W jaki sposób Koenigsegg wycisnął 600 KM z 3-cylindrowego silnika TFG?

Szwedzki Koenigsegg znany jest ze swojego niekonwencjonalnego, ale jednocześnie imponującego poziomu inżynierii. Przykłady można mnożyć, a jednym z nich jest 2-litrowy. 3-cylindrowy silnik TFG bez wałka rozrządu, wytwarzający 600 KM. Jak to możliwe?

Zawsze można liczyć na to, że Koenigegg wszystko zrobi inaczej. Weźmy choćby elektryczny silnik Quark, który waży zaledwie 30 kg, a wyciska z siebie 340 KM mocy. Kolejny przykład to skrzynia biegów modelu CC850.

Dlaczego jest unikalna? Otóż biegi można w niej zmieniać ręcznie, przy użyciu tradycyjnej dźwigni i sprzęgła lub korzystając z trybu w pełni automatycznego. Co ciekawe, w pierwszym przypadku do dyspozycji kierowcy jest 6 przełożeń, a w drugim – 9.

Mały przyjazny gigant

2-litrowy, 3-cylindrowy silnik Koenigsegga nosi oznaczenie TFG. Pochodzi ono z języka angielskiego (Tiny Friendly Giant) i oznacza „mały przyjazny gigant”. Jest jednym z „klocków” hybrydowego układu napędowego modelu o nazwie Gemera. Łącznie wytwarza on 1700 KM i pozwala temu 4-miejscowemu autu pojechać z prędkością maksymalna, ograniczoną do 400 km/h.

Wspomagany za pomocą dwóch turbosprężarek, TFG wyciska z siebie 600 KM, co daje aż 300 KM z 1 litra pojemności. „To o lata świetlne przed jakimkolwiek innym produkowanym dzisiaj 3-cylindrowym silnikiem” – twierdzą przedstawiciele szwedzkiej firmy. I się nie mylą – drugie pod względem mocy jest 3-cylindrowe, 1,6-litrowe serce Toyoty GR Yaris (268 KM).

Ale jeszcze bardziej niezwykłe niż liczba koni mechanicznych dostarczanych przez TFG, jest to, że nie ma on wałka rozrządu. Zamiast tego, silnik wykorzystuje technologię zwaną Freevalve i opracowaną przez siostrzaną firmę Koenigsegga. W dużym skrócie otwieraniem i zamykanie każdego zaworu (niezależnie) zajmują się tutaj pneumatyczne siłowniki (TUTAJ przeczytasz o zmiennych fazach rozrządu).

Silnik TFG: lekki, kompaktowy i mocny

Silnik TFG został zaprojektowany specjalnie z myślą o Gemerze. Miał być lekki, mieć kompaktowe wymiary, a jednocześnie wytwarzać pokaźną moc. Co ciekawe, w przypadku tego czteromiejscowego GT większość koni mechanicznych nie pochodzi z jednostki spalinowej, tylko z silników elektrycznych. Jakby tego było mało, TFG tylko część z nich wykorzystuje do napędu auta, natomiast resztę – do ładowania akumulatora układu hybrydowego.

Biorąc pod uwagę założenia konstrukcyjne, inżynierowie szwedzkiej marki zdecydowali się na 3-cylindrową jednostkę 2.0. Taka konfiguracja nie jest wprawdzie najbardziej „ekskluzywna”, ale ważniejszy od tego wydaje się być fakt, że powstał jeden z najbardziej ekstremalnych silników pod względem technicznym.

Wyróżnia się on dużą średnicą i równie dużym skokiem swoich tłoków, wynoszącym odpowiednio, 95 i 93,5 mm. To konfiguracja bardziej typowa dla jednostek stosowanych w motocyklach (np. Harley-Davidson) niż w samochodach.

Pomimo tego TFG okazuje się… raczej wysokoobrotowy. Jego maksymalna moc 600 KM jest bowiem uzyskiwana przy 7500 obr./min, natomiast czerwone pole pojawia się przy 8500 obr./min. Wynika to po części z faktu, że ruchome części jednostki napędowej zostały wykonane jednocześnie z lekkich i wytrzymałych materiałów.

Niewielka jednostka napędowa Koenigsegga zapewnia również solidną dawkę maksymalnego momentu obrotowego, i to „rozwieszoną” zaskakująco szeroko. Otóż TFG produkuje 600 Nm w zakresie od 3000 do 7000 obr./min.

