2017.12.20. 09:55

A motorok méretcsökkentését mindenhol máshogy értelmezik, Amerikában például a szívó V8-asok helyett lett elfogadott a turbós V6-os, az öt-hathengeresek helyett pedig már elég négy henger, egy vagy két feltöltővel. Európában viszont egészen picike motorok tűntek fel a fogyasztáscsökkentés jegyében, és úgy tűnik, a tömegmárkáknál is ez jelenti a jövőt.

Sokan félnek az új technikától, és a végtelenségig ragaszkodnának a szög egyszerű, alap szívómotorokhoz, de lassacskán kezdenek megkerülhetetlenné válni a kis turbómotorok. Függetlenül attól, hogy az olcsó vagy a luxusautókban használják, van ezeknek a motoroknak pár erénye, ami miatt csakis ez az út vezet a környezetvédelmi és fogyasztási előírások betartása felé. Azonban a kis motorok nem szimplán kisebbek, hanem minden porcikájuk más, lényegesen modernebb, mint a kihalásra ítélt, régi alapmotoroké.

Kézenfekvőnek tűnik az ötlet, hogy a kis motor értelemszerűen könnyebb is, azonban a hétköznapi autóknál ez a súlynyereség csak minimális lehet. Ha mondjuk, egyetlen hengert spórolnak le a négyből, és helyette bekerül egy turbófeltöltő, egy köztes hűtő és minden egyéb segédberendezés, lényegében ugyanott vagyunk, mintha négyhengeres szívómotort használnánk. Akkor talán a váltó? Dehogy. Hiába apró a motor, ha akkora a nyomatéka, mint egy nagyé, ugyanakkora sebességváltó is kell hozzá.

De akkor hol a trükk?

Hát ott, hogy egy belső égésű motor (pláne egy benzines) a felhasznált energiának mindössze a negyedét-harmadát fordítja a jármű mozgatására, a többi lényegében veszteség, vagyis megy a kukába. És ebből lehet spórolni a kis turbómotorokkal.

1: Hatásfok javítása

A forró, nagy sebességgel áramló kipufogógázokkal óriási energia távozik, lényegében ez adja a veszteségek közel felét, ebből a turbófeltöltővel lehet visszanyerni valamennyit.

A szívómotorral ugyanis van egy nagy probléma: a szívás. Nevezetesen, amikor a levegőt be kellene szippantania a hengerbe,  azt a levegőt tulajdonképpen át kell szívniuk a tű fokán – egyrészt a pillangószelepen, amely csak padlógázon van nyitva teljesen, de maga a szívószelep nyílása is egyfajta akadály. Emiatt a szívást végző henger szinte élősködik az épp munkát végző másik henger nyakán, és elvesz a leadott teljesítményből.

Ha bármilyen feltöltést használnak egy motoron, megfordul a mérleg: nem a motor szívja be a levegőt, hanem egy kompresszor nyomja be azt. Ha ügyesen hangolják a feltöltőrendszert, akkor a betolt, nagy nyomású gáz extra munkát végez, hiszen nemhogy a lefelé mozgó dugattyú dolgozik, hanem a gáz igyekszik lenyomni a dugattyút.

A turbófeltöltő ilyen szempontból a legjobb ötlet, hiszen a kipufogógázok energiáját hasznosítja: a kipufogógáz megforgatja a turbinát és a forgórész túloldalán a kompresszorkerék betolja a levegőt a hengerekbe: kétszeres a nyereség, visszaszedünk valamennyit a pocsékba menő energiából, és ebből számolunk fel másik veszteséget is.

A gazdaságosságra belőtt turbófeltöltős motorok azonban más karakterűek, mint a turbósítás hőskorában megismert turbómotorok. Kisebb átmérőjű, gyorsabban felpörgő turbót építenek az ilyen autókba, hogy gázadáskor kisebb legyen a késedelmük. Ettől kellemesen turbódízeles jellegű lesz a karakterük, azaz alul nagyon tolnak, de a fordulatszámtartomány tetején nincs teljesítményorgia, mint egy sportos motornál.

Így működik a turbónyomás szabályzása
Így működik a turbónyomás szabályzása

Picike turbót gyártani nem olyan egyszerű, mint nagyot, hiszen a nagy fordulaton, akár percenként 150-200 ezret pörgő járókerék csapágyazása, kiegyensúlyozása, a turbinaház és a forgórész közötti résméret tűrései sokkal nagyobb kihívást jelentenek. De ma már tart ott az ipar, hogy ez ne jelentsen gondot a nagy szériában történő gyártásnál. Speciális anyagú csapágyak használatával a start-stop rendszer használata sem öli meg a turbót a motor gyakori leállításakor, mint a hőskorban.

