Бескулачковый поршневой двигатель
Бескулачковый приводимые или свободноклапанный поршневой двигатель — это двигатель, имеющий тарельчатые клапаны, в действие посредством электромагнитного, гидравлического или пневматического привода. [1] приводы вместо обычных кулачков . Приводы можно использовать как для открытия, так и для закрытия клапанов, а также для открытия клапанов, закрытых пружинами или другими средствами.
Распределительные валы обычно имеют по одному кулачку на клапан с фиксированной продолжительностью работы и подъемом клапана. Хотя во многих современных двигателях используется фазировка распредвала, регулировать подъем и длительность клапанов на работающем двигателе сложнее. Некоторые производители используют системы с более чем одним кулачком, но это все равно компромисс, поскольку одновременно могут работать только несколько профилей. Это не относится к бескулачковому двигателю, где подъем и фазы газораспределения можно свободно регулировать от клапана к клапану и от цикла к циклу. Он также допускает несколько событий подъема за цикл и, по сути, отсутствие событий за цикл — полное отключение цилиндра.
Бескамерная разработка
[ редактировать ]Бескулачковые клапанные механизмы уже давно исследуются несколькими компаниями, в том числе Renault , BMW , Fiat , Valeo , General Motors , Ricardo , Lotus Engineering, которые разработали электрогидравлический привод клапанов в конце 1980-х годов как побочный продукт своей программы активной подвески (обе использовали аналогичные электрогидравлическое приведение в действие и управление), Ford , Jiangsu Gongda Power Technologies и Koenigsegg FreeValve. дочерней компании [2] [3] [4] [5] [6] Некоторые из этих систем коммерчески доступны, хотя еще не [ на момент? ] в двигателях серийных дорожных транспортных средств. Весной 2015 года Кристиан фон Кенигсегг сообщил журналистам, что технология, разрабатываемая его компанией, «готовится к реализации», но ничего конкретного о графиках своей компании не сказал. [7] [8]
В ноябре 2016 года китайский производитель автомобилей Qoros Auto представил хэтчбек Qoros 3 на автосалоне в Гуанчжоу 2016, где был продемонстрирован новый двигатель Qoros «Qamfree». Шведский разработчик двигателя FreeValve утверждает, что 1,6-литровый (98 куб. Дюймов) двигатель с турбонаддувом будет производить 170 кВт (230 л.с.) и 320 Нм (240 фунт-фут) крутящего момента. Они также утверждают, что по сравнению с аналогичным традиционным двигателем он обеспечивает уменьшение размера на 50 % (включая высоту на 50 миллиметров (2,0 дюйма)), снижение веса на 30 %, увеличение мощности и крутящего момента на 30 %, 30 % улучшения экономии топлива и снижение выбросов на 50%. [9] Кристиан фон Кенигсегг утверждает в видео, что двигатель Qamfree с бескулачковой технологией PHEA основан на существующем двигателе Qoros, который был «...разработан в Германии и Австрии пять-шесть лет назад...». [10]
Кристиан фон Кенигсегг также утверждает, что бескулачковая технология PHEA позволяет отказаться от предварительного каталитического нейтрализатора, поскольку стандартный каталитический нейтрализатор можно быстро довести до температуры, управляя циклом выхлопа. [10]
Бескулачковые двигатели на морских и электростанциях
[ редактировать ]Преимущества
[ редактировать ]Поскольку бескулачковые двигатели не имеют распределительного вала , в них может быть меньше движущихся частей. В этих системах толкатель распределительного вала, коромысла и/или толкатели были заменены электрогидравлической приводной системой, в которой используются существующие масляные насосы, что снижает риски разработки новой системы за счет использования существующей технологии. [11] Изменение направления на старых двигателях B&W MC осуществлялось путем физического изменения направления кулачкового ролика, тогда как в новом бескулачковом двигателе оно управляется компьютером. Это исключает риск механических неисправностей, которые могут привести к повреждению двигателя, если при смене направления возникнет неисправность. Кроме того, поскольку между коленвалом и распределительным валом нет цепного соединения, двигатель легче и имеет меньше точек отказа. Отсутствие распределительного вала также означает, что паразитная нагрузка на двигатель ниже, что особенно полезно для больших судовых двигателей, поскольку может привести к значительной экономии мощности. В бескулачковом двигателе время впрыска топлива и момента выпуска напрямую контролируется блоком управления двигателем и может постоянно меняться и регулироваться без остановки двигателя. Это позволяет двигателю работать на более низких оборотах, что полезно для кораблей, поскольку позволяет лучше маневрировать на низкой скорости во время стыковки. Кроме того, когда корабль маневрирует, компьютер управляет Впрыск топлива и регулировка фаз газораспределения позволяют быстрее контролировать обороты и, следовательно, быстрее останавливаться в аварийных ситуациях.
