Többszelepes motorok története

Hlács Zoltán
2007.09.26. 11:36

Minél több, annál jobb - a pénzvilág ősi bölcsessége az autók világában is régóta él és rombol. Ezért van oly sok nyolc- és tizenkét hengeres luxusmodell annak ellenére, hogy már egy jó hathengeres is kielégítené a vásárló minden igényét. És ezért vannak több mint 1000 lóerős utcai sportkocsik. Valahogy így alakult ki a modernkori legenda az utóbbi időszakban a szelepek számával kapcsolatban is.

 

A következő bekezdést mindenki bátran átugorhatja, aki odafigyelt az általános iskolában technika órán, amikor a belsőégésű motor működéséről volt szó. Egy négyütemű motor működéséhez összesen két nyílásra van szükség az égéstér falán: egy, hogy beáramolhasson a szükséges töltet, és egy hogy az égéstermék távozhassék. A szelepek ezeket a nyílásokat hivatottak lezárni az alatt az időszak alatt, amikor nincs rájuk szükség. Elvileg többféle megoldás is szóba jöhetne - kísérleteztek már forgótárcsás és hengeres tolattyús megoldásokkal is - de végül megmaradt a jól bevált tányérszelep, amelyet mechanikus úton, profilos bütykök nyitnak, és rugók térítenek vissza zárt állapotba.

Az ötlet, hogy kettőnél több szelep jusson egy hengerre, nem új. Már az első világháború előtt építettek olyan motorokat, amelyekben egy hengerre négy szelep jutott, de a megoldás előnyeire ekkoriban még nem derülhetett fény, így nem is terjedt el.

A kettőnél több szelep valamikor az 1950-as években kezdett újra teret hódítani, először a versenysportban. Pontos évszámot nehéz lenne mondani, de az 1960-as évek végén a legtöbb F1-es versenygép motorjában már négy szelepet használtak hengerenként. Hogy a csodálatos szelepszaporítás az autósportban kezdődött, nem véletlen: a megoldás bonyolultsága ezen a területen térül meg a leghamarabb.

Több kisebb szelep elsősorban nagyobb fordulatszámon jár jelentős előnyökkel. A fordulatszám növekedésével egyre kevesebb idő áll rendelkezésre a töltéscseréhez, így a zavartalan működéshez egyre nagyobb gázmennyiségnek kell átáramolnia a szelepeken. A szeleptányérok méretének és a szelepnyitás mélységének növelésével egy bizonyos fordulatszámig biztosítható a megfelelő átömlési keresztmetszet, de a korlátok elérésekor újabb megoldást kellett keresni.

A mérnökök hamar rájöttek, hogy több szelep alkalmazásával növelhető az átömlési keresztmetszet, miközben a szerkezet megbízhatósága és élettartama - amely a kétszelepes motoroknál 9-10 ezres percenkénti fordulatszám felett annyi gondot okozott - nem csökken. Így büntetlenül tovább növelhették a motorok fajlagos teljesítményét.

Mindez a versenysportban, és nagy teljesítményű utcai sportautókban kétségtelenül előnyt jelent, de a több szelep áldásos hatásai mellett hátrányokkal is jár. A legfontosabb ilyen probléma, ami sokáig gátolta a megoldás elterjedését az elérhető árú utcai autókban, a korábbinál bonyolultabb felépítés. Kettőnél több szelep egyrészt megdrágítja a gyártást, másrészt növeli a hibalehetőségek számát. Ráadásul több szelep mozgatásához több energia is szükséges, ami kis fordulaton növeli a fogyasztást és csökkenti a sokszelepes motorok ott amúgy sem nagy nyomatékát. E hátrányok miatt, a kisebb teljesítményű motorok között, amelyeknél fontos az alacsony előállítási költség, ma is gyakoriak a hengerenként kétszelepes konstrukciók.

A többszelepes motorok másik problémája, hogy hagyományos, állandó paraméterekkel rendelkező vezérlés mellett - mivel előnyös tulajdonságaik kiaknázása érdekében általában viszonylag magas fordulatszámra vannak optimalizálva - kis fordulatszámon kisebb forgatónyomatékot adnak le és nagyobb fogyasztásúak a kétszelepes konstrukciókhoz képest. E problémára két megoldás létezik: vagy kisebb fordulatszámra optimalizálják a motort, részben feladva a több szelep alkalmazásával járó előnyöket - számos esetben még ma is ezt a megoldást választják - vagy változó szelepvezérlést alkalmaznak, ami viszont tovább bonyolítja és drágítja a motort.