Mivel a turbómotor eleve elősűrített levegőt/keveréket kap, a tényleges sűrítés is nagyobb, ami szintén javítja a termikus hatásfokot, vagyis a benzin elégetésével felszabadított hőenergia jobban tud hasznosulni – végső soron pedig csökken a fogyasztás.

2: Súrlódáscsökkentés

Aki már vezetett downsizing-korszakos motort, annak biztosan feltűnt, hogy autópályán lényegesen kevesebbet forgott a motor. Így könnyedén elbír például egy extra hosszú hatodik fokozatot, ellentétben egy hasonló teljesítményű szívómotorral. De ha csak ötfokozatú a váltó, akkor is lényegesen kisebb fordulatszámon üzemelhet.

A motor súrlódási veszteségeinél nem mindegy, hogy percenként 3000-szer vagy 4000-szer teszi meg az összes dugattyú a le-fel utat. Ha történetesen az összes súrlódási erő ugyanannyi a kisebb motorban, akkor is jelentős a teljesítmény-megtakarítás, amit az ilyen motor annak köszönhet, hogy kisebb fordulatszámon tud leadni nagyobb nyomatékot – ha nem is annyira, mint egy turbódízel, de közel annyira.

A motortervezők ráadásul mindent megtesznek annak érdekében, hogy a súrlódás még kisebb legyen, például a dugattyúk oldalfalát súrlódáscsökkentő bevonattal látják el. Az ilyen, például műgyanta alapú súrlódáscsökkentő bevonatok akár 15 százalékkal is mérsékelhetik a súrlódási veszteségeket. De pusztán az a tény, hogy kevesebb és kisebb szelepeket kell működtetni, kisebb tömegűek a dugattyúk-hajtókarok, mind-mind javítja a motor hatékonyságát.

3: Hőveszteség csökkentése

Nagyságrendileg majdnem annyi energiát vesztegetünk el a motor hűtésével, miközben tudjuk: ha nincs hűtés, hamarosan nincs motor sem, hiszen ami szétolvadhat, az szét is olvad benne. Az motorban az égésfolyamat ugyanis lényegesen magasabb hőmérsékleten zajlik, mit a környező motoralkatrészek olvadáspontja. Szóval hűteni kell, de nem mindegy, hogy mennyit.

masodik.gif

Pontosan ezért vesződnek a mérnökök a közvetlen befecskendezéses motorokkal, noha nem ez a legolcsóbb megoldás. Ahhoz, hogy a benzint ne a szívócsőbe, hanem az égéstérbe fecskendezzék, nem pár baros nyomásra van szükség, hanem sokkal nagyobbra: teljesen általános a 200 bar, ami műszaki szempontból kihívás.

A mai közvetlen befecskendezéses benzinmotorok égésterében a benzin eloszlása nem egyenletes. A szívócsatorna kialakítása olyan, hogy az égéstérbe érkező levegő mondjuk, egyfajta bukfencelő örvénylést végez (az angol ezt tumble szóval különbözteti meg a swirl, azaz a függőleges tengely körüli örvényléstől), amibe úgy fecskendezik be a benzint, hogy a gyújtógyertya közelébe szállítsa a gyulladóképes elegyet. Az égésfolyamat java tehát itt zajlik, a hengerfalaktól szinte elválasztja egy levegőréteg, így a hengerfalak felé kisebb a hőveszteség.

A mai közvetlen befecskendezéses motorok már nem használják az úgynevezett szegénykeverékes üzemet (mint a hőskoriak), vagyis az égéstérbe pontosan annyi benzint fecskendeznek be, amennyit a bent lévő levegővel el lehet égetni, megelőzve ezzel a dízelek nitrogénoxid-problémáit, ami a szegény keverék miatt jöhetne létre. Az is tény, hogy a közvetlen befecskendezéses motorok égésfolyamata során szilárd részecskék is képződnek, ha nem is annyi, mint egy dízel esetében: ezek ellen hamarosan részecskeszűrők beépítése válik elkerülhetetlenné, de ez még mindig kisebb ár, mint a dízelek AdBlue-adalékos nitrogénoxid-redukciós kipufogógáz-utókezelése.

4: Gyorsabb bemelegedés

A kisebb motor megfelelő trükkökkel még egy dolgot tud: kisebb a felülete is. Vagyis a motor felszínén hősugárzással távozó hőmennyiség is kisebb. Ez már önmagában is ahhoz vezet, hogy a ma már szinte kizárólag könnyűfém építésű motorok gyorsabban melegednek be. Hogy ez miért kulcskérdés? Mert egyrészt a gyors melegedés miatt az olaj is gyorsabban éri el az üzemi hőmérsékletét, ami a súrlódási veszteségeknek tesz jót, másrészt hideg üzemben a legrosszabb a motorok emissziója.

