Technika: Koenigsegg Freevalve

A szelepet a bütyök nyitja, de rugó zárja vissza. A bütyök görbületeit úgy kell megtervezni, hogy ne lépjenek fel szédítő alkatrészgyorsulások és a mechanizmus le tudja követni - azért hatezres fordulaton másodpercenként ötvenszer nyit-zár egy szelep!  És a szeleprugót meg úgy méretezik, hogy időben visszazárja a szelepet – még mielőtt a dugattyú utolérné. (Oké, ott van még a Ducatik dezmodrómikus - kényszervezérelt - szelepzárása, de ez egy elég költséges és nyűgös módja a szeleprugó száműzésének.)

Nagy fordulatszámon a vezérlés elemei akár el is válhatnak egymástól a saját tehetetlenségük hatására, ezért sem kedvelik a tervezők a himbákat, lökőrudakat, stb.: minél kisebbek a tömegek, annál nagyobb az elérhető fordulatszám. És ugye ott a szelephézag, amit vagy állítgatni kell (lapkákkal vagy csavarral), esetleg ki kell egyenlíteni (hidrotőkékkel) – tényleg csak a baj van az egésszel. Csak hogy érezd: (zenét le, borzalmas!)

A Homo Sapiens persze már próbált megszabadulni a bütyköstengelytől, nélküle mennyi boldog Audi/VW 2.5 V6 TDI-tulaj élhetett volna a Földön! A szelepnyitogatás energiaigénye egyébként elég jelentős, ezért nem is olyan egyszerű ez a dolog. A Renault például készített olyan kísérleti motort, ahol elektromágneses úton nyitogatták a szelepeket, de ehhez teljesítőképes elektromos hálózatra is szükség lenne egy autóban, ami 15-20 éve még nem volt adott, mint ma a 48 voltos rendszerek. A Forma1 volt a másik terület, ahol ezeket a (fordulatszám)korlátokat igyekezték kitolni: bár ott nagyon sok volt a titok, egy csomó versenymotorban volt pneumatikus (sűrített levegős) szelepvezérlés, a konkrét műszaki megvalósításról nem sokat lehetett tudni, de megesett, hogy pneumatikusnak hívták azt a módszert is, ahol bütyök nyitotta és rugó helyett sűrített levegő zárta a szelepet.

Christian von Koenigsegg kellőképpen excentrikus autókat gyárt Svédországban, ő is régóta törte a fejét a vezérműtengelyek kiirtásán. Egy Saab 9-5-ösből és egy kínai Qoros 3-ból is készített olyan prototípust, amelyben pneumatikus szelepvezérlést használt.

Ezen a videón Koenigsegg megmutogatja a lényeget, és remekül összehasonlítható a Qoros-féle eredeti és az általuk készített új hengerfej, amely lényegesen alacsonyabb. Minden egyes szelep külön csatornát kapott a hengerfejben, így olyan trükkökre is képes a motor, hogy a turbó nyomásszabályzásához használt wastegate(megkerülő-)szelepet elhagyhatták, mivel az egyik kipufogónyílás elkerüli, a másik meg a kompresszorra engedi a kipufogógázt: a kettő arányával úgy játszanak, ahogy csak tetszik.

Elhagyhatták az előkatalizátort is, mert az lényegében a lassú melegedési fázisban fontos: a nagy energiával a katalizátorra engedett kipufogógáz drasztikusan lecsökkenti a bemelegedés idejét. Az is érdekesség, hogy ez a motor indirekt, azaz szívócső-befecskendezéses, semmi szükség nem volt a közvetlen befecskendezésre, ami hűti az égésteret, de a szelepvezérléssel úgy öblítik át a hengert, ahogy csak akarják. A szívócső-befecskendezés amúgy lényegesen olcsóbb is.

Azonban a megoldás más célokat is szolgál egy közúti autóban, mint a versenypályán. Most a Road and Track magazin készített egy bemutató cikket a legújabb camless motorról, amely az 1700 lóerős hibrid rendszerű Koenigsegg Gemera kétliteres, háromhengeres, kétturbós motorja. Ez 600 lóerőt képes leadni, de hozzátartozik az igazsághoz, hogy ezt a teljesítményt csak a kiváló kompressziótűrésű alkohollal etetve itatva tudja. Benzinnel csak ötszáz ló. Szomorú szmájli.

Koenigsegg szerint egyébként a Tiny Friendly Giant, azaz a Pici Barátságos Óriás néven emlegetett motor turbók nélkül kábé 280 lóerős lenne. Mindehhez van még két villanymotor a hátsó tengelyen, egy pedig elöl, ezek 1100 lóerőt adnak még hozzá a meglévő 600-hoz. De mit is vacakolunk itt a lovakkal, a gyártó már megawattban adja meg a teljesítményt, mint valami rendes erőműnél: 1,27 MW az összesített adat. És aki attól rettegne, hogy jön egy gonosz Tesla és lenyomja, hadd nyugtassam meg: 1,9 s alatt van százon, a vége pedig 400 km/h. A Gemera amúgy plug-in, azaz tölthető hibrid, 50 km a tisztán elektromos hatótávja. Gondolom, nem 1,9 másodperces gyorsulásokból összerakva, mivel az akkuk kapacitása csak 15 kWh.

