motortechnika

Változtatható kompresszióviszony Otto-motoroknál (1. rész)

2017.03.03.

A változtatható kompresszióviszony megvalósítása nem újkeletű dolog, már több prototípus is készült az elmúlt 25 évben, de ezek sosem érték el a szériagyártás fázisát. Nemrég felröppent a hír, hogy az Infinity elkészült a szériaérett változtatható kompresszióviszonyú motorjával, mely meg is fog jelenni a Q50-es modellben, így a téma igazán aktuálissá vált.

Mit jelent a kompresszióviszony?

A kompresszióviszony geometriai értelemben az égéstér térfogatának aránya alsó és felső holtponti dugattyúpozíció között, vagyis a maximum és minimum térfogat aránya. Azért fontos kiemelni, hogy geometriai (vagy elméleti) kompresszióviszonyról beszélünk ebben az esetben, mert a sűrítési végnyomást befolyásolja a henger töltöttségi foka is. A töltöttségi fok szívómotoroknál (teljes terhelésen) megközelítőleg 100%, vagyis közel azonos a maximum hengertérfogattal, így a sűrítési végnyomás közel azonos az elméleti sűrítési arányból számítható értékkel. Vannak azonban olyan tényezők, amik ezt az arányt eltolhatják egyik-másik irányba. Ilyenek például a feltöltőrendszerek, melyek a motor töltési fokát növelik, így kisebb geometriai kompresszióviszonnyal is ugyanakkora sűrítési végnyomás érhető el, mint egy nagyobb kompresszióviszonyú szívómotorral.

A szelepvezérlés is befolyásolja a sűrítési folyamatot, hiszen a sűrítés kezdetekor a hengertérben lévő levegő vagy levegő/tüzelőanyag-keverék mennyiségét a szelepvezérlés változtatásával is lehet módosítani. Így működnek a Miller- és az Atkinson körfolyamatot végző motorok, melyek szívószelepének kora vagy késői zárásával a geometriai kompresszióviszonyhoz képest a sűrítési végnyomás csökkenthető.

 

Kialakulásának háttere

Az autógyárak elképesztő küzdelmet folytatnak a folyamatos károsanyagkibocsátás-csökkentést követelő előírásokkal. A CO2-kibocsátásra vonatkozó előírások is folyamatosan szigorodnak, a jelenleg előírt maximum 130 g/km flottaátlag pár év múlva 95 g/km-re csökken, ami tüzelőanyag-fogyasztásra átszámítva 3 liter/100 km körüli értéket jelent.

A jelenlegi dízelmotorok egy része képes teljesíteni ezt az értéket a jelenlegi menetcikluson, a most szériagyártásban lévő benzinmotorok azonban önmagukban nem képesek 100 g/km alá menni még a kistömegű járművekben sem. Úgy tűnik, ha nem történik érdemi változás a benzinmotorok hatásfokában, akkor 2020-tól nem fogják teljesíteni az akkor érvénybe lépő CO2-előírásokat, csak hibrid hajtással kiegészítve.

De mitől rosszabb a benzinmotor hatásfoka a dízel társakénál? Egyrészt a dízel tüzelőanyag fűtőértéke nagyobb, mint a benziné, másrészt a dízelmotorok kompresszióviszonya eredendően nagyobb, mint a benzinmotoroké, így a sűrítési végnyomás is nagyobb. A nagyobb sűrítési végnyomás nagyobb égési csúcsnyomást eredményez ugyanakkora bevitt energia esetén, ami nagyobb termikus hatásfokot jelent.

