Cистема MultiAir от Fiat.
Благодаря принципиально новой технологии расход топлива в бензиновых моторах MultiAir снижается на 10%, а мощность, наоборот, увеличивается на 10% по сравнению с традиционными двигателями.
Впервые итальянский авто концерн Fiat представил свою инновационную техническую разработку – систему MultiAir для бензиновых моторов, еще в 2009 году. За последние три года моторы MultiAir постоянно усовершенствовались, неизменным оставалось одно – их популярность в качестве мощных и в тоже время экономичных и экологически чистых силовых агрегатов.
Главная особенность линейки MultiAir по сравнению с традиционными бензиновыми моторами – в наличие электронно-гидравлической системы управления впускных клапанов индивидуально для каждого цилиндра. Как известно, качество и масса свежего воздуха в цилиндрах – «ключ» для бензиновых двигателей. В классическом бензиновом двигателе количество воздуха, подаваемого в цилиндр, определяется положением дроссельной заслонки. В моторе MultiAir благодаря электронно-гидравлической системе происходит гибкое управление воздушными потоками, проходящими через впускные клапана – электроника определяет оптимальную на данный момент продолжительность открытия впускных клапанов и скорость их закрытия. Это позволяет создавать наилучшее соотношение смеси в цилиндрах, что увеличивает мощность мотора и снижает потребление топлива.
Электронно-гидравлическая система MultiAir действительно стала революционной в бензиновых двигателях Многие производители пытались создать электронную систему дозированной подачи воздуха в цилиндр. Например, были созданы быстродействующие электромагнитные клапанные механизмы, срабатывающие по сигналу процессора. Но главным их недостатком было то, что при их отказе не удавалось обеспечить сохранение работоспособности двигателей. Кроме этого, электромагниты, которые управляют клапанами, расходуют слишком много электроэнергии.
Другие авто производители сосредоточились на создании электромеханических систем, дополнив конструкцию распределительных валов фазосдвигающими приводами. Но и здесь не был получен оптимальный результат - диапазон регулирования подачи воздуха был очень узкий, кроме того, все клапаны управлялись одинаково, что делало невозможным «индивидуальный подход» к каждому отдельному цилиндру.
Рисунок 5 – Электронно-гидравлическая система MultiAir
Эту важную задачу – возможность гибко управлять открытием клапанов и подачей воздуха отдельно в каждом цилиндре – решили конструкторы концерна Fiat, создав электронно-гидравлическую систему MultiAir. Здесь вместо традиционного толкателя используется гидравлическая система с дополнительным соленоидом, который управляется электроникой и контролирует давление в гидравлической системе. Открываясь и закрываясь этот соленоид может изменять момент и продолжительность открытия впускных клапанов, скорость их закрытия (при помощи специального "гидравлического тормоза»), а также может открывать клапаны многократно за один цикл для создания наиболее оптимальной смеси в цилиндре.
К примеру, при большой нагрузке на малых оборотах гидравлическая система будет раньше закрывать впускной клапан, чтобы продукты горения смеси не попадали из цилиндра во впускной тракт. А при частичной нагрузке впускной клапан будет открываться раньше для того, чтобы насытить смесь кислородом и увеличить крутящий момент двигателя.
Управление поступлением воздуха с помощью впускных клапанов дало возможность отказаться от применения дроссельной заслонки – главного источника насосных потерь. А уменьшение потерь автоматически приводит к экономии топлива, повышению мощности, увеличению крутящего момента и снижению вредных выбросов.
Технология MultiAir применима на двигателях внутреннего сгорания, работающих на любых видах топлива — бензине, газе, водороде, дизеле. В последнем случае также возможно серьезное снижение выбросов. Рециркуляция отработанных газов может осуществляться без использования впускного клапана в такте выпуска. При пуске и прогреве двигателя выбросы СО и СН снижаются на 40%. Оптимизация рабочего процесса в значительной мере снижает нагрузку на сажевый фильтр и каталитический нейтрализатор, что продлевает срок их службы. Справедливости ради надо отметить, что экономия топлива дизельным двигателем MultiAir будет не столь существенной, поскольку рабочий процесс дизельного двигателя экономичен от природы, а насосные потери на впуске минимальны. Дальнейшее развитие конструкций может сделать бензиновые и дизельные двигатели более унифицированными, а со временем и «всеядными».
