Un aperçu détaillé de l'ingénierie époustouflante de Koenigsegg Gemera

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Toutes les images de Koenigsegg sauf indication contraire

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Illustration: Jason Torchinsky

le Koenigsegg GemeraLe nom de ce dernier est une concaténation du mot suédois «ge», qui signifie «donner» et «mera», qui signifie «plus». Plus précisément, la voiture est donnant le monde plus une technologie ridiculement ringarde, comme je l'ai appris par correspondance avec le fondateur, Christian von Koenigsegg, et d'autres ingénieurs de Koenigsegg. Voici un aperçu de l'ingénierie derrière le tout nouveau Koenigsegg Gemera à quatre places de 1 700 chevaux.

Comme je n'ai pas accès à la «méga voiture» de 1,7 million de dollars, je ne peux pas vraiment hadal plongée profonde, mais c'est probablement une bonne chose, car le Koenigsegg Gemera est un chef-d'œuvre d'ingénierie qui nécessiterait des dizaines de milliers de mots pour être pleinement expliqué.

Juste mes e-mails avec l'équipe de relations publiques de Koenigsegg (qui m'a transmis les réponses de Christian et de l'équipe d'ingénierie de Koenigsegg) – ainsi que des informations que j'ai recueillies grâce à des brevets, le site Web de Koenigsegg, des vidéos de présentation de YouTube avec Christian et diverses autres sources en ligne – m'ont fourni un aperçu considérable dans le groupe motopropulseur, la transmission, la carrosserie, l'aérodynamique, la suspension et les batteries de la Gemera. Jetons un œil à ces attributs, dans cet ordre.

Groupe motopropulseur et groupe motopropulseur

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L'image ci-dessus montre la disposition générale du groupe motopropulseur et de la transmission du Koenigsegg Gemera. Monté longitudinalement sur l'essieu arrière, se trouve un moteur à combustion interne à trois cylindres de 600 chevaux et 443 lb-pi avec un moteur électrique de 400 chevaux et 369 lb-pi boulonné à l'arrière, coaxialement autour du vilebrequin du moteur. Voici un aperçu de ce moteur:

Cet anneau bleu autour du vilebrequin est le capteur de position du moteur électrique, au cas où vous vous poseriez la question.

Cet anneau bleu autour du vilebrequin est le capteur de position du moteur électrique, au cas où vous vous poseriez la question.

La puissance du moteur à combustion interne et du moteur électrique à «flux axial» en ligne (dont le rotor tourne toujours avec le vilebrequin du moteur à combustion) passe par un long arbre de transmission contenu dans un tube de torsion en fibre de carbone. Ce tube est connecté au boîtier du moteur électrique à l'arrière et à un convertisseur de couple spécial que Koenigsegg appelle «HydraCoup» à l'avant. Depuis l'HydraCoup, la puissance est transmise à un différentiel avant avec un pack d'embrayage hydraulique de chaque côté (actionné via une «unité de distribution de vectorisation de couple», une pompe hydraulique et un accumulateur hydraulique qui stocke la pression), offrant une capacité de vectorisation de couple lorsque les deux packs répartissent la puissance entre les deux demi-arbres qui tournent finalement les roues avant.

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Nous parlerons plus en détail du moteur et de la transmission des roues avant, mais examinons maintenant le groupe motopropulseur de l'essieu arrière. Comme illustré ci-dessus, il y a deux moteurs électriques à «flux axial», chacun évalué à 500 chevaux et 738 lb-pi de couple, et chacun monté sur le sous-châssis arrière en aluminium de la voiture via des bagues en caoutchouc.

Ces moteurs envoient chacun un couple à travers une boîte de vitesses avec un arrangement parallèle, ce qui signifie que l'arbre de sortie – l'essieu – est parallèle à l'axe du rotor du moteur, un peu comme les boîtes de vitesses trouvées dans le unités d'entraînement arrière de tous Teslas. Chacune des boîtes de vitesses parallèles du Koenigsegg contient une réduction de 3,3: 1, ce qui est plus grand que ce que vous avez tendance à trouver dans les voitures électriques pures (elles oscillent généralement entre 8: 1 et 10: 1). Malgré cela, le constructeur suédois de supercar affirme que sa voiture est capable de faire de 0 à 60 mph en seulement 1,9 secondes, et d'atteindre une vitesse de pointe de 250 mph. Lorsqu'on lui a posé des questions sur l'engrenage haut, Koenigsegg m'a dit que «les moteurs à flux axial sont« torquer »» et a souligné que la Gemera en particulier fonctionnait à un régime relativement bas à 10 000 tr / min. C'est ce qui a dicté le rapport de démultiplication.

Puisqu'il n'y a pas de boîte de vitesses dans la transmission avant, les moteurs arrière changeant leur sens de rotation sont ce qui permet à la Gemera de conduire en marche arrière. Voici un aperçu du moteur / boîte de vitesses arrière que j'ai capturé et annoté à partir d'un M. JWW Vidéo Youtube:

C'est à peu près la configuration de base de la transmission pour l'avant: un moteur électrique monté sur vilebrequin de 400 chevaux (qui agit également comme un démarreur et offre une capacité de freinage régénératif) augmente un moteur à combustion interne de 600 chevaux et envoie de la puissance aux roues avant via un arbre de transmission long qui traverse un tube de torsion à un convertisseur de couple, qui est accroché à un différentiel avant 2,7: 1 qui a deux packs d'embrayage à bain d'huile (illustrés ci-dessous) qui répartissent la puissance à gauche et à droite sur cet essieu.

