Légzőgyakorlat

2001.08.02. 10:48
A belsőégésű motorok hatásfoka erősen függ a hengerbe ki-be járó gázok akadálytalan, illetve tudatosan akadályozott áramlásától. A varázslás minden téren folyik, az egyik legújabb, de nem előzmények nélküli megoldás a BMW Valvetronic.
 
   
   

Kezdetben vala a résvezérlés. A technikatörténet hőskorában mindenféle nyílásokon keresztül áramlott a levegő, voltak megoldások, ahol egy szelep, illetve csatorna töltötte be a szívó és a kipufogó funkciót is. Később ezeket különválasztották, de a szelepek maradtak hörgők, azaz egyirányú visszacsapók döntöttek a nyitásról-zárásról. A négyütemű fűnyírók a mai napig így dübörögnek.

Később a szelepeket időzíteni is akarták, ezért a főtengely mellé befektettek egy fogaskerékhajtású vezérműtengelyt, ami a hengerrel párhuzamosan álló szelepeket nyomkodta. Ezek az oldalszelepelt (SV-side valve) motorok. Ezek egészen a 60-as évekig éltek. Persze már jóval korábban rájöttek, ha a szelepeket a henger tetejére teszik és nem mellé, akkor jobban működhet a légzés.

 
   
 

A vezérmű maradhatott oldalt, ilyenkor oldalvezérelt-felülszelepelt, azaz OHV (Over-head valve) keletkezett. A megoldás domináns képviselői a nagy amerikai "pushrod" V8 motorok, ahol a két hengersor összes szelepét elmozgatta az egyetlen vezérműtengely. Európában a farmotoros Skodák és a Dacia/Renault 12 példázzák a nyomórudas motorokat. Hátrány a sok mozgó alkatrész, minden egyes szelepnyitásnál-zárásnál a teljes tömeget fel kell gyorsítani, le kell lassítani. Nem egy igazán fordulatszám-barát megoldás.

Amikor a vezérlés is felülre került, akkor OHC (Over-head camshaft) lett a motor. Ilyenkor a vezérműtengely himbán keresztül (Lada), vagy közvetlenül (egészen pontosan a szelephézag-kiegyenlítőn keresztül) nyomkodja a szelep végét (Fiat 124). A felső vezérműtengelyt hajthatja vezérműlánc (Lada1500), fogasszíj (Lada 2105), vagy királytengely, kúpfogaskerekekkel a végein. Ez utóbbi a Norton motorkerékpárokon és a repülőgépmotorokban terjedt el elsősorban.

 
   
   

Ha mindjárt két vezérműtengelyünk is van egy hengersoron, akkor DOHC (Double over-head camshaft, twin-cam) a motor. Ezt hengerenként két szelep esetén nálunk pl. Fiat 124TC-nek, Amerikában pedig Plymouth Hemicudának hívják, ahol a hemi a hemiszférikus, azaz félgömb alakú égéstérre utal. Az ilyen, ún. keresztöblítéses hengerfejek jobb gázcserét biztosítanak, a gömböt jobban megközelítő égéstér pedig jobb belső hatásfokot eredményez.

A szívó szelep szinte mindig nagyobb a kipufogónál. Ha még nagyobbat akarunk, tegyünk be két kisebbet, így háromszelepes (Toyota Corolla 12v) motorunk lesz. Ha a kipufogást is nagyra akarjuk, legyen két kipufogó szelep is (Golf GTI 16v). Ha ez még mindig nem elég, legyen három szívószelep (Audi TT, Yamaha FZR-1000), így ötszelepes motorunk van. Még nagyobb keresztmetszetet eredményez a hat szelep, ilyen eddig egyedül a Maserati fejlesztett a híres-hírhedt biturbo számára. Később azonban ők is visszatértek a műszakilag sokkal kevésbé bonyolult (=kevesebb hibalehetőséget rejtő) 4 szelephez.

 
   
 

A szelepet többnyire a szeleprugó zárja vissza, de ha Ducatink oldalán a Desmo felirat virít, akkor az desmodromic, azaz szeleprugó nélküli hengerfejet visel. Ilyenkor a szelephimba villás, és a vezérműtengely bütyke nem csak kinyitja, de vissza is zárja a szelepet. Elvileg ez a megoldás fordulatszám-állóbb, hiszen gyenge szeleprugó esetén nagy fordulaton a szelep nem tudja a bütyköt lekövetni, ütni fogja a vezérműtengelyt.

