motorok

Egy nem elég? Legyen kettő, sőt több! (1. rész)

2014.07.25.

A mai autótechnikában, különösen a motortechnikában az autóban sok szerkezetből kettő is van, holott elvileg egy is elég lenne. Legalább is így gondoltuk régebben, jó harminc éve. A „megkettőzés” azonban majd egykorú a belső égésű motorral. A két vezértengely eklatáns példa erre, vagy az, hogy két (vagy több) karburátort találunk a korai idők nagyobb teljesítményű motorjain. A mai megkettőzés oka „korszerű”: a kipufogógáz CO2 tartalmának csökkentése, azaz a tüzelőanyagfogyasztás csökkentése és a kipufogógáz szennyezőanyag tartalmának mérséklése.

Kezdjük múzeumi sétával, Zwickauban járunk a Horch-Audi múzeumban, a volt Trabant gyár területén. Két kiállított motort választunk bevezetésként.

Audi soros 6-hengerű 18/70 PS 1926 – itt még minden segédberendezésből, hengerhez tartozó alkatrészből csak egy van – például 1 karburátor, 1 vezértengely, 1 szívó- és 1 kipufogószelep, 1 hűtőkör és 1 vízszivattyú, 1 – olajszivattyú

A Horch 8-hengerű soros motorja (1927/28) OHC vezérlésű, a vezértengelyből már kettő van

A múltból jöjjünk vissza a közelmúltba!

A motorszelepek számát előszeretettel kettőzték meg, 2-szívó, 2 kipufogó, mert kell a jobb töltetcseréhez. Ma már szinte ritkaság a 2 szelepes motor, általános a négyszelepes kialakítás. Egy négyhengerű motorral hajtott autó „felségjelzéséhez” hozzátartozik, hogy 16V, azaz 16 szelepes. Ehhez kell a 2 vezértengely.

Ma már nélkülözhetetlennek tartják a vezértengely fázisállítást. A fázisállítás azt jelenti, hogy a főtengelyről hajtott vezértengely(ek) a főtengelyhez képest - folyamatosan állíthatóan - előresiethetnek vagy lemaradhatnak. Korábban csak a szívó vezértengely, ritkábban a kipufogó vezértengely volt állítható. Ma mindkettő. Tehát kell az állítóműből, annak vezérléséből kettő.

Az alábbi két kép az „Év Motorja” háromszoros győztes Ford 3 hengerű EcoBoost motorjának fázisállítóit mutatja.

A fázisállítás, tehát a tengelyelfordítás általában hidraulikus úton megy végbe, de ma már jönnek a villanymotoros állítóművek is.

Egy vezértengellyel is lehet a szívó és kipufogó bütyöksort külön-külön is állítani! Ez is a „megkettőzés” témaköréhez tartozik. A két bütyöksor állítása koaxiális tengelyelrendezéssel történik. A kifejlesztő MAHLE cég „camincam” konstrukciónak nevezi. A szívó bütyök egységek különállóak (lásd az alábbi fényképet), ezeket a belső tengely viszi és fázishelyzetét hidraulikus állítóművel állítja. Ma már több autógyár szériában alkalmazza.

Dodge Viper motorjának camincam vezértengelye

A rendszer megértését az alábbi videó segíti:

Nézzük tovább a megkettőzéseket!

A benzinbefecskendezés megkettőzésének szükségessége pár éve még nem merült fel. Kuriózumok mindig vannak, erre is találtunk egy Lexus motornál példát. Napjainkban az Euro 6/c előírás teszi szükségessé. Csak röviden: a közvetlen benzinbefecskendezésű motorok kipufogógáz tisztasági előírása a részecske kibocsátásnak (PM) már nem csak koncentrációját írja elő, hanem a részecskék darabszámát is limitálja. Ennek teljesítése több úton-módon is lehetséges, például koromszűrővel. Több autógyártó ettől ódzkodik, ezért inkább kettős befecskendezést alkalmaz. Van a motoron szívótorok befecskendező és közvetlen befecskendező. A kettő célszerű használatával az előírás teljesíthető.

Nézzük erre egy példát! Az Audi új TFSI motorjának (a motor nagy sorozatban készül Győrben) szerkezeti vázlata önmagáért beszél, azonnal szembetűnik a két benzin-injektor.

