Élet a termosztáton túl

Gyári fogyasztáscsökkentő kütyük

2010.05.17. 07:15
A német és a japán mérnökök együtt izzadnak a motorokkal a minél alacsonyabb fogyasztás érdekében. Legújabb ötleteiken szörnyülködünk.

Münchenben szemmel láthatóan nem viccelnek a termoelektromos generátorral: az ormótlan, barkácsjellegű kísérleti eszközök után nemrég napvilágot láttak az első, meglévő motororokba integrált áramforrások is, melyek a kipufogógáz veszteséghőjéből képesek némi elektromos energiát nyerni. Ahogy ez az autógyártásban már csak lenni szokott, az eredmény a gazdaságossági számítások által meghatározott kompromisszumokon nyugszik. Az AGR-hűtővel egybeépített termoelektromos generátornak pusztán mérnöki szempontból találhattak volna kedvezőbb helyet is a kipufogórendszerben, a gyárthatóság és a gazdaságosság azonban kikényszeríti a meglevő konstrukció lehető legkisebb átalakításával járó integrációt. Az AGR-hűtő jelenleg az egyetlen olyan pont az autóban, ahol a hűtővíz és a kipufogógázok közvetlen közelsége lehetővé teszi a viszonylag fájdalommentes beépítést.

AGR, hűt ő?

A kipufogógáz-visszavezetés (AGR – Abgasrückführung vagy EGR – Exhaust Gas Recirculation) évtizedek óta használt eljárás a motortechnikában. A kipufogógáz-visszavezető szeleppel pontosan szabályozott mennyiségű kémiailag inaktív (inert) gáz részben átveszi a beszívott levegő helyét, így befolyásolva az égés lefutását – mindenekelőtt a csúcshőmérsékletét – és ezzel szoros összefüggésben a nitrogén-oxid-emissziót. Nem fából vaskarika tehát, hogy a forró kipufogógáz csökkenti az égéstér hőmérsékletét. A szigorodó határértékek mellett idővel nem csak az egyre nagyobb arányban visszavezetett gáz mennyisége, hanem a hőmérséklete is kezdett érdekessé válni, így jelentek meg a motor hűtővízkörébe épített AGR-hűtők.

Más kérdés persze, hogy a BMW a többi autógyárhoz hasonlóan igyekszik a kipufogógáz-visszavezetést többé-kevésbé az európai emissziós ciklusra optimalizálni, míg normál üzemi körülmények között az AGR-t részben vagy teljesen kikapcsolják. A szériabevezetésig marad tehát még néhány nyitott kérdés, de a „tiltott találmány” a lehető legjobb úton halad a kísérleti laborból a szériagyártás felé, a számítások szerint a mindennapi használatban a generátor terhelésének csökkentésével 3–5% fogyasztáscsökkenést okozva.

A kipufogógázzal és a hűtővízzel kapcsolatban nem ez a bajorok egyetlen kísérlete: egy másik fejlesztőcsapat olyan eszközt álmodott, ami a motor bemelegedési idejét csökkenti egy kipufogógáz-hőcserélővel. Különösen a korszerű dízeleknél szembetűnő jelenség, hogy a kedvező hatásfokkal üzemelő motor veszteséghője nagyon lassan melegíti fel az utasteret. A statisztikák szerint Európában minden második ember tíz kilométernél rövidebb távokat autózik naponta, s ez idő alatt a motor alig éri el az üzemi hőmérsékletét. Ez nem csak a didergő utasoknak kellemetlen, hanem a motor alkatrészeinek is. A mechanika és a kenési rendszer alapvetően az állandósult, kilencven fok körüli hőmérsékletre van tervezve, s a működés ilyenkor közel sem optimális – bármit is mutasson (vagy ne mutasson) a vízhőmérő, és bármit is írjanak a marketingesek a gépkönyvbe.

Tény, hogy a megnövekedett súrlódás és a közel sem optimális égés miatt a szabványos emissziós ciklusban is tíz százalék körüli fogyasztáskülönbség mérhető a húsz fokról és a nyolcvan fokról indított tesztek között, ami a szén-dioxid-hisztériától hangos környezetben igencsak megmozgatja a mérnökök fantáziáját. A kipufogógáz-hőcserélővel tehát a motor hulladékhőjének egy részét vezetik vissza a hűtővízkörbe, miáltal hamarabb elérhető az üzemi hőmérséklet és végeredményben néhány százalékkal csökken a fogyasztás.

Az ötlet olyannyira életképesnek tűnik, hogy amíg a bajorok az efficient dynamics jegyében a bevezetésén gondolkoznak, a gonosz kis japánok szép csendben elkezdték gyártani. Ugyan nem ez az új Prius legnagyobb dobása, de a jó hatásfokú és amúgy is lépten-nyomon kikapcsolt Atkinson-motor mellé bizony odakerült a hőcserélő, egyszerre melengetve a mechanikát és az utasokat is.

