní deklarací účinnosti 45–50 %, stále představuje podstatný přínos v odvětví, kde inženýři rutinně bojují o zlomky procenta.
Modulární konstrukce: Dva motory, jeden pohonný systém
Jedním z nejpůsobivějších aspektů architektury OPOC je její modulární škálovatelnost. EcoMotors navrhuje spojení dvou jednotek OPOC do jednoho čtyřválcového pohonného systému propojeného elektronicky řízenou spojkou. Systém funguje takto:
- Při nízkém zatížení: Pracuje pouze jeden modul v nejúčinnějším rozsahu.
- Při vysokém zatížení: Druhý modul je plynule zapojen prostřednictvím elektronické spojky.
- Vibrace: Protože OPOC je ze své podstaty dobře vyvážen, reaktivace nečinného modulu způsobuje minimální hluk nebo vibrace.
Toto je konceptuálně podobné deaktivaci válců u velkých motorů ve tvaru V — ale s klíčovým rozdílem. V konvenčních systémech deaktivace válců deaktivované písty stále kmitají nahoru a dolů, čímž vytvářejí parazitní odpor. V modulárním uspořádání OPOC se neaktivní jednotka zcela zastaví, čímž tuto ztrátu zcela eliminuje. V párové konfiguraci je každý modul hodnocen na 240 hp, čímž vzniká kombinovaný výkon 480 hp, přičemž se údajně dosahuje maximálního 45% zlepšení palivové účinnosti a souladu s přísnými normami výfukových emisí.
Co bude dál: EM65 a plány na expanzi
EcoMotors také navrhl menšího sourozence EM100: EM65, 75 hp dvouválcovou jednotku, která je lehčí a kompaktnější než vlajkový naftový model. Na rozdíl od EM100 je EM65 plánován jako benzínový motor, čímž se otevírají dveře pro širší škálu aplikací:
- Lehké nákladní automobily a dodávky
- Osobní automobily
- Hybridní elektrická vozidla
OPOC je stále vyvíjející se technologie a mnoho nejodvážnějších tvrzení EcoMotors čeká na ověření v reálných podmínkách. Nicméně původ jeho hlavního konstruktéra — muže, který věnoval dvě desetiletí Volkswagenu — nabízí smysluplnou věrohodnost. Stojí také za zmínku, že Hofbauerova práce na OPOC připomíná ranou inženýrskou filozofii Porsche — vhodná ozvěna s ohledem na vlastní základní roli Ferdinanda Porscheho při budování značky Volkswagen.
Toto je překlad. Originál si můžete přečíst zde: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
Publikováno Říjen 21, 2021 • 6m ke čtení