A rendszer egy nagynyomású benzinszivattyút kapott, ez látja el tüzelőanyaggal mindkét kört, a nagynyomásút (pmax = 200 bar) és a kisnyomásút (pmax = 10 bar).

A szigorú részecske kibocsátási előírások miatt a motorok (visszavezetett) kartergáz kezelését is módosítani kellett, nevezetesen a kartergázzal felhordott olajgőztől immár teljes mértékben meg kell tisztítani a gázt, tehát az olajgőzt le kell választani. Ezt a feladatot eddig is teljesíteni kellett, de a mai motoroknál a leválasztás hatásfokát tovább kellett növelni. Az ok a kipufogógáz tisztításban keresendő: a motorba kerülő olaj(gőz) elégési folyamatában ugyanis részecskeképző. A képen az AUDI EA888 (TFSI) motorjának kartergáz olajleválasztó rendszerét látjuk. Ez is két, jól elkülöníthető egységből álló rendszer lett, az első a durva leválasztó (a kép alsó mezőjében), a hengerfej terében pedig a finomleválasztót látjuk.

A motorok feltöltése témánk kiemelt „kettőző” témája.

A mechanikus (Roots-fúvós, kompresszoros) feltöltést kombinálják a turbótöltéssel. A mechanikus feltöltés, mivel a feltöltő lapátkerekeit a motor főtengelyéről közvetlenül hajtja, késedelem nélkül szállítja a levegőt már kis fordulatszámon is. Később, amikor a turbó már „éledezik”, a mechanikus feltöltő lekapcsolható. A rendszervázlatot mutatja a következő ábra.

VW TSI „Twincharger”

A TSI „Twincharger” 2006-ban az „Év legjobb új motorja” lett az 1,0 – 1,4 liter lökettérfogat kategóriában.

A feltöltés kettősségében most lép a színre, a sorozatgyártás szintjén is, a villamos hajtású turbó (áramlási elven működő kompresszor), azaz a villanymotor által hajtott turbókompresszor. (Vájt fülűek bizonyára tudják, mert már hallottak róla, hogy a van olyan turbó, melynek középrészét villanymotorral kombinálják, így az segédhajtásként rádolgozik a turbótengely forgatására. Most itt nem erről van szó.)

A villamos turbókompresszor (gyakran nevezik e-booster-nek), és a hagyományos turbótöltő együtt létezik, párhuzamos kapcsolásban. A villamos egység csak szükség esetén működik. Az Audi új V6-os TDI motorja az „electric Biturbo” nevet kapta.

Audi V6 TDI electric Biturbo

Ha első látásra nem is könnyű, de nem reménytelen kibogozni a légutakat. Segít ebben az alábbi video:

A nyomaték kis motorfordulaton való lényeges növelése a cél. Ha a motor többlet levegőt kap, akkor vele arányosan kaphat többlet tüzelőanyagot is. Ilyen „egyszerű” a nyomatéknövelés receptje. A többlet levegő bejuttatása villanymotoros segítséggel motorterhelés és motorfordulatszám független – és ez a lényeg. A következő ábra felső diagramja a turbókompresszor fordulatszámának alakulását mutatja az idő függvényében (ejnye Audi, ezt oda kellett volna írni), míg az alsó diagram piros görbéje a nyomatékfelfutást ábrázolja az e-booster nélküli kivitellel összehasonlítva.

A cikk írásakor (2014. július 21-én) érkezett a hír, hogy a VW a TDI motor megszületésének 25. évfordulóját ünnepli. A gyári tudósítás egyik csatolt fotója egy electric turbó feliratú TDI változatot mutat, a motort kísérleti jelleggel egy RS5 kupé karosszériájába építették be.

Egy villanymotorral hajtott turbókompresszort mutat a következő kép.

A CPT gyártmányú „villanyturbó”, ma számos autógyártó kísérleteihez ezt használja

Legjobb tudomásunk szerint ma még csak kísérleti céllal létezik olyan dízel turbókompaund rendszer, ahol a kipufogó csőben, a turbótöltő turbinája után van még egy turbina, mely elektromos generátort hajt. Az így létrehozott elektromos energia tölti az akkut, illetve betápláljuk az autó elektromos hálózatába. Ilyen például a vízhűtésű CPT gyártmányú Tigers (Turbogenerator Integrated Gas Energy Recovery System), 850 °C kipufogógáz hőmérsékletig használható, 60 ezres fordulaton 2 kW@12 V teljesítményű. Tehát ez a technika is „kettőzöttek” családjába tartozik.

