A dízelmotor halott

Mazda Skyactiv benzinmotorok

2014.03.27. 06:16 Módosítva: 2014-03-27 07:46:02
Eddig is sejtettük, voltak találgatások, de amikor egy gyári fejlesztő mérnök mondja ezt, az komolyabban hangzik.

A mai összefonódó gyártóóriások között kis cégnek számít, mégis el meri hagyni a járt utat. Az egyetlen gyártó, aki forgódugattyús motorral nyert Le Mans-ban (ez így is marad, hisz utána a Wankelt betiltották abban a kategóriában), de a megfizethető roadsterek népszerűségét is nekik köszönhetjük.

Jelenlegi motorpalettájuk is elég érdekes, ha pedig a műszaki adatokat nézzük, számos kérdés merül fel. Övék a világ legnagyobb kompresszióviszonyú benzinmotorja, másrészt a dízeljük különlegesen kis kompressziójú. A benzinmotorjaikon nem is tervezik a közeljövőben a turbó alkalmazását. A jövőt egyértelműen benzinmotorral képzelik el, illetve benzines-elektromos hibridhajtással. A tisztán villanyhajtást jelenleg túl nagy kompromisszumnak tartják, várhatóan 2020-ra is csak a járműpark töredéke lesz tisztán elektromos.

A dízel a Mazda szerint már a végét járja, már ami a személyautókat illeti. Mindenki az Euro 6-os környezetvédelmi norma körül gondolja, hogy reális költségekkel még megléphető egy dízelmotorral, azonban ha tovább szigorítják a határértékeket, olyan módosításokat és segédberendezéseket kell alkalmazni, amelyek annyira megdrágítják a motorok előállítását és fenntartását, hogy az alsóbb kategóriákból kiszorulnak.

További probléma, hogy a dízeltechnika már olyan fejlettségi szinten van, hogy innen továbblépni – akár a teljesítményt, akár károsanyag-kibocsátást tekintve – nagyon sokba kerül. A teljesítmény és a károsanyag-kibocsátás persze összefügg; könnyű lenne erős és jó motort csinálni, ha nem kellene a környezettel törődni. De kell, és azért választotta a dízelmotorjainál a kis kompresszióviszonyt, mert így az égés hőmérséklete jól kontrollálható, a turbófeltöltő segítségével pedig a fajlagos teljesítmény is megfelelő lesz. Összeségében a károsanyag-kibocsátás kicsi marad, és nem igényel speciális adalékot, vagy egyéb kipufogógáz-utókezelést. Ezzel a műszaki trükkel a Mazda Skyactiv dízel az egyik legjobb hangú és legcsendesebb dízel, ami ma kapható. Persze nem a legnagyobb fajlagos teljesítményű, hiszen 2,2 literes, de a műszaki életben nehéz úgy előnyhöz jutni, hogy valami ne lássa kárát.

Az igazi különlegesség azonban a Skyactiv G (azaz a benzines) motoroknál van. Úgy álltak neki a fejlesztésnek, ahogy azt az alapfokú mérnök képzésen tanítják: nézzük meg, mekkora a motor hatásfoka, és mi okozza a veszteségeket. Elemezzük ezeket a veszteségeket, és határozzuk meg a tényezőket, amelyek módosításával csökkenthetők.

Nyilván a legfontosabb a nagy veszteségeket csökkenteni, azonban már a benzinmotorok általános fejlettsége is azon a szinten van, hogy mindennel kell foglalkozni. A két legnagyobb veszteség a hőveszteség a kipufogó gázokban, valamint a hűtésen. Az ezt kontrolláló egyik műszaki tényező a kompresszióviszony. Ha növeljük, számos előnyre teszünk szert addig a pontig, amíg a keverék ég, és nem robban.

A robbanás, vagy más néven a kopogásos égés során a lángfront terjedési sebessége egy nagyságrenddel nagyobb, mint normál égésnél, és a mechanikai terhelés is sokszoros. A kopogásos égés elkerülésére számos hatékony eszközt kidolgoztak, ami tulajdonképpen azt jelentette, hogy a motor tervezése során ez alap volt, ennek fényében alakították ki az egész szerkezetet. Optimalizálták az égéstér formáját, a dugattyúban speciális kamrát képeztek ki, a szívócsövet úgy alakították ki, hogy a beszívott levegő nagyobb fordulaton perdületet kapjon, amely a homogén keveredést biztosítja az égéstérben. A kipufogórendszert, kiváltképpen a hengefejből kijövő leömlőket hangolták, így a gázok lengése segíti a töltéscserét.

