BMW

Vizet a tűzbe, és ez mégsem tűzoltás! – avagy határátlépés külső segítséggel

2015.07.20.

Régi technikai dologról lesz szó, mely közel egyidős a belső égésű Otto-motorral. Ez a vízbejuttatás az égési folyamatába, először a szívócsőbe és innen a hengertérbe, vagy közvetlenül a hengertérbe. A több, mint száz éves motortörténelem alatt többször is elő-előkerült. A vízbefecskendezésű motorok éltek is egy darabig, majd a megoldás ismét a lehetőségek polcára került vissza. A hengertérbe történő pontosan kimért mennyiségű vízbejutatás a töltet, a friss levegő és benzin keverék hűtését eredményezi. Utoljára szériabeépítésű vízbefecskendezésű modellel 1978-ban a SAAB jelentkezett. A SAAB 99 Turbo S modellt (nagyon kevés készült belőle) gyárilag szerelték szívócső vízbefecskendezéssel, plusz 15-20 lóerőt lehetett kihozni a motorból.

Miért?

A vízbefecskendezésnek elsősorban a kopogásos égés elkerülése a célja. Az angol szakkifejezés is erre utal: anti-detonant injection (ADI). A víz párolgáshője erőteljesen hűti a hengertöltetet, a keveréket. A kopogásos égés mindig az égésfolyamat második felében, a lángfront előtti hengertérben lép fel. A kopogásos égést, szakszerűen a detonációs égést, öngyulladás váltja ki a „véggázban”, a még el nem égett keverékben. Az öngyulladás gócaiból kiinduló reakció nagy terjedési sebességű, ha nem is robbanás, de közel áll hozzá. A gáz nyomása hirtelen megnő, nyomáshullám alakul ki, mely a hengertérben faltól-falig „rohan”.

Az alábbi indikátor diagram – a hengertérben kialakuló nyomás a főtengelyelfordulás függvényében – a normális (1), a gyengén kopogó (2), az intenzíven kopogó (3) nyomáslefutás mellett mutatja a vízbefecskendezés hatására ismét kisimuló, normálissá váló égésfolyamatot. A 3-as jelű nyomáslefutás olyan mértékű kopogást mutat, melynek hangja fémet ütő kalapácsoláshoz hasonlít, és előbb-utóbb széteszi a motort.

A fallal való ütközés kelti azt a hangot, melyet kopogásnak, csilingelésnek hallunk (autószerelőknek is mondom: nem a dugattyúcsap, vagy maga a dugattyú verődik!). A nagy hengertéri gáznyomás erodálja a dugattyút, a hengerfejtömítést, az ütésszerű nyomáshullám hat a gyűrűre, eltöri a gyűrűgátat, kilyukaszthatja a dugattyút. A nagy kompresszió viszonyú szívó és a turbótöltött motorok különösen hajlamosak kopogásra.

(A vízbefecskendezés hasznát egyes feltalálók a vízmolekulák égéstérben való bomlásával létrejövő aktív gyökök létrejöttével, azok égésfolyamat gyorsító, az égést tökéletesebbé tevő hatásával magyarázzák. A szakirodalom szerint ez nem helytálló megállapítás.)

Mit lehet ellene tenni?

„Türelmesebb” (kopogástűrőbb) benzint kell készteni. A benzin szénhidrogén vegyületeinek nem szabad idő előtt öngyulladniuk, ki kell várniuk a motor égésterében, hogy a normális lángfront elérje. Ennek mérőszáma az oktánszám. Minél nagyobb a RON és a MON (ez a két oktánszám érték, a kúton a RON érték van feltüntetve), annál kopogástűrőbb egy benzin. Hajdan a benzin ólmozása (így nem pontos, de ne menjünk „mélyebbre) az oktánszám növelést célozta.

Az oktánszám növelés szükségessége az első Világháború repülőgépmotorjainál jelentkezett. A jelenséget is ekkor tárták fel, kiemelkedő kutatója, mérnöke Sir Harry Ricardo volt. A repülőgép Otto-motorok állandó nagy terhelése kiváltotta a kopogásos égést és a motort tönkre tette. Ismerték a jelenséget csak a kezdetekben orvosságot nem találtak ellene. Ekkor próbálkozott Ricardo az ólomadagolással. Az angol légierő átütő sikereit sokan ezzel indokolják!

Elvileg 100-as oktánszám a maximum, de ennél lehet nagyobb is a RON érték.

A kopogási hajlamot lehet az égési folyamat alakításával, égéstéri konstrukciós jellemzőkkel, töltetáramlással, motorhűtéssel is csökkenteni.

