Kun miljardööri Bill Gates ja Khosla Ventures päättivät sijoittaa miljoonia EcoMotorsiin — vastakkaismäntämoottoreita suunnittelevaan yritykseen — autoteollisuus otti sen vakavasti. Vastakkaismäntämoottoreilla on pitkä ja värikäs historia, mutta ne ovat silti pysyneet pitkälti poissa tieliikenteestä. EcoMotors ryhtyi muuttamaan tätä tuomalla tuoreen näkökulman tähän unohdettuun teknologiaan.
Mikä on OPOC-moottori?
EcoMotors nimesi moottorillensa OPOC — lyhenne sanoista Opposed Piston Opposed Cylinder (vastakkaismäntä, vastakkaissylinteri). Suunnittelussa on kaksi sylinteriä, joista kummassakin on kaksi toisiaan kohti suunnattua mäntää. Vaikka OPOC-arkkitehtuuri on yhteensopiva bensiinimoottoreiden kanssa (mukaan lukien alkoholilla toimivat versiot), EcoMotors on keskittynyt ensisijaisesti dieselsovelluksiin.
Kuinka OPOC-moottori toimii
OPOC-moottori toimii kaksitahtiperiaatteella, mikä tarkoittaa, että kunkin sylinterin vastakkaiset männät suorittavat työtahdin yhdessä kampiakselin kierroksessa. Kun männät liikkuvat kohti kuolokohtiaan, ne paljastavat kanavia sylinteriseinämissä — toinen mäntä ohjaa imua, toinen pakokaasujen poistoa. Kanavien ajoitus on huolellisesti porrastettu siten, että pakokanava avautuu hieman aiemmin ja sulkeutuu aiemmin kuin imukanava, mikä on välttämätöntä tehokkaan kaasunvaihdon kannalta.
Sylinterinkansien, venttiilien ja niihin liittyvien toimilaitteiden poistaminen on tuottanut merkittäviä hyötyjä. EcoMotorsin mukaan verrattuna vastaavantehoiseen perinteiseen dieselmoottoriin OPOC tarjoaa:
- 50 %:n vähennys kitkahäviöissä
- 50 % pienempi öljynkulutus
- 50 % vähemmän komponentteja yhteensä
- 30–50 %:n painonvähennys
- 2–4 kertaa pienempi jalanjälki konepellin alla
Keskeisin innovaatio: yksi keskitetty kampiakseli
Se, mikä erottaa OPOCin aiemmista vastakkaismäntämalleista, on sen yksittäinen keskitetty kampiakseli. Aiemmissa versioissa tarvittiin kaksi kampiakselia — yksi moottorin kummassakin päässä — mikä teki niistä huomattavasti suurempia ja raskaampia. Tämä koko rajoitti vanhemmat mallit dieselvetureihin ja laivoihin. Yhdistämällä kaikki yhden keskitetyn kampiakselin ympärille EcoMotors on tehnyt vastakkaismäntäformaatista toteuttamiskelpoisen paljon laajemmalle ajoneuvovalikoimalle.
Sähköinen ahdin: kaksitahtimoottoreiden huuhteluongelman ratkaisu
Kuten kaikkien kaksitahtisten moottoreiden, myös OPOCin täytyy käyttää ulkoista laitetta sylintereiden huuhteluun kanavien ollessa auki. EcoMotors antoi tämän tehtävän turboahtimelle — mutta siitä seuraa ilmeinen ongelma: turboahdin on hyödytön käynnistyksen yhteydessä ennen kuin pakokaasut rakentavat paineen.
Ratkaisu on turboahtimen akselille asennettu integroitu sähkömoottori. Tämä ei ole täysin uusi käsite, mutta EcoMotors oli yksi ensimmäisistä, joka toi sen tuotantoon suuntautuvaan suunnitteluun. Näin se toimii:
- Käynnistyksessä: Sähkömoottori ottaa virtaa ajoneuvon akkupaketista pyörittääkseen turboahdinta ja huuhdellakseen sylintereitä ennen kuin moottori saavuttaa käyttönopeuden.
- Tasaisessa ajossa: Sähkömoottori kytkeytyy pois päältä ja turboahdin toimii tavanomaisesti.
- Suurella kuormalla: Kun pakokaasuvirtaus on voimakasta, sähkömoottori vaihtaa roolia ja toimii generaattorina, talteenottaen energiaa ja ladaten akkua.
Suorituskykymahdollisuudet ja teoreettiset edut
OPOCin kaksitahtirakenne pystyy teoriassa tuottamaan kaksinkertaisen teho-tilavuussuhteen verrattavaan nelitahtiseen moottoriin nähden — vaikka tätä rajaa ei ole käytännössä saavutettu. Toinen mekaaninen etu liittyy männän liikematkaan: koska kaksi vastakkaista mäntää jakavat iskunmatkan, kummankin männän on kuljettava vain puolet tavallisen männän matkasta samalla moottorin pyörimisnopeudella. Tämä tarkoittaa suoraan pienempiä männännopeuksia ja vähennettyjä kitkahäviöitä.
EcoMotors väittää myös, että OPOCin palotilageometria mahdollistaa poikkeuksellisen perusteellisen sylinterihuuhtelun, mikä edelleen maksimoi kaksitahtisyklin tehokkuuden.