Megint egy magyar

A gázlengések kinetikai energiáját kihasználó feltöltést, valamint a turbófeltöltés és a hangolt szívócső együttes alkalmazását, azaz a kombinált feltöltést először magyar mérnök alkalmazta a közvetlen befecskendezéses dízel motorokon. Dr. Cser Gyula (1934-2002) a világszabadalom tulajdonosa, és a nemzetközi szakirodalom gyakran Cser-feltöltésként hivatkozik a gázlengések dinamikáját kihasználó feltöltésre. Magyarországon kevesen ismerik ezt a tényt. Cser Gyula a Műszaki egyetemen végzett, majd a Járműtudományi Intézetben dolgozott, később az AUTÓKUT vezérigazgatója lett. A Totalcarnal még Karácsonyi Hiénába is feltettük kérdésnek, mert büszkék vagyunk rá.

Az extrém magas 14:1-hez kompresszióviszony azonban egy lehetséges maximum, elméleti érték, ugyanis a szívó- és kipufogóoldalon is változó szelepvezérlés van. Ennek elektronikus programozásával a valós, úgynevezett dinamikus kompresszióviszony módosítható, így a számolt, azaz statikus, vagy geometriai 14:1-től bizonyos üzemi körülmények között el tudnak térni. Ezzel a motor minden üzemi körülmények között az optimumot tudja nyújtani a keverékképzés és hatékony energiafelhasználás területén. A rendszer annyira takarékos, hogy a jelenleg még nem értékesített, de szériaérett hibridhajtású járművekben ezeket a motorokat szinte változtatás nélkül alkalmazni tudják.

A Mazda mérnökei a jövő motorját benzinesnek képzelik el, és a geometriai komresszióviszonyt akár 18:1 értéken is elképzelhetőnek tartják, hiszen tesztfázisban már üzemelnek ilyen motorok. A nagy sűrítési viszonnyal sokkal jobb termikus hatásfok, és jobb összhatásfokú motor megvalósítása is lehetséges. Bizonyos üzemi fázisokban kontrollált kompressziógyújtású motorként üzemel a benzinmotor, vagyis a keveréket nem szikra gyújtja meg, hanem a nagy sűrítés miatt felmelegedő levegő.

A keverékképzése – hasonlóan a dízel motorhoz – inkább minőségi, mint a benzinesre jellemző mennyiségi. Ez azt jelenti, hogy megfelelő égéstéri áramlással, megfelelően homogén keverékképzéssel szélsőségesen szegény keveréket is be tudnak gyújtani kompressziógyújtással. Konkrét adatokkal a kísérletek ezen fázisában természetesen nem szolgáltak, de részterhelésen a sztöchiometrikus arány duplájával, tehát majdnem 30:1 levegő-benzin aránnyal már üzemelnek tesztmotorok.

Az is elhangzott, hogy a második generációs Skyactiv benzinmotorok sem lesznek feltöltöttek, de még magasabb kompresszióviszonnyal készülnek. Ők a turbómotort nem tartják jónak, bár elismerték, hogy bizonyos alsó résztartományokban a fajlagos fogyasztása jobb, mint a Skyactiv motoroknak. A legtöbbet használt középtartományban az övék a nyerő, a gázreakciója is jobb, nem beszélve a komplexitás okozta többletköltségekről. Az egyik bemutató képen véletlenül ott is felejtették a konkurens motorok betűit a grafikon alatt - egy TSI, és egy kétliteres feltöltött BMW volt.

Az ideális jövő pedig az adiabatikus motor, amely nem veszít hőt a hengerfalon keresztül, így hatásfoka a jelenlegi nevetséges körülbelüli 30%-ról meghaladja az 50%-ot. Ennek megvalósítása annyira távolinak tűnik, hogy időpontot sem tudtak rá mondani, azonban feltételezik, hogy például a jelenlegi könnyűfém helyett dugattyú és a henger is kerámia lesz. Az biztos, hogy a motor hibrid lesz, benzinüzemű, esetleg gázos, de nem dízel.

Tíz év múlva okosabbak leszünk, és talán eljön ismét az idő, amikor a fejlesztő mérnökökkel nem a környezetvédelmi normákról, hanem a különleges felhasznált anyagokról értekezünk, mint a 80-as években. Meg arról, hogy a Mazda megint alkotott, és szembe ment a trendekkel.