Kada su milijarder Bill Gates i Khosla Ventures odlučili uložiti milijune u EcoMotors — tvrtku koja projektira motore s nasuprotnim klipovima — automobilski je svijet to primijetio. Motori s nasuprotnim klipovima imaju dugu i bogatu povijest, no uglavnom su ostali odsutni iz cestovnog prometa. EcoMotors je odlučio to promijeniti svježim pristupom ovoj zanemarenoj tehnologiji.
Što je OPOC motor?
EcoMotors je svoj motor nazvao OPOC — skraćenica od Opposed Piston Opposed Cylinder (nasuprotni klip, nasuprotni cilindar). Konstrukcija se sastoji od dva cilindra, a svaki od njih sadrži dva klipa okrenuta jedan prema drugome. Iako je OPOC arhitektura kompatibilna s benzinskim motorima (uključujući inačice na alkohol), EcoMotors se primarno usredotočio na dizelske primjene.
Kako radi OPOC motor
OPOC motor radi na principu dvotaktnog ciklusa, što znači da nasuprotni klipovi u svakom cilindru završavaju radni hod u jednoj okretaju radilice. Dok se klipovi kreću prema mrtvim točkama, otkrivaju otvore u stjenkama cilindra — jedan klip kontrolira usisavanje, a drugi ispušne plinove. Vremenski raspored otvaranja otvora pažljivo je usklađen tako da ispušni otvor otvori i zatvori malo ranije od usisnog, što je ključno za učinkovitu izmjenu plinova.
Eliminacija glava cilindara, ventila i s njima povezane mehanike upravljanja donijela je značajne dobitke. Prema navodima EcoMotorsa, u usporedbi s konvencionalnim dizelskim motorom ekvivalentne snage, OPOC pruža:
- 50% smanjenje gubitaka zbog trenja
- 50% manju potrošnju ulja
- 50% manje ukupnih komponenti
- 30–50% smanjenje mase
- 2–4× manji gabarit ispod haube
Ključna inovacija: jedna središnja radilica
Ono što OPOC razlikuje od ranijih konstrukcija s nasuprotnim klipovima jest upotreba jedne središnje radilice. Prethodne inačice zahtijevale su dvije radilice — po jednu na svakom kraju motora — što ih je činilo znatno većima i težima. Ta je masa starije konstrukcije ograničavala na dizelske lokomotive i brodove. Konsolidiranjem svega oko jedne središnje radilice, EcoMotors je format motora s nasuprotnim klipovima učinio primjenjivim za puno širi raspon vozila.
Električni turbopunjač: rješavanje problema ispiranja cilindara u dvotaktnom ciklusu
Kao i svi dvotaktni motori, OPOC zahtijeva vanjski uređaj za ispiranje cilindara kada su otvori otvoreni. EcoMotors je tu ulogu dodijelio turbopunjaču — no to uvodi očiti problem: turbopunjač je beskoristan pri pokretanju, prije nego što ispušni plinovi izgrade tlak.
Rješenje je integrirani elektromotor montiran na osovinu turbopunjača. Ovo nije posve nov koncept, ali EcoMotors je bio među prvima koji su ga primijenili u konstrukciji orijentiranoj na serijsku proizvodnju. Evo kako funkcionira:
- Pri pokretanju: Elektromotor crpi energiju iz ugrađenog paketa baterija kako bi zakrenuo turbopunjač i osigurao ispiranje cilindara prije nego motor dostigne radnu brzinu.
- Pri vožnji: Elektromotor se isključuje, a turbopunjač radi konvencionalno.
- Pri visokom opterećenju: Kada je protok ispušnih plinova snažan, elektromotor mijenja ulogu i djeluje kao generator, povraćajući energiju i punjući bateriju.
Potencijal performansi i teorijske prednosti
Dvotaktna arhitektura OPOC-a teoretski je sposobna isporučiti dvostruko veći omjer snage i volumena u usporedbi s usporedivim četverotaktnim motorom — premda taj maksimum u praksi još nije dostignut. Još jedna mehanička prednost dolazi od hoda klipa: budući da dva nasuprotna klipa dijele ukupnu duljinu hoda, svaki klip treba prijeći samo pola puta u usporedbi s konvencionalnim klipom pri istoj brzini motora. To se izravno odražava na manje brzine klipova i smanjene gubitke zbog trenja.
EcoMotors također tvrdi da geometrija prostora izgaranja OPOC-a omogućuje iznimno temeljito ispiranje cilindra, čime se dodatno povećava učinkovitost dvotaktnog ciklusa.