Most nézzük a „tisztán” turbósokat! Mintha már egy turbó nem is lenne turbó, sem a személygépkocsi-motoroknál (Ottó és dízel egyaránt), sem a haszongépjárműveknél. Ha két önálló turbó van, az is „kettőzés”, sőt van a világon olyan is, hogy négy dolgozik párhuzamosan (különböző hengerekre), de mi nem ezt tárgyaljuk.

A tisztán kétturbós vagy biturbós BMW benzines (a szakirodalom a neveket rendesen keveri, van, aki erre is twinturbó kifejezést használja)

A két turbó, ha egymással „összedolgozik” mind a frisslevegő, mind kipufogó oldalon, tehát (össze)kapcsolt üzemben van, ez képviseli a mai technikát. A kapcsolt vagy kétfokozatú (két-turbós, dual stage) kombinációban van egy kis, „fürge” töltő és egy nagy „teljesítmény” töltő, ezek több gázúton is kapcsolódhatnak, sorosan és párhuzamosan, illetve dolgozhat csak az egyik. A turbólyukat a kicsi eltünteti, a nagy levegőigényt később pedig a nagy ki tudja elégíteni. Van gyártó, aki ezzel kiváltja a technikailag „necces” geometriás töltőszabályozást.

A BorgWarner R2S kétfokozatú öltőjének gázút kapcsolási vázlatát mutatja az ábra, a következő pedig a szerkezeti metszetet.

Ennek megértését az alábbi video is segíti:

A kapcsolt töltők elhelyezése, becsövezés a motoron, a motorérben komoly fejtörést okozhat a konstruktőröknek. Az alábbi Audi V6 TDI motor feltöltőrendszerének a feltárása - a „zsúfoltság” miatt –laikus szemlélőnek szinte lehetetlen.

Zárjuk a „kettősség” témánk sorozatának első részét egy hármassággal! A BMW 381 lóerős teljesítményű és 740 Nm forgatónyomatékú, széles fordulatszám-tartományú háromliteres dízelmotorját (550d 3.0 R6 Tri-turbo) már két töltővel nem tudták kiszolgálni, kellett a harmadik is. Egy nagy és két kisebb.

Mozival zárjunk, nézzük, hogyan működik kapcsolt üzemben a három turbótöltő.

 

A „megkettőzés” témát folytatjuk!

 

Dr. Nagyszokolyai Iván

az Autótechnika főszerkesztője

(Az Autótechnika folyóiratban a témához kapcsolódó számtalan szakmai cikk jelent meg, ezek a lap előfizetőinek visszamenőleg is olvashatóak a http://autotechnika.hu oldalon. További információt is itt találhatnak.)

 

Az oldal fő támogatója

 

2025.02.06
Könnyű páncélvédettségű terepjáró bázisjárműre fejlesztett autonóm és távirányítási funkciókat a....
2025.02.06
Marihuána tartalmú elektromos dohányterméket, csaknem 1500 doboz magyar zárjegy nélküli cigarettát....
2025.02.06
Kevés tesztautót szeretett meg így a családom, mint a konnektoros hibrid Ford Kugát. A napi szinten....
2025.02.06
A tegnapi wolfsburgi üzemi gyűlésen Thomas Schäfer, a Volkswagen márka vezérigazgatója....
2025.02.06
A rendőrség azt üzeni, nagyot tévednek, akik azt hiszik, hogy nem ellenőrzik az autósiskolák....
2025.02.06
Tonnaszámra gyártjuk, acélos teljesítménnyel! - írja Facebook-oldalán a győri nagyvállalat. ..
2025.02.06
Mannersdorf an der Rabnitzban (Oberpullendorfi járás) egy férfi holttestet találtak egy kiégett....
2025.02.05
A BMW egyike azoknak a márkáknak, amely az idén jó eséllyel tovább tudja erősíteni éllovas....
2025.02.05
A busz csütörtöktől odamegy, ahol az emberek vannak, akik Debrecen utcáin, Hajdú-Bihar legkisebb....
2025.02.05
Vízre bocsájtották Kínában a világ legnagyobb autószállító hajóját: a BYD Shenzhen „gyomrában” 9200....