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À l'arrière, la vectorisation du couple est obtenue car Koenigsegg peut contrôler avec précision les deux moteurs électriques de 500 HP qui alimentent chacun une roue via une boîte de vitesses à entraînement direct avec une réduction de 3,3: 1. En mode électrique uniquement, l'ensemble de la transmission avant est arrêté et seuls les moteurs arrière prouvent la poussée et le freinage régénératif.

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La puissance de 1 700 chevaux (soit environ 1 270 kW) du système est inférieure à la somme de la puissance maximale du moteur à combustion interne et de la puissance maximale individuelle des trois moteurs électriques. (Ajouter tous ces éléments donnerait 2 000 HP, pas 1 700.) C'est le cas pour deux raisons principales. Premièrement, la puissance de sortie des voitures électriques est largement fonction de la capacité de décharge de la batterie, et pas seulement de ce que les moteurs sont capables de produire.

Deuxièmement, les moteurs principaux – l'ICE et les trois machines électriques – sont conçus de manière à produire une large courbe de couple. Cela signifie que le couple aux roues – qui est finalement ce qui fournit la poussée pour l'accélération et qui, pour cette voiture, atteint un maximum de 8 113 lb-pi à 4000 tr / min du moteur ICE – n'est pas seulement élevé à basse vitesse du véhicule et diminue une fois que vous frappez le autoroute (ou vice versa). Au lieu de cela, pour une meilleure conduite, Koenigsegg voulait que le véhicule ait beaucoup de poussée, que le conducteur se déplace à basse ou à haute vitesse. «La Gemera aura même plus de (1 180 lb-pi) de couple« à gauche »à (217 mph)», affirme la société. Vous pouvez avoir une idée de la façon dont l'entreprise a géré cela via son intrigue ci-dessous.

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Koenigsegg dit dans ses documents de presse que l'addition de tous les moteurs électriques vous procurerait 1 400 chevaux de puissance théorique, mais en tant que système combiné avec des limitations de batterie et des considérations d'engrenage, la puissance maximale est de 1 100 HP, soit environ 820 kW, comme indiqué sur le " puissance électrique maximale »dans le graphique ci-dessus, qui se produit à environ 220 km / h (ou ~ 137 mph).

Vous verrez que la puissance maximale de sortie de l'ICE (étiquetée «puissance max. ICE», qui est de 600 HP ou 440 kW) se produit à environ 7 500 tr / min du moteur, ce qui – parce que le différentiel avant est si haut – correspond à un vitesse du véhicule d'environ 360 km / h, soit environ 224 mph. C'est une vitesse nettement plus élevée que lorsque la puissance électrique est maximisée, et c'est parce que l'ICE et les points de puissance électrique de pointe ne se produisent pas à la même vitesse du véhicule que la puissance combinée globale n'est pas maximisée. Pourtant, le véhicule a une large courbe de couple sur toute sa plage de vitesse.

Vous remarquerez également dans le graphique ci-dessus que la courbe de couple ICE (en gris) a une courbe en pointillés appelée "TC Torque ICE". Cela tient compte de la multiplication du couple de «HydraCoup», que je décrirai un peu. Koenigsegg intègre en fait le convertisseur de couple HydraCoup dans son «couple combiné maximal réalisable» global de 3 500 Nm (2 581 lb-pi) que l'entreprise cite dans toute sa documentation sur les médias. "Puissance totale de 1700 ch – 3500 Nm, Hydracoup compris", écrit la société sur son site Internet. C'est, je trouve, un peu étrange, car peu de constructeurs automobiles que je connais ont déjà cité leur couple maximal pour inclure leur rapport de convertisseur de couple.

HydraCoup au lieu d'une boîte de vitesses à plusieurs vitesses

La Koenigsegg Gemera n'a pas de transmission à plusieurs vitesses. Comme indiqué précédemment, les moteurs arrière ont un seul 3,3: 1 parallèle réduction de vitesse, et un moteur à trois cylindres avec un moteur électrique monté sur son vilebrequin envoie la puissance à un seul réduction de vitesse dans le différentiel avant. Juste avant que la puissance ne parvienne au différentiel avant, elle est envoyée via un long arbre de transmission à ce que Koenigsegg appelle un HydraCoup.

Christian von Koenigsegg donne une excellente description de son fonctionnement dans la vidéo ci-dessus de The Drive. L'essentiel est que HydraCoup est un convertisseur de couple en aluminium usiné de fantaisie, léger. (Si vous souhaitez une description du fonctionnement d'un convertisseur de couple, lisez notre explicateur).

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Un convertisseur de couple est un couplage hydraulique qui permet une vitesse de rotation différentielle et un couple différentiel entre son entrée et sa sortie. (C'est ce qui empêche vos roues de caler votre moteur lorsque votre voiture s'arrête complètement.)

Dans le cas de la Gemera, un arbre de transmission du moteur et son moteur électrique attaché est l'entrée. Il fait tourner le côté de la roue du convertisseur de couple, qui consiste en un tas de veines spécialement conçues (illustrées ci-dessus) qui pompent le fluide contre les pales d'une turbine. Les forces visqueuses de la roue font tourner la turbine (Koenigsegg pointe vers la turbine ci-dessous), qui est mécaniquement attachée à un arbre de sortie, ou dans ce cas, au différentiel arrière.

Un stator entre la roue (c'est-à-dire l'entrée, qui tourne au même rythme que l'arbre de transmission) et la turbine (la sortie, qui tourne au même rythme que l'entrée différentielle) agit pour diriger stratégiquement le flux de fluide entre les deux moitiés de le convertisseur de couple pour maximiser l'efficacité du convertisseur de couple.

