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

 

2022.11.27
Az osztrák vasúttársaság (ÖBB) hétfő 0 órától 24 órás munkabeszüntetést tart, ami érinti a MÁV-....
2022.11.27
A szabadtéri parkolók és nem lakás célú épületek fotovoltaikus paneljeinek telepítésére vonatkozó....
2022.11.27
A zuglói rendőrök néhány nap alatt azonosították és gyanúsítottként kihallgatták a HÉV előtt....
2022.11.27
Már javában készülődik az idei versenyévadra a győri Széchenyi István Egyetem égisze alatt....
2022.11.27
A heti rajzunk készítője Kelemen István. Rajzának címe: Mit hoz az idei tél? ..
2022.11.27
A Mazda Motor Corporation közzé tette a vállalat középtávú gazdálkodási tervének frissítését és a....
2022.11.27
A Volkswagen Konszern nemzetközi szakmunkástanuló versenyének idei díjazottja az Audi Hungaria....
2022.11.27
Megrázó fotókat tett közzé az MTI a ma reggeli halálos balesetről.  ..
2022.11.27
A megfelelő látás elengedhetetlen, hogy balesetmentesen és szabályosan tudjunk közlekedni, ezért....
2022.11.27
Az ünnepi, illetve síszezon közeledtével egyre többen kelnek útra a környező vagy akár távolabbi....