Ha az elméleti képletet tekintjük, akkor a kompresszióviszony növelésével növelhetjük a termikus hatásfokot, ezzel pedig a fajlagos fogyasztás csökkenthető. A gyakorlat azonban nagymértékben korlátozza az elméletet. Ugyanis a benzinmotorok esetében a tüzelőanyag minősége (annak kompressziótűrése) meghatározza a legnagyobb sűrítési arányt, amivel az elért sűrítési végnyomás és –hőmérséklet mellett még nem történik kívánatlan öngyulladás. Ezt a jelenséget szokás kopogásos égésnek is nevezni. Ilyenkor nem a gyújtógyertya szikrája gyújtja be a keveréket, hanem a nagy nyomás és hőmérséklet (mert a sűrítés hőmérsékletnövekedéssel is jár) hatására lokálisan detonáció alakul ki az égéstér egy-egy pontjában. Mivel az égéstérben ilyenkor nagy a nyomáskülönbség a detonáció helye és az égéstér többi pontja között, ezért állóhullámok alakulnak ki, melyek nyomáslengéseket okoznak az égéstérben és az égési csúcsnyomás is megnő.

A megnövekedett nyomás és a nyomáslengések károsak  a motor szerkezetére, ezért a jelenség ellen kopogás-szenzort alkalmaznak minden benzinmotoron. A motorvezérlő a kopogás észlelésekor csökkenti az előgyújtás és így elkerüli a folyamatos öngyulladásos üzemet. A kis előgyújtás viszont rontja a motor hatásfokát és teljesítményét, ezért hosszú távon ez nem jelent megoldást. Ezért kellett a kompresszióviszonyban komprumisszumot kötni, és a motorgyártó olyan értékre állítja be, hogy az előírt tüzelőanyag használatával teljes terhelésen se jöhessen létre nem kívánatos öngyulladás az égéstérben.

Mikor lehetne nagyobb a kompresszióviszony?

A kopogásos égés a nagy motorterhelésű jellemző, ugyanis a pillangószelep teljesen nyitva van, és nagy mennyiségű friss töltet áramlik az égéstérbe. Részterhelésen kisebb mennyiséget kell sűríteni, ezért ugyanolyan geometria mellett kisebb sűrítési végnyomást és hőmérsékletet tapasztalunk, mint nagyobb terhelésen. Ezért részterhelésen előnyösebb lenne a nagyobb kompresszióviszony, hiszen a motor hatásfokát ebben a tartományban lehetne nagymértékben növelni vele.

Otto-motorok esetén tehát a változtatható kompresszióviszony azért előnyös, mert nagy terhelésen kis sűrítési aránnyal elkerülhető a kopogásos égés, kis terhelésen pedig lehet növelni a kompresszióviszonyt és ezzel együtt a motor termikus hatásfokát. A geometriai kompresszióviszony-változtatás pontos szabályozást tesz lehetővé és a Miller- és Atkinson cikluisokkal szemben nem növeli a töltetcsere-veszteséget.

(Folyt.)

Az alkalmazható változtatható kompresszióviszonyt megvalósító technikai megoldásokról és az Infinity változtatható kompresszióviszonyú motorjáróla következő cikkekben olvashat!

 

 

Az oldal fő támogatója

 

2021.10.17
Halálos kimenetelű közlekedési baleset történt a Nemeskeresztúr és Jánosháza közötti útszakaszon -....
2021.10.17
Nagyon ritka és egyre ritkább lesz a jövőben igazi gyöngyszemet találni. A Lexus LC500 minden....
2021.10.17
A friss háromszoros Európa-bajnok Kiss Norbert, a Révész Racing versenyzője vasárnap....
2021.10.17
Egyre izgalmasabb az autóipari verseny az Egyesült Államokban, és van esély rá, hogy nem a General....
2021.10.17
A heti rajzunk készítője Kelemen István. Rajzának címe: Biztos, ami biztos. ..
2021.10.17
A moszkvai közlekedési hatóság vezetője, Maxim Likszutov bejelentette, hogy az autonóm technológiák....
2021.10.17
Fantasztikus versenyzéssel idei legjobb helyezését érte el a HUMDA Magyar Autó-Motorsport....
2021.10.17
Az érintett útszakaszon félpályán halad a forgalom - írja a Katasztrófavédelem honlapja. ..
2021.10.17
A magyar rendőrök a belga hatóságok által körözött Audit foglaltak le, ezúttal a Röszke autópálya....
2021.10.17
Üzbegisztánban megkezdődött a Renault-ok összeszerelése orosz pótalkatrészekből. Kaptur és Arkana....