Ko sta milijarder Bill Gates in Khosla Ventures odločila vložiti milijone v EcoMotors — podjetje, ki razvija motorje z nasprotnimi bati — je avtomobilski svet to opazil. Motorji z nasprotnimi bati imajo dolgo in bogato zgodovino, a so v cestnem prometu ostali večinoma odsotni. EcoMotors si je zastavil cilj to spremeniti s svežim pristopom k tej prezrti tehnologiji.
Kaj je motor OPOC?
EcoMotors je svojemu motorju dal ime OPOC — okrajšava za Opposed Piston Opposed Cylinder (nasprotni bat, nasprotni cilinder). Zasnova vključuje dva cilindra, v vsakem sta po dva bata, ki sta obrnjena drug proti drugemu. Čeprav je arhitektura OPOC združljiva z bencinskimi motorji (vključno z različicami na alkohol), se je EcoMotors osredotočil predvsem na dizelske aplikacije.
Kako deluje motor OPOC?
Motor OPOC deluje po dvotaktnem ciklu, kar pomeni, da nasprotna bata v vsakem cilindru opravita delovni hod v eni sami rotaciji ročične gredi. Ko se bati pomikajo proti mrtvima točkama, odkrijejo odprtine v stenah cilindra — en bat nadzoruje dovod zraka, drugi pa odvod izpušnih plinov. Časovni zamik odprtin je skrbno načrtovan tako, da se izpušna odprtina odpre nekoliko prej in se tudi prej zapre kot dovodna odprtina, kar je ključno za učinkovito izmenjavo plinov.
Odprava glav cilindrov, ventilov in s tem povezane krmilne opreme je prinesla znatne prednosti. Po navedbah podjetja EcoMotors motor OPOC v primerjavi s konvencionalnim dizelskim motorjem enake moči dosega:
- 50 % zmanjšanje izgub zaradi trenja
- 50 % manjšo porabo olja
- 50 % manj skupnih komponent
- 30–50 % zmanjšanje teže
- 2–4× manjši prostor pod motornim pokrovom
Ključna inovacija: enotna osrednja ročična gred
Kar ločuje OPOC od prejšnjih zasnov motorjev z nasprotnimi bati, je uporaba enotne osrednje ročične gredi. Prejšnje izvedbe so zahtevale dve ročični gredi — eno na vsakem koncu motorja — kar jih je naredilo bistveno večje in težje. Ta masivnost je starejše zasnove omejila na dizelske lokomotive in ladje. Z združitvijo vsega okoli ene osrednje ročične gredi je EcoMotors naredil format z nasprotnimi bati primeren za bistveno širši razpon vozil.
Električni turbokompresor: reševanje problema izpiranja pri dvotaktnih motorjih
Kot vsi dvotaktni motorji tudi OPOC za izpiranje cilindrov, ko so odprtine odprte, potrebuje zunanjo napravo. EcoMotors je to vlogo namenil turbokompresoru — kar pa uvaja očitno težavo: turbokompresor je pri zagonu neuporaben, preden izpušni plini zgradijo zadosten tlak.
Rešitev je integrirani električni motor, nameščen na gredi turbokompresorja. To ni povsem nov koncept, vendar je bil EcoMotors med prvimi, ki so ga vključili v proizvodno usmerjeno zasnovo. Evo, kako deluje:
- Pri zagonu: Električni motor črpa energijo iz vgrajenega akumulatorja, da zavrti turbokompresor in zagotovi izpiranje cilindrov, preden motor doseže obratovalno hitrost.
- Med vožnjo: Električni motor se izklopi in turbokompresor deluje na konvencionalni način.
- Pri visoki obremenitvi: Ko je pretok izpušnih plinov močan, električni motor zamenja vlogo in deluje kot generator, ki povračuje energijo in polni akumulator.
Potencial zmogljivosti in teoretične prednosti
Dvotaktna arhitektura OPOC je teoretično sposobna zagotoviti dvakrat večje razmerje moči glede na prostornino v primerjavi s primerljivim štiritaktnim motorjem — čeprav te meje v praksi še ni bilo dosežene. Še ena mehanska prednost izhaja iz hoda batov: ker si dva nasprotna bata delita razdaljo hoda, mora vsak bat prepotovati le polovico razdalje konvencionalnega bata pri enaki hitrosti motorja. To se neposredno odraža v nižjih hitrostih batov in manjših izgubah zaradi trenja.
EcoMotors prav tako trdi, da geometrija zgorevalne komore motorja OPOC omogoča izjemno temeljito izpiranje cilindrov, kar dodatno povečuje učinkovitost dvotaktnega cikla.
