Zmienne fazy rozrządu są powszechnie uznawane za jeden z najskuteczniejszych sposobów poprawy sprawności silników spalinowych (ICE). Nowoczesne silniki zazwyczaj regulują fazy dystrybucji gazu na wlocie i/lub wylocie, a niektóre idą jeszcze dalej, zmieniając wysokość uniesienia zaworów. Jednak systemy te nadal działają w ramach ograniczeń mechanicznych — przesuwając wałki rozrządu o kilka stopni lub przełączając między profilami krzywek. Inteligentne Sterowanie Zaworami (IVA), opracowane przez brytyjską firmę Camcon Automotive, całkowicie eliminuje te ograniczenia, oferując pełną i programowalną swobodę sterowania zaworami.
Jak Działa Inteligentne Sterowanie Zaworami?
W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów, IVA przypisuje dedykowany wałek rozrządu do każdego indywidualnego zaworu. Zamiast obracać się w sposób ciągły, każdy wałek rozrządu obraca się tylko wtedy, gdy zawór musi się otworzyć lub zamknąć — zmieniając kierunek przy każdym uruchomieniu. Połączenie między wałkiem rozrządu a zaworem wykorzystuje mechanizm desmodromicznego sterowania zaworem, co oznacza, że zarówno skok otwierający, jak i zamykający są mechanicznie napędzane, a nie opierają się na sprężynie powrotnej.
Ta architektura umożliwia poziom precyzji i elastyczności, z którym żaden konwencjonalny system nie jest w stanie konkurować. Dzięki IVA inżynierowie i programiści mogą:
- Otwierać zawory znacznie szybciej niż w tradycyjnym silniku spalinowym
- Utrzymywać zawory prawie nieruchomo w dowolnej pozycji w trakcie skoku
- Otwierać zawór dwukrotnie podczas jednego skoku tłoka
- Zmieniać kolejność zapłonu cylindrów całkowicie poprzez oprogramowanie
- Definiować unikalny profil uniesienia i zamknięcia zaworu dla każdego cylindra z osobna
- Modyfikować dowolny z tych parametrów w czasie rzeczywistym podczas pracy silnika
Elastyczność Termodynamiczna: Dowolny Cykl na Żądanie
Jedną z najbardziej niezwykłych możliwości IVA jest zdolność do przełączania między cyklami termodynamicznymi w locie. Konwencjonalny silnik spalinowy wyposażony w IVA może realizować dowolny z poniższych cykli, po prostu aktualizując oprogramowanie:
- Cykl Otto — standardowy cykl silnika benzynowego
- Cykl Millera/Atkinsona — dla poprawionej sprawności termicznej przy częściowym obciążeniu
- Jednorodne ładowanie ze spalaniem samoczynnym (HCCI) — dla czystszego i bardziej wydajnego spalania
- Zapłon samoczynny sterowany iskrą (SPCCI) — produkcyjny wariant HCCI japońskiej firmy Mazda
- Cykl dwusuwowy — dla większej gęstości mocy
- Cykl dwunastosuwowy — superoszczędny tryb pracy przy małym obciążeniu
Cykl dwunastosuwowy zasługuje na szczególną uwagę. Opiera się na dobrze ugruntowanej koncepcji dezaktywacji cylindrów, lecz z kluczową różnicą: w konwencjonalnym silniku spalinowym elektronika wyłącza stały zestaw cylindrów na dłuższe okresy, powodując nierównomierny rozkład temperatury. Dzięki IVA wszystkie cylindry pozostają aktywne, ale każdy odpala raz na trzy suwy robocze — czyli raz na 12 cykli. Dzięki temu wszystkie cylindry utrzymują normalną temperaturę roboczą, jednocześnie drastycznie zmniejszając zużycie paliwa przy małych obciążeniach.
IVA a Inne Bezkrzywkowe Technologie Zaworowe
Camcon Automotive nie jest pierwszą firmą dążącą do w pełni zmiennego sterowania zaworami. Kilku czołowych graczy branżowych badało podobne koncepcje przez lata:
- General Motors i Ford — wczesne programy badawcze dotyczące w pełni zmiennego sterowania zaworami
- Ricardo i Lotus Engineering — studia inżynieryjne i systemy prototypowe
- FreeValve / Qamfree — w pełni bezkrzywkowy system, pierwotnie opracowany przez szwedzką firmę Koenigsegg i kontynuowany w ramach partnerstwa FreeValve i Qoros
Podczas gdy systemy takie jak Qamfree całkowicie eliminują wałek rozrządu, Camcon obrał podejście odwrotne: przydzielając każdemu zaworowi własny dedykowany wałek rozrządu. Rozwiązanie to zachowuje mechaniczną niezawodność i precyzję napędu krzywkowego, jednocześnie zapewniając programowalność charakterystyczną dla w pełni elektronicznych systemów.
Zyski Wydajnościowe i Droga do Produkcji Seryjnej
Wyniki wydajnościowe i dotyczące sprawności uzyskane z prototypów IVA są obiecujące. Według twórców z Camcon Automotive:
- Emisje CO₂ mogą zostać zredukowane o 15–20% w porównaniu do konwencjonalnego silnika
- Testy prototypowe na turbodoładowanym silniku czterocylindrowym o pojemności 2,0 litra wykazały poprawę ekonomiki paliwa o 7,5%
- Zużycie paliwa benzynowego silnika IVA byłoby ogólnie porównywalne z silnikiem wysokoprężnym
- Seryjne systemy IVA byłyby tańsze niż układ napędowy hybrydy
Camcon Automotive oferuje dwie ścieżki wejścia na rynek: bezpośrednie dostarczanie producentom zestawów siłowników IVA wraz ze sprzętem do adaptacji silnika lub nawiązanie współpracy z istniejącymi dostawcami komponentów motoryzacyjnych. Firma przewiduje, że pojazdy seryjne wyposażone w IVA mogłyby trafić na rynek w ciągu pięciu lat od komercjalizacji technologii.
To jest tłumaczenie. Oryginał można przeczytać tutaj: https://www.drive.ru/technic/5be19fd7ec05c4bb5c00003d.html
Opublikowano Wrzesień 16, 2021 • 4m do przeczytania
