Интеллектуальное управление клапанами (IVA): будущее управления двигателями внутреннего сгорания

Изменяемые фазы газораспределения широко признаны одним из наиболее эффективных способов повышения КПД двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Современные двигатели, как правило, регулируют фазы газораспределения на впуске и/или выпуске, а некоторые идут дальше — изменяя высоту подъёма клапанов. Однако все эти системы по-прежнему работают в рамках механических ограничений: смещая распределительные валы на несколько градусов или переключаясь между профилями кулачков. Интеллектуальное управление клапанами (IVA), разработанное британской компанией Camcon Automotive, полностью устраняет эти ограничения, обеспечивая абсолютную программируемую свободу управления клапанами.

Как работает интеллектуальное управление клапанами?

В отличие от традиционных систем, IVA назначает отдельный распределительный вал каждому клапану. Вместо непрерывного вращения каждый распредвал поворачивается только тогда, когда клапану необходимо открыться или закрыться — меняя направление при каждом срабатывании. Связь между распредвалом и клапаном осуществляется посредством механизма десмодромного управления клапанами: оба хода — открытия и закрытия — приводятся механически, без использования возвратной пружины.

Такая архитектура обеспечивает уровень точности и гибкости, недостижимый ни для одной традиционной системы. С IVA инженеры и программисты могут:

• Открывать клапаны значительно быстрее, чем в обычном ДВС
• Удерживать клапаны практически неподвижно в любом промежуточном положении хода
• Открывать клапан дважды в течение одного хода поршня
• Полностью изменять порядок зажигания цилиндров программно
• Задавать уникальный профиль подъёма и закрытия клапана для каждого отдельного цилиндра
• Изменять любой из этих параметров в режиме реального времени при работающем двигателе

Термодинамическая гибкость: любой цикл по требованию

Одной из наиболее выдающихся возможностей IVA является способность переключаться между термодинамическими циклами на ходу. Обычный ДВС, оснащённый IVA, может реализовать любой из следующих циклов — простым обновлением программного обеспечения:

• Цикл Отто — стандартный цикл бензинового двигателя
• Цикл Миллера/Аткинсона — для повышения термического КПД при частичной нагрузке
• Воспламенение гомогенной смеси от сжатия (HCCI) — для более чистого и эффективного сгорания
• Воспламенение от сжатия с искровым управлением (SPCCI) — серийный вариант HCCI от Mazda
• Двухтактный цикл — для повышения удельной мощности
• 12-тактный цикл — сверхэкономичный режим для езды с малой нагрузкой

12-тактный цикл заслуживает особого внимания. Он основывается на давно известной концепции отключения цилиндров, однако с принципиальным отличием: в обычном ДВС электроника отключает фиксированный набор цилиндров на продолжительное время, что приводит к неравномерному распределению тепла. В системе IVA все цилиндры остаются активными, однако каждый из них совершает рабочий ход один раз за три рабочих такта — или один раз за 12 циклов. Это позволяет поддерживать нормальную рабочую температуру всех цилиндров и одновременно резко снижать расход топлива при малых нагрузках.

IVA vs. другие технологии клапанов без распредвала

Camcon Automotive — не первая компания, занявшаяся разработкой полностью изменяемого управления клапанами. Ряд крупных игроков изучал аналогичные концепции на протяжении многих лет:

• General Motors и Ford — ранние исследовательские программы по полностью изменяемому управлению клапанами
• Ricardo и Lotus Engineering — инженерные исследования и прототипные системы
• FreeValve / Qamfree — система, полностью лишённая распределительного вала, изначально разработанная в Koenigsegg и продолженная в рамках партнёрства FreeValve и Qoros

Там, где системы вроде Qamfree полностью убирают распредвал, Camcon пошла по противоположному пути: снабдив каждый клапан собственным распредвалом. Это сохраняет механическую надёжность и точность кулачкового привода, одновременно обеспечивая программируемость полностью электронной системы.

Прирост эффективности и путь к серийному производству

Результаты испытаний прототипов IVA по производительности и экономичности выглядят многообещающе. По данным разработчиков Camcon Automotive:

• Выбросы CO₂ могут быть снижены на 15–20% по сравнению с традиционным двигателем
• Испытания прототипа с турбированным четырёхцилиндровым двигателем объёмом 2,0 л показали улучшение топливной экономичности на 7,5%
• Расход топлива бензинового двигателя с IVA будет в целом сопоставим с расходом дизельного двигателя
• Серийные системы IVA окажутся дешевле гибридной силовой установки

Camcon Automotive предлагает два пути выхода на рынок: прямые поставки производителям комплектов приводов IVA и оборудования для адаптации двигателей, либо партнёрство с существующими поставщиками автомобильных компонентов. Компания прогнозирует, что серийные автомобили с IVA могут появиться в течение пяти лет с момента начала коммерциализации.

Это перевод. Оригинал можно прочитать здесь: https://www.drive.ru/technic/5be19fd7ec05c4bb5c00003d.html