Электромагнитные клапаны используются для управления активацией клапана с электронным управлением. Они используются для управления потоком жидкости или газа и чаще всего используются в струйной технике в качестве элементов управления. Они многофункциональны, позволяя выпускать, перекрывать, смешивать или распределять жидкости с высокой надежностью и быстрой обработкой. Рынок электромагнитных клапанов растет императивным ростом во всех регионах. Увеличение областей применения из года в год, а также развитие технологий и разработка технологий автоматизации жидкостей - все это стимулирует рынок в глобальном масштабе.
Технические ограничения
[ редактировать ]Обычный механический привод распределительного вала способен создавать чрезвычайно высокие усилия, которые в сочетании с очень высокой жесткостью и низкой механической податливостью традиционной конструкции современного клапанного механизма используются для очень точного и последовательного управления положением клапанов двигателя. Это позволяет использовать очень высокие уровни ускорения и подъема клапанов, а также очень малые зазоры между клапанами и между клапанами и поршнями в сочетании с очень высокими оборотами двигателя. Например, до введения ограничений FIA двигатели Формулы-1 работали со скоростью более 20 000 об/мин и мощностью более 330 л.с./литр, обычно без наддува, с использованием обычного распределительного вала и механического привода клапанов; крайне маловероятно, что такая высокая частота вращения и мощность двигателя могут быть достигнуты при бескулачковом срабатывании клапана. [ нужна ссылка ] При 20 000 об/мин клапаны открываются и закрываются 166 раз в секунду.
Выбросы
[ редактировать ]Бескулачковые двигатели способны производить меньше выбросов, чем их эквивалентные аналоги с распределительным валом, поскольку они способны более точно контролировать процесс сгорания, обеспечивая более полное сгорание всех углеводородов. Компьютер способен определить, когда не все топливо израсходовано, и немедленно ослабить фазы газораспределения, чтобы подавать меньше топлива в цилиндр. ЭБУ может постоянно регулировать фазы газораспределения, высоту и топливно-воздушную смесь для оптимизации эффективности при заданных оборотах/моментной нагрузке. Он может определить наличие большого количества выбросов NOx и SOx и изменить время, чтобы сделать выхлопные газы горячее или холоднее. Поскольку двигатель работает электронно, а не механически, бескулачковые двигатели можно модернизировать для соответствия новым нормам выбросов без механических модификаций.
Впрыск топлива
[ редактировать ]Бескулачковые двигатели могут еще больше снизить выбросы NOx за счет использования ступенчатой подачи топлива. Вместо простого впрыска постоянного потока топлива, ступенчатая подача топлива впрыскивает топливо в оптимальное время для наиболее полного сгорания. Впрыск топлива может отключаться при достаточном давлении и доливать больше топлива при пониженном давлении, что позволяет двигателям работать ближе к идеальному дизельному циклу . Это позволяет двигателю работать настолько эффективно, насколько позволяют окружающая среда и теплоёмкость металла.
Долгосрочные эффекты
[ редактировать ]Поскольку эти новые двигатели могут диагностироваться самостоятельно и эффективно работать без изменения настроек оператором, для обслуживания этих двигателей в море требуется меньший экипаж. Такое сокращение экипажа означает удешевление судоходства и расширение глобальной торговли. [12]
Бескулачковые двигатели в автомобилях
[ редактировать ]Британская компания Camcon Technology. [13] является [ на момент? ] разработка бескулачкового двигателя для легковых автомобилей на основе собственной системы интеллектуального управления клапанами (IVA). Компания Camcon сотрудничала с Jaguar Land Rover для установки IVA на 2,0-литровый 4-цилиндровый бензиновый двигатель Ingenium , и они совместно опубликовали результаты на коллоквиуме в Аахене в 2017 году. [14] Компания Camcon также рассказала о функциях и преимуществах в статье и видеоролике, опубликованных в журнале Autocar . [15]
Шведская компания Freevalve AB (ранее Cargine), дочерняя компания Koenigsegg Automotive AB , [ на момент? ] разработка бескулачковой системы на существующем двигателе автомобиля SAAB . [16] [17] [18] [19]
В апреле 2016 года китайский производитель автомобилей Qoros представил концепт-кар, в котором реализована технология Freevalve. [20]
В марте 2020 года компания Koenigsegg Automotive AB анонсировала свой первый четырехместный автомобиль Gemera , оснащенный 2,0-литровым рядным трехцилиндровым двигателем с последовательным турбонаддувом в сочетании с тремя электродвигателями. Два из этих электродвигателей, каждый из которых мощностью 600 л.с. (450 кВт), установлены на задних колесах. Третий двигатель прикреплен к коленчатому валу двигателя и имеет мощность 400 л.с. (300 кВт). Работа двигателя для приведения в движение передних колес — это то, что Koenigsegg называет двигателем Tiny Friendly Giant (TFG) . Он имеет мощность 600 л.с. и использует бескулачковую технологию Freevalve. [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Бескулачковый двигатель объемом 1,6 литра развивает мощность 230 л.с. в Qoros 3» .