A szelepek működtetése tulajdonképpen pofonegyszerű: egy sűrített levegős gázrugó nyitja és zárja a szelepet, bár ahogy a videókat elnéztem, azért akad ott egy gyengébb acél tekercsrugó is, hogy a zárást segítse, és gondolom azért is, hogy ne lógjanak szabadon akkor sem, ha áll a motor/nincs sűrített levegő. Minden szelepnek van egy helyzetérzékelője. A szelepeket hidraulika rögzíti nyitva, és hidraulikus csillapítású a mozgásuk.

Mi értelme a szelepekkel való trükközésnek? Nyilván semmi, azon kívül, hogy ilyen műszaki megoldásokkal egészen durva pénzt, cirka egymillió dollárt, azaz mai árfolyamon úgy 330 millió forintot lehet elkérni a kocsiért. Ennyiért már több akkut is tehetnének bele, és hagyhatnák a fenébe a Pici Barátságos Óriást, igaz, jelenleg az 50-km-hez további 950-et ad hozzá a belső égésű motor, ami jelzi az akkuk és a benzin energiasűrűsége közti különbséget – igaz, tippem szerint a svéd forgalom tempójában.

A szó műszaki értelmében persze több értelme van. A Freevalve nevű rendszerben az a jó, hogy akkor és annyira nyitja ki a szelepeket, amikor a tervező úgy akarja. összehevenyésztem egy rajzot a különbségről:

A felső, lekerekített nyitási görbék a bütyköstengelyes szelepmozgatásra vonatkoznak, ezeknek pont azért ilyen a formájuk, hogy fizikailag lekövessék a bütyökprofilt. Ehhez képest a pneumatikus szelepek szinte digitálisan nyitnak. Azt meg könnyű belátni, hogy a szögletes görbék alatt nagyobb a terület, ami annyit jelent: nagyobb felületen juthat be a levegő/ki a kipufogógáz. Ezen kívül a nyitási idők, hasonló mértékű szelepkiemelés mellett is egészen rövidek lehetnek, ha kell. Ezt egyetlen mai, változó emelésű rendszer sem tudja, például a Fiat Multiair mai generációja is csak a bütykök által leírt területen belül tud játszani a szelepnyitásokkal, erről az Autótechnikában jelent meg egy jó kis cikk.

A fojtószelep a Koenigsegg motorján (is) teljesen elhagyható, a motorba jutó levegő mennyiségét kizárólag a szelepnyitással tudják szabályozni. Érdekes, hogy a kétliteres háromhengeres motornál sehol nem írják le, de az animáción látható röntgenanimációk alapján ez is egyértelműen indirekt befecskendezéses. De ez semmit nem von le a 300 LE/liter fajlagos teljesítmény és az 300 Nm/liter fajlagos nyomaték értékéből (azaz 600 Nm 2000-7000/perc között). Ja, mellesleg a motor 70 kiló.

A Freevalve különösen jó a turbókkal való együttműködésben is. Minden henger egyik kipufogócsatornája a kisebbik, a másik a nagyobb turbóhoz engedi a kipufogógázt, így a két feltöltő összehangolását is elvégzi a Freevalve. A szelepnyitási és -zárási időkkel játszva a motor lazán tud Miller vagy Atkinson-ciklus szerint is működni, részterhelésen. A hengerkikapcsolás is megoldható a szelepek zárva hagyásával, az EGR (kipufogógáz-visszavezetés) külön rendszere is elhagyható, ahogy a változó geometriájú turbó és a már említett wastegate-szelep. Az alacsonyabb motornak olyan járulékos előnyei is vannak, mint a gyalogosvédelem miatt nem kell bénán magas motorházfedelet alkalmazni. A Freevalve-honlapon van minderről egyébként egy remek dolgozat.

Mint mindennek, persze ennek is vannak hátrányai, vagy ha nem is hátrányai, de pár szokatlan dologról gondoskodniuk kellett a tervezőknek. Például a motorolajat nem kell a hengertömbből felvezetni, de a szelepmozgató mechanizmusnak külön kenést kell kiépíteni a hengerfejben. A sűrített levegőt is elő kell állítani, erre kell egy kompresszor, amit (a Qoros példájából kiindulva) valószínűleg itt is villanymotor hajt. Hogy mekkora a levegőnyomás, azt nem árulják el, de van egy tippem, hogy nem kicsi. És ha szegény levegőt ennyire megdolgozzák, azt hűteni is kell, de előtte szűrni, páramentesíteni, satöbbi, mint egy légfékrendszer esetében.

Mindezzel együtt nagyon meglepődnék, ha hirtelen egy csomó autógyár megvenné a licencet, hogy azonnal kidobhassa a bütyköstengely-gyártó gépeit, hiszen ma a világ abba az irányba halad, hogy lassan az egész motorgyár mehet a kukába. Ez persze nem azonnal fog bekövetkezni, de hogy senki nem fog abba iszonyat pénzt ölni, hogy egy ilyen elképesztő potenciállal rendelkező szelepvezérlési rendszert kiismerjen, végigoptimalizáljon – ne feledjük, 300 Gemera legyártásához nem teljesen olyan homologizációs eljárásoknak kell megfelelni, mint ha 100 ezret akarnának gyártani. És erre a világ pénze is kevés, a gyárak meg inkább költik ezt manapság az elektromos és a hibrid hajtásrendszereikre. De néhány gyűjteményben biztos előkelő helyen fogják mutogatni a Gemerát, nem ok nélkül. Őrizzük meg a Freevalve-ot az emlékezetünkben!

Ha pedig használt Gemerát vennél, mert újra nem futja,  előtte azért kérdezd le a Totálkár Kártörténet rendszerében! ;)