Peter Hofbauer: inženjer iza motora
OPOC duguje velik dio svoje domišljatosti Peteru Hofbaueru, osnivaču, predsjedniku i tehničkom direktoru EcoMotorsa. Hofbauer je proveo više od dva desetljeća vodeći razvoj naprednih motora u Volkswagenu, gdje je bio odgovoran za inovacije uključujući VR6 — VW-ov kompaktni V6 motor s uskim kutom od 15 stupnjeva između redova cilindara. Konceptualizaciju rasporeda OPOC-a počeo je razrađivati nekoliko godina prije osnivanja EcoMotorsa 2008. godine, a njegovo iskustvo projektu daje znatnu vjerodostojnost.
Stvarne specifikacije: model EM100
EcoMotorsov vodeći dizelski prototip, EM100, nakupio je više od 500 sati na valjkastoj kočnici — dovoljno da potvrdi kako osnovna konstrukcija funkcionira prema namjeni. Međutim, slika je nijansiranija kada je riječ o deklariranim karakteristikama. Pri maksimalnim postavkama izlazne snage, EM100 ispunjava ciljeve snage i momenta isključivo bez aktivnih sustava za kontrolu emisija. U toj konfiguraciji, EcoMotors ga primarno plasira za vojne primjene, gdje omjer snage i mase ima prednost pred sukladnošću s emisijskim normama.
Za civilna cestovna vozila, EcoMotors nudi drugačije podešenu inačicu istog motora sa sljedećim specifikacijama:
- Snaga: 300 KS
- Okretni moment: 746 N·m
- Poboljšanje potrošnje goriva: ~15% u odnosu na konvencionalni dizel
- Emisije: Sukladne standardnim cestovnim propisima u ovoj konfiguraciji
Iako se 15% čini skromnim u usporedbi s tvrdnjom o 45–50% učinkovitosti, i dalje predstavlja značajan dobitak u industriji u kojoj inženjeri redovito vode bitke za djeliće postotka.
Modularna konstrukcija: dva motora, jedan pogonski sklop
Jedan od najuvjerljivijih aspekata OPOC arhitekture jest njezina modularna skalabilnost. EcoMotors predlaže spajanje dvaju OPOC jedinica u jedan četverocilindarski pogonski sklop povezan elektronički upravljanom spojkom. Sustav funkcionira ovako:
- Pri malom opterećenju: Radi samo jedan modul, koji radi u svom najučinkovitijem rasponu.
- Pri visokom opterećenju: Drugi modul se besprijekorno uključuje putem elektroničke spojke.
- Vibracije: Budući da je OPOC inherentno dobro uravnotežen, reaktivacija neaktivnog modula uzrokuje minimalnu buku ili grubost rada.
To je konceptualno slično deaktivaciji cilindara u velikim V-motorima — ali s ključnom razlikom. U konvencionalnim sustavima isključivanja cilindara, deaktivirani klipovi nastavljaju se kretati gore-dolje, stvarajući parazitski otpor. U modularnom sustavu OPOC-a, neaktivna jedinica potpuno se zaustavlja, čime se taj gubitak u potpunosti eliminira. U kombiniranoj konfiguraciji, svaki modul je ocijenjen na 240 KS, što daje ukupnu snagu od 480 KS, uz navodno postizanje maksimalnog 45% poboljšanja potrošnje goriva i sukladnosti sa strogim normama ispušnih emisija.
Što slijedi: EM65 i planovi proširenja
EcoMotors je također razvio manju inačicu EM100-a: EM65, dvocilindričnu jedinicu od 75 KS koja je lakša i kompaktnija od vodećeg dizelskog modela. Za razliku od EM100-a, EM65 je planiran kao benzinski motor, što otvara vrata širem rasponu primjena:
- Laki kamioni i kombiji
- Putnički automobili
- Hibridno-električna vozila
OPOC je još uvijek tehnologija u razvoju, a mnoge od EcoMotorsovih najsmjelijih tvrdnji tek trebaju biti potvrđene u stvarnim uvjetima eksploatacije. Ipak, porijeklo njezina glavnog konstruktora — čovjeka koji je dva desetljeća posvetio Volkswagenu — pruža znatnu vjerodostojnost. Vrijedi napomenuti i da Hofbauerov rad na OPOC-u podsjeća na ranu inženjersku filozofiju Porschea, prikladan odjek uzimajući u obzir temeljnu ulogu Ferdinanda Porschea u izgradnji marke Volkswagen.
Ovo je prijevod. Izvornik možete pročitati ovdje: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
Objavljeno listopad 21, 2021 • 6m za čitanje
