Benzines és dízel, egyszerre?!

Lotus Omnivore motor

2010.02.26. 13:04 Módosítva: 2010-02-26 13:04:36
Sokan nem tudják, hogy mit csinál a Lotus azóta, amióta kisebb jelentőségű autógyártó lett. Ezerféle autóipari fejlesztést végez a Lotus Engineering divízió, például motorokat, futóműveket, hibrid hajtásláncot és hasonlókat, leginkább külső megrendelőknek. Most egy meghökkentő kísérleti motorral álltak elő.

Az Omnivore névre keresztelt szerkezet egyelőre csupán egy korai fejlesztési fázisban lévő egyhengeres motor, amely biztató fogyasztási adatokat mutatott a mérések során. Viszonylag kis fordulatszámon a fajlagos fogyasztása lényegesen alacsonyabbnak bizonyult, mint például a ma népszerű, közvetlen befecskendezéses benzinmotoroké.

Gyorsan készítettek is egy diagramot, amin látszik, hogy tényleg a dízelekét közelítő (200 g/kWh körüli) fogyasztási értékeket mutat a motor. Nem kell feltétlenül tudni, mit jelentenek ezek a fogalmak, legyen elég: a rövidebb oszlop a jobb. Azt pedig nézzük el a Lotusnak, hogy a függőleges tengely skálázása nem a nullától, hanem kétszáztól indul, vagyis a valós fogyasztáscsökkenés úgy 10 százalék a sötétszürke oszlophoz képest, nem több.

Aki viszont a dízelekéhez hasonló fogyasztást vizionál, annak hadd tegyek hozzá egy kiábrándító dolgot: itt grammokról van szó, nem literekről, a kúton pedig térfogatra vesszük a motorhajtóanyagokat. És a benzin sűrűsége kisebb, mint a gázolajé, vagyis azonos fajlagos fogyasztás mellett egy dízel (l/100 km-ben mérve) még mindig kevesebbet fog kajálni, mint a benzines. Ennek ellenére a javulás jól látható, főleg kis terhelés mellett, ami a benzinmotor rákfenéje.

Persze, erre még csak szűk fordulatszám-tartományban képes az Omnivore motor, amely kétütemű. Ám nem ez a legnagyobb érdekessége, hanem az, hogy a homogén keverék öngyulladással ég el. Kivéve, amikor nem: hidegindításkor, nagy fordulatszám és terhelés mellett. Ezekre az esetekre van benne gyújtógyertya is, ilyenkor rendes szikragyújtású motorként viselkedik.

Ilyen motorokkal már több autógyár is kísérletezett, a GM-nél simán HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition – homogén töltetű, kompressziógyújtásos) néven emlegették, de a Mercedes is fejlesztett hasonlót, DiesOtto néven, amelyet az F700 tanulmányautóba építettek be. Eddig egy 1,8 literes, benzinüzemű motor adatait tették közzé, amely kétlépcsős turbófeltöltéssel és részleges kompressziógyújtással 238 lóerőt és 400 Nm-t ad le.

Bár a kompressziógyújtás hasonló jelenség, mint a benzinmotor kopogása, mégsem ugyanaz. Nagy terhelésnél valóban előfordul, hogy az égéstér valamely forró pontján, a sűrítés közben öngyulladás következik be. A HCCI/DiesOtto motorokban viszont a homogén keverék szinte egyszerre gyullad meg az egész égéstérben, és gyorsan elég, sokkal gyorsabban, mintha szikra gyújtaná meg. Valószínűleg ez is motiválta a Lotus mérnökeit, hogy az Omnivore motornak ne legyen külön hengerfeje, ezzel megkerülték a hengerfejtömítés problémáit is.

Igaz, probléma még maradt így is bőven. Például az, hogy az öngyulladás mindig szabályozottan történjen: ehhez a motort változtatható sűrítésűre készítették. Ez nem a Lotus ötlete, modellmotorokon alkalmazzák a módszert: a kompressziótér mérete egy dugattyú ki-be mozgatásával változik. Ha nagy sűrítést akarnak elérni, a dugattyút betolják, amikor viszont kihúzzák, a kompressziótér nagyobb lesz, vagyis a levegőnek nem kell annyira összenyomódnia. A motor legnagyobb sűrítése eléri a 40-et, míg az utcai autók benzinmotorjaiban 11-12-nél nem szokott több lenni.