Kolejna ciekawostka to konfiguracja turbosprężarek. Silnik ma po dwa zawory wydechowe na cylinder, z których jeden jest przeznaczony dla małej turbosprężarki, natomiast drugi – dla dużej. Przy niskich obrotach otwiera się tylko zawór wydechowy mniejszego turbo, co zapewnia zdecydowaną reakcję silnika na dodanie gazu.

Z kolei po przekroczeniu 3000 obr./min zaczynają się otwierać zawory wydechowe dla dużej turbosprężarki. Pozwala to na wytworzenie bardzo solidnego zastrzyku mocy i momentu obrotowego w średnim zakresie obrotów. Według przedstawicieli Koenigsegga, wolnossące TFG jest w stanie uzyskać moc sięgającą aż 280 KM (TUTAJ poznasz Koenigsegga Jesko).

Freevalve – jak to działa?

W technologii Freevalve każdy zawór ma całkowitą swobodę dotyczącą tego, kiedy i jak mocno może się otworzyć. Przy poruszaniu się z niewielkim obciążeniem otwiera się tylko jeden z dwóch zaworów dolotowych na cylinder, co pozwala na bardzo równomierne rozprowadzenie paliwa.

Dzięki systemowi Freevalve, który stale dostraja wznios i czas otwarcia zaworów do aktualnego zapotrzebowania silnika na mieszankę, nie ma potrzeby stosowania konwencjonalnej przepustnicy. Ba, silnik może nawet automatycznie wyłączać poszczególne cylindry, a także przełączać się pomiędzy konwencjonalnym cyklem pracy Otto i Millera. W tym drugim zawory dolotowe pozostają otwarte dłużej, aby zmniejszyć straty mechaniczne, jednocześnie zwiększając moc i wydajność.

To jednak jeszcze nie wszystko! TFG do około 3000 obr./min może pracować w trybie dwusuwowym… A w przyszłości jego działanie ma być oparte na sztucznej inteligencji. W tym celu Szwedzi współpracują z amerykańską firmą SparkCognition, mającej stworzyć oprogramowanie, dzięki któremu silnik „nauczy” się sam zarządzać układem Freevalve w jak najbardziej optymalny sposób. Tymczasem jednak polega na kodzie, napisanym przez człowieka.

TFG został przystosowany do zasilania etanolem, butanolem, metanolem czy ich dowolnej kombinacji. Na zwykłej benzynie wytwarza 500 KM. Dopiero na paliwach, stanowiących pochodną alkoholu, wyciska z siebie maksymalne 600 KM. Według Szwedów użycie ich jest kluczowe w utrzymaniu czystości tej jednostki napędowej.

Dlaczego? Ponieważ podczas spalania wytwarzają mniej szkodliwych substancji niż benzyna.

Silnik TFG: mniej oznacza taniej

Złożony system Freevalve jest oczywiście droższy w produkcji niż tradycyjny wałek rozrządu. Jednak na wytworzenie całego silnika TFG potrzeba zdecydowanie mniej surowca niż w przypadku większych jednostek, co równoważy część kosztów. Dlatego wyprodukowanie niewielkiego 3-cylindrowca jest o połowę tańsze niż 5-litrowego, podwójnie turbodoładowanego V8 firmy Koenigsegg.

TFG jest umieszczony za kabiną pasażerską, ale wprawia w ruch przednie koła za pomocą niezwykłego systemu napędu bezpośredniego z 1-stopniową przekładnią. Silnik elektryczny/generator jest tutaj przywierdzony do wału korbowego 3-cylindrowca. W ten sposób ładuje akumulator układu hybrydowego, a jednocześnie zapewnia dodatkowe 400 KM mocy. Natomiast każde tylne koło ma osobny 500-konny silnik elektryczny.

Koenigsegg nie wytwarza jeszcze czysto elektrycznych samochodów, co wiąże się z dwoma powodami. Po pierwsze, są zbyt ciężkie, a po drugie – według słów założyciela firmy – nie wydają „fajnego dźwięku” (TUTAJ przeczytasz, jak umiejscowienie silnika wpływa na konstrukcję samochodu).

Choć silnik TFG jest niewielki, stanowi alternatywę dla przyszłej elektrycznej motoryzacji. Mocny, lekki i spalający alternatywne paliwo, może być znakomitą bazą dla sportowej hybrydy.