Ha mégis bekövetkezne, azonnal intézkedni kell. A kopogásos égést jelző jeladó (lehet az ismert piezokristályos kopogásdetektor vagy a gyújtógyertya ionárama) tudatja a motorirányító egységgel, hogy kopogásos égés következett be és tenni kellene valamit, hogy ez tartósan ne álljon fenn. A megszüntetés legegyszerűbb módja az előgyújtás időszakos csökkentése. A kopogás ugyan megszűnik, de a motor hatásfoka is romlik. Az alábbi ábra jól mutatja, hogy mennyire kell hátrább tolni az égésfolyamatot. A BMW – lásd az ábrát – még egy bicikli hajtás példáján is mutatja a hajtóerő gyengülését.

Miért került „terítékre” éppen most a vízbefecskendezés?

Nagy középnyomású, erőteljesen forszírozott benzinmotorok világát éljük, mert a forgatónyomatékot, teljesítményt egyre kisebb lökettérfogatú motorból kell kihozni. Mint tudjuk, ez a downsizing építési tendencia. A forszírozás legnagyobb technikai ellensége a kopogásos égés. Ha már mindent bevetettek, például fokozott hatású intercoolert, konstrukciós megoldásokat, nem marad más hátra, mint a vízbefecskendezés.

A BMW vette ismét elő a technikai arzenálból a vízbefecskendezést. A sajtóhír alapvetése: „A vízbefecskendezés a motor hengereiben tovább növeli a teljesítményt és a forgatónyomatékot – kiváltképp akkor, amikor szinte teljes gázzal működik a rendszer –, miközben csökkenti az üzemanyag-fogyasztást és az emissziót. A turbófeltöltéses benzinmotorok közvetlen vízbefecskendező rendszerének kifejlesztésével és finomhangolásával a BMW Group ismét tovább fokozza a hagyományos erőforrás-technológiák képességeit.” Ez rendben is van.

Az innovatív vízbefecskendező rendszer a BMW Group egyik legmodernebb erőforrásában, a MotoGPTM biztonsági autójaként dolgozó, módosított BMW M4 sportmodell (BMW M4 MotoGP Safety Car) motorházteteje alatt mutatkozott be először. A BMW M GmbH tervezőmérnökei az alap BMW M3/M4 sportmodell kiemelkedően nagy fordulatszám-tartományig kalibrált, soros hathengerű M TwinPower Turbo benzinmotorjának módosított változatát építették be a biztonsági autóba. A széria BMW M3/M4 sportmodellben 317 kW / 431 lóerő maximális teljesítményre és 550 Nm csúcsnyomaték leadására képes (kombinált tüzelőanyag-fogyasztás: 8,8 – 8,3 liter / 100 km, kombinált CO2 kibocsátása: 204 – 194 g/km). A vízbefecskendező rendszer extra teljesítménnyel, nyomatékkal és versenypályára optimalizált hatékonysággal ruházza fel a MotoGPTM elsőszámú biztonsági autóját, amely így kifogástalan teljesítményt produkál az aszfaltcsíkon.

A szivattyú a vizet a víztartályból szűrőn keresztül nyomja a szívócsőbe épített porlasztóhoz és mennyiségszabályzó szelepen keresztül a nagynyomású benzinpumpához. A víz a benzin tápszivattyúban keveredik a benzinnel és a befecskendező szelepen keresztül jut be a motorba. A víz-benzin emulzióban akár 30% is lehet a víz mennyisége. (Nem tudunk még technikai részleteket, hogy a bekeverés milyen módon történik. Korábban nagyon féltek a tervezők itt a víz jelenlététől, a korróziós hatástól, a kavitációtól. A dízelgázolaj-víz emulzióról, mely eleve ilyen összetételű motorhajtóanyag, évtizedek óta sokat vitáznak a szakemberek, de ez egy másik történet.)

A BMW vízkörének vázlatrajza a leírtakat teszi érthetőbbé.

Belső vízhűtő hatással, 10%-kal nagyobb nyomatékot és 8%-kal gazdaságosabb tüzelőanyag-fogyasztást értek el. A közvetlen vízbefecskendező rendszer a belső égésű erőforrás turbófeltöltőjének még hatékonyabb alkalmazását teszi lehetővé. A rendszer a vizet finom vízpermetként a turbótöltő utáni gyűjtőkamrába fecskendezi, ahol elpárolog, a szívólevegő hőmérsékletét mintegy 25° Celsius fokkal csökkenti. A rendszer hűtő hatása különösen teljes gázadásnál növeli a hatékonyságot.

A 2015-ös BMW Group Innovációs Napokon első ízben mutatkozik be a vízbefecskendezési innovatív technológia BMW-szériamodellbe épített prototípusa, a BMW Group legújabb motorcsaládjába tartozó háromhengerű benzinmotorhoz társítva. A vízbefecskendező rendszer ezen változatában a víz legnagyobb részét a szívócsonk helyett közvetlenül az égéstérbe fecskendezik. A prototípushoz, a közvetlen vízbefecskendező rendszerhez az EfficientDynamics stratégia alapelvei szerint épített ötajtós 1-es BMW adta a műszaki alapot.