Itt jön elő a hatásfok kérdése. Bár a köztudatban az él, hogy a dízelmotornak nagyobb a hatásfoka, mint a benzinesnek, ezzel a tézissel csak megbukni lehet hőtanvizsgán. Azonos kompresszióviszony mellett ugyanis az Otto-körfolyamat termikus hatásfoka nagyobb – más kérdés, hogy a benzinek korlátozott kompressziótűrése miatt a klasszikus Otto-motorok megközelíteni sem tudták a dízelek 15-22-szeres sűrítését. Az Omnivore-motor tehát ott nyer sokat, hogy nagyobb lehet a kompressziója, azaz a benzin energiáját hatékonyabban hasznosíthatja. Sőt, égető szüksége van a nagy kompresszióra a szabályozottan lezajló öngyulladáshoz. A változtatható sűrítés előnye még, hogy a motor jobb hatásfokkal tud például etil-alkohollal, illetve tetszőleges alkohol-benzin keverékkel üzemelni, mint a hagyományos, négyütemű (szívó) benzinmotorok.

A motor kétütemű, ami felvet pár problémát. A levegő, amely átöblíti az égésteret, túlnyomáson érkezik a próbamotorba, vagyis ez egyenértékű azzal, mintha feltöltést alkalmaznának. A kipufogást nem résvezérléssel oldották meg, hanem egy lengő szelep nyitja-zárja a kipufogónyílást. Ennek mozgását egy excenterrel szabályozzák, vagyis ez egyfajta változó szelepvezérlés. A befecskendezést a szintén kétütemű motorokkal kísérletező Orbital cég szállította. Ennek lényege, hogy a tüzelőanyagot nagynyomású levegővel előkeverve fecskendezik az égéstérbe, így gyorsabb és egyenletesebb a keveredés.

A Lotus kétütemű motorja nem keverékolajozású, mint egy Trabanté, hanem ugyanolyan nedves karteres kényszerolajozást kapott, mint egy négyütemű motor. A trükk egyszerű: az olajlehúzó gyűrűket a dugattyú alsó részén helyezték el, úgy, hogy azok sohasem haladnak keresztül a szívó- és kipufogóréseken.

Az Omnivore motor nem túl egyszerű szerkezet, még így, egyetlen hengerrel sem, ebben a formájában drága, gyárthatatlan, tehát alkalmatlan arra, hogy forradalmasítsa a benzinmotorokat. A lengőszelep mozgatása, a kompressziótér változtatása külön mechanizmusokat igényel, arról nem is beszélve, hogy a kompressziótér nagyságát változtató dugattyút megfelelően tömíteni kell, sőt ennek külön vízhűtése van. Ebben található egyébként a gyújtógyertya és az injektor is.

A működéséről minden rizsánál beszédesebb az alábbi flash animáció a Lotustól. Az emblémára kattintva indulhat a játék. A virtuális startgomb megnyomásával beindul a motor. A kép jobb oldalán csúszkákkal változtathatjuk a terhelést (charge), a fordulatszámot (engine speed), de még a benzin-alkohol keverési arányát (fuel mix) is. Az animáción látszik, hogy mikor van szikra és mikor történik kompressziógyújtás. Ha például növeljük a terhelést, közben mozog a kompressziót változtató dugattyú, de a lengőszelep mozgása is állandóan más és más lesz. Ha ez nem lenne elég látványos, bele is zoomolhatunk a részletekbe a trapping és a VCR skáláktól balra lévő zoom-gombokkal. Ha az egérrel az i betűs körökre tévedünk, további infókat dob fel az oktatóábra. Jó motortesztelést!

Az animáció indításához katt a képbe. Ha nagyobb méretben szeretné látni, kattintson ide

Egyetért? Vitatkozna vele? Véleményét elmondaná másoknak is?

Tegye meg a publikáció blogposztján!