Kui miljardär Bill Gates ja Khosla Ventures otsustasid investeerida miljoneid EcoMotorsi — vastukolbmootoreid arendavasse ettevõttesse —, pani autotööstuse maailm seda tähele. Vastukolbmootoritel on pikk ja rikkalik ajalugu, kuid need on suuresti puudunud maanteetranspordist. EcoMotors seadis eesmärgiks selle muuta, pakkudes välja värsket lähenemist sellele tähelepanuta jäetud tehnoloogiale.
Mis on OPOC mootor?
EcoMotors nimetas oma mootori OPOC-iks — lühend ingliskeelsest nimetusest Opposed Piston Opposed Cylinder (vastukolb-vastusilinder). Konstruktsioon koosneb kahest silindrist, millest kumbki sisaldab kahte üksteise suunas liikuvat kolbi. Kuigi OPOC arhitektuur sobib ka bensiinimootorite jaoks (sealhulgas alkoholikütusega variandid), on EcoMotors keskendunud peamiselt diieselrakendustele.
Kuidas OPOC mootor töötab
OPOC mootor töötab kahetaktilisel tsüklil, mis tähendab, et igas silindris asuvad vastukolbid sooritavad töötakti ühe väntvõlli pöördega. Kui kolbid liiguvad surnud punktide suunas, avavad nad silindri seintes paiknevad kanalid — üks kolb juhib sissepuhkust, teine väljapuhkust. Kanali ajastus on hoolikalt nihestatud nii, et väljapuhkuse kanal avaneb veidi varem ja sulgub samuti varem kui sissepuhkuse kanal, mis on tõhusa gaasivahetuse jaoks hädavajalik.
Silindripärade, klappide ja nendega seotud käitusseadmete välistamine on andnud olulisi eeliseid. EcoMotorsi andmetel pakub OPOC võrdluses samaväärse võimsusega tavalise diiselmootori suhtes:
- 50% vähem hõõrdekadusid
- 50% madalamat õlikulu
- 50% vähem komponente kokku
- 30–50% kergemat kaalu
- 2–4× väiksemat jalajälge kapoti all
Peamine uuendus: üks tsentraalne väntvõll
See, mis eristab OPOC-i varasematest vastukolbmootori konstruktsioonidest, on ühe tsentraalse väntvõlli kasutamine. Varasemad versioonid vajasid kahte väntvõlli — üht mootori mõlemas otsas —, mis muutis need märkimisväärselt suuremaks ja raskemaks. See maht piiras vanemaid konstruktsioone diisellokomotiivide ja laevade kasutusvaldkonnaga. Koondades kõik ühe tsentraalse väntvõlli ümber, on EcoMotors muutnud vastukolbmootori formaadi elujõuliseks palju laiemale sõidukite valikule.
Elektriline turbolaadur: kahetaktilise silindripuhastuse probleemi lahendus
Nagu kõigi kahetaktiliste mootorite puhul, vajab OPOC välist seadet silindrite puhastamiseks kanalite avatud oleku ajal. EcoMotors määras selle rolli turbolaadurile — kuid see toob kaasa ilmse probleemi: turbolaadur on käivitamisel kasutu, kuni heitgaasid tekitavad piisava rõhu.
Lahendus on turbolaaduri võllile paigaldatud integreeritud elektrimootor. See pole täiesti uus kontseptsioon, kuid EcoMotors oli üks esimesi, kes tõi selle tootmisele orienteeritud konstruktsiooni. Siin on, kuidas see toimib:
- Käivitamisel: Elektrimootor kasutab pardaakupaketti turbolaaduri pööramiseks ja silindrite puhastamiseks enne, kui mootor jõuab tööreziimi.
- Maanteesõidul: Elektrimootor lülitatakse välja ja turbolaadur töötab tavapäraselt.
- Suure koormuse korral: Kui heitgaaside vool on tugev, vahetab elektrimootor rolli ja töötab generaatorina, taastades energiat ja laades akut.
Jõudluspotentsiaal ja teoreetilised eelised
OPOC-i kahetaktiline arhitektuur on teoreetiliselt võimeline tagama kaks korda suurema võimsuse ja tööruumala suhte võrreldes sarnase neljataktilise mootoriga — kuigi seda lage pole praktikas saavutatud. Veel üks mehaaniline eelis tuleneb kolvi liikumisest: kuna kaks vastukolbi jagavad käigupikkust, peab kumbki kolb liikuma vaid poole kauguse võrra võrreldes tavalise kolbiga samal mootori kiirusel. See tähendab otseselt madalamaid kolvi kiirusi ja väiksemaid hõõrdekadusid.
EcoMotors väidab ka, et OPOC-i põlemiskambri geomeetria võimaldab erakordselt põhjalikku silindrite puhastamist, maksimeerides veelgi kahetaktilise tsükli tõhusust.
