Kad miljardieris Bils Geitss un Khosla Ventures nolēma ieguldīt miljonus EcoMotors — uzņēmumā, kas projektē pretējo virzuļu dzinējus —, automobiļu pasaule to ievēroja. Pretējo virzuļu dzinējiem ir gara un slavena vēsture, taču tie lielākoties ir palikuši bez klātbūtnes ceļu transportā. EcoMotors izvirzīja mērķi to mainīt, piedāvājot svaigu skatījumu uz šo neievēroto tehnoloģiju.
Kas ir OPOC dzinējs?
EcoMotors nosauca savu dzinēju par OPOC — saīsinājums no Opposed Piston Opposed Cylinder (Pretējo virzuļu pretējo cilindru). Konstrukcijā ir divi cilindri, katrā no kuriem atrodas divi pretī viens otram vērsti virzuļi. Lai gan OPOC arhitektūra ir saderīga ar benzīna dzinējiem (tostarp tādiem, kas darbojas uz alkohola kurināmā), EcoMotors galvenokārt ir koncentrējies uz dīzeļa pielietojumiem.
Kā darbojas OPOC dzinējs
OPOC dzinējs darbojas divu taktu ciklā, kas nozīmē, ka pretējie virzuļi katrā cilindrā pabeidz darba gājienu vienā kloķvārpstas apgriezienā. Kad virzuļi virzās uz saviem mirušajiem punktiem, tie atver atveres cilindra sieniņās — viens virzulis kontrolē iesūkšanu, otrs — izplūdi. Atveru laiks ir rūpīgi pakāpeniski izvietots tā, lai izplūdes atvere atvērtos nedaudz agrāk un aizvērtos agrāk nekā iesūkšanas atvere, kas ir būtiski efektīvai gāzu apmaiņai.
Cilindru galvu, vārstu un ar tiem saistītās vadības aparatūras novēršana ir devusi ievērojamus ieguvumus. Saskaņā ar EcoMotors datiem, salīdzinot ar parasto dīzeļdzinēju ar ekvivalentu jaudu, OPOC nodrošina:
- 50% berzes zudumu samazinājums
- 50% mazāks eļļas patēriņš
- 50% mazāk kopējo komponentu
- 30–50% svara samazinājums
- 2–4× mazāka aizņemtā vieta zem pārsega
Galvenā inovācija: viena centrālā kloķvārpsta
Tas, kas atšķir OPOC no iepriekšējām pretējo virzuļu konstrukcijām, ir vienas centrālās kloķvārpstas izmantošana. Iepriekšējās versijās bija nepieciešamas divas kloķvārpstas — viena katrā dzinēja galā —, padarot tās ievērojami lielākas un smagākas. Šis apjoms ierobežoja vecās konstrukcijas ar dīzeļlokomotīvēm un kuģiem. Konsolidējot visu ap vienu centrālo kloķvārpstu, EcoMotors ir padarījis pretējo virzuļu formātu piemērojamu daudz plašākam transportlīdzekļu klāstam.
Elektriskais turbokompresors: divu taktu izskalošanas problēmas risinājums
Tāpat kā visi divu taktu dzinēji, OPOC prasa ārēju ierīci cilindru izskalošanai, kad atveres ir atvērtas. EcoMotors uzticēja šo uzdevumu turbokompressoram — taču tas rada acīmredzamu problēmu: turbokompressors ir bezjēdzīgs iedarbināšanas brīdī, pirms izplūdes gāzes uzkrāj spiedienu.
Risinājums ir integrēts elektromotors, kas uzstādīts uz turbokompresora vārpstas. Šis nav pilnīgi jauns jēdziens, taču EcoMotors bija viens no pirmajiem, kas to ieviesa ražošanai orientētā konstrukcijā. Lūk, kā tas darbojas:
- Iedarbināšanas brīdī: elektromotors smeļas no borta akumulatora bloka, lai grieztu turbokompresoru un nodrošinātu cilindru izskalošanu, pirms dzinējs sasniedz darba ātrumu.
- Braukšanas laikā: elektromotors izslēdzas, un turbokompressors darbojas parastā režīmā.
- Augstu slodžu gadījumā: kad izplūdes plūsma ir spēcīga, elektromotors maina lomu un darbojas kā ģenerators, atgūstot enerģiju un uzlādējot akumulatoru.
Veiktspējas potenciāls un teorētiskās priekšrocības
OPOC divu taktu arhitektūra teorētiski spēj nodrošināt divreiz lielāku jaudas un darba tilpuma attiecību nekā salīdzināms četru taktu dzinējs — lai gan praksē šis griests nav sasniegts. Vēl viena mehāniska priekšrocība izriet no virzuļa gājiena: tā kā divi pretējie virzuļi dalās gājiena distancē, katram virzulim pie tāda paša dzinēja ātruma ir jāveic tikai puse no parastā virzuļa distances. Tas tieši nozīmē zemākus virzuļa ātrumus un samazinātus berzes zudumus.
EcoMotors arī apgalvo, ka OPOC sadegšanas kameras ģeometrija nodrošina ārkārtīgi rūpīgu cilindru izskalošanu, vēl vairāk palielinot divu taktu cikla efektivitāti.
