カムレスピストンエンジン

カムレスまたはフリーバルブピストンエンジンは、従来のカムの代わりに、電磁力、油圧、または空気圧[ 1 ]アクチュエータによって作動するポペットバルブを備えたエンジンです。アクチュエータは、バルブの開閉、またはスプリングなどの手段によって閉じられたバルブの開閉に使用できます。

カムシャフトは通常、バルブごとに1つのローブを持ち、バルブ作用角とリフト量は固定されています。多くの最新エンジンはカムシャフト位相制御を採用していますが、稼働中のエンジンでリフト量とバルブ作用角を調整するのはより困難です。一部のメーカーは複数のカムローブを備えたシステムを採用していますが、一度に作動できるプロファイルは少数に限られるため、依然として妥協が必要です。しかし、カムレスエンジンでは、リフト量とバルブタイミングをバルブごと、またサイクルごとに自由に調整できます。また、1サイクルあたり複数のリフトイベント、さらには1サイクルあたり0イベント（シリンダーを完全に停止させる）も可能です。

カムレス開発

カムレスバルブトレインは、ルノー、BMW、フィアット、ヴァレオ、ゼネラルモーターズ、リカルド、ロータスエンジニアリング（ 1980年代後半にアクティブサスペンションプログラムのスピンオフとして電動油圧式バルブ駆動を開発した、両社とも同様の電動油圧式駆動と制御を採用）、フォード、江蘇省工大動力技術、ケーニグセグの姉妹会社であるフリーバルブなど、複数の企業によって長年研究されてきました。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]これらのシステムの一部は市販されていますが、まだ量産車のエンジンには搭載されていません。2015年春、クリスチャン・フォン・ケーニグセグは記者団に対し、同社が追求している技術は「実現に向けて準備が整っている」と述べましたが、具体的なスケジュールについては何も語りませんでした。[ 7 ] [ 8 ]

2016年11月、中国の自動車メーカーである観致汽車は、 2016年広州モーターショーで観致3ハッチバックを出展し、新型観致「Qamfree」エンジンを披露しました。このエンジンを設計したスウェーデンのFreeValve社は、1.6リッター（98立方インチ）ターボチャージャー付きエンジンが170kW（230馬力）、320Nm（240ポンドフィート）のトルクを発揮すると発表しています。また、同様の従来型エンジンと比較して、サイズが50%小型化（車高が50mm（2.0インチ）低くなるなど）、重量が30%軽量化、出力とトルクが30%向上、燃費が30%向上、排出量が50%削減されているとしています。[ 9 ]クリスチャン・フォン・ケーニグセグはビデオの中で、PHEAカムレス技術を搭載したQamfreeエンジンは「5、6年前にドイツとオーストリアで開発された」既存のQorosエンジンをベースにしていると主張している。[ 10 ]

クリスチャン・フォン・ケーニグセグはまた、PHEAカムレス技術により、標準の触媒コンバーターを排気サイクルを操作することで素早く温度上昇させることができるため、前触媒コンバーターの排除が可能になると主張している。 [ 10 ]

船舶および発電所におけるカムレスエンジン

利点

カムレスエンジンにはカムシャフトがないので、可動部品が少なくて済む。これらのシステムでは、カムシャフトフォロワー、ロッカーアーム、プッシュロッドなどが、既存のオイルポンプを使用する電動油圧アクチュエータシステムに置き換えられており、既存の技術を使用することで新システムの開発リスクが低減している。[ 11 ]旧型のB&W MCエンジンの方向転換は、カムローラーの方向を物理的に変えることで行われていたが、新型カムレスエンジンでは、コンピュータで制御される。これにより、方向転換中に故障が発生した場合でも、エンジンを損傷する可能性のある機械的故障のリスクが排除される。さらに、クランクシャフトとカムシャフトの間にチェーン接続がないため、エンジンは軽量で故障点が少なくなる。カムシャフトがないということは、エンジンへの寄生負荷が低いことも意味し、これは大型船舶エンジンで特に有用であり、大幅な電力節約につながる。カムレスエンジンでは、燃料噴射と排気タイミングがエンジンコントロールユニットによって直接制御され、エンジンを停止することなく常時変更・調整できます。これにより、エンジンを低回転数で運転できるため、船舶ではドッキング時の低速操縦性が向上するという利点があります。さらに、船舶の操縦時には、コンピューター制御の燃料噴射とバルブタイミングにより、より高速な回転数制御が可能になり、緊急停止時の迅速な停止が可能になります。

