Как лишить машину распредвала и зачем это нужно?

Кристиан фон Кёнигсегг (Christian von Koenigsegg), вероятно, более всего известен читателям «КЛ» своими творениями — суперкарами Koenigsegg CCX и Koenigsegg Agera R. Последний разгоняется до 300 км/ч за 14,53 с. Машины выпускает принадлежащая ему же Koenigsegg Automotive AB.

Но, оказывается, интересы этого человека несколько шире: так, его беспокоит застой в области ДВС.

Инженер разрабатывает собственную концепцию создания двигателя внутреннего сгорания, в котором привод клапанов осуществляется без кулачков и распределительного вала. Сейчас в большинстве двигателей каждому клапану соответствует индивидуальный кулачок, который и открывает клапан, набегая на рычаг толкателя клапана. Когда кулачок сбегает с рычага, клапан закрывается под действием возвратной пружины.

Распредвал и кулачки не только занимают много места, но и значительно ограничивают потенциал стандартного ДВС. (Фото Wikimedia Commons.)

Из-за того что такая схема подразумевает специфическую, часто похожую на яйцо форму кулачка, сама суть процесса не позволяет осуществлять его быстро и резко: будучи зависим от движений кулачка, клапан открывается постепенно, столь же неспешно выпускает газы и закрывается.

У свободноклапанного двигателя фон Кёнигсегга всё не так. Клапаны там работают независимо друг от друга (распредвал в обычном моторе двигает их одновременно) и управляются электроникой, регулирующей давление воздуха, которое заставляет клапан закрываться-открываться, при этом фиксация в закрытом положении осуществляется мощной пружиной. Благодаря отсутствию кулачков клапаны быстро (а не плавно) распахиваются, и топливо почти мгновенно наполняет цилиндр, после чего клапан столь же стремительно закрывается. То же самое происходит и с выпускным клапаном, что значительно сокращает время, необходимое для одного цикла работы двигателя.

Это, конечно, далеко не первая попытка избавиться от кулачков, но предлагавшиеся до сих пор схемы были сложными, часто базировались на медленной гидравлике или, как в случае с «Формулой-1», оставались сверхсложными и непригодными для массового производства. Как уверяет изобретатель, в его электропневматической схеме все эти проблемы успешно решены.

Преимущества схемы во много ясны из самого её описания: ДВС той же мощности при таком исполнении будет много компактнее и легче, здесь не нужны распредвал и ремень газораспределительного механизма. Опять же все цилиндры смогут работать в разных режимах, что значительно упрощает выключение части цилиндров при малых оборотах (в пробке и на низкой скорости).

Благодаря задержкам на впуске всего в пару миллисекунд декларируется возможность получения рабочих 20 тыс. оборотов в минуту, что втрое выше современных стандартов для автомобильных двигателей. Конечной целью конструкторов (и она, как они считают, абсолютно достижима при такой технологии) является снижение потребления топлива на 30% (пока достигнуто только 20%), увеличение момента и мощности на 30% (при равном объёме) и, за счёт лучшего момента и меньшей необходимости в связи с этим в высоких оборотах, уменьшение выхлопов на 50%. Кстати, двигатель уже прошел 60 000 км на реальной машине («мулом» послужил старый SAAB), а начало внедрения в массовое производство обещают через 3–4 года.

Среди всего этого моря оптимизма встречаются маленькие детали — скажем, личность изобретателя. Да, он успешно и фактически с нуля создал (в 22 года) проект, а затем запустил в производство линию суперкаров. Но лишь меньшую часть его смелых технических идей ему действительно удалось довести до конвейера. Так, ещё в конце 80-х он изобрёл портативный Chip Player, использовавший для хранения музыкальных файлов микросхемы вместо CD (ничего не напоминает?), однако никого из производителей плееров того времени заинтересовать ему не удалось: не помогли ни миниатюрность, ни возможность многократной перезаписи. В 1991 году он представил элементы пола, соединяющиеся простым нажатием, без какого-либо крепления. И вновь это решение что-то нам напоминает: в 1995 году практически то же самое запатентовали некоторые европейские производители.

Поэтому и на сей раз совершенно не факт, что Кристиану фон Кёнигсеггу удастся заинтересовать промышленников своей идеей. А поскольку сам он автопроизводитель не крупносерийный, то найденное решение может так и остаться уделом эксцентричных толстосумов, владеющих суперкарами. С другой стороны, строгость экологических норм в Европе вполне может заставить любого европейского автопроизводителя вскоре запатентовать нечто подобное.

Очень толковый видеоэкскурс в некоторые детали: