Nem ez az első alkalom, hogy a belső égésű motorok vezérléséről beszélünk az „Anyukám” rovatban. (Pl. itt) Ez még néhány évig nagyon fontos lesz, aztán szépen lecseng és ennek két oka van. Az egyik, hogy az egyre elterjedtebb, kizárólag elektromos meghajtásokat használó járművekben a mai értelemben vett vezérlés már nem lesz benne, hiszen a villanymotoron nincsenek szelepek, amiket nyitogatni kellene. A másik ok – és ez jön szóba majd hamarabb – az az, hogy véget érni látszik az a trend, hogy komplett, vagy akár csak részleges motorfelújításokat hajtsunk végre. Erről később még lesz szó a sorozatban, de most inkább térjünk a lényegre.

Mi az a vezérlés és miért van rá szükség?

Van nekünk négy ütemünk. Ezek közül kettőben történik meg a hengerben lévő gáz cseréje. A szívás ütemben a dugattyú lefelé mozog és vezérlés kinyitja a szívószelepeket, amelyeken keresztül levegő áramlik a hengerbe. A szívóhatást maga a dugattyú hozza létre. Ha ennél a szívóképességnél több levegőre van szükségünk, akkor a rendszer elé építünk egy turbófeltöltőt, ami nagy nyomást biztosít, így a motor azonos idő alatt több levegőt tud majd beszívni.

A munkaütemben a benzin-levegő, vagy gázolaj-levegő keverék elég, és a hengerben égéstermék keletkezik. Ezért kinyitjuk a kipufogószelepeket, a dugattyú megindul felfelé és szabályszerűen kitolja a nyílásokon a kipufogógázt.

A szelepek felül vannak és meg kell oldanunk, hogy a dugattyúk mozgásával tökéletes szinkronban dolgozzanak, máskülönben minden rossz lesz: nem lesz zárt az égéstér, amikor annak kellene lennie, a rossz időben nyitva lévő szelepeket a dugattyú összeveri a felső holtpontjában és így tovább.

Brutális tempó

Gondoljuk végig! Egy magasnak nem mondható 2.000-es percenkénti fordulatszámon való üzemet vegyünk például. Ez ugye azt jelenti, hogy a motor főtengelye percenként kétezerszer fordul körbe, ez a számot látjuk a fordulatszámmérőn. Mivel a négy ütem végrehajtásához a főtengely két egész fordulatára van szükség, ez azt jelenti, egy perc alatt 1.000x4 ütem zajlik le. Minden negyedik ütemben ugyanaz megy végbe a hengerben, vegyük példának most a szívóütemet. Ez azt jelenti, hogy egy szelep percenként 250 alkalommal nyit és zár. Hatvannal osztva adódik, hogy kb. négyszer lép működésbe egy szelep. Ezt még az ujjunkkal is nehéz lenne lekopogni az asztalon és csak 2.000/perc fordulatszámról beszélünk!

Van egy játék a neten, hogy milyen gyorsan tudunk klikkelni az egérrel. Én 6-7 klikkelést tudok másodpercenként, ezt a szelepünk már 4.000-es fordulatnál simán túlszárnyalja.

Na, és ilyen tempó mellett várjuk el azt, hogy minden szelep pontosan akkor dolgozzon, amikor neki kell. És a vezérlésünk erre való, hogy tökéletesen összeszinkronizálja a motor minden alkatrészének mozgását.

Működési elve

Ha tudjuk, hogy mihez képest kell a szelepjeinket vezérelni, akkor érdemes onnan kiindulni. A motor főtengelye mindenképpen jó, hiszen az úgyis forog, mivel éppen ezt a forgást használjuk fel az autó mozgatásához. A főtengely a kulisszás hajtóművön keresztül abszolút szinkronban van a dugattyúkkal, ezzel nem lesz gond. A hengerekbe felülről „belógó” szelepnek pedig a dugattyúval kell szinkronban lenniük úgy, hogy azok nem érhetnek hozzájuk.

A szelepeket közvetve, vagy közvetlenül a klasszikus kialakítás szerint egy úgy nevezett bütyköstengely tolja lefelé, majd egy rugó húzza őket vissza alaphelyzetbe. A bütyköstengely úgy van kitalálva, hogy a motor működésének megfelelően vannak kialakítva a bütykök rajta. Amikor a tengely forog, a bütyök eléri a szelepet (vagy a himbát), lenyomja azt, és amikor tovább fordult, a szelep (a rugó segítségével) visszazár. Egy szelepsorhoz egy bütyköstengely tartozik. A bütyköstengelyből, a szelepmozgató mechanikából és magából a szelepekből álló egységet nevezzük vezérműnek.

Vezérmű szíjak

Kell egy vezérműtengely a szívószelepek mozgatásához és kell egy másik a kipufogószelepekhez, tehát minimum két vezérműtengellyel lesz dolgunk. Nem soros kialakítású motoroknál (V motorok) minden hengersorhoz tartozik két vezérműtengely.

Innentől annyi a feladatunk, hogy a motor főtengelyének és a vezérmű tengelyek forgását szinkronizáljuk. Ezeknek a tengelyeknek a fordulatszáma azonban nem azonos, hiszen négy ütemből csak egyszer lép működésbe egy szelep, ezért a vezérműtengelynek éppen fele akkora fordulatszámmal kell forognia, mint a motor főtengelyének.

Összekapcsolás

Tehát a főtengely forgásának a felével kell hajtanunk a vezérműtengelyeket, úgyhogy nincs más dolgunk, mint fogaskereket szerelni a főtengelyre és kétszer akkorákat a vezérműtengelyekre, majd ezeket úgy forgatni, hogy a lehető legkisebb szinkronhibát vétsük.

Alapvetően kétfajta megoldással „kötjük össze” ezeket a tengelyeket. Az egyik a szíj, mégpedig keresztbordás szíj, a másik a lánc. Mindkét megoldásnak megvannak az előnyei és a hátrányai, ezeket később kivesézzük.

Ezt egyszer kitalálták és azóta nem változik?

Dehogynem. A legtöbb változást az elmúlt 25 év hozta. Az elektronika térnyerésével gyorsan változtak a motorok karakterisztikái. Kisebb és erősebb motorokat használunk, sokkal tágabb fordulatszámtartományban működtetjük őket, de mások a sűrítés végén elért nyomásértékek és hol volt még 1990-ben majd’ minden kocsiban turbófeltöltő? Ezek egyenként is mind megnövekedett terhelést jelentenek a vezérlés alkatrészeire, ezért kényszerűen ezeken is változtatni kellett az idők során.

Vezérmű szíj készlet

Ezt a remek összefoglalást egyébként nem magamtól szedtem össze, hanem segítségemre volt Jakab Ákos, az SKF Svéd Golyóscsapágy Kft. munkatársa. A cég természetesen nem csak csapágyakat gyárt, azokról már írtunk korábban, hanem egy csomó minden mást is köztük egyre előkelőbb helyet foglalnak el a vezérlés szettek. Ő mondta azt is az előbbiekkel összefüggésben, hogy az elmúlt 25 évben a szíjakkal, illetve láncokkal átvitt erő nagyságra két-háromszorosára nőtt.

Sorozatunk folytatódik, amelyből kiderül majd hogyan változtak meg a vezérlésekkel szemben támasztott követelményeink, milyen plusz alkatrészek szükségesek a változtatható szelepvezérléshez, hogyan néz ki egy korszerű feszítő mechanizmus és még sok minden más.

A cikk elkészítésében az SKF Svéd Golyóscsapágy Zrt. nyújtott segítséget.