L'utilisation d'un convertisseur de couple présente de nombreux avantages. Tout d'abord, il permet une multiplication du couple de 2: 1 à bas régime (à des régimes moteur jusqu'à 3000 tr / min). Ceci est essentiel, car le rapport d'essieu avant 2,7: 1 de la Gemera est si élevé que le couple de roue, et donc l'accélération de lancement, serait plutôt faible si le couple du moteur et du moteur de vilebrequin n'était pas assisté.

Pour mémoire, Koenigsegg m'a dit que j'avais tort que le rapport d'essieu avant soit haut, en disant: «Non, ce n'est pas grand, c'est correct.»

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À certains égards, cela accomplit la même chose que la transmission à plusieurs vitesses. Sauf qu'au lieu d'une première vitesse courte multipliant le couple pour augmenter l'accélération à basse vitesse, la Gemera utilise un accouplement hydraulique, comme l'écrit Koenigsegg sur son site Web:

Le couple est crucial, en particulier lors de l'accélération à des vitesses extrêmes en une seule vitesse. Dans la Gemera, cela est facilité par l'HydraCoup à conversion de couple – il convertit les 1100 Nm combinés provenant du TFG et du moteur électrique avant pour presque doubler son couple jusqu'à 3000 tr / min. C'est pourquoi la Gemera a 3500 Nm de couple à l'arrêt et pourquoi elle peut accélérer de 0 à 400 km / h en une seule vitesse.

Bien que l'utilisation d'un accouplement hydraulique pour multiplier le couple au lieu d'un engrenage court soit moins efficace en raison des pertes associées au cisaillement des fluides, Koenigsegg dit que la baisse d'efficacité est correcte, car elle n'est utilisée que dans des conditions d'accélération à faible vitesse et de courte durée. Sur l'autoroute ou lorsque le conducteur n'a pas besoin d'accélérer aussi rapidement, les choses sont différentes. Au lieu d'un engrenage plus grand comme ce qu'une voiture traditionnelle pourrait utiliser, la Gemera verrouille simplement le convertisseur de couple de sorte que l'entrée (roue) ne tourne plus à un rythme plus élevé que la sortie du différentiel arrière (la turbine). Ils tournent ensemble, une configuration qui, selon Koenigsegg, génère en réalité moins de pertes que l'envoi de puissance via un ensemble de vitesses élevé, comme celui d'une transmission. L'embrayage de verrouillage – qui, il convient de le mentionner, est assez normal dans les transmissions automatiques standard – est ce qui permet un freinage régénératif via le convertisseur de couple jusqu'au moteur électrique sur le vilebrequin.

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«Fournir une réponse ultime de l'arrêt à la vitesse de pointe sous la forme d'un entraînement direct à un seul rapport à un poids inférieur et une efficacité supérieure à ce que toute autre solution hybride peut offrir», est la justification de Koenigsegg pour HydraCoup sur une transmission traditionnelle. La société va plus en détail sur son site Internet:

Pendant les déplacements sur autoroute, par exemple, le KDD réduit les pertes de transmission par rapport aux transmissions traditionnelles ou CVT de 3 à 5% car il n'y a pas de vitesse de montée ou de descente fonctionnant en série avec la transmission finale – il suffit de diriger la puissance du moteur vers les roues avec l'HydraCoup à conversion de couple verrouillée.

Cette configuration d'un convertisseur de couple utilisé en série avec une réduction de vitesse est ce que Koenigsegg appelle «Koenigsegg Direct Drive». Le système, également utilisé sur l'hybride Regera deux places, tout est question de réduction de poids et de simplicité.

Moteur bi-turbo à trois cylindres «Tiny Friendly Giant»

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Regardons de plus près le trois cylindres Tiny Friendly Giant, un moteur nommé d'après sa taille compacte mais sa puissance de sortie relativement énorme. Le TFG est un trois cylindres en ligne de 2,0 litres tout en aluminium monté de l'avant vers l'arrière dans la voiture. Vous le voyez sur ces photos penché sur le côté dans une orientation oblique. C'est juste sur le prototype pour des raisons d'emballage; Koenigsegg déclare: «La version finale n'est pas inclinée – car nous avons pu améliorer l'emballage.» Il est équipé de quatre soupapes par cylindre et de deux turbocompresseurs, et il a également un petit fantôme dessus, par Tradition Koenigsegg.

Chacun de ces turbocompresseurs reçoit les gaz d'échappement de chacun des trois cylindres, mais cela ne signifie pas que chaque orifice d'échappement se sépare en deux tuyaux d'échappement. En fait, il y a huit orifices d'échappement – un par soupape d'échappement – et ils ont chacun leur propre tuyau de sortie.

Koenigsegg décrit ce «système turbo à deux étages» (qui peut générer jusqu'à 29 psi de boost) sur son site Web, écrivant sur la fermeture de toutes les soupapes d'échappement qui alimentent l'un des turbos (je vais décrire comment cela se fait dans un instant) produit essentiellement le double du débit vers l'autre turbo, permettant au moteur de se développer plus rapidement à bas régime:

… un turbo est connecté à trois soupapes d'échappement – une de chaque cylindre. Le deuxième turbo est connecté aux trois autres soupapes d'échappement. À bas régime et à charge élevée, tous les gaz d'échappement sont poussés vers un seul turbo, en n'ouvrant qu'une seule soupape d'échappement par cylindre – doublant ainsi les gaz d'échappement vers cette turbine. Lorsque la suralimentation adéquate est atteinte, la deuxième soupape d'échappement est ouverte pour démarrer le deuxième turbo.