A szerkezeti anyagok fejlődésével azonban már lehet elég erős szeleprugót gyártani, így a desmo megoldás valószínűleg ki fog halni. Teszi ezt annak ellenére, hogy az ilyen vezérlés teljesítmény-igénye kisebb, azaz egy desmo vezérművet könnyebb forgatni, mint a rugós változatot.

 
   
   

A vezérlést valahová mindig hangolják. Sportmotorokban, sportos autókban a magas fordulatszámok a gyakrabban használtak, ezeknél nem olyan nagy gáz, ha alul erőtlenebb a motor. Ilyenekben a szelepek jóval a felső holtpont előtt nyitnak és utána zárnak. A dugattyú még felfelé jön, tolja a kipufogógázokat, de a szívószelep már nyit, így a friss levegőnek van ideje megindulni a szívócsőben.

Mire a dugattyú megindul lefelé, a gázok teljes sebességgel áramlanak, a henger hamar megtelik, illetve a még nyitva lévő kipufogóba is jut egy kis kakaó. Ez egyrészt biztosítja, hogy a henger teljesen frissüljön, másrészt az esetleges turbóban a bejutott benzin tovább expandál, jobban hajtva a fütyülőt.

 
   
 

Családi autókban viszont épp az a cél, hogy alapjáraton is menjen, képes legyen húzni. Ilyenkor épp a szívórendszer a nagy fordulatok akadálya, vagyis a motor nem kap levegőt a pörgéshez. A csoda, azaz a két tulajdonság egymáshoz illesztése a változó vezérlésekkel lehetséges.

Viszonylag egyszerű, és az olaszoknál (Alfa 75TS) régóta alkalmazott módszer, hogy a szívó szelepeket mozgató vezérműtengelyre a hajtó lánckerék nem fixen van felszerelve. A motor fordulatszámának növelésével nő - mondjuk - az olajnyomás, ez rugó ellenében elfordítja a lánckereket a vezérműtengelyen, azaz a szívó szelepek a felső holtponthoz képest egyre hamarabb nyitnak. Az eredmény a fokozatmentes váltásnak köszönhetően egy kiegyensúlyozottabb nyomatékgörbe. Hasonló elven működik a Toyota VVT-i (Variable Valve Timing) megoldása, illetve a korábbi hathengeres, négyszelepes BMW motorok Vanos-rendszere is.

 
   
   

Az ilyen rendszerek hátránya, hogy a motor elhasználódásával az olajnyomás, mint vezérlési paraméter csökken. A legújabb megoldás a BMW Valvetronic. Ennél nem csupán az időzítés, hanem a szívószelep lökethossza is változik, azaz magasabb fordulatszámon mélyebbre nyílik a szívószelep, kevesebb akadályt képezve a beáramló levegő számára.

A gyakorlati haszon? Ami egyből kiderül: hagyományos motorokhoz képest kb. 15%-kal magasabb gyártási költség, ami kézenfekvő módon a vételárba is áthallatszik. Ellentételként a gyár állítása szerint 18%-os alapjárati üzemanyagfogyasztás-csökkenés (mennyit is megyünk évente alapjáraton?), részterhelésnél kb. 10%-os csökkenés, illetve rugalmasabb motor-működés és szebb alapjárat szerepel az étlapon.

 
   
 

Ami egyenlőre tény: A 316i Compact-ba kerülő 1,8-as motor (régi szép idők, amikor az ezernyolcas hármast még 318i-nek hívták!) 115LE és 175 Nm leadására képes. A tervekben viszont szerepel egy 140 lovas kétliteres is, illetve a hírek szerint még idén bemutatkozhatnak a Valvetronic-os V8 és V12 hengeres motorok is. Bár a kétezres BMW-k már a 90-es évek elején is 150 lóerőt tudtak, úgy tűnik: a környezetvédelem oltárán (EU-4 norma) a lóerőket lelövik, ugye?