A vezérlés számítógépes, elektromechanikus működtetésével a motorok tisztábbá, és takarékosabbá tehetők. A Camcon villanymotoros megoldása a dízelek túlélésében is segíthet, de megéri?

Működési elvek

A négyütemű motor és a vezérműtengely hagyományosan összetartozik. A vezérművet alapesetben a főtengely hajtja lassító áttételen keresztül (saját fordulatszámának felével). A vezérműtengely pedig excentrikus bütykeivel – közvetlenül vagy mechanikai áttételeken át – a szelepeken zongorázik.

A főtengely és a vezérlés közötti állandó mechanikus kapcsolat az oka, hogy a szelepnyitások időzítését nem lehet minden üzemállapotban a motor pillanatnyi terheléséhez, igényeihez igazítani – pedig nagyon is jó lenne. A tisztán mechanikus rendszerekben a szelepek mindig ugyanabban a főtengelyi szöghelyzetben nyitnak