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Les résultats parlent d'eux-mêmes. Le bloc moteur long de 2,0 litres lubrifié par carter sec, à bobine sur prise (ce qui n'est pas inhabituel sur la plupart des voitures) – c'est l'ensemble rotatif complet plus le bloc, les têtes et le train de soupapes, moins des choses comme le système d'admission et d'échappement , composants du système de carburant et accessoires – ne pèse que 154 livres et tient apparemment dans un «bagage à main typique». Gué a annoncé un emballage similaire lors du lancement de l'EcoBoost à trois cylindres de 1,0 litre.

La différence est que si le moteur de Koenigsegg possède tous les avantages légers et de petite taille d'un trois cylindres, il a la puissance d'un moteur beaucoup plus gros. Malgré cette petite taille, il produit un couple de 295 lb-pi à seulement 1700 tr / min et démarre un maximum de 443 lb-pi entre 2000 tr / min et 7000 tr / min avant d'atteindre sa puissance maximale de 600 ch à 7500 tr / min et d'atteindre la ligne rouge à 8500 tr / min. RPM.

Sous une forme naturellement aspirée, le moteur produit la moitié de cette puissance à 300 et moins de la moitié du couple 184 lb-pi, de sorte que le coup de pouce fait clairement une grande différence. À l'heure actuelle, le constructeur automobile affirme que le Tiny Friendly Giant est «le moteur le plus puissant par cylindre et volume à ce jour».

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Cette voiture est suffisamment intéressante pour que je parle même des ceintures sur le moteur. Le lecteur d'accessoires, illustré sur la photo en haut de cette section, est petit. Il s'agit d'une configuration à deux plans, avec une courroie connectée à une pompe à huile qui agit comme une pompe de récupération de carter sec et une pompe à huile principale, et l'autre à un compresseur. Ce compresseur, vous pouvez voir dans l'image ci-dessus, envoie de l'air comprimé dans le couvercle du système d'actionnement de soupape sans came commandé par ordinateur que je décrirai dans un instant.

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Bien qu'ils soient petits avec seulement 2,0 litres, les cylindres eux-mêmes sont en fait plutôt grands. Le Tiny Friendly Giant a une configuration légèrement trop carrée avec un alésage de 95 mm et une course de 93,5 mm. Cela, et en particulier l'échappement spécial en titane, aide apparemment à donner au petit moteur le son d'un plus gros, affirme le constructeur automobile.

Voici ce que Koenigsegg a à dire sur l'échappement en titane et comment le petit ourson à trois pots ressemble à un lion adulte:

Équipé d'un échappement Akrapovič en titane personnalisé, le moteur trois cylindres de 2 litres du TFG offre une réponse sans décalage et est livré avec un grognement évocateur et à gorge profonde. Le TFG est peut-être un petit moteur mais il a un son gros et "bruyant" grâce à son grand alésage et sa course, combinés avec le son "ouvert" de Freevalves. Le résultat est un moteur de sondage profond, rauque, réactif et séduisant. Le son peut également être doux car les notes d'échappement peuvent être accordées et équilibrées par le système Freevalve.

Moteur sans arbre à cames «Freevalve»

Le Koenigsegg Gemera ne possède pas d'arbre à cames. C'est un gros problème, car presque tous les moteurs à pistons à quatre temps de production jamais conçus utilisent une came pour contrôler le calage des soupapes. (Les vannes pneumatiques sont de technologie F1, mais avec des cames traditionnelles, si vous êtes curieux.) Si ce n'est pas clair ce que cela signifie, voici un rappel de base:

L'emplacement d'un piston dans le cylindre d'un moteur à combustion interne typique est dicté par l'angle de rotation du vilebrequin, car le piston est relié au vilebrequin via une bielle. Les soupapes d'admission et d'échappement doivent s'ouvrir et se fermer à un moment précis par rapport à la course d'un piston dans le cylindre. Par exemple, une soupape d'admission doit être ouverte à partir du moment où un piston atteint le haut de sa course jusqu'à ce qu'il atteigne le bas. Ceci est la course d'admission. Autre exemple: toutes les soupapes doivent être fermées lorsque le piston est au point mort bas environ jusqu'au point mort haut. C'est la course de compression. Une façon de faire ce travail consiste à utiliser des tiges poussant tout au long du moteur, du vilebrequin à la soupape, mais à peu près tous les moteurs modernes contrôlent les soupapes avec un arbre à cames, qui est lié mécaniquement au vilebrequin via une courroie ou une chaîne ou dans de très rares cas, des engrenages, si votre moteur a été conçu par un démon pour la complexité.

C’est cette connexion entre le vilebrequin (qui dicte la position du piston) et l’arbre à cames (qui dicte la position de la soupape) qui garantit un calage correct de la soupape par rapport à la position du piston dans le cylindre.

De nombreuses automobiles modernes ont incorporé quelque chose appelé calage variable des soupapes, levée de soupape variable, ou même durée de soupape variable. Généralement, ceux-ci utilisent des actionneurs électrohydrauliques pour effectuer soit le changement de came, soit le phasage de came. Le changement de came consiste à passer à un profil de lobe d'arbre à cames différent avec une portance ou une durée différente – le lobe ci-dessous montre comment la géométrie affecte ces deux. Le phasage de la came doit changer lorsque l'arbre à cames ouvre les soupapes par rapport à la position du piston en modifiant la position angulaire relative entre le lobe de la came et son pignon qui se connecte au vilebrequin via une courroie / chaîne de distribution.

