A vezérműtengely nélküli motorok

Egy kis motoranatómia: a négy ütem és a vezérműtengely már jóval több mint száz éve összetartozik. Elhelyezkedésétől és kialakításától függetlenül a formája után gyakran bütyköstengelyként is emlegetett alkatrész minden belső égésű motorban ugyanazt csinálja; a főtengely forgatja fordulatszámának felével, miközben excentrikus bütykeivel közvetlenül vagy mechanikai áttételeken át a szívó- és/vagy a kipufogószelepeken zongorázik. Ez a kialakítás viszonylag egyszerű és alapjaiban mára végletekig kiforrott, de rengeteg a hátránya is. A főtengely és a vezérlés közötti állandó mechanikus kapcsolattal a szelepnyitások időzítését nem lehet minden üzemállapotban a motor pillanatnyi terheléséhez hangolni, hiszen a tisztán mechanikus vezérlésekben a szelepek mindig ugyanabban a főtengelyi szöghelyzetben nyitnak és ugyanakkor zárnak, a gép fordulatszámától, terhelésétől teljesen függetlenül.

Már az is eredmény, ha a fordulatszám függvényében képesek vagyunk a vezérlést finoman, működés közben szabályozni, de a terhelésfüggő állítás és a szelepnyitások mélységének szabályozása az igazi. Előbbire léteznek ma már általános, a vezérműtengely és főtengely relatív szöghelyzetének módosításával trükköző, sok szempontból kompromisszumos elektrohidraulikus megoldások, de a nyitási mélység változtatása annyira bonyolult így, hogy csak nagyon nehezen terjed. Pedig az előnyök — főleg a benzinmotoroknál, de a turbós dízeleknél is — egyértelműek: több nyomaték, nagyobb teljesítmény, kisebb fogyasztás és tisztább működés.

A vezérműtengely vagy tengelyek teljes elhagyása és a szelepek egyenkénti, szerkezetileg független, de természetesen a motor üzeme szempontjából nagyon is összehangolt működtetésének vágya rengeteg ötletet szült az elmúlt ötven évben, ám a sorozatgyártásig egyik sem jutott el, prototípus is csak néhányból készült. Pedig az elv nem bonyolult, a legtöbben elektrohidraulikus, mágnesszelepekkel szabályozott motorolajos munkahengerekkel kísérleteztek, ezek nyitották és hagyományos szeleprugók zárták a szelepeket. A legtöbb gondot a tömeg, a működtetés energiaszükséglete, a zaj és a nagy fordulatszámon is üzembiztos, de főleg a pontos működtetés megoldása okozta, és a levezető bütyökprofil híján gyakran túl gyors szelepzárásokból is adódtak gondok. Aztán a gyártástechnológia és a számítástechnika meghozta a megoldást, ma úgy tűnik a svéd Cargine és a kutatások mögé komoly anyagi erőkkel beálló sportautó-manufaktúra, a Koenigsegg közös, Freevalve nevű megoldása sorozatgyártásban is megjelenhet hamarosan. Még csak a prototípusok futnak, egy átalakított 95-ös Saabbal több tízezer kilométert tettek már meg közúti forgalomban úgy, hogy előbb csak a szívóoldali vezérműtengelyt váltották ki, később viszont már a kipufogóoldalit is.

A Freevalve elektro-hidro-pneumatikus működése összetett és ötletes. Minden szelepet, illetve egyoldali (szívó vagy kipufogó) szeleppárt kettő — egy olajos és egy levegős –- munkahenger, valamint két mágnesszelep működtet, közös, kompakt egységekben. A szelepeket sűrített levegő nyitja a motorirányító számítógép parancsára az egyik (az időzítő) mágnesszelepen át, úgy, hogy nyitás közben az olajos hengerbe a nyitó pneumatikus henger nyomásával azonos értéken motorolaj áramlik. Az olajtöltés így valójában nem nyitja a szelepet, csak követi a levegős henger mozgását, ahogy a szelep nyílik. Azt, hogy a szelep milyen mélyen nyisson, a másik mágnesszelep (a mélységállító) szabályozza azzal, hogy egy pillanatban elengedi a nyitó sűrített levegőt, így a szelep a zárásáért felelős szeleprugó ellenében az olajnyomásra „ül”, azaz az olajjal töltött munkahenger tartja nyitva. Az olajtöltéses nyitva tartás legfőbb előnye, hogy a szeleptányér nagy fordulatszámon sem leng be, így nem romlik a töltési hatásfok. Amint megérkezik a szelepzárási parancs a mélységállító elengedi az olajtöltést így a szelep bezár, de mivel az olaj a zárórugó ellenében, szabályozható ellenállású fojtáson át távozik, a zárási sebesség, sőt a zárási karakterisztika is állítható, akár a másodperc tört része alatt. A fordulatszám függvényében mindez percenként sok ezerszer lejátszódik minden szelepnél. A szabadon alakítható nyitási-zárási időzítéssel, a nyitási mélység és a zárási sebesség akár szelepenkénti szabályozásával hengerenként is alakítható a töltetcsere, úgy, hogy ha kell minden egyes szívási és kipufogási szakasz más-más minden egyes hengerben!

A nyitási mélységet és az égési hőmérsékletet, csúcsnyomást a szelepek érzékelik, tőlük érkezik a jel a motorirányításhoz. A különleges rendszerrel menet közbeni hengerkikapcsolás is egyszerűen kivitelezhető, miközben a Cargine és a Kenigsegg mérnökei akár 17 százalékos fogyasztáscsökkentést ígérnek, azonos méretű négyhengeres turbós benzineseket és eltérő vezérlésmódokat feltételezve. Az egyenkénti, de legalább hengerenként független szelepműködtetéssel és szabályozással az egyre szigorúbb emissziós normák is könnyebben tarthatók, mint az eddigi hagyományosabb szerkezetekkel, ugyanakkor a vezérlés tömege a kiegészítő légsűrítővel és motorolaj-szivattyúval együtt nem sokkal több, mint a ma általános változó szerkezeteké. A működtetés energiaigénye is bőven összemérhető a hagyományos vezérműtengelyekéivel, szelephimbákéival. A magbízhatóság ma már nem gond, annyira nem, hogy a Freevalve rendszert már meg is vásárolta a kínai Qoros márka, és be is mutatta első ilyen, 2,0 l-es turbós, közvetlen befecskendezéses benzinesét. A Qamfree névre keresztelt gép sorozatgyártása közeli, de technikai részletei egyelőre titkosak, ahogy az is kérdés, mikor érkezik az első ilyen vezérléssel operáló Koenigsegg sportkocsi…

SZG