ソレノイドバルブは、電子的に作動するバルブの駆動を制御するために使用されます。液体またはガスの流量制御に使用され、流体工学における制御要素として最も一般的に使用されています。ソレノイドバルブは、高い信頼性と高速処理により、流体の放出、遮断、混合、分配を行う多機能デバイスです。ソレノイドバルブ市場は、あらゆる地域における急速な成長に伴い成長を続けています。年々拡大する用途分野、技術の進歩、そして流体自動化技術の発展が、世界規模で市場を牽引しています。

技術的な制限

従来の機械式カムシャフト作動は極めて大きな力を発生させることができ、従来の現代的なバルブ トレイン レイアウトの非常に高い剛性/低い機械的コンプライアンスと相まって、エンジン バルブの位置を非常に正確かつ一貫して制御するために使用されます。これにより、非常に高いレベルのバルブ加速とリフト、および非常に小さなバルブ間およびバルブとピストンのクリアランスを非常に高いエンジン回転数と組み合わせて使用​​することが可能になります。たとえば、FIA の制限以前は、F1 エンジンは従来のカムシャフトと機械式バルブ作動を使用して、20,000 RPM を超える速度と 330bhp/リットルを超える自然吸気出力で動作していました。カムレス バルブ作動でこの高いエンジン回転数と出力を実現できる可能性は極めて低いです。20,000 RPM では、バルブは 1 秒間に 166 回開閉します。

排出量

カムレスエンジンは、同等のカムシャフトエンジンよりも排出量が少ないのが特徴です。これは、燃焼プロセスをより正確に制御できるため、炭化水素の完全燃焼をより効率的に行うことができるためです。コンピューターは、燃料が完全に消費されていないことを感知し、バルブタイミングを即座に緩めてシリンダーへの燃料供給量を減らすことができます。ECUは、バルブタイミング、高さ、燃料/空気混合比を常に調整することで、所定の回転数/トルク負荷における効率を最適化します。NOxおよびSOx排出量が多いことを感知し、タイミングを調整することで排気ガスの温度を上げたり下げたりすることも可能です。エンジンは機械的ではなく電子的に駆動されるため、カムレスエンジンは機械的な改造をすることなく、新しい排出ガス規制に適合するように更新することができます。

燃料噴射

カムレスエンジンは、燃料ステージングを用いることでNOx排出量をさらに削減できます。単に一定量の燃料を噴射するのではなく、燃料ステージングは​​最適なタイミングで燃料を噴射することで、最も完全燃焼を実現します。十分な圧力がかかった時点で燃料噴射を停止し、圧力が低下した時点で燃料を補充することで、エンジンを完全なディーゼルサイクルに近づけることができます。これにより、エンジンは環境と金属の熱容量が許す限り効率的に運転できます。

長期的な影響

これらの新型エンジンは自己診断機能を備え、オペレーターが設定を変更することなく効率的に稼働するため、海上でのメンテナンスに必要な乗組員数が少なくなります。この乗組員数の削減は、海上輸送費の削減と国際貿易の拡大につながります。[ 12 ]

自動車のカムレスエンジン

英国企業のカムコン・テクノロジー[ 13 ]は、独自のインテリジェント・バルブ・アクチュエーション（IVA）システムをベースにした乗用車用カムレスエンジンを開発しています。カムコンはジャガー・ランドローバーと協力し、インジニウム2.0リッター4気筒ガソリンエンジンにIVAを搭載し、2017年のアーヘン・コロキウムで共同で成果を発表しました。[ 14 ]カムコンはまた、 Autocar誌に掲載された記事とビデオで、その特徴と利点について説明しました。[ 15 ]

ケーニグセグ・オートモーティブABの姉妹会社であるスウェーデンのフリーバルブAB（旧カーギン）は、既存のサーブ車エンジンにカムレスシステムを開発している。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

2016年4月、中国の自動車メーカーQorosは、フリーバルブ技術を搭載したコンセプトカーを発表しました。[ 20 ]

