Technika

Hogyan működik a Volkswagen hengerkikapcsolós motorja?

A motoros mérnökök az elmúlt öt-tíz évben sokkal intenzívebben dolgoznak, mint előtte évtizedeken át. Szorítják őket az emissziós előírások, és az üzemanyag árak. Azt jól tudják ők is, hogy a motorok fizikai-kémiai folyamatai eléggé kötöttek ahhoz, hogy óriási változásokra a hengeres-dugattyús alapszerkezet komoly elvi áttervezése nélkül ne legyen esély. Igyekeznek hát megtenni mindent a korábban jóval nagyvonalúbban kezelt veszteségek lefaragására. Erre nagyon jó a közvetlen befecskendezés, a feltöltés, a változó vezérlés, és még a hengerszám csökkentése is. Ha ez megvan, jöhet a startstop és például olyan nyalánkság, mint a változó kompresszió. A legszélsőségesebb megoldásokkal általában már csak kevés energia megtakarítás, fogyasztáscsökkenés érhető el, és többségük sorozatgyártásra is alkalmatlan, vagy ha nem az, mindenképpen nagyon drága. A nagysorozatú gazdaságossághoz egyszerűbb szerkezet kell.

Az ACT működése. A képen jól látszik a hengerenkénti egy-egy elekromágnes pár, és a működési lépések. A baloldali kis kép a bekapcsolt, működő henger egy szelepét mutatja, a zöld szín a vezérmű bütyköt jelöli. A középső kis képen a kikapcsolás pillanata látható, amikor az elektromágneses tüske beleereszkedik a bordás hüvely hornyába, és kevesebb, mint egy vezérműtengely fordulat alatt eltolja a bütyköt a szelep felől. A jobboldalon pirossal a nullaemelésű, körszimmetrikus bütyök látható, a zárva maradó szelep felett

A hengerkikapcsolás régi ötlet, sokkal korábbi, mint hogy meg lettek volna hozzá a műszaki feltételek. Egyszerű motortechnikai tény, hogy a veszteségek hatásosan csökkenthetők, ha részterheléskor (amikor csak kicsi a teljesítményigény, az átlagmotor életének legalább 50-70 százalékában) nem működik minden henger. Ha mondjuk, a négyből kettőt leállítunk, a megmaradó kettő jobb fajlagos hatásfokkal működtethető, miközben a másik kettőben megszűnik legalább a veszteségek egy része. Létezik olyan megoldás is, amelyben a kikapcsolt hengerekben a dugattyúk is megállnak, de sokkal józanabb és főleg egyszerűbb, olcsóbb járni, hagyni őket. Ha járó dugattyúkkal kapcsolunk ki egy-egy hengert nem elég elvenni tőle a gyújtást, és az üzemanyagot, mert ha továbbra is szív-sűrít-kipufog – azaz szivattyúként friss levegőt pumpál át magán – rengeteg energiát fogyaszt, nem, hogy megtakarít, de fékezi a maradék hengereket. Éppen ezért ilyenkor a szelepeket is zárva kell tartani. Így a le-feljáró dugattyú csak a bent lévő töltetet nyomja össze, ami légrugóként viselkedik, vagyis (minimális veszteséggel) lefelé menetben visszaadja a főtengelynek az összesűrítésekor befektetett munkát, csak a leállított hengerek súrlódásával igazán kell számolni. A fentiekből jól látható, a forgó motor hengerét kikapcsolni, de főleg újra indítani komoly feladat, amíg a számítógépes motorirányítás nem létezett, nem is foglalkozott vele komolyan senki. Ma azonban már nem gond, többen élnek is a lehetőséggel, a legújabb ilyen gépet a Volkswagen építette, és az új Golfban mutatta be.