Peter Hofbauer: Inženir za motorjem
Motor OPOC dolguje velik del svoje domišljenosti Petru Hofbauerju, ustanovitelju, predsedniku in tehnološkemu direktorju podjetja EcoMotors. Hofbauer je več kot dve desetletji vodil razvoj naprednih motorjev pri Volkswagnu, kjer je bil odgovoren za inovacije, vključno z VR6 — VW-jevim kompaktnim šestvaljnim motorjem z ozkim kotom 15 stopinj. Zasnovo motorja OPOC je začel razvijati več let pred ustanovitvijo podjetja EcoMotors leta 2008, njegovo ozadje pa projektu zagotavlja precejšnjo verodostojnost.
Specifikacije iz resničnega sveta: model EM100
Vodilni dizelski prototip podjetja EcoMotors, EM100, je nabral več kot 500 ur na podvoznem dinamometru — dovolj, da se potrdi, da osnovna zasnova deluje, kot je zamišljeno. Ko pa pride do zatrjevanih vrednosti zmogljivosti, je slika bolj zapletena. Pri maksimalnih nastavitvah izhodne moči EM100 dosega cilje moči in navora le brez aktivnih sistemov za nadzor emisij. V tej konfiguraciji ga EcoMotors trži predvsem za vojaške namene, kjer razmerje moči in teže prevlada nad skladnostjo z izpušnimi predpisi.
Za civilna cestna vozila EcoMotors ponuja drugače uglašeno različico istega motorja z naslednjimi specifikacijami:
- Moč: 300 KM
- Navor: 746 N·m
- Izboljšanje porabe goriva: ~15 % v primerjavi s konvencionalnim dizelskim motorjem
- Emisije: V tej konfiguraciji skladne s standardnimi cestnimi predpisi
Čeprav se 15 % zdi skromno v primerjavi z oglaševanim zahtevkom o 45–50 % učinkovitosti, to v panogi, kjer inženirji pogosto bijejo boj za delčke odstotka, še vedno predstavlja znaten napredek.
Modularna zasnova: dva motorja, en pogonski sistem
Ena izmed najbolj privlačnih lastnosti arhitekture OPOC je njena modularna razširljivost. EcoMotors predlaga združitev dveh enot OPOC v enoten štirivaljni pogonski sistem, ki sta povezana z elektronsko krmiljeno sklopko. Sistem deluje takole:
- Pri nizki obremenitvi: Deluje le ena enota, ki deluje v svojem najučinkovitejšem območju.
- Pri visoki obremenitvi: Druga enota se brezhibno vklopi prek elektronske sklopke.
- Vibracije: Ker je OPOC inherentno dobro uravnotežen, ponovna aktivacija mirujočega modula povzroča minimalen hrup ali tresenje.
To je konceptualno podobno deaktivaciji cilindrov pri velikih motorjih V — a s ključno razliko. Pri konvencionalnih sistemih za izklop cilindrov deaktivirani bati nadaljujejo gibanje gor in dol ter ustvarjajo parazitni upor. V modularni konfiguraciji OPOC neaktivna enota popolnoma preneha delovati, s čimer se ta izguba popolnoma odpravi. V parni konfiguraciji je vsaka enota ocenjena na 240 KM, kar skupaj daje 480 KM, pri čemer naj bi dosegala maksimalno 45-odstotno izboljšanje učinkovitosti goriva in izpolnjevala stroge standarde izpušnih emisij.
Kaj sledi: EM65 in načrti za širitev
EcoMotors je razvil tudi manjšega brata motorja EM100: EM65, dvovaljno enoto z močjo 75 KM, ki je lažja in bolj kompaktna od vodilnega dizelskega modela. Za razliko od EM100 je EM65 načrtovan kot bencinski motor, kar odpira vrata za širši nabor aplikacij:
- Lahki tovornjaki in dostavna vozila
- Osebni avtomobili
- Hibridno-električna vozila
OPOC je še vedno razvijajoča se tehnologija in mnoge od najsmelejših trditev podjetja EcoMotors ostajajo nepreverjene v resničnih razmerah. Kljub temu izkušnje njenega glavnega oblikovalca — moža, ki je dve desetletji posvetil Volkswagnu — zagotavljajo precejšnjo verodostojnost. Prav tako velja omeniti, da Hofbauerjevo delo pri OPOC odmeva zgodnjo inženirsko filozofijo Porscheja, kar je primeren odmev glede na temeljno vlogo Ferdinanda Porscheja pri gradnji blagovne znamke Volkswagen.
To je prevod. Izvirnik si lahko preberete tukaj: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
Objavljeno oktober 21, 2021 • 6m za branje