- ^ США 6871618 , Серж Масс, «Приводное устройство клапана и способ управления им», опубликовано 29 марта 2005 г., передано Renault Sport.
- ^ «Valeo тестирует бескулачковую систему для газовых двигателей; поставщик надеется представить технологию экономии топлива к 2008 году: журнал AutoWeek Magazine» . Autoweek.com. 06 февраля 2009 г. Архивировано из оригинала 22 мая 2011 г. Проверено 2 октября 2009 г.
- ^ «Система исследования активного клапанного механизма Lotus» . Grouplotus.com. Архивировано из оригинала 20 августа 2008 г. Проверено 2 октября 2009 г.
- ^ «Каргин» . Каргин. Архивировано из оригинала 17 июля 2009 г. Проверено 2 октября 2009 г.
- ^ Лу, Чжэн Дэвид; Дэн, Цянцюань; Вэнь, Шао; Чжан, Юньхай; Ю, Мэнджин; Сунь, Мин; Чжу, Гомин (2013). «Прогресс в бескулачковом регулируемом приводе клапана с маятником с двумя пружинами и электрогидравлической фиксацией». Международный журнал двигателей SAE . 6 : 319–326. дои : 10.4271/2013-01-0590 .
- ^ Ной Джозеф. «Koenigsegg планирует четырехдверную модель с бескулачковым двигателем» . Автоблог . Проверено 24 июня 2017 г.
- ^ «Готовьтесь к 4-дверному Koenigsegg» . Топ Гир. 04.03.2015. Архивировано из оригинала 26 июня 2015 г. Проверено 24 июня 2017 г.
- ^ «Бескулачковый двигатель Koenigsegg получил награду PopSci» . MSN.com. 30 октября 2016 г. Проверено 24 июня 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Обновление Freevalve Camless Engine — /INSIDE KOENIGSEGG . Драйв. 09.11.2016. Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. Проверено 24 июня 2017 г. - через YouTube.
- ^ «Бескулачковый двухтактный главный двигатель». Дизельные двигатели MAN B&W (PDF) . 2003. Архивировано из оригинала (PDF) 22 апреля 2016 г.
- ^ «Интеллектуальные двигатели – машины нового поколения» . Морское понимание . 28 марта 2019 г.
- ^ «Camcon Auto Ltd: сокращение выбросов CO2 и NOX от транспортных средств с помощью инновационных приводов» .
- ^ Роджер Стоун; Дэвид Келли; Джон Геддес; Сэм Дженкинсон (2017). Интеллектуальное срабатывание клапана — радикально новая конструкция электромагнитного тарельчатого клапана (PDF) . 26-й Аахенский коллоквиум по автомобилям и двигателям.
- ^ Кропли, Стив (24 мая 2017 г.). «Новая технология клапанов двигателя дает бензинам эффективность дизелей» . Автокар .
- ^ Курт Эрнст (20 февраля 2013 г.). «Koenigsegg: взгляд на будущие технологии двигателей: видео» . Motorauthority.com . Проверено 24 июня 2017 г.
- ^ Трэвис Окульски (26 февраля 2014 г.). «Каково это — ездить на автомобиле с бескулачковым двигателем будущего» . Ялопник . Проверено 5 июня 2016 г.
- ^ Гундерсен, Эйвинд. «Технология свободных клапанов» . КТХ Промышленная инженерия и менеджмент . Архивировано из оригинала 25 февраля 2017 г.
- ^ Koenigsegg описывает бескулачковый двигатель Freevalve . Журнал водителей. 09.01.2016. Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. – на YouTube.
- ^ «Технология Freevalve представлена на Пекинском автосалоне в концепт-каре Qoros Qamfree» . Кенигсегг. 26 апреля 2016 г. Архивировано из оригинала 11 июня 2016 г. Проверено 11 июня 2016 г.
- ^ «Крошечный дружелюбный гигантский двигатель» . Кенигсегг . Архивировано из оригинала г. 04 марта 2020 Проверено 04 марта 2020 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Главная страница двигателя EVIC» . Дэвид Боуз. 20 января 2011 г. Архивировано из оригинала 10 июля 2011 г. Проверено 20 января 2011 г.
- «Valeo тестирует бескулачковую систему для газовых двигателей; поставщик надеется создать технологию экономии топлива к 2008 году» . АвтоНеделя . Архивировано из оригинала 29 сентября 2007 года . Проверено 14 октября 2005 г.
- «Группа исследований передовых приводов, факультет машиностроения, Университет Южной Каролины» .
- «Valeo подписывает контракты с «несколькими мировыми автопроизводителями» на бескулачковый двигатель» . Архивировано из оригинала 18 марта 2012 г. Проверено 12 июля 2020 г.
- «Исследование пневматического гибрида с использованием технологической системы свободного клапана, управляемой FPGA» . Архивировано из оригинала 22 июля 2012 г.
- «Двигатели ME — новое поколение дизельных двигателей» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. Проверено 22 июля 2009 г.