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Il y a de nombreux avantages à modifier lorsque les soupapes s'ouvrent dans le cycle de combustion, dans quelle mesure elles s'ouvrent et combien de temps elles restent ouvertes. Les principaux tournent autour de l'augmentation de l'efficacité volumétrique pour une meilleure économie de carburant, une meilleure puissance et des émissions, ainsi que pour la conduite (c'est-à-dire l'élargissement de la plage de couple sur la plage de régime).

Alors que de nombreux systèmes modernes de calage / levée / durée variable des soupapes sont gérés par des ordinateurs, ces ordinateurs contrôlent des actionneurs hydrauliques qui font généralement tourner une partie de l'arbre à cames ou déclenchent une goupille métallique pour verrouiller un profil d'arbre à cames spécifique – les systèmes sont en grande partie mécaniques, et donc assez limité dans la précision et la rapidité avec laquelle ils peuvent fonctionner.

Le Freevalve de Koenigsegg, également appelé «actionnement de soupape entièrement variable», est différent en ce qu'au lieu d'un ordinateur contrôlant un actionneur qui modifie la forme / l'angle d'un arbre à cames pour modifier le mouvement des soupapes, un ordinateur contrôle un actionneur pneumatique qui agit directement sur chacun soupape. Cela permet à Koenigsegg de faire varier précisément et rapidement la levée, la durée et le timing de chaque vanne individuelle. «Les soupapes d'admission et d'échappement peuvent être ouvertes et fermées à n'importe quel angle de vilebrequin souhaité et à n'importe quelle hauteur de levée souhaitée», écrit la société sur son site Web.

Koenigsegg décrit la configuration plus loin:

Pour tous les critères de charge du moteur, le moment de l'admission et de l'échappement peut être ajusté indépendamment. Le système peut alors «décider» comment faire fonctionner les soupapes en fonction des conditions de conduite – quelle combinaison utiliser pour maximiser les performances, minimiser la consommation de carburant ou réguler les émissions. Freevalves permet un plus grand degré de contrôle sur le moteur, ce qui à son tour offre des performances et des avantages environnementaux importants.

La société revendique une consommation de carburant de 15 à 20% inférieure à «un moteur quatre cylindres moderne typique de deux litres à injection directe et à arbre à cames variable». Cela s'explique en partie par le fait qu'il n'y a pas besoin d'accélérateur (et donc pas de pertes de pompage associées à un) pour réguler le débit d'air vers le moteur, car les soupapes elles-mêmes peuvent désormais le faire avec précision. Selon Koenigsegg, Freevalve contribue également à réduire la consommation de carburant en permettant au Tiny Friendly Giant de désactiver certains cylindres avec quelque chose appelé «Frequency Modulated Torque».

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Le fabricant suédois de voitures d'une absurdité complexe n'entre pas dans les détails de ce que c'est, mais j'en ai trouvé plus dans le brevet sur cette technologie de Freevalve. (Freevalve est la société sœur de Koenigsegg et s'appelait auparavant Cargine Engineering AB.) Freevalve explique que son système utilise les soupapes d'admission et d'échappement du moteur pour modifier avec précision les cylindres qui s'allument et quand afin de fournir le couple demandé de manière fluide et efficace. Du brevet:

Procédé de commande pour moduler le couple dans un moteur à combustion interne à transmission de puissance mécanique et à soupapes contrôlables pneumatiquement, hydrauliquement ou électromagnétiquement qui sont ouvertes et fermées sur la base de signaux provenant d'un système de commande, par lequel procédé un couple qui est demandé dans une situation opérationnelle à un certain moment est fourni par une sélection de la fréquence à laquelle les coups de puissance sont effectués en contrôlant le nombre de coups de puissance par rapport au nombre de coups de ralenti. Les courses motrices participent à des cycles à 2 temps ou à 4 temps, et un ou plusieurs cycles à 2 temps sont alternés avec plusieurs cycles à 4 temps.

Le brevet décrit ce qu'il entend par «fréquence à laquelle les coups de puissance sont effectués», écrit:

Un coup de puissance est appelé un coup dans lequel l'énergie d'une masse de gaz qui se dilate après la combustion est transformée en travail mécanique …

Ici, la course à vide est désignée comme une course dans laquelle il n'y a pas d'échange de gaz, ni d'alimentation en air ou de combustion, et dans laquelle, par conséquent, aucun travail positif n'est effectué pendant ce qui aurait autrement été une course de puissance. Il en résulte un minimum de friction et de pertes de chaleur. Pendant une course au ralenti, aucun air ou air et carburant restant n'est pompé à travers le moteur. Une course à vide nécessite qu'au moins les soupapes d'admission soient contrôlables, afin d'être maintenues fermées dans le but d'empêcher l'introduction d'air jusqu'à leur ouverture; cependant, l'invention est aussi avantageuse si les vannes de sortie sont également contrôlables.

La fréquence de course de puissance peut varier entre 0 et 100% du nombre de tours par minute correspondant du moteur. Une fréquence peut être sélectionnée en déterminant qu'une course de puissance doit être effectuée à chaque révolution.

Je dois préciser que ce n’est pas juste Koenigsegg qui fait ce truc amusant. Tout cela ressemble beaucoup à celui d'un grand fournisseur d'automobiles «Dynamic Skip Fire» de Delphi lequel Chevy appels "Gestion dynamique du carburant”—Une stratégie de désactivation variable des cylindres qui choisit précisément les cylindres à tirer via un contrôle précis des soupapes d'admission et d'échappement.