Hogy mindezt műszakilag megvalósítsák, ahhoz a kenéstechnikának, a dugattyúgyártásnak és még ezer más ágnak rengeteget kellett fejlődnie, hiszen egy ilyen turbómotor könnyedén lead literenként legalább 100+ lóerőt – méghozzá teljesen civil kivitelben. Régen elájultunk, ha kisajtoltak ennyit egy szívómotorból.

5: Ennél egyszerűbben már nem lehet

Az európai piacon a helyi gyártók többsége (VW-csoport, PSA, Ford, Opel) már jó pár éve elkezdte a motorok lecserélését downsized-motorokra, a koreaiak most kezdik. A japán gyárak sokáig kitartottak a szívómotor mellett, de eljött a pillanat, hogy már nem lehetett halogatni az átállást. A Toyota már néhány éve kihozta méretcsökkentett 1,2-es motorját, mára pedig a Honda és a Suzuki is lépett, és már a Mazdánál is erről szólnak a hívek.

A legegyszerűbben a magyar piacon meghatározó Suzukinál hasonlíthatók össze a paraméterek, ahol az S-Cross modell faceliftjekor váltotta fel az 1,0 literes, Boosterjet fantázianevű, közvetlen befecskendezéses turbómotor a régi, 1,6 literes szívót (a váltás hamarosan bekövetkezik a még népszerűbb Vitara modellnél is). Íme a régi-új S-Cross összehasonlítása:

   S-Cross 1.6 S-Cross 1.0 Boosterjet
Lökettérfogat (cm3) 1586 988
Hengerek/szelepek száma 4/16 3/12
Sűrítés 11,0 10,0
Max. nyomaték (Nm/ford.) 156/4400 170/2000-3500
Max. teljesítmény (LE/ford.) 120/6000 112/5500
Fajlagos teljesítmény (LE/l) 75,9 113,3
Saját tömeg (kg) 1060 1065
Gyorsulás 0-100 (s) 11 11
Végsebesség (km/h) 180 180
Gyári fogyasztás (város / vár. kívül / kombinált, l/100 km) 6,6 / 4,8 / 5,4 5,7 / 4,6 / 5,0

A táblázat jól mutatja a lényeget: a hengerszám csökkentése nem hozott lényegi változást a tömegben (5 kg többletet a felszereltségbeli különbségek is okozhatjnak). A háromhengeres Boosterjet motor csak 112 lóerős (-8 LE), de egészen káprázatos literteljesítményű, közel 50 százalékkal pipálja le a szívómotort, lényegesen nagyobb nyomatékot (+ 9%) ad le sokkal kisebb fordulatszámon (4400/perc helyett már 2000-től, és ez megmarad egészen 3500-ig), ami kellemes karaktert ad neki. Mindezt úgy, hogy közben a főbb menetdinamikai paraméterek nem változtak.

Bár nem szokták hangsúlyozni, a kis motor, amikor nagy teljesítményt ad le, nem hoz drasztikus fogyasztáscsökkenést. Ám részterhelésen a javulás mérhető: városon kívüli üzemben a hatásfokjavítás és súrlódáscsökkentés két decilitert hoz. A méretcsökkentett motorok a gyors bemelegedés (a mérést hideg motorral kezdik) és a jó részterhelési hatásfok és a könnyebb forgattyús mechanizmus miatt a városi méréseknél fognak meg nagyon sokat a fogyasztásban. A laboratóriumi mérésekről persze tudjuk, hogy nem teljesen tükrözik az életet, a gyakorlatban általában mindegyik motor fogyasztása nagyobb a megadottnál.

A Suzuki konstrukciója azért is érdekes, mert bár korszerű, 200 baros direkt befecskendezést használ, ugyanakkor az egyéb részeket nem bonyolították túl: a termosztát nem elektronikus vezérlésű, nem alkalmaztak a hengerfejre telepített, vízkörbe kötött intercoolert, a forgó tömeget növelő kiegyensúlyozó tengelyeket sem találunk a motorban, de még a lendkerék sem kettős tömegű. Tény, hogy az új technikát nem lehet megúszni, de ma már egy turbótól nem kell félni; ha rendesen végzik a karbantartást, hosszú távon is beváló csúcstechnika terjedhet el nagy tömegben, ahogy a dízeleknél is történt az elmúlt 15 évben.

A cikket a Brand & Content készítette a  Suzuki megbízásából. Arról, hogy mi is az a támogatói tartalom, itt olvashat részletesebben.

Hirdetésblokkolóval néznéd éppen a Totalcart, és ettől mi éhen halunk.

A TC olvasása ingyen van, de a működtetése nem: szerzőink és családjaik táplálkoznak, és ami fontosabb: rendszeresen tankolnak, pénzért.

Kérjük, engedélyezd a TC-n a hirdetések megjelenítését, vagy ellehetetleníted a működését annak, amit épp olvasni szeretnél.