На що здатний двигун внутрішнього згоряння?

Коли справа доходить до Кенігсегга, здається, що все відбувається з іншої планети. Нова модель шведської марки під назвою Gemera нічим не відрізняється від цього формулювання – чотиримісна модель GT з гібридним приводом, потужність системи 1700 к.с., максимальна швидкість 400 км/год та розгін до 100 км/год за 1,9. секунд. Хоча суперкари вже не такі рідкісні в сучасному світі, у Gemera все ж таки є деякі відмінні риси. І найбільш характерною з цих особливостей є двигун автомобіля.

Кенігсегг називає це Крихітним Дружнім Гігантом, або скорочено TNG. І є причина – TFG має робочий об'єм у два літри, три циліндри (!), два турбонагнітачі та 600 к.с. при 300 л.с. за літр цей пристрій досягає максимальної потужності, коли-небудь пропонованої серійним двигуном. Компанія стверджує, що з точки зору технології TFG "випереджає будь-який інший трициліндровий двигун на ринку сьогодні". Насправді вони абсолютно праві - наступний трициліндровий двигун - це 268 к.с., використовуваний Toyota в GR Yaris.

Найнезвичайніша технологія в TFG – це система газорозподілу без розподільного валу. Натомість у двигуні використовується система, розроблена дочірнім підприємством Koenigsegg Freevalve, з пневматичними приводами для кожного клапана.

Насправді, «маленький доброзичливий гігант» був розроблений спеціально для Gemera. Шведська компанія хотіла створити щось компактне, легке, але з великою потужністю. Крім того, загальна філософія конструкції приводу змінилася, і, на відміну від гібридної Gegera Regera, велика частина потужності забезпечується електродвигунами. Двигун внутрішнього згоряння має додатковий внесок в привід і в зарядку акумуляторів.

Перш ніж прийняти рішення про створення трьохциліндрового двигуна в Кенігсеггу, вони багато думали. Однак таке рішення не буде прийнято однозначно в ексклюзивному автомобілі. Проте, пошук таких якостей, як компактність і легкість, переважає і призводить до створення самого екстремального двигуна в світі, з точки зору не тільки літра, а й «циліндра».

Конфігурація двигуна, однак, має досить великі циліндри і звучить досить помітно, з типовим низькочастотним тембром для трициліндрових двигунів, але набагато хриплішим. Крістіан фон Кенігсег, засновник компанії, сказав про нього: "Уявіть собі Harley, але з іншим циліндром". Хоча він має великий діаметр 95 мм і хід поршня 93,5 мм, TFG любить високі обороти. Його максимальна потужність досягається при 7500 об/хв, а червона зона тахометра починається з 8500 об/хв. Тут алхімія складається з дорогих матеріалів, що забезпечують легкість (швидкість) та міцність (високий тиск процесу горіння). Тому високі швидкості супроводжуються неймовірним крутним моментом - 600 Нм.

Каскадний турбокомпресор

Відповідь на питання, як саме два турбонагнітачі можуть бути з'єднані в трициліндрову конфігурацію, – каскад. У схожій системі в 80-х роках використовувалася культова модель Porsche 959, в якій є подібність, оскільки два трициліндрові двигуни заповнені маленьким і великим турбонагнітачем. Тим не менш, TFG має нову інтерпретацію з цього питання. Кожен із циліндрів двигуна має два випускні клапани, один з яких відповідає за заповнення невеликого турбонагнітувача, а інший – за великий турбонагнітач. При низьких оборотах та навантаженнях відкриваються лише ті три клапани, які подають гази для невеликого турбонагнітача. При 3000 об/хв другі клапани починають відкриватися, направляючи гази у великий турбонагнітач. Однак двигун настільки високотехнологічний, що за своїми параметрами навіть у атмосферній версії може досягати 280 к.с. Причина у тій же технології клапанів Freevalve. Однією з причин, через яку двигун з робочим об'ємом 2000 куб. См має три циліндри, є той факт, що трициліндровий двигун більш ефективний з точки зору турбонаддува, оскільки відсутнє взаємне демпфування пульсацій газу, як у чотирициліндровому двигуні.

І клапани з пневматичним відкриттям

Завдяки системі Freevalve кожний клапан переміщається індивідуально. Він може бути відкритий незалежно з певною тривалістю, пусковим моментом та ходом. При низькому навантаженні відкривається лише один, що забезпечує більш високий потік повітря та краще перемішування палива. Завдяки можливості точного керування кожним із клапанів, відпадає необхідність у дросельній заслінці, і кожен із циліндрів можна відключити за потреби (в режимах часткового навантаження). Гнучкість роботи дозволяє TFG перемикатися із звичайного режиму роботи Отто на Міллер зі збільшеним робочим циклом та вищою ефективністю. І це не найвражаюче – за допомогою «обдування» від турбоагрегатів двигун може перемикатися в двотактний режим приблизно до 3000 об/хв. Згідно з Крістіаном фон Кенігсегу при 6000 об/хв у цьому режимі він звучатиме як шестициліндровий. Однак при 3000 об/хв пристрій перемикається назад у чотиритактний режим, тому що на високих швидкостях не вистачає часу для газообміну.