En plus de l'efficacité volumétrique accrue associée au contrôle granulaire de la levée de soupape, de la durée et de la synchronisation, ainsi que des avantages de la désactivation des cylindres contrôlée par soupape, Freevalve permet également au Tiny Friendly Giant d'exécuter le cycle Miller pour varier efficacement son taux de compression pour une meilleure efficacité. Fans de Mazdas des années 1990, qui a introduit la plus grande partie du monde aux moteurs Miller Cycle, sera en train de s'améliorer pour le moment.

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Ce cycle implique la fermeture tardive d'une soupape d'admission de telle sorte que, lorsque le piston remonte pendant la «course de compression», il pousse en fait un peu d'air / de carburant avant de procéder à la compression. Cela donne un taux de compression effectif inférieur (la compression statique du moteur est de 9,5: 1, ce que Koenigsegg dit "est élevé pour un moteur turbo à forte suralimentation"), et un taux inférieur au taux d'expansion. Cela permet d'extraire plus de travail de l'air et du carburant, comme Conducteur décrit dans un article sur le cycle Atkinson similaire (un nom souvent utilisé de manière interchangeable avec le cycle Miller):

Le cycle Atkinson retarde la fermeture de la soupape d'admission jusqu'à ce que le piston ait terminé 20 à 30 pour cent de sa course ascendante sur la course de compression. En conséquence, une partie de la nouvelle charge est repoussée dans le collecteur d'admission par le piston ascendant de sorte que le cylindre n'est jamais complètement rempli (d'où la réduction de puissance à basse vitesse). La récompense vient après allumage lorsque le piston commence à descendre sur la course d'expansion (également appelée puissance). Conformément à la pensée originale d'Atkinson, la course d'admission raccourcie combinée à une course d'expansion sur toute la longueur réduit la charge de travail de chaque incrément de carburant.

Koenigsegg mentionne également les avantages du démarrage à froid, affirmant que les voitures traditionnelles produisent beaucoup de pollution dans leurs 20 premières secondes de fonctionnement, car les convertisseurs catalytiques ne sont pas aussi efficaces à froid, le carburant a du mal à se mélanger et les cylindres froids n'aident pas la situation non plus. Le géant Tiny Friendly a apparemment des réponses:

Le TFG surmonte deux des trois problèmes directement au démarrage, en chauffant et en provoquant des turbulences du mélange de carburant d'avant en arrière à travers les soupapes d'admission et d'échappement. Cette combustion à froid nettement améliorée conduit également à un échauffement du convertisseur catalytique beaucoup plus rapide, réduisant ainsi les émissions de démarrage à froid d'environ 60% par rapport à un moteur traditionnel de taille égale avec des arbres à cames.

Illustration de l'article intitulé Un aperçu détaillé de l'ingénierie époustouflante de Koenigsegg Gemeras

Koenigsegg va plus en détail sur la façon dont Freevalve aide aux démarrages à froid, en particulier lors de l'utilisation de carburants à base d'alcool (un grand argument de vente de cet hybride est son respect de l'environnement, y compris sa capacité à utiliser des «carburants à base d'alcool renouvelables»), qui sont apparemment plus difficiles à vaporiser que l'essence et qui nécessitent généralement de mélanger de l'essence pour obtenir une bonne manivelle froide. Plus précisément, la société mentionne la recirculation interne des gaz d'échappement (ouverture de la soupape d'échappement pour aspirer les gaz d'échappement chauds dans le cylindre pendant la course d'admission), la possibilité de modifier le taux de compression, l'actionnement spécial de la soupape pour faciliter le mélange et un «mode de chauffage» qui démarre le moteur plusieurs fois pour utiliser le piston comme pompe pour augmenter la température de l'air d'admission:

Le système Freevalve surmonte ce problème de démarrage à froid en utilisant un mode de chauffage de pré-démarrage pour le démarrage initial et la première combustion. Une soupape d'admission est utilisée et ouverte tardivement avec une faible levée pour une turbulence et une vaporisation maximales. La désactivation du cylindre est appliquée pour augmenter la quantité d'air et de carburant dans chaque combustion pendant le démarrage et le réchauffement. Internal exhaust gas recirculation (EGR) is activated in the following combustion cycles, using hot residuals from the previous combustion to vaporize the fuel. Lastly, the engine’s variable compression ratio is adjusted by the Miller cycle.

Furthermore, the TFG can be turned multiple times before turning on the ignition, using the piston to pump the air back and forth to the inlet in a “Heating Mode” cycle. The result – the inlet air temperature is increased by 30˚ C in 10 cycles (taking about 2 seconds) and without need to add petrol to the fuel or starting cycle anymore, making the TFG fossil fuel independent in any climate.

It might seem a bit odd that a 1,700 horsepower car is using the Miller cycle and worrying about warming up catalysts, but the reality is that even supercar manufacturers have to pass emissions regulations. Not to mention, it’s 2020, and buyers of high-end cars expect more than just fire-breathing big-block gas engines. Clean is now cool.

Jason Fenske from Engineering explains breaks down Freevalve very nicely with his video, showing the pneumatic method of actuating valves, and how hydraulic oil is used to stabilize a certain valve position and to damp its motion:

Frank Markus from Motor Trend breaks down the mechanical bits simply, writing:

…compressed air opens the valve almost instantly, electronically controlled hydraulic pressure holds it open, a coil spring closes it, and passive hydraulic pressure cushions its “landing.” An electric coil provides highly precise sensing of each valve’s position.