A befecskendezett víz hűtő hatása miatt közel teljes gázadásnál nincs szükség keverékdúsításra (mint tudjuk, ezzel lehet a kipufogógáz hőmérsékletét csökkenteni és a kopogási hajlamot is mérsékelni). A dúsítás elmaradása miatt a fogyasztás csökkenése elérheti a 8%-ot.

A kisebb égési csúcshőmérséklet csökkenti a nitrogénoxid ún. nyers emissziót.

Nagyobb sűrítési viszony állítható be: a motor kopogási hajlamának csökkentett kockázata nagyobb, 9,5:1 helyett 11,0:1 sűrítési arányt tesz lehetővé a prototípus háromhengeres motorjában.

A nagyobb előgyújtás és a nagyobb töltőnyomás mintegy 10%-kal növeli a teljesítményét és csúcsnyomatékát.

A motor teljesítménye kisebb oktánszámú tüzelőanyag (ROZ 95) tankolásakor is hasonló mértékben optimalizált, a közvetlen vízbefecskendező rendszerrel szerelt turbófeltöltésű erőforrások így a világ minden táján használhatók.

Az innovatív rendszer hűtő hatása csökkenti a dugattyúk, a szelepek, a katalizátor és a turbófeltöltő hőterhelését.

Fedélzeti vízhasznosító rendszer a hétköznapi használhatóság érdekében

A BMW M4 MotoGP Safety Car innovatív vízbefecskendező rendszere egy ötliteres, csomagtérbe szerelt víztartályból nyeri a működéséhez szükséges vizet. A kimerítő versenykörülmények közepette, amikor a jármű szinte végig teljes gázzal üzemel, a csomagtérbe szerelt víztartályt minden egyes tankoláskor újra feltöltik.

A 2015-ös BMW Group Innovációs Napokon prezentált és a jövőben sorozatgyártásra is alkalmassá tehető közvetlen vízbefecskendező rendszer ezzel ellentétben soha nem igényel manuális feltöltést a hétköznapokban. Hacsak a jármű nem kivételesen szélsőséges éghajlati körülmények között üzemel, a közvetlen vízbefecskendező rendszer teljes mértékben gondoskodik a működéséhez szükséges vízmennyiségről, egy fedélzeti vízhasznosító rendszernek köszönhetően. A bemutató prototípusba épített közvetlen vízbefecskendező rendszer a légkondicionáló berendezés kondenzvizét hasznosítja. A motor leállításakor a rendszer az összes vízmennyiséget egy tartályba visszafolyatja, ezzel 0° Celsius fok alatt megóvja az egyes alkatrészek eljegesedését és megelőzi a motor korrodálását. A tartályba pedig befagyhat a víz. Mivel a víztartály gyorsan felmelegíthető helyre kerül az autóban, a víz gyorsan rendelkezésre áll. A gyáriak becslése szerint az 5 literes tartály, ha a légkondicionáló kondenzvizét rávezetik, mérsékelt égövi körülmények között is 1 évig elegendő. Ha a víz kifogy, akkor sincs semmi baj, legfeljebb annyi, hogy a motor nem tudja kedvező jellemzőit hozni.

A BMW – a CO2 csökkentési kötelezettség miatt is – ezt a technikát széles körben bevezethetőnek ítéli. Nem kételkedünk, majd meglátjuk…

Forrás: BMW Group BMW Group Innovációs Napok, sajtóinformáció, 2015.

 

dr. Nagyszokolyai Iván
Az Autótechnika folyóirat főszerkesztője

 

Az oldal fő támogatója

 

2024.03.19
A Kazincbarcikai Járási Ügyészség vádat emelt egy férfi ellen jármű önkényes elvételének bűntette....
2024.03.19
Othmar Michl az Uniqa Biztosító Zrt. vezérigazgatója, a Magyar Köztársasági Érdemrend....
2024.03.19
Nemtetszésüknek adtak hangot a Forma-1-es pilóták a 24 futamosra felduzzasztott versenynaptár miatt....
2024.03.19
Felelősségre vonhatják az autóst, aki nem tett eleget segítségnyújtási kötelezettségének. ..
2024.03.19
Rengeteg olyan autóst talált a rendőrség egy hét alatt, aki nem használta ezt az alapvető....
2024.03.19
Az MHP tanácsadó cég az év eleje óta a Porsche AG teljes tulajdonában van. A cég jelenleg közel....
2024.03.18
Teszteltük a Honda CR-V csúcsmodelljét, a temérdek kényelmi és biztonsági extra meggyőző volt,....
2024.03.18
Összeütközött egy busz és egy szeményautó a IX. kerületben - ez már a második fővárosi buszbaleset....
2024.03.18
Gerald (52) egy bécsi, Donaustadtban levő benzinkúton akarta kitakarítani VW-jét. Amikor meglátta a....
2024.03.18
Hét év szünet után újra Zsiros Gábor lesz a navigátora a rali országos bajnokságban legutóbb....