Преимущества Multiair перед другими аналогичными системами состоят в простоте, надежности и низкой стоимости производства. В перспективе ожидается применение системы Multiair и для выпускных клапанов, что еще больше расширит ее возможности. Например, при малых нагрузках вспышки в цилиндрах могут производится через цикл, что даст ощутимую экономию. А если в каком-то цилиндре произойдет пропуск вспышки, то неиспользованная смесь не уйдет на выхлоп, так как клапан не откроется, а сгорит в следующем цикле. На очереди у конструкторов – ГРМ без распредвала.
Подводя итог сказанному можно отметить: двигатель MultiAir мощнее, динамичнее на всех оборотах, экономичнее и экологически чище. Эта технология, которая действительно совершила переворот в моторостроении, укрепив лидерство Fiat как производителя инновационных технологий.
Система FreeValve от компании Koenigsegg.
Если взглянуть в прошлое, в 80-е года, топовой и самой продвинутой технологией стала система управления клапанами типа VTEC, 90-е года отличились разработкой и применением продвинутой системой впрыска топлива, чуть позже кульминацией развития прямого впрыска стали поздние 2000-е. Будущее за технологией FreeValve, "без системы распредвалов" приводящего клапаны в движение в ДВС.
Как и любая другая технологическая революция, FreeValve Camfree стал технологическим прорывом, который должен изменить расстановку сил в технологиях создания двигателей внутреннего сгорания. Основной принцип звучит просто и гениально, вместо определённой привязки к определенной, статической формуле, новая технология предлагает гибкость в процессе работы мотора.
Технологии изменяемого открытия клапанов существуют уже относительно давно, было сделано множество прототипов от разных автопроизводителей, существуют даже похожие серийные версии от BMW, но ни одна из них не может сравниться с возможностями, которые предлагает новый тип двигателя, разработанный скромной скандинавской компанией. Гениальность продвигаемой системы также не в последнюю очередь заключается в том, что она не подразумевает серьёзных изменений в конструкции самого двигателя. Тем не менее эта кажущаяся простота не помогла избежать FreeValve дороговизны и сложностей производства.
Как и другие инженеры, сосредоточившиеся на развитии технологий дезактивации и изменяемой степени сжатия, а также изменяемого объёма, парни из FreeValve работали над тем, что называется топовой мировой технологией мотора, стоящей на острие атаки прогресса.
В ходе исследований, компания Koenigsegg выяснила, что технология привода клапанов имеет огромный потенциал развития, решение было логичным, разработать реальную систему, основанную на теоретическом опыте, таким образом для достижения амбициозных целей произошло объединение с дочерней компанией Cargine, впоследствии переименованной в FreeValve.
Из названия и описания технологии становится понятным, что речь действительно идет о двигателе, в котором отсутствуют распределительные валы. На самом деле необычный подход к инженерии внутримоторных технологий, главный секрет которых заключается в том, что двигателю не нужны эти валы, поскольку клапаны рассчитаны на индивидуальную работу, каждый по отдельности. Каждый клапан не связан жестко с соседними клапанами, отсюда проистекает название- «свободные клапаны», FreeValve.
Главная мысль заключается в том, чтобы работа двигателя внутреннего сгорания стала более эффективной во всех фазах работы. Стандартные распределительные валы ввиду заложенных в них конструктивных особенностей являются крайне компромиссными вариантами, что зачастую приводит к определенным «жертвам», повышенный расход топлива в угоду мощности или низкий крутящий момент на высоких оборотах в угоду пиковой мощности и т.д..
С новой технологией инженеры получили возможность сделать двигатель эффективным при любых оборотах и на всех режимах работы, не опасаясь провалов на холостом ходу, посредственной динамики или высокого расхода топлива.
