Трицилиндровият агрегат с каскадно пълнене и 600 к.с. TFG е част от уникалното задвижване на Koenigsegg Gemera
Когато става дума за Koenigsegg, нещата винаги изглеждат сякаш идват от друга планета. Не се отличава от тази формулировка и новият модел на шведската марка, наречен Gemera – четириместен GT модел с хибридно задвижване, системна мощност от 1700 к.с., максимална скорост от 400 км/ч и ускорение до 100 км/ч за 1,9 секунди. Въпреки че в днешния свят суперавтомобилите вече не са толкова голяма рядкост, Gemera все пак има доста ярки отличителни белези. А най-отчетливият сред тези белези е двигателят на автомобила.
От Koenigsegg го наричат Tiny Friendly Giant (мъничкият дружелюбен гигант) или накратко TNG. И има защо – TFG има работен обем от два литра, три цилиндъра (!), два турбокомпресора и мощност от 600 к.с.. С 300 к.с. на литър този агрегат постига най-високата литрова мощност предлагана някога от сериен мотор. От фирмата твърдят че в технологично отношение TFG „е на светлинни години пред всеки друг трицилиндров мотор на пазара днес“. Всъщност са абсолютно прави – следващият по мощност мотор с три цилиндъра е използваният от Toyota агрегат в GR Yaris с 268 к.с.
Най-необичайната технология в TFG е неговата система за газоразпределение без разпределителен вал. Вместо това двигателят използва разработената от дъщерната компания на Koenigsegg Freevalve система с пневматични активиращи устройства за всеки клапан.
Всъщност „малкият дружелюбен гигант“ е конструиран специално за Gemera. От шведската компания са искали да създадат нещо компактно, леко, но с много голяма мощност. Освен това при проектирането на задвижване е променена цялостната философия и за разлика от хибридната Regera при Gemera основната част от мощността се осигурява от електрическите мотори. Двигателят с вътрешно горене има допълнителен принос в задвижването и за зареждането на батериите.
Преди да вземат решението за създаване на трицилиндров мотор в Koenigsegg доста умуват. Все пак подобно решение не би било прието еднозначно в един ексклузивен автомобил. Но пък търсенето на качества като компактност и лекота надделява и води до конструирането на най-екстремния двигател в света, от гледна точка не само на литрова, но и на “цилиндрова“ мощност.
Конфигурацията на двигателя все пак е с доста големи цилиндри и звучи доста наперено, с типичен за трицилиндровите мотори нискочестотен тембър, но много по-гърлено. За него Кристиян фон Кьонигсег, основателят на компанията казва „Представете си Harley, но с още един цилиндър“. Въпреки че има доста мащабните диаметър от 95 мм и ход на буталото от 93,5 мм, TFG обича високите обороти. Максималната му мощност се постига при 7500 об./мин, а червената зона на оборотомера започва от 8500 об./мин. Тук алхимията се състои в скъпите материали позволяващи едновременно лекота (обороти) и здравина (високо налягане на горивния процес). Затова високите оборотни режими са съпроводени и от невероятен въртящ момент – 600 Нм.
Каскадно турбо пълнене
Отговорът на въпроса как точно могат да бъдат свързани два турбокомпресора при трицилиндрова конфигурация е – каскадно. Подобна система през 80-те използваше култовият модел на Porsche 959, в която има подобие, защото две тройки цилиндри пълнеха малък и голям турбокомпресор. TFG обаче има нова интерпретация по темата. Всеки от цилиндрите на двигателя има по два изпускателни клапана, и от тях единият е отговорен за пълненето на малкия, а другият за големия турбокомпресор. При ниски оборотни режими и натоварване се отварят само тези три клапана които осигуряват газове за малкия турбокомпресор. При около 3000 об./мин започват да се отварят вторите клапани, насочвайки газовете към големия турбокомпресор. Двигателят обаче е толкова високотехнологичен че на базата на параметрите си дори в „атмосферна“ версия би могъл да достигне мощност от 280 к.с. Причината се корени в същата тази клапанна технология на Freevalve. Една от причините пък двигателят с работен обем от 2000 куб. см да е с три цилиндъра е фактът че трицилиндровият мотор е по-ефективен от гледна точка на турбопълнене, тъй като няма взаимно гасене на пулсациите на газовете както при четирицилиндровия.
И клапани с пневматично отваряне
Благодарение на системата Freevalve всеки клапан се движи по индивидуален начин. Той може да се отваря самостоятелно със специфична продължителност, начален момент и ход. При ниско натоварване се отваря само единият, а това осигурява по-високоскоростен поток на въздуха и по-добро смесване на горивото. Благодарение на възможността за прецизен контрол на всеки от клапаните отпада нуждата от дроселова клапа, а всеки от цилиндрите може да бъде изключван при нужда (в режими на частично натоварване). Гъвкавостта на работата позволява на TFG да преминава от конвенционален Ото към Милър режим на работа с увеличен работен цикъл и по-висока ефективност. И това не е най-впечатляващото – с помощта на „продухването“ от турбоагрегатите двигателят може да преминава в двутактов режим на работа до около 3000 об./мин. Според Кристиян фон Кьонигсег при 6000 об./мин в този режим той би звучал като шестцилиндров. При 3000 об./мин обаче агрегатът преминава обратно в четиритактов режим защото при високи оборотни режими няма достатъчно време за газообмен.
