A hétvégi versenyláz elültével hétfő délután ültünk le az egyik főszervezővel, Bolyki Ferenccel, a Bosch Rexroth Pneumatika Kft. technológiai csoportvezetőjével, hogy a léghajtás elméletéről, a műszaki alapokról és az idén rajtvonalra állított pneumobilok további érdekességeiről beszélgessünk.
− A sűrített levegő munkára fogása nem új gondolat, ilyen járművekkel már több mint száz éve is kísérleteztek, s néhány konstrukció a megvalósításig is eljutott – kezdte az alapokról a fiatal mérnök. – Léghajtású mozdonyokat használtak például a robbanásveszélyes bányákban, de Franciaországban a tömegközlekedésben is alkalmaztak levegővel hajtott sínbuszokat. Mi azért vettük elő az ötletet, hogy egy játékos, de komoly tudást igénylő verseny keretében megtornáztassuk kicsit a mérnökhallgatók agytekervényeit és izmait. A Bosch Rexroth termékkínálatában minden megtalálható, ami egy léghajtány motorjának és vezérlésének megépítéséhez kell, a nevezők így egy meghatározott termékkörből válogathattak a magyarországi kereskedőcég, a Bosch Rexroth Kft. katalógusából. Az alapvető műszaki keretek meghatározásán túl szabad kezet kaptak, ezért is született ilyen sokféle, kreatív konstrukció.
− Hogyan működik a légmotor?
− Maga a folyamat elég egyszerű. A légköri nyomás a Földön nagy átlagban 1 bar. A versenyzők által használt szabványos, tízliteres palackba két köbméter, azaz 2000 liter levegőt sűrítenek bele. Ez a 200 baros nyomásra összepréselt levegő szabadulni szeretne, visszatágulni 1 barra. A nyomási energiával rendelkező sűrített levegővel mechanikai munkát lehet végeztetni, esetünkben úgy, hogy egy hengerbe vezetjük, és ott egy dugattyút mozgatunk vele. Előtte a palackból érkező levegő nyomását 8 barra csökkentjük egy reduktorral, ami percenként 600 liter levegőt enged át. A dugattyú mozgását a hagyományos forgattyús hajtással vagy érintőirányban megmozgatott elemekkel, fogaslécekkel vagy fogaskerekekkel, láncokkal forgó mozgássá alakítjuk, ami már alkalmas egy jármű mozgatására. A légmotor működéséhez szükség van megfelelő vezérlésre is, ami lehet mechanikus vagy elektronikus. Az utóbbi számos paraméter módosítását teszi lehetővé, ezért kifinomultabb, és persze a konstruktőröknek is érdekesebb feladatot jelent. Több csapat is készített saját vezérlőprogramot, amit laptopról töltöttek fel a pneumobil saját memóriájába.
− Mekkora teljesítményűek ezek a motorok?
− Tudomásom szerint ezt eddig még nem mérte meg egyik csapat sem. Azt tudjuk, hogy a versenyen használt szabványos palackba sűrített levegő 0,5 kW energiát tartalmaz. A versenyeinkre épített légmotorok nyomatéka eléri a 200-250 Nm-t, ennyit tudnak nagyjából az átlagos kiskategóriájú személygépkocsik is. Ennek köszönhető, hogy nyomatékváltókra a mindössze 150 kilogramm tömegű pneumobilokban igazából nincs szükség – bár a jobb menetteljesítmény elérése érdekében természetesen számos csapat kísérletezik velük. Többen kerékpár-agyváltókat használtak, de idén találkoztunk pneumatikus sebességváltóval is a dunaújvárosi főiskolások járművében.
− Milyen érdekes műszaki megoldásokra bukkant idén a szakmai zsűri?
− A Kecskeméti Főiskola Tűzgép csapata ötvözte a hajtókaros és a húzós megoldást, részben ennek is köszönhető, hogy megnyerték a gyorsulási versenyt. A távolsági győztes Aratók szintén egyedi, görgőáttételes hajtást alkalmaztak. Egy másik kecskeméti csapat, a Pneurotátor a stabilabb kanyarfekvés érdekében döntött kerekeket használt, ehhez viszont az egyszerű merev tengelyes megoldás helyett a jóval bonyolultabb féltengelyes konstrukciót kellett alkalmazniuk. A BME Roadbreakers és a BMF Airbag csapatai, valamint a marosvásárhelyi Aratók megpróbálkoztak a palackból érkező nyomáscsökkentett levegő felmelegítésével is. A nagy nyomásról hirtelen kitáguló gáz körülbelül mínusz 100 Celsius fokra lehűl. Ha ezt sikerülne szobahőmérsékletre melegíteni a hengerekbe vezetése előtt, azzal az általa végzett munkát meg lehetne duplázni. Hosszan sorolhatnám még, tényleg nagyon izgalmas alkotások születtek. Én úgy felpörögtem pénteken és szombaton, hogy még vasárnap sem bírtam lenyugodni, tele volt a fejem a rengeteg friss élménnyel.
− Egy ilyen versenyt végigkísérve az embert nem hagyja nyugodni a kíváncsiság, hogy valóban alkalmas-e ez a hajtásmód a mindennapi használatra, vagy fiatal elmék izgalmas szakmai játéka marad.