2020年3月、ケーニグセグ・オートモーティブABは、同社初の4人乗り車「ジェメラ」を発表した。この車は、シーケンシャルターボチャージャー付きの2.0リッター直列3気筒エンジンと3つの電気モーターを搭載している。2つの電気モーターはそれぞれ600馬力（450kW）を出力し、後輪に取り付けられている。3つ目のモーターはエンジンのクランクシャフトに取り付けられており、400馬力（300kW）を出力している。このモーターと連携して前輪を駆動するのが、ケーニグセグが「タイニー・フレンドリー・ジャイアント（TFG）」と呼ぶエンジンだ。600馬力を出力し、カムレス・フリーバルブ技術を採用している。[ 21 ]

参照

参考文献

  1. ^ 「1.6リッターの『カムレス』エンジンがQoros 3で230馬力を発揮」。
  2. ^ US 6871618、セルジュ・マッセ、「バルブ駆動装置およびその制御方法」、2005年3月29日公開、ルノー・スポールに譲渡 
  3. ^ 「Valeo、ガスエンジン向けカムレスシステムを試験中。サプライヤーは2008年までに燃費向上技術の実用化を目指す：AutoWeek誌」 Autoweek.com、2009年2月6日。 2011年5月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年10月2日閲覧。
  4. ^ 「Lotus Active Valve Train Research System」 Grouplotus.com。2008年8月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年10月2日閲覧。
  5. ^ "Cargine" . Cargine. 2009年7月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年10月2日閲覧。
  6. ^ Lou, Zheng David; Deng, Qiangquan; Wen, Shao; Zhang, Yunhai; Yu, Mengjin; Sun, Ming; Zhu, Guoming (2013). 「2スプリング振り子と電気油圧ラッチングによるカムレス可変バルブ駆動の進歩」SAE International Journal of Engines 6 : 319– 326. doi : 10.4271 /2013-01-0590 .
  7. ^ノア・ジョセフ. 「ケーニグセグ、4ドアモデルとカムレスエンジンを計画中」 . Autoblog . 2017年6月24日閲覧。
  8. ^ 「4ドア・ケーニグセグに備えよ」 Top Gear、2015年3月4日。2015年6月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年6月24日閲覧。
  9. ^ 「ケーニグセグのカムレスエンジンがPopSci賞を受賞」 Msn.com、2016年10月30日。 2017年6月24日閲覧。
  10. ^ a bフリーバルブアップデート カムレスエンジン - /INSIDE KOENIGSEGG . The Drive. 2016年11月9日. 2021年12月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年6月24日閲覧– YouTubeより。
  11. ^「カムレス2ストローク主推進エンジン」MAN B&Wディーゼルエンジン(PDF) 2003年。2016年4月22日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。
  12. ^ 「インテリジェントエンジン - 新世代マシン」Marine Insight . 2019年3月28日.
  13. ^ 「Camcon Auto Ltd、革新的なアクチュエータにより車両からのCO2およびNOX排出量を削減」。
  14. ^ Roger Stone、David Kelly、John Geddes、Sam Jenkinson (2017).インテリジェントバルブアクチュエーション – 革新的な電磁ポペットバルブ配置(PDF) . 第26回アーヘンコロキウム 自動車・エンジン技術.
  15. ^ Cropley, Steve (2017年5月24日). 「新しいエンジンバルブ技術により、ガソリン車はディーゼル車並みの効率を実現」 . Autocar .
  16. ^ Kurt Ernst (2013年2月20日). 「ケーニグセグの未来のエンジン技術を探る：ビデオ」 Motorauthority.com . 2017年6月24日閲覧。
  17. ^ Travis Okulski (2014年2月26日). 「未来のカムレスエンジン搭載車に乗るとどんな感じ？」 Jalopnik . 2016年6月5日閲覧。
  18. ^ Gundersen, Øyvind. 「フリーバルブテクノロジー」 . KTH Industrial Engineering and Management . 2017年2月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年6月24日閲覧。
  19. ^ケーニグセグがフリーバルブ（カムレスエンジン）について説明. Drivers Magazine. 2016年1月9日. 2021年12月21日時点のオリジナルよりアーカイブ– YouTubeより。
  20. ^ 「北京モーターショーで発表されたQoros Qamfreeコンセプトカーのフリーバルブ技術」ケーニグセグ、2016年4月26日。2016年6月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年6月11日閲覧。
  21. ^ 「Tiny friendly giant engine」ケーニグセグ. 2020年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年3月4日閲覧。
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