Muuttuva venttiilin ajoitus tunnetaan laajalti yhtenä tehokkaimmista tavoista parantaa polttomoottorin (PM) hyötysuhdetta. Nykyaikaiset moottorit säätävät tyypillisesti kaasunjaon vaiheita imu- ja/tai pakopuolella, ja jotkin menevät pidemmälle muuttamalla myös venttiilin nostoa. Nämä järjestelmät toimivat kuitenkin edelleen mekaanisten rajoitusten puitteissa — nokka-akselia siirretään muutama aste tai vaihdetaan nokkaprofiilia. Älykäs venttiilintoimilaite (IVA), jonka on kehittänyt brittiläinen yritys Camcon Automotive, poistaa nämä rajoitukset kokonaan tarjoten täydellisen ja ohjelmoitavan vapauden venttiilin ohjaukseen.
Miten älykäs venttiilintoimilaite toimii?
Toisin kuin perinteiset järjestelmät, IVA omistaa erillisen nokka-akselin jokaiselle yksittäiselle venttiilille. Sen sijaan että pyörisi jatkuvasti, jokainen nokka-akseli kääntyy vain silloin, kun venttiili täytyy avata tai sulkea — vaihtaen suuntaa joka toimiliikekerran. Nokka-akselin ja venttiilin välinen yhteys käyttää desmodromista venttiilin ohjausmekanismia, mikä tarkoittaa, että sekä avaus- että sulkemisliikkeet ovat mekaanisesti ohjattuja eivätkä perustu paluujouseen.
Tämä arkkitehtuuri mahdollistaa tarkkuuden ja joustavuuden tason, johon mikään perinteinen järjestelmä ei pysty. IVA:n avulla insinöörit ja ohjelmoijat voivat:
- Avata venttiilejä huomattavasti nopeammin kuin perinteisessä polttomoottorissa
- Pitää venttiilit lähes paikallaan missä tahansa asennossa iskun puolivälissä
- Avata venttiili kahdesti yhden mäntäiskun aikana
- Muuttaa sylinterien sytytysjärjestystä kokonaan ohjelmiston kautta
- Määrittää ainutlaatuinen venttiilin nosto- ja sulkemisprofiili jokaiselle yksittäiselle sylinterille
- Muokata mitä tahansa näistä parametreista reaaliajassa moottorin käydessä
Termodynaminen joustavuus: mikä tahansa kierto tarpeen mukaan
Yksi IVA:n merkittävimmistä ominaisuuksista on kyky vaihtaa termodynaamisesta kierrosta toiseen lennossa. Tavallinen IVA:lla varustettu polttomoottori voi toteuttaa minkä tahansa seuraavista kierroista yksinkertaisesti päivittämällä ohjelmistoa:
- Otto-kierto — tavallinen bensiinimoottorin kierto
- Miller/Atkinson-kierto — paremman lämpöhyötysuhteen saavuttamiseksi osakuormalla
- Homogeeninen puristussytytys (HCCI) — puhtaampaa ja tehokkaampaa palamista varten
- Kipinäohjattu puristussytytys (SPCCI) — Mazdan tuotantoversio HCCI:stä
- Kaksitahtikierto — suuremman tehotiiviyden saavuttamiseksi
- 12-tahtikierto — erittäin tehokas tila kevyttä ajoa varten
12-tahtikierto ansaitsee erityistä huomiota. Se rakentuu pitkään vakiintuneelle sylinterien deaktivointikonseptille, mutta ratkaisevalla erolla: perinteisessä polttomoottorissa elektroniikka sammuttaa kiinteän joukon sylintereitä pitkiksi ajoiksi aiheuttaen epätasaisen lämpöjakauman. IVA:n avulla kaikki sylinterit pysyvät aktiivisina, mutta kukin sytyttää kerran kolmen työiskun välein — eli kerran 12 kierron välein. Tämä pitää kaikki sylinterit normaalissa käyttölämpötilassaan samalla kun se vähentää merkittävästi polttoaineen kulutusta kevyillä kuormilla.
IVA vs. muut nokka-akselittomat venttiiliteknologiat
Camcon Automotive ei ole ensimmäinen, joka on tavoitellut täysin muuttuvaa venttiilin ohjausta. Useat suuret toimijat ovat tutkineet vastaavia konsepteja vuosien varrella:
- General Motors ja Ford — varhaisia tutkimusohjelmia täysin muuttuvaan venttiilin toimilaitteeseen
- Ricardo ja Lotus Engineering — suunnittelututkimuksia ja prototyyppijärjestelmiä
- FreeValve / Qamfree — täysin nokka-akseliton järjestelmä, joka kehitettiin alun perin Koenigseggillä ja jatkui FreeValve- ja Qoros-kumppanuuden kautta
Siinä missä Qamfreetä vastaavat järjestelmät poistavat nokka-akselin kokonaan, Camcon valitsi päinvastaisen lähestymistavan: antamalla jokaiselle venttiilille oman nokka-akselinsa. Tämä säilyttää nokka-ohjatun toimilaitteen mekaanisen luotettavuuden ja tarkkuuden samalla kun se tarjoaa täysin elektronisen järjestelmän ohjelmoitavuuden.
Hyötysuhteen parannukset ja tie tuotantoon
IVA-prototyyppien suorituskyky- ja hyötysuhdetulokset ovat lupaavia. Camcon Automotiven kehittäjien mukaan:
- CO₂-päästöjä voitaisiin vähentää 15–20 % verrattuna tavanomaiseen moottoriin
- Prototyyppitestaus turboahdetulla 2,0-litran nelisylinterisellä moottorilla osoitti 7,5 %:n polttoainesäästön
- Bensiinisen IVA-moottorin polttoaineenkulutus olisi suurin piirtein verrattavissa dieselmoottoriin
- Sarjatuotantoiset IVA-järjestelmät olisivat edullisempia kuin hybridivoimanlähde
Camcon Automotive tarjoaa kahta markkinoilletuloreittiä: toimittaa valmistajille suoraan IVA-toimilaitesarjoja ja moottorin sovituskomponentteja, tai tehdä yhteistyötä olemassa olevien autoteollisuuden komponenttitoimittajien kanssa. Yritys ennustaa, että IVA-varustetut tuotantoajoneuvot voisivat saapua markkinoille viiden vuoden kuluessa kaupallistamisesta.
Tämä on käännös. Voit lukea alkuperäisen täältä: https://www.drive.ru/technic/5be19fd7ec05c4bb5c00003d.html
Julkaistu syyskuu 16, 2021 • 4m lukemiseen