− Állítom, hogy ha a Pneumobil Versenyen részt vett öt-hat legtehetségesebb mérnökhallgatót egy jól menedzselt munkacsoportba szerveznénk, egy-két éven belül előállnának egy mindennapi városi közlekedésre alkalmas léghajtású kisautóval. A konstrukció, a jármű persze csak egy dolog – az ár például nyilvánvalóan csak kellően nagy széria mellett lenne sokak számára megfizethető, és ki kellene alakítani a tankolás útjait-módjait, a kényelmes használathoz szükséges infrastruktúrát is. Sokféle megoldás elképzelhető. Nyilván otthon, a garázsban is fel lehetne tölteni a tartályt egy jó kompresszorral. A munkahelyi parkolókban, a különféle parkolóházakban szintén ki lehetne alakítani ilyen lehetőséget. De mondok egy érdekeset: a szélturbinákkal kompresszorokat lehetne meghajtani, a sűrített levegőt a lábukban kialakított tartályokban lehetne tárolni. Így a légmobilok tiszta üzemanyagának előállításához még csak elektromos áramra sem lenne szükség.
A léghajtás története: áttörésre várva
A sűrített levegővel hajtott járművek gondolata nem új, a történelmi dokumentumok szerint egy brit úr, Dennis Papin vezette elő elsőként az ötletet, 1687-ben. Az elv gyakorlatba ültetésére azonban várni kellett vagy százötven évet: a francia testvérpár, Andraud és Tessie Motay 1840-ben mutatták be léghajtányukat, amely, bár jól működött, mégsem győzte meg a befektetőket. Alig negyven évvel később viszont Nantes utcáin már levegővel hajtott, kötöttpályás járművek szolgáltak a tömegközlekedésben. Hasonló rendszereket állítottak szolgálatba Vichy-ben, La Rochelle-ben és Saint Quentinben is. Az 1900-as évek fordulóján léglokomotívok százai üzemeltek az USA szénbányáiban, ahol a tűz- és robbanásveszély miatt belső égésű motoros vagy elektromotoros járműveket nem használhattak.
A személyautók világában több ötletes konstrukció is született, ám egyikből sem lett kereskedelmi siker. Az amerikai Charles B. Hodges állt elő az első jól működő járművel, amelyből elég szép mennyiséget értékesített is. Az ő technológiáját továbbfejlesztve Európában is születtek léghajtásos modellek. Sokan kísérleteztek a hagyományos belső égésű motorok léghajtásúvá alakításával. Sikeres munkát végzett például az amerikai Lee Barton Williams, akinek a motorja benzinnel indult, majd az üzemanyag szerepét 10 mérföldes sebességnél a sűrített levegő vette át. 1926-ban az autóval Williams elérte a hatvankét mérföldes, azaz mintegy 95 km/órás sebességet. Az első dízel-levegő hibridet a németek építették 1930-ban, ám ekkorra már a hatalmasra nőtt olajipar igyekezett háttérbe szorítani az új kezdeményezéseket. Egy Johannes Wardenier nevű feltalálót 1934-ben elmegyógyintézetbe csukattak, a tervrajzokat eltüntették. A léghajtás egy időre feledésbe merült, egészen az 1970-es évekig, amikor az USA-ban a kutatások új hulláma indult el. Ám hiába a nagy igyekezet, a sikeresen bejegyeztetett találmányokból sem lett sorozatgyártású jármű. Pedig voltak köztük reménykeltő próbálkozások: Terry Miller mindössze 150 dollárból készítette el üzemképes légmobilját 1979-ben, Carl Leisser pedig olyan konstrukciót épített, amiben egy generátor folyamatosan újratöltötte a tartályt. Hasonló elven működő szerkezetet alkotott 1987-ben a Miamiban élő Ricardo Perez-Pomar is.
Jelenleg a berni közlekedési vállalat kísérletezik a léghajtásos motorkocsik tömegközlekedésbe állításával Svájcban. Terveik szerint 2010-től léghajtású kötöttpályás járművek kímélik majd a berni belváros levegőjét. Az indiai óriáskonszern, a Tata 2007-ben jelentette be, hogy egy léghajtású városi személygépkocsi kifejlesztésén és gyártásba állításán dolgozik. A technológiát kidolgozó francia MDI (Motor Development International) vezetője, Guy Negre szerint a tisztán léghajtású járművek mintegy 180 kilométert tehetnek meg egy feltöltéssel, aminek a költsége körülbelül két dollár. Ha a hengerekbe áramló levegőbe némi benzint kevernek, a hatótávolság 1800 kilométer lehet, 1,8 liter/100 km-es üzemanyag-fogyasztás mellett. A járműveket saját kompresszorral is felszerelik, amely négy óra alatt tölti fel a légtartályokat.
Sok-sok próbálkozás után tehát pár éven belül megjelenhetnek a kínálatban az első sorozatgyártású léghajtásos autók, amelyeknek viszonylag gyenge menetteljesítményét meggyőzően ellensúlyozzák majd az alacsony üzemeltetési költségek.