Pīters Hofbauers: inženieris aiz dzinēja
OPOC lielu daļu savas atjautības pienākas Pīteram Hofbaueram, EcoMotors dibinātājam, priekšsēdētājam un tehniskajam direktoram. Hofbauers vairāk nekā divdesmit gadus vadīja progresīvu dzinēju izstrādi Volkswagen uzņēmumā, kur bija atbildīgs par inovācijām, tostarp VR6 — VW kompaktā 15 grādu šaura leņķa V6 dzinēja. Viņš sāka konceptualizēt OPOC izkārtojumu vairākus gadus pirms EcoMotors dibināšanas 2008. gadā, un viņa pieredze piešķir projektam ievērojamu uzticamību.
Reālie raksturlielumi: modelis EM100
EcoMotors flagmaņa dīzeļa prototips EM100 ir uzkrājis vairāk nekā 500 stundas uz šasijas dinamometra — pietiekami, lai apstiprinātu, ka pamatkonstrukcija darbojas kā paredzēts. Tomēr attēls kļūst sarežģītāks, kad runa ir par deklarētajiem veiktspējas rādītājiem. Pie maksimālajiem jaudas iestatījumiem EM100 sasniedz savus jaudas un griezes momenta mērķus tikai bez aktīvas emisiju kontroles. Šajā konfigurācijā EcoMotors to galvenokārt tirgo militārajiem pielietojumiem, kur jaudas un svara attiecība ir svarīgāka par izplūdes atbilstību.
Civilo ceļu transportlīdzekļiem EcoMotors piedāvā citādāk noregulētu tā paša dzinēja versiju ar šādiem raksturlielumiem:
- Jauda: 300 ZS
- Griezes moments: 746 N·m
- Degvielas efektivitātes uzlabojums: ~15% salīdzinājumā ar parasto dīzeļdzinēju
- Emisijas: atbilst standarta ceļu noteikumiem šajā konfigurācijā
Lai gan 15% var šķist pieticīgi salīdzinājumā ar galveno 45–50% efektivitātes prasību, tas joprojām ir ievērojams ieguvums nozarē, kurā inženieri parasti cīnās par procentu daļām.
Modulārā konstrukcija: divi dzinēji, viena piedziņas sistēma
Viens no vispievilcīgākajiem OPOC arhitektūras aspektiem ir tās modulārā mērogojamība. EcoMotors ierosina savienot divus OPOC blokus vienā četrcilindru piedziņas sistēmā, ko savieno elektroniski vadāms sajūgs. Sistēma darbojas šādi:
- Mazas slodzes gadījumā: darbojas tikai viens modulis, strādājot savā efektīvākajā diapazonā.
- Lielas slodzes gadījumā: otrais modulis tiek iedarbināts nemanāmi, izmantojot elektronisko sajūgu.
- Vibrācija: tā kā OPOC pēc būtības ir labi līdzsvarots, neaktīvā moduļa atkārtota iedarbināšana rada minimālu troksni vai vibrācijas.
Tas konceptuāli ir līdzīgs cilindru deaktivācijai lielos V-dzinējos — taču ar būtisku atšķirību. Parastajos cilindru izslēgšanas sistēmās deaktivētie virzuļi turpina kustēties augšup un lejup, radot parazitisko pretestību. OPOC modulārajā konfigurācijā neaktīvais bloks pilnībā apstājas, pilnībā novēršot šos zudumus. Savienotajā konfigurācijā katrs modulis ir novērtēts ar 240 ZS, kopā dodot 480 ZS, vienlaikus sasniedzot maksimālo 45% degvielas efektivitātes uzlabojumu un atbilstību stingriem izplūdes emisiju standartiem.
Kas tālāk: EM65 un paplašināšanās plāni
EcoMotors ir arī izstrādājis mazāku EM100 brāļa modeli: EM65 — 75 ZS divcilindru bloku, kas ir vieglāks un kompaktāks nekā flagmaņa dīzeļa modelis. Atšķirībā no EM100, EM65 ir plānots kā benzīna dzinējs, atverot durvis plašākam pielietojumu klāstam:
- Vieglie kravas automobiļi un furgoni
- Vieglās automašīnas
- Hibrīdelektriskie transportlīdzekļi
OPOC joprojām ir attīstāma tehnoloģija, un daudzi no EcoMotors drosmīgākajiem apgalvojumiem vēl ir jāapstiprina reālos apstākļos. Tomēr tā galvenā projektētāja pieredze — cilvēks, kurš divdesmit gadus veltīja Volkswagen —, piešķir projektam nozīmīgu uzticamību. Vērts atzīmēt arī to, ka Hofbauera darbs pie OPOC atspoguļo agrīno Porsche inženierijas filozofiju — piemērota atbalss, ņemot vērā Ferdinanda Porše paša pamatlomā Volkswagen zīmola veidošanā.
Šis ir tulkojums. Oriģinālu varat lasīt šeit: https://www.drive.ru/technic/4efb337800f11713001e5522.html
Publicēts oktobris 21, 2021 • 6min lasīšanai