Peter Hofbauer: mootori taga olev insener
OPOC võlgneb suure osa oma leidlikkusest Peter Hofbauerile, EcoMotorsi asutajale, esimehele ja tehnikajuhile. Hofbauer veetis üle kahe aastakümne Volkswagenis, juhtides täiustatud mootori arendust ning olles vastutav selliste uuenduste eest nagu VR6 — VW kompaktne 15-kraadise kitsa nurgaga V6 mootor. Ta hakkas OPOC-i lahendust kontseptualiseerima mitu aastat enne EcoMotorsi asutamist 2008. aastal ning tema taust annab projektile olulise usutavuse.
Tegelikud spetsifikatsioonid: mudel EM100
EcoMotorsi lipulaeva diisliprototüüp EM100 on kogunud üle 500 tunni šassii dünamomeetril — piisavalt, et kinnitada põhikonstruktsiooni kavandatud toimimist. Samas on väidetavate jõudlusnäitajate osas pilt keerulisem. Maksimaalse väljundvõimsuse seadistustel täidab EM100 oma võimsuse ja pöördemomendi eesmärke vaid ilma aktiivsete heitgaaside kontrollideta. Selles konfiguratsioonis turustab EcoMotors seda peamiselt sõjaväerakendusteks, kus võimsuse ja kaalu suhe on tähtsam kui heitgaaside vastavus normidele.
Tsiviilmaanteesõidukite jaoks pakub EcoMotors sama mootori erinevalt häälestatud versiooni järgmiste spetsifikatsioonidega:
- Väljundvõimsus: 300 hj
- Pöördemoment: 746 N·m
- Kütusetõhususe paranemine: ~15% võrreldes tavalise diiselmootori
- Heitgaasid: Selles konfiguratsioonis vastab standardsetele maanteenormidele
Kuigi 15% võib tunduda tagasihoidlik võrreldes esiletõstetud 45–50% tõhususe nõudega, esindab see siiski olulist kasumit tööstuses, kus insenerid võitlevad rutiinselt protsendi murdosade eest.
Modulaarne disain: kaks mootorit, üks jõuülekanne
Üks OPOC arhitektuuri kõige köitvamaid aspekte on selle modulaarne skaleeritavus. EcoMotors soovitab ühendada kaks OPOC üksust üheks neljatsilindriliseks jõuülekandeks, mis on ühendatud elektrooniliselt juhitava siduriga. Süsteem toimib järgmiselt:
- Väikese koormuse korral: Töötab ainult üks moodul, toimides oma kõige tõhusamas vahemikus.
- Suure koormuse korral: Teine moodul lülitatakse sisse sujuvalt elektroonilise siduri kaudu.
- Vibratsioon: Kuna OPOC on loomulikult hästi tasakaalustatud, tekitab puhkeolekus oleva mooduli taasaktiveerimine minimaalset müra või tärinat.
Kontseptuaalselt on see sarnane silindrite deaktiveerimisega suurtes V-mootorites — kuid ühe olulise erinevusega. Tavapärastes silindrite väljalülitamise süsteemides liiguvad deaktiveeritud kolbid edasi üles-alla, tekitades parasiitset kaotust. OPOC modulaarses lahenduses peatub mitteaktiivne üksus täielikult, kõrvaldades selle kaotuse täielikult. Paaristatud konfiguratsioonis on iga mooduli nimivõimsus 240 hj, andes kombineeritud väljundi 480 hj, saavutades väidetavalt maksimaalse 45% kütusetõhususe paranemise ning vastavuse rangetele heitgaaside normidele.
Mis on järgmine: EM65 ja laienemisplaanid
EcoMotors on välja töötanud ka EM100 väiksema versiooni: EM65, 75 hj kahesilindrilise üksuse, mis on kergem ja kompaktsem kui lipulaeva diiselmudel. Erinevalt EM100-st on EM65 planeeritud bensiinimootorina, avades ukse laiemale rakendustevalikule:
- Kerged veoautod ja kaubikud
- Sõiduautod
- Hübriid-elektrisõidukid
OPOC on endiselt arenev tehnoloogia ja paljud EcoMotorsi julgematest väidetest ootavad kinnitamist reaalse maailma tingimustes. Samas annab selle peadisaineri — mehe, kes pühendas kaks aastakümmet Volkswagenile — taust projektile usutavuse. Samuti väärib märkimist, et Hofbaueri töö OPOC-iga kajastab varajast Porsche insenerifilosoofiat, mis on sobiv kaja arvestades Ferdinand Porsche’i olulist rolli Volkswageni brändi rajamisel.
See on tõlge. Originaali saab lugeda siin: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
Avaldatud oktoober 21, 2021 • 6m lugemiseks