A hidegindítást követő gyors bemelegítésnél is van azonban jobb megoldás: a melegindítás. A fél órával az indulás előtt bekapcsolt állófűtés egyértelműen csökkenti a motor kopását és fogyasztását, de sajnos saját maga is üzemanyagot éget el, így az akció energiamérlege korántsem olyan kedvező. Sokkal célszerűbb lenne az előző napi utazás során keletkező veszteséghőt valahogy tárolni, így a motor már az első pillanattól kezdve közel(ebb) lehetne az üzemi hőmérsékletéhez.

A BMW ezzel kapcsolatban is túl van az első (keserű) tapasztalatokon: az E34-ben a speciális sóvegyület fázisátalakulásán alapuló „hőakkumulátor”  működött ugyan, de korróziós problémák miatt igen hamar el is tűnt a szériából. A japánok közben feltalálták a meleg vizet: a szigorúbb emissziós határértékeket követelő amerikai piacra szánt modellekben a hűtővíz egy részét egy hőszigetelt, termoszszerű tartályban tárolták, s induláskor a víz áramlási irányát egy elektromos szivattyúval megfordítva meleg vízzel árasztották el a Prius II motorját.

Ami az elektromos vízszivattyút illeti, a világméretű elterjedését már bő tíz éve megjósolták. Nem nehéz rájönni, hogy a maximális teljesítményhez tartozó hűtési igényre méretezett szivattyú élete legnagyobb részében fölöslegesen kavarja a vizet, miközben a hajtásához felhasznált energia szükségtelenül növeli a fogyasztást. A termomenedzsmenttel foglalkozó szakemberek ezért jelentős potenciált látnak az elektromos vízszivattyúban. A sorhatos BMW-motorokban vagy akár a Prius III-ban pedig már ma is szériában szerelik.

Fűtött termosztát

A vízhőfok piszkálásával elérhető fogyasztáscsökkentés iskolapéldája: évek óta szériában építik például az Audi és a BMW motorjaiba. Ez a termosztát alapesetben a szokásos 90 fok helyett 100–110 fok körül nyit, így emeli meg részterhelésen a motor üzemi hőmérsékletét, ami a csökkenő súrlódás miatt alacsonyabb fogyasztást eredményez. Teljes gázon a motor konstrukciója azonban nem viselné el ezt a hőséget, ezért a termosztátba épített kicsiny fűtőpatront a vezérlőegység a motor terhelésétől függően bekapcsolja. A termosztát így felmelegszik, és már 80–85 fokos vízben is kinyit és megfelelő hűtést biztosít.

Bár az igazi cél nem is annyira a hűtővíz, mint inkább a motor- és váltóolaj üzemi hőmérsékletének mielőbbi elérése, hiszen a súrlódási veszteség (és a túlfogyasztás) döntően a kenőanyag – hőmérséklettől függő – viszkozitásával van kapcsolatban. Ésszerű felvetés hát a BMW mérnökeinek részéről a hűtővízkörben elhelyezett termosztát analógiájára a kenőolaj hőmérsékletét is szabályozni: az új eljárás szerint az indítást követően csak az olaj egy része vesz részt a körforgásban, a maradékot pedig az üzemi hőmérséklet elérését követően szép apránként adagolják hozzá. (Ez persze nem keverendő össze az olajhűtő felé áramló olaj mennyiségét szabályozó olajtermosztáttal, az már nem újdonság.)

Az ígéretes megoldás egyelőre még valóban gyerekcipőben jár csakúgy, mint a BMW másik merész elképzelése. Eszerint nemcsak a hűtővíz egy részét, hanem az egész motort zárnák termoszba. Bár a motor már ma sem nagyon látszik ki a zavaró kerregést csillapító burkolat alól, a meleg a leállítást követő néhány órán belül elillan. A motorblokk kontúrját követő, légtömör csomagolás ezt az időt a többszörösére növeli, így garantálva a másnap reggeli „hidegindításnál” a negyven fok körüli motor- és olajhőmérsékletet s ezzel az alacsonyabb fogyasztást.

A rendszer működéséhez elengedhetetlen a hűtésben részt vevő víz és levegő áramlásának pontos beállítása – de semmi kétségünk ne legyen afelől, hogy a németek hibátlanul meg tudják oldani a feladatot. A hűtőlevegő szabályozása bizonyos szempontból már a jelenlegi modelleknél is megoldott, bár az elektronika inkább az aerodinamika javítása, mint a hőmérséklet-szabályozás miatt nyitja-csukja a lamellákat. Ugyan a hűtő elé helyezett kartonpapír idejétmúlt módszer, a 70-es évek Moszkvicsaiban bevált lamellákat úgy tűnik, rövidesen a legújabb luxusautókban is újra viszontláthatjuk.