Изкуствен интелект
От друга страна Koenigsegg работи с американската компания за изкуствен интелект SparkCognition разработваща софтуерно управление с изкуствен интелект за Freevalve двигателите на фирмата като TFG. С течението на времето системата научава най-добрия начин за опериране на клапаните и различни начини на осъществяване на горивния процес. Управлението и Freevalve системата позволяват модифициране на силата и тембъра на звука на двигателя с различно отваряне на изпускателните клапани. Пак на нея се дължи и възможността за по-бързо загряване на двигателя и намаляване на емисиите. Благодарение на електрическия мотор-генератор при много ниска температура двигателят на коляновия вал се завърта за около 10 цикъла (за 2 секунди) с което температурата на сгъстения въздух в цилиндрите достига 30 градуса. В процеса на загряване всмукателният клапан се отваря с малък ход и се осъществява турбулентна циркулация на въздуха и горивото около изпускателния клапан с което се подобрява изпаряването.
Важен принос за постигане на голямата мощност на двигателя има и горивото. На практика TFG е Flex Fuel мотор – тоест може да работи с бензин, но и с алкохол (етанол, бутанол, метанол) и смеси в различни пропорции. Молекулите на алкохолите съдържат кислород и по този начин осигуряват част от необходимия за изгарянето на въглеводородната част. Разбира се това означава по-голям разход на гориво, но то се осигурява по-лесно отколкото големите количества въздух. Алкохолните смеси осигуряват и по-чист горивен процес и при горенето им се отделят по-малко твърди частици. А ако етанолът е добит от растения може да осигури и въглеродно-неутрален процес. При работа на бензин мощността на двигателя е 500 к.с. Нека напомним – контролът на горивния процес при TFG е толкова високотехнологичен че успява да извлече почти максимално възможното от горивото без да се достига до детонации – най-невралгичната зона по отношение на горенето при толкова високо налягане на турбопълненето. Това е наистина уникално при степен на сгъстяване от 9,5:1 и въпросното много високо налягане на пълнене. Можем само да гадаем как точно цилиндровата глава е прихваната към блока и здравината на посления предвид огромното работно налягане на горивния процес - в известна степен може това обясняава наличието на сферичните форми подобни на колони в архитектурата му.
Разбира се сложната система Freevalve е по-скъпа от конвенционално механично задвижване на клапаните, но пък за изработката на двигателя се използват по-малко суровини, а това в известна степен компенсира себестойността – а също и теглото. Така като цяло себестойността на високотехнологичния TFG е два пъти по-ниска от тази на осемцилиндровия петлитров twin turbo агрегат на фирмата.
Уникалното задвижване на Gemera
Останалата част от задвижването на Gemera също е уникална и необикновена. TFG е разположен зад отделението за пътниците и задвижва предния мост с помощта на уникалната direct drive система без трансмисия с предавки, но с два хидравлични съединителя на всяка полуос. Системата се нарича HydraCoup, а при определена скорост хидравличните съединители се блокират и се извършва директно задвижване. Това става благодарение на факта че двигателят с вътрешно горене е и пряко свързан с електрически мотор-генератор осигуряващ до 400 к.с. мощност, респективно до 500 Нм. HydraCoup преобразуват общо 1100-те нютонметра на TFG и електромотора удвоявайки въртящия момент до 3000 об./мин. Към всичко това се добавя въртящия момент на всеки от двата електромотора задвижващи по едно задно колело с мощност от 500 к.с. всеки, и съответно с по 1000 Нм. Така общата системна мощност е 1700 к.с. Всеки един от електромоторите е с напрежение от 800 волта. Уникална е и батерията на автомобила. Тя е с напрежение от 800 волта и при едва 15 кВтч капацитет има разрядна (изходна) мощност от 900 кВт и зарядна мощност от 200 кВт. Всяко нейна клетка се контролира отделно по отношение на температура, зарядно състояние, „здравословно състояние“, а всичките са интегрирани в общ карбонов корпус, разположен на най-сигурното място – под предните седалки и в карбоново-араминдният тунел за задвижването. Всичко това би означавало че след няколко по-активни ускорения, автомобилът известно време ще трябва да се движи по-смирено за да може TFG да зареди батерията.
Цялата необичайна компановка е базирана на философията на фирмата да прави автомобили с междинно разположен в задната част двигател. От Koenigsegg все още не планират чист електромобил защото смятат че технологиите в тази област не са достатъчно развити и правят автомобилите много тежки. За намаляване на емисиите на въглероден двуокис от фирмата разчитат на алкохолните горива и двигателя с вътрешно горене.
800 волтовата електрическа система на Gemera позволява изминаване на до 50 км само на електричество и постигане на скорост от 300 км/ч. За останалата част до 400 км/ч отговорност носи TFG. В хибриден режим автомобилът може да измине още 950 км, което говори за доста висока ефективност на системата - TFG сам по себе си има с около 20 процента по-нисък разход от модерен двулитров мотор. с конвенционално променливо газоразпределение. А за стабилността на автомобила се грижат още и системата за завиване на задните колела, електрическият torque vectoring на задните и механичният torque vectoring на предните (с помощта допълнителни „мокри“ съединителите в предните механизми за задвижване, до хидравличните преобразувателите). Така Gemera се превръща в автомобил със задвижване на четирите колела, завиване на четирите колела и torque vectoring на четирите колела. Към всичко това се добавя регулиране на височината на каросерията.
Въпреки че е уникален по своята същност този мотор показва какви биха могли да бъдат насоките за развитието на двигателя с вътрешно горене. Същите дебати текат и във Формула 1 – в терсене на ефективността там вероятно ще се насочат към синтетични горива и двутактов принцип на работа в определени режими.
Текст: Георги Колев