Markus also spoke with Freevalve marketing director Andreas Möller to learn about the power draw of Freevalve, which is a significant drawback:

The second major concern is the one that generally doomed these systems in the past: energy draw. Möller says that although the compressor (featuring standard AC-compressor innards capable of peak pressures near 300 psi) generally consumes more energy than camshafts, this is partially offset by a reduction of the engine oil flow and pressure required to lubricate cams and valves. (Freevalve’s head employs a dedicated hydraulic circuit.) And Freevalve’s high-speed friction penalty is countered by the fact that at idle and lower speeds its parasitic losses undercut those of several VVT systems.

I reached out to some auto engineers to get their opinions on Koenigsegg’s Freevalve technology. One engineer, who used to work for a major supplier on timing drives, admitted that he may have some concerns about reliability and cost, but on the plus side, the system could be more forgiving if timing is off. (Indeed, Motor Trend confirmed that a piston will not break the valve if timing is off.) He also mentioned other benefits of ditching all those valvetrain parts, writing about rotational inertia in his email:

It greatly simplifies engine design since you don’t have account for a timing drive and the associated resonance dynamics it brings with it. I don’t know how it compares weight-wise to a timing drive, but it certainly has a lot less rotating inertia to worry about (no cams, chains, or heavy vct units to worry about, so it can react quicker).

A powertrain R&D engineer at a major OEM who asked not to be named also gave me his thoughts, saying:

There are certainly a lot of benefits to having a flexible valvetrain, like the ability to …retain internal exhaust gas residuals for intake charge heating and dilution (NOx reduction & de-throttling), while still having cam profiles that can trap a lot of air at high loads while keeping the intake open late to give up some compression ratio for high maximum power and knock reduction. Turning off one of the intake valves for increased swirl is also a well-known idea that has been implemented in production as well. So, fundamentally the concept and idea is sound.

None of this is new though; this is the motivation behind adding cam phasers, Honda’s VTEC (yo), BMW’s Valvetronic, FCA’s Multi-Air, and all sorts of switchable cam profiles, slide-cam, switchable roller-finger-followers etc. Of all of these systems, most of them are discrete, having two or three defined positions and profiles instead of a continuously variable range (Cam phasing, Valvetronic and Multi-Air are continuous mechanisms in one dimension – they only affect phasing, not lift profile, or they affect both but in a well-defined relationship). Most manufacturers stick to discrete systems or limit the number of continuous dimensions for three reasons:

First, its cheaper to develop and produce discrete-step mechanisms.

Second, it’s much easier to diagnose discrete-step mechanisms, specifically for OBD-II requirements. For the mechanism to be OBD-compliant, there needs to be some sort of feedback to the computer, either through an internal model or an actual sensor, to determine whether the mechanism is working as-intended since it’s proper operation is necessary to maintain emissions compliance. A continuous-action mechanism generally needs a much more complicated and expensive sensing setup to ensure that it is working as intended.

Third, if you choose the discrete valve profiles and cam phasing angles well, you can get 99% of the same benefits as a fully flexible valvetrain. Even with advanced combustion modes like HCCI and SPCCI that rely heavily on internal residuals and precise valvetrain control, conventional systems are still capable of performing well.

He went on, saying that, while Freevalve should allow for faster opening and closing rates at lower engine speeds than cam-driven valve, he doesn’t think this a énorme advantage over conventional systems. At high RPM, faster closing valves could provide more of a benefit, but “you’re still limited by the valve spring stiffness, valve mass, and seating rates to avoid physically damaging components,” he told me via email.

In addition, he also mentioned losses from the pneumatic pump that actuates the valves, and the complexity of the OBD requirements, which will necessitate significantly more channels to be monitored. He ultimately concluded by saying that the setup is really best used on a pricey car like the Koenigsegg:

So, in summary, it’s a complicated, expensive way of doing something that all major manufacturers are already doing, and the incremental benefits only make sense for a supercar where the additional cost & complexity is inconsequential, especially compared to the bragging rights that could come with it.

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Indeed, the whole Freevalve setup—which reduces engine height thanks to a lack of overhead camshafts—is ridiculously complex, which is why Koenigsegg hired an artificial intelligence expert called SparkCognition, a company out of Austin, Texas. Just read all of these variables that play into Freevalve, and you’ll understand why. From Koenigsegg:

There are many variables at play in the workings of an internal combustion engine (ICE). These include the complexity of achieving maximum performance, efficiency, reliability and safety with minimum fuel consumption, emission, size and cost.

… The Freevalve system creates many more variables to consider and tune. These can include NOx, CO2 emissions, fuel consumption, HC/NMOG, power and torque, all competing for priority in a cycle…Then there’s fuel types, lubricants, temperatures, component wear and tear, alongside the Freevalve liberation.

Clearly it becomes virtually impossible for humans to tune each parameter for optimum results. Given this, Koenigsegg has decided to use AI in order to optimize the TFG for different conditions and situations

Koenigsegg claims its engine is capable of running at efficiencies up to 50 percent while cruising.

Body And Aerodynamics

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The Koenigsegg Gemera is a four-seater, but it has no B-pillar and only two doors, which—as you might imagine—are rather enormous, spanning much of the car’s roughly 118-inches of wheelbase. Those doors are are among the Gemera’s most grabby features, with the automaker calling them “Koenigsegg Automated Twisted Synchrohelix Actuation Doors” (KASAD), a slightly altered variant of the “Dihedral Synchro-Helix Doors” that the company has used for years.