Штучний інтелект

З іншого боку, Koenigsegg працює з американською компанією зі штучного інтелекту SparkCognition, яка розробляє програмне забезпечення для управління штучним інтелектом для таких двигунів Freevalve, як TFG. Згодом система дізнається, як найкращим чином керувати клапанами, і різні способи проведення процесу згоряння. Система управління і система Freevalve дозволяють змінювати обсяг і тембр двигуна при різному відкритті випускних клапанів. Він також відповідає за здатність швидше прогрівати двигун і зменшувати викиди. Завдяки електродвигуна-генератора при дуже низькій температурі двигун колінчастого вала обертається протягом приблизно 10 циклів (протягом 2 секунд), при яких температура стисненого повітря в циліндрах досягає 30 градусів. В процесі нагрівання всмоктуючий клапан відкривається з невеликим ходом і відбувається турбулентна циркуляція повітря і палива навколо випускного клапана, що покращує випаровування.

Паливо також робить важливий внесок у досягнення високої потужності двигуна. Фактично, TFG – це двигун Flex Fuel, тобто він може працювати як на бензині, так і на спирті (етанол, бутанол, метанол) та сумішах у різних пропорціях. Молекули спирту містять кисень і таким чином забезпечують те, що необхідно для спалювання вуглеводневої частини. Звичайно, це означає більш високу витрату палива, але воно забезпечується легше, ніж велика кількість повітря. Алкогольні суміші також забезпечують чистіший процес згоряння, і в процесі згоряння виділяється менше твердих частинок. І якщо етанол витягується з рослин, він може забезпечити вуглець-нейтральний процес. Працюючи на бензині потужність двигуна становить 500 к.с. Нагадаємо, що контроль процесу згоряння в TFG настільки високотехнологічний, що йому вдається витягти практично максимально можливе з палива без детонації - самої невралгічної зони згоряння при такому високому тиску турбонаддуву. Це справді унікально з коефіцієнтом стиснення 9,5:1 і дуже високим тиском наповнення. Ми можемо лише здогадуватися, як саме головка блоку циліндрів прикріплена до блоку, а міцність останнього з урахуванням величезного робочого тиску процесу згоряння – певною мірою це може пояснити наявність сферичних форм, подібних до колон, у його архітектурі.

Звичайно, складна система Freevalve коштує дорожче, ніж звичайні механічні приводи клапанів, але для створення двигуна використовується менше сировини, що в деякій мірі компенсує як вартість, так і вагу. Таким чином, в цілому, вартість високотехнологічного TFG в два рази нижче, ніж у восьмицилиндрового пятилитрового турбонагнетателя компанії.

Унікальний привід Gemera

Інша частина трансмісії Gemera також унікальна і незвичайна. TFG розташований за пасажирським салоном і управляє передньою віссю, використовуючи унікальну систему прямого приводу без коробки передач з шестернями, але з двома гідравлічними зчепленнями на кожній осі. Система називається HydraCoup, і на певній швидкості виконується блокування гідравлічних зчеплень і прямий привід. Це пов'язано з тим, що двигун внутрішнього згоряння також безпосередньо пов'язаний з електродвигуном-генератором потужністю до 400 к.с. потужність відповідно до 500 Нм.

HydraCoup конвертує загалом 1100 ньютон-метрів TFG та електродвигун, подвоюючи крутний момент до 3000 об/хв. До цього додається крутний момент кожного з двох електродвигунів, що приводять в рух одне заднє колесо потужністю 500 к.с. кожен та відповідно на 1000 Нм. Таким чином, загальна потужність системи складає 1700 л. Кожен із електродвигунів має напругу 800 вольт. Акумулятор автомобіля також є унікальним. Він має напругу 800 вольт і потужність лише 15 кВт · год, має потужність розряду (виходу) 900 кВт та потужність зарядки 200 кВт. Кожна з її осередків контролюється окремо з точки зору температури, стану заряду, «здоров'я», і всі вони об'єднані в загальний карбоновий кузов, розташований у найбезпечнішому місці – під передніми сидіннями та в карбоново-араміндному тунелі для приводу. Все це означатиме, що після декількох активніших прискорень автомобіль повинен буде деякий час рухатися повільніше, щоб TFG зарядив акумулятор.

Вся незвичайна компоновка заснована на філософії компанії з виробництва автомобілів з проміжним заднім двигуном. Koenigsegg ще не планує чистий електричний автомобіль, тому що вони вважають, що технології в цій галузі недостатньо розвинені і роблять автомобілі дуже важкими. Щоб скоротити викиди вуглекислого газу, компанія використовує алкогольне паливо і двигун внутрішнього згоряння.

800-вольтова електрична система Gemera забезпечує до 50 км електрики та швидкість 300 км/год. Для відпочинку до 400 км/год відповідальність TFG. У гібридному режимі автомобіль може проїхати ще 950 км, що говорить про досить високу ефективність системи – сам TFG споживає приблизно на 20 відсотків менше, ніж сучасний дволітровий двигун. із звичайним змінним розподілом газу. А стабільність автомобіля також забезпечується системою рульового управління задніми колесами, вектором електричного моменту, що крутить, ззаду і вектором механічного моменту, що крутить, спереду (за допомогою додаткових «мокрих» зчеплень в механізмах переднього приводу, поруч з гідравлічними перетворювачами). Таким чином, Gemera стала автомобілем з повним приводом, чотириколісним кермовим керуванням та векторною передачею моменту, що крутить. До цього додається регулювання зростання тіла.

Хоча цей двигун унікальний за своєю природою, він показує, що може бути керівництвом для розробки двигуна внутрішнього згоряння. Ті ж дебати відбуваються у Формулі 1 – у пошуках ефективності, ймовірно, основна увага буде приділена синтетичному паливу та двотактному принципу роботи у певних режимах.