Звучит как недосягаемая мечта, но нет ничего невозможного, возможно все, что возможно себе представить. Дочерняя компания Кёнигсегг добилась высоких результатов, создав вполне рабочий, практически серийный экземпляр своей разработки, которую они долгие годы возили от выставки к выставке, представляя прототип на разных своих новинках. Вместо распредвалов, каждый клапан приводится в движение отдельным приводом, работу которых в свою очередь контролирует электроника.
Разработчики утверждают, что система без распредвалов использует на 10% меньше энергии, чем традиционные решения привода. Эти проценты в стандартной схеме двигателя обычно уходят на преодоление трения, привод и работу всей верхней части «головы» мотора, то есть всех этих многочисленных систем. Эффективность использования такого двигателя как несложно догадаться будет на 10% лучше, но гораздо больший выигрыш станет очевидным при экологической проверке.
Например, в двигателе с искровым зажиганием, с установленным FreeValve можно смело снять каталитический нейтрализатор, а экономичность даже у мощного бензинового двигателя станет сродни дизельному варианту.
В результате полученный силовой агрегат станет дешевле эквивалентного дизельного мотора, говорят в FreeValve. На дизельные двигатели также могут быть установлены новомодные электронные приводы клапанов, что в теории должно чуть снизить расход мотора работающего на ДТ и серьезно повысить экологичность его выхлопа.
Технические нюансы. FreeValve- более, чем полностью изменяемые фазы газораспределения?
Если ответить кратко, по существу, то да, это больше чем двигатель с изменяемыми фазами газораспределения, потому что каждый конкретный клапан может иметь различные «подъемы», как по времени, так и в позиции открытия. Также он может открываться и закрываться с разной скоростью, изменяя частоту, за этим в онлайн режиме следит система бортовых компьютеров высчитывая необходимый режим хода клапана в соответствии с режимом работы двигателя с точностью подъема вплоть до 1/10 миллиметра.
Как видно приводы (актуаторы) способны делать это с необычайной точностью, значительно превосходя показатели работы ГРМ в обычном двигателе.
Кстати, электроприводы, они же актуаторы, самая важная часть разрабатываемого типа мотора. Клапаны при помощи индивидуальных систем приводятся в движение до 20 тыс. открытий, закрытий в минуту. Датчики контроля положения клапана зорко следят за происходящим, мониторя положение клапанов, внимание, - 100 тыс. раз в 1 секунду. Причем привод, двигающий клапаны не просто электрический, такой тип не выдерживает колоссальных нагрузок/скоростей/температур и быстро выходит из строя. В компании Koenigsegg разработали «пневмогидроэлектрический тип привода». Каждая из стихий: пневматика, гидравлика и электрика, выполняет сугубо свою отдельную функцию. Пневматикой клапан открывается, при помощи гидравлики- закрывается. Электропривод подает воздух и масло, чтобы в системе было необходимое для работы актуатора давление.
Кристиан фон Кёнигсегг не вдается в детали принципа работы своего привода, но с удовольствием объясняет общую концепцию «пневмогидравлоэлектрического актуатора». Открывает клапаны пневматика, а закрывает — гидравлика. И пневматическая, и гидравлическая системы постоянно находятся под давлением и готовы сообщить клапану максимум энергии. Задача электрического привода — лишь вовремя подавать к клапану воздух или масло. Проблема охлаждения и смазки при этом решается сама собой: наиболее нагруженные детали привода обслуживаются соответствующими системами самого ДВС.
Прелесть актуатора Freevalve в том, что он подходит практически для любого автомобильного или мотоциклетного двигателя. Будь то высокооборотный мотор гоночного мотоцикла, раскручивающийся до 16 000 об/мин, или грузовой дизель, тарахтящий на 3500 об/мин, один и тот же привод будет полностью соответствовать их нуждам. Клапан гоночного мотоцикла сделан из легкого сплава, поэтому энергия актуатора с легкостью разгоняет его до больших скоростей. Клапан грузовика крупный и тяжелый, однако и высокие скорости ему не нужны.