Az új 1,4-es TSI hengerfején láthatók a kapcsoló mágnesek, alattuk a vezérműtengelyen a két középső henger szelepeinél a csúszó hüvelyek. A Volkswagen a motor áttervezéskor elhagyta a vezérmű láncot, visszatért a fogazott szíjhoz. Az egész kikapcsoló szerkezet mindenestől mindössze három kilót nyom

Az új 1,4-es TSI alapjaiban más, mint az eddigi, furata, lökete is változott, és immár a blokkja is könnyűfém. A közvetlen befecskendezés, a mindkét oldalon folyamatosan változó vezérlés, és a turbó változatlan, sőt, a teljesítmény is a korábbi, 140 LE. Az Euro5-ös tisztaságú benzines hengerkikapcsolás nélkül is kapható, de az igazi csemege az ACT (Active Cylinder Timing: aktív hengerkikapcsolás) kivitel. Ebben a két középső henger kapcsol ki, üzemmeleg állapotban, és csak 1250 és 4000/perc között, valamint ha a forgatónyomatéki igény nem éri el a 100 Nm-t, azaz éppen a már emlegetett részterhelési állapotokban. A szerkezet vezérlő része nyolc elektromágneses kapcsolóból áll, ezeket a vezérműtengelyek fölé szerelik be a szelepfedélbe, párban, közvetlenül a két kikapcsolandó henger összesen nyolc szelepe fölé. A működés egyszerű, de nagyon szellemes, a szívó és a kipufogó oldalon ugyanúgy működik, a két kialakítás egyforma. A hengerenként négyszelepes motor két belső hengerénél minden szelephez a hagyományos vezérmű bütyök mellett egy úgynevezett nullaemelésű is tartozik, ez valójában egy szimmetrikus, egyenletes vastagságú gyűrű, akkora átmérővel, mint a vezérmű bütyök azon a részen ahol nem emeli a szelepet. A hengerenkénti két-két szívó és kipufogó szelephez tartozó bütykök egyetlen közös, a vezérműtengely mentén hosszirányban eltolható, a tengelyhez bordás kialakítással csatlakozó hüvelyen vannak. Ha a motorirányítás úgy dönt, leállítja a hengert, jelet küld a szelepek feletti elektromágnes párok egyik tagjára, ami elmozdulva acéltüskét tol felülről (a forgástengelyre merőlegesen) a csúszó hüvely finom menetemelkedésű hornyába. A vezérműtengely forog, így az emelkedés néhány mm-rel odébb tolja a hüvelyt a tengely mentén, a bordákon. A horony kialakítása természetesen olyan, hogy a váltás mindig akkor történik, amikor a vezérmű bütyök hengeres oldala fordul éppen a szelepszár felé, azaz a szelep zárt. Ilyenkor az eltolással a szimmetrikus nullás bütyök kerül a szelep fölé (a hüvely helyzetét golyók rögzítik a vezérműtengelyen, az állítótüske visszahúzódik a helyére), és értelemszerűen elmarad a szelepnyitás. A körszimmetrikus bütyökre elvileg nem is lenne szükség, de léte mégis fontos lehet a zárt szelep himbájának finom tájolásában. Az újraindítás módja ugyanez, de ott az adott szelep (szelep pár) másik mágnese kapcsol, egy másik tüske mozdul, ami egy a kikapcsolóhoz teljesen hasonló, de ellenkező menetemelkedésű horonyba süllyed, így húzza vissza a bordás hüvelyt eredeti helyzetébe, természetesen szintén a vezérmű bütyök nem emelős részénél. A művelet a szívó és a kipufogó oldalon egyszerre játszódik le. A ki-be kapcsolás kevesebb, mint egy vezérműtengely fordulat alatt végbemegy. (A működés nagyon jól követhető videónkon.)

A blokk is alumínium a közteshűtő vízhűtéses

Az üzemmód váltás észrevehetetlenül finom, és a kéthengeres üzem jellegzetes hangjára is figyelni kell menet közben. Érdekes, hogy a rendszer mindig friss levegővel teljesen feltöltött állapotban kapcsolja ki a hengereket, mert így könnyebb az újraindítás, és nem csak az üzemanyagot zárja el leállításkor, hanem a gyújtást is.

Az új 1,4-es TSI furata kisebb, lökete hosszabb, mint eddig volt

Az új motor hengerkikapcsolós változatának felára a Golfban 150 000 forint a sima, ACT nélküli, de ugyanígy 140 LE-s és 250 Nm csúcsnyomatékú 1,4-es TSI-hez képest. A Volkswagen átlagosan 0,4 l/100 km megtakarítást ígér, így a mai árakon a többlet nagyjából 100 000 kilométeres használatban térülhet meg.

SZG

Comments

comments