They pop out, lean forward, and even raise up a bit as they rotate roughly 90 degrees such as the rearmost part of the closed door reaches high in the sky when open (there are sensors that will prevent it from banging a parking garage, Koenigsegg makes clear). Koenigsegg told me over email that KASAD uses the same parts as the older Dihedral Synchro-Helix design, but now the doors lift up a bit to clear curbs. From the automaker:

KATSAD is our new patent first implemented in the Jesko, where we managed to twist/bend the main components so that the door also swings upwards – not only outwards and rotating, but also upwards. This was possible without adding any new parts – just changing the geometry so we can can clear really high curbs, making the door system even more practical.

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You can see the basic operating principles behind how the Dihedral Synchro-Helix doors work in this video excerpt from The Drive. I don’t have a close-up of the new KASAD setup, but it’s apparently quite similar:

“The KATSAD has a very small opening footprint,” Koenigsegg writes about the door’s advantages, “which allows effortless access even when parked with limited surrounding space.” The long door and lack of B-pillar improves ingress/egress for the rear passengers.

Those doors are fastened to a completely carbon fiber monocoque chassis (the body panels are also all made of carbon fiber) with torsional stiffness of 40 KNm of torque per degree of deflection from axle to axle. I don’t know how that compares to other cars, but Koenigsegg is convinced this makes the Gemera the stiffest four-seater sports car on earth.

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As for aerodynamics, you can see openings just before ahead of the headlights; This area of the car is a high pressure zone, and the area in the wheel openings is a low pressure zone, so air flows readily from under the headlamps towards the wheel arches to cool the brakes during aggressive driving. It’s worth mentioning that regenerative braking takes some of the heat load off the friction brakes.

You’ll also notice a gaping frontal opening, small vents at the edges of the front bumper, two ducts in the hood, an opening behind the side glass on each side, and one opening just behind each door. Koenigsegg told me via email that the frontal opening helps cool the engine, battery, and HydraCoup unit, and contains a condenser for the AC system. The hood vents and those in front of the doors are exhausters that reduce the pressure aft of the front heat exchangers to help facilitate airflow through them. As for the vents on the edges of the front bumper, they’re there to create “air curtains” to reduce drag created by the front wheels.

If I understood Koenigsegg correctly, the little opening on the side behind the passenger compartment is the engine intake, while the big side opening is there to get air to coolers for the rear motor gearboxes and the engine intercooler.

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In the rear, there are openings above the engine bay near each exhaust pipe. Those outlets, Koenigsegg says, allow for natural convection to cool the engine bay. While driving, they, along with the vents under the taillights and ducktail, extract hot air from the engine compartment due to the lower pressure at the rear of the car.

The two giant openings in the bumper are the main exhausters for the rear heat exchangers, which include the transmission (gear reduction) cooler and low temperature radiator for the intercooler. “At slow speed operation there are fans in the rear engine compartment for most coolers and compartment as a whole,” the company’s engineers told me.

The last aerodynamic, but also rather gadget-y feature, are the side mirrors, which are actually cameras. They’re not legal in the U.S., so whichever person buys one of the 300 Gemeras built and brings it to the U.S. will get regular mirrors.

Suspension, Steering, Brakes

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Front and rear aluminum subframes are hard mounted to the carbon fiber chassis, and suspension components mount directly to those subframes. The suspension, by the way, is a double wishbone setup with electronically adjustable damping and ride height.

Steering is an electric rack and pinion setup, and there’s active steering in the rear, which Koenigsegg says helps “shrink” the car’s wheelbase, so to speak. Helping slow down the carbon fiber wheels are six-ceramic-piston calipers on 16.3-inch diameter ceramic discs up front and four-piston grabbers on 15.3-inch plates in the rear.

The Gemera, like most electrified vehicles, also offers regenerative braking, and in this case, it “starts at throttle lift and increase while braking,” per Koenigsegg.

The Batteries

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The 800-volt battery on the Koenigsegg Gemera is only 15 kWh, and offers an EV-only range of up to 31 miles max, which combines with 590 miles of ICE/electric hybrid range to give the car up to 621 miles of total reach.

The idea behind using such a small battery, von Koenigsegg says, has to do with minimizing weight. “Electric cars are great,” he says in the video below, “but there are not enough charging stations around, and it’s difficult to produce cells quickly enough for worldwide implementation. So, this is a parallel track, where you get a lighter car…”

How light? Well, he says the goal weight is around 1,880 kg, or around 4,144 pounds. That sounds like a lot on its own, but, for the record, is about 1,000 pounds lighter than the all-electric (but largely carbon fiber-less) Porsche Taycan four-door.

“You get a more agile, roomier car with better acceleration, better cornering, better braking, still CO2 neutral if you find the right fuel.”

The pack is made up of liquid-cooled pouch cells. You can see the coolant ports at the front end of the car in the picture before the video directly above. I also point out the two power inverters that turn DC from the battery to AC for the motors, as well as the high voltage plugs on those motors. Battery pack max discharge power is 900 kw, while max recharge capability is 200 kW. The charge port is just behind the side door, on the opposite side of the fuel filler.

I could go on and on about the technology in Christian von Koenigsegg’s dream of sharing the Megacar experience with your whole family. (That was the impetus behind this four-door concept.) I could mention the slim carbon fiber seats, the fancy eight cupholders, the beautiful front indicators, the rotating display behind the steering wheel, and on and on. But my editors are already going to kill me when they see how long this story is, so I’ll just end with: The Koenigsegg Gemera will go into production in 2022.