Az már a hőskorban kiderült, hogy a háromszelepes megoldások nem sokkal jobbak, mint a kétszelepesek, viszont csaknem olyan bonyolultak, mint a négyszelepesek, így utóbbiak kezdtek el rohamléptekkel terjedni. A szelepek számának további növelését viszont az elérhető előnyökhöz képest túlzottan is összetett és költséges szerkezet gátolta meg. A Yamaha mutatott be először ötszelepes motort az 1980-as években, és a technikát elsősorban motorkerékpárokban és együléses versenyautókba szánt versenymotorokban kezdte alkalmazni.

Alternativák
A négyszelepes technika hamarosan a sorozatgyártású autókban és motorkerékpárokban is elterjedt, és ma az eladott autók jelentős része már hengerenként négyszelepes motorral készül. Persze mind a mai napig akadnak három- és ötszelepes megoldások, de ezek egyre ritkábban bukkannak fel.

Az 80-as években számos gyártó próbálkozott hengerenként három szelepes motorokkal, hogy egyszerűbb szerkezeti felépítés mellett érjék el a négyszelepes motorok előnyeit, de ma már csak elvétve találkozunk ezzel a megoldással. Az elmúlt néhány évben a Mercedes épített néhány hengerenként háromszelepes motort, de legújabb fejlesztéseiknél már ők is négy szelepet alkalmaznak.

Valamivel későbbre tehető a hengerenként ötszelepes motorok divatja. Utcai autókban az 1990-es évek derekán találkozhattunk először e megoldással, amely szintén nem aratott átütő sikert. Kiderült, hogy legfeljebb minimális előnyökkel jár a négyszelepes kialakításhoz képest, így a hengerfej bonyolultabb felépítése miatt jelentkező többletköltségek nem térülhetnek meg. Több cég is próbálkozott az ötlet megvalósításával, és a Toyota, a Mitsubishi illetve a Ferrari még ma is gyárt egy-egy hengerenként ötszelepes motortípust, bár már most tudni lehet, hogy ezek a motorok hamarosan újabb, négyszelepes konstrukcióknak adják át a helyüket.

A hengerenként ötszelepes motorok legnagyobb alkalmazója a VW-csoport. A sok ilyen motorral szerelt, utcáinkon futó autó azonban nem igazolja, hogy ez a megoldás bevált volna. Egyrészt ezek a motorok paramétereikben semmivel sem tűnnek jobbnak, mint hasonló felépítésű, kb. azonos korú, és szintén a VW-nél fejlesztett négyszelepes társaik, másrészt az ötszelepes motorokat számos típusban már most újabb fejlesztésű, hengerenként négyszelepes motorokkal váltották fel.

A versenypályákon többen követték is a japánok példáját, de hamar kiderült, hogy az ötszelepes megoldás semmivel sem jobb, mint a négyszelepes, így egy-két év után mindenki - még a Yamaha is - visszatért az egyszerűbb felépítést biztosító négy szelephez. A Honda hengerenként nyolcszelepes és két hajtókaros ováldugattyús motorkerékpár-motorja - gyakorlatilag egy V8-as két-két összenyitott hengerrel, amely egy versenyszabály kijátszására született - még gyorsabban múzeumba került, már csak néhány NR 750-es utcai motor emlékeztet erre a zsákutcára.

Néhány marketing-szakember lecsapott a további szelepszaporítás ötletére, így születtek meg az első - és várhatóan az utolsó - hengerenként ötszelepes utcai motorok.

Szép nagy, kerek számok adódnak, amelyek jól mutatnak az autók típusjelzésében és a motort fedő műanyag idomokon, hiszen egy négyhengeres motor esetén kerek húsz szelep dolgozik a hengerfejben, egy V6-osnál 30, egy V8-asnál pedig 40. De mindez műszaki szempontból legfeljebb minimális előnyt és egy rakás felesleges, és így máris túl drága alkatrészt jelent egy utcai motornál.

A hasonló megoldásokat szerencsére hamar kisöpri a pályáról az élet: az egyre szigorúbb környezetvédelmi előírások kiragadják a motortervezés irányítását a reklámszakemberek kezéből és visszaadják a mérnököknek, ahogy kell. A jövő középtávon pedig - már amennyire beszélhetünk ilyesmiről a belsőégésű motorok kapcsán - úgy tűnik, egyre inkább a változó szelepvezérlésű, hengerenként pontosan négy szeleppel ellátott motoroké.