Peter Hofbauer: moottorin takana oleva insinööri
OPOC on paljon velkaa nokkeluudestaan Peter Hofbauerille, EcoMotorsin perustajalle, hallituksen puheenjohtajalle ja teknologiajohtajalle. Hofbauer vietti yli kaksi vuosikymmentä johtaen edistynyttä moottorikehitystä Volkswagenilla, jossa hän vastasi innovaatioista, mukaan lukien VR6 — VW:n kompakti 15 asteen kapean kulman V6-moottori. Hän alkoi kehitellä OPOC-konseptia useita vuosia ennen EcoMotorsin perustamista vuonna 2008, ja hänen taustansa antaa projektille huomattavaa uskottavuutta.
Todelliset tekniset tiedot: EM100-malli
EcoMotorsin lippulaivaprototyyppi, dieselkäyttöinen EM100, on kerännyt yli 500 tuntia alustadynamometrillä — riittävästi vahvistamaan, että ydinsuunnittelu toimii tarkoitetulla tavalla. Tilanne on kuitenkin vivahteikkaampi väitettyjen suorituskykyarvojen osalta. Maksimiteholla EM100 saavuttaa teho- ja vääntötavoitteensa vain ilman aktiivisia päästönrajoittimia. Tässä kokoonpanossa EcoMotors markkinoi sitä ensisijaisesti sotilaallisiin sovelluksiin, joissa teho-painosuhde on tärkeämpää kuin pakokaasuvaatimusten noudattaminen.
Siviilikäyttöön tarkoitetuille tieajoneuvoille EcoMotors tarjoaa eri tavalla viritetyn version samasta moottorista seuraavilla teknisillä tiedoilla:
- Teho: 300 hv
- Vääntömomentti: 746 N·m
- Polttoainetehokkuuden parannus: ~15 % tavalliseen dieseliin verrattuna
- Päästöt: Yhteensopiva tavanomaisten tieliikennesäädösten kanssa tässä kokoonpanossa
Vaikka 15 % saattaa tuntua vaatimattomalta verrattuna 45–50 %:n tehokkuusväitteeseen, se edustaa silti merkittävää parannusta alalla, jossa insinöörit taistelevat rutiininomaisesti murto-osien puolesta.
Modulaarinen rakenne: kaksi moottoria, yksi voimansiirto
Yksi OPOC-arkkitehtuurin houkuttelevimmista piirteistä on sen modulaarinen skaalautuvuus. EcoMotors ehdottaa kahden OPOC-yksikön yhdistämistä yhdeksi nelisylinteriseksi voimansiirroksi, joka on kytketty elektronisesti ohjatulla kytkimellä. Järjestelmä toimii näin:
- Pienellä kuormalla: Vain yksi moduuli käy, toimien tehokkaimmalla käyttöalueellaan.
- Suurella kuormalla: Toinen moduuli kytketään saumattomasti elektronisen kytkimen kautta.
- Tärinä: Koska OPOC on luonnostaan hyvin tasapainotettu, lepotilassa olevan moduulin uudelleenaktivointi tuottaa minimaalista melua tai tärinää.
Tämä muistuttaa käsitteellisesti sylinterien poiskytkentää suurissa V-moottoreissa — mutta tärkeällä erolla. Tavanomaisissa sylinterinkatkaisujärjestelmissä poistetut männät jatkavat liikettään ylös ja alas tuottaen loistehohukkaa. OPOCin modulaarisessa kokoonpanossa inaktiivinen yksikkö pysähtyy kokonaan, eliminoiden tämän häviön täysin. Paritetussa kokoonpanossa kumpikin moduuli on mitoitettu 240 hv:lle, tuottaen yhteensä 480 hv:n tehon, ja saavuttaa väitetysti maksimaalisen 45 %:n polttoainetehokkuuden parannuksen sekä tiukimpien pakokaasuvaatimusten mukaisen päästötason.
Mitä seuraavaksi: EM65 ja laajentumissuunnitelmat
EcoMotors on myös suunnitellut pienemmän sisarmallin EM100:lle: EM65, 75 hv:n kaksisylinterinen yksikkö, joka on kevyempi ja kompaktimpi kuin lippulaivainen dieselmalli. Toisin kuin EM100, EM65 on suunniteltu bensiinimoottoriksi, avaten oven laajemmalle sovellusalueelle:
- Kevyet kuorma-autot ja pakettiautot
- Henkilöautot
- Hybridi-sähköajoneuvot
OPOC on edelleen kehittyvä teknologia, ja monet EcoMotorsin rohkeimmista väitteistä odottavat vahvistustaan reaalimaailman olosuhteissa. Siitä huolimatta sen pääsuunnittelijan — miehen, joka antoi kaksi vuosikymmentä Volkswagenille — tausta antaa projektille merkittävää uskottavuutta. On myös huomionarvoista, että Hofbauerin työ OPOCin parissa kaikuu varhaista Porschen suunnittelufilosofiaa — sopiva kaiku ottaen huomioon Ferdinand Porschen oman perustavan roolin Volkswagen-brändin rakentamisessa.
Tämä on käännös. Voit lukea alkuperäisen täältä: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
Julkaistu lokakuu 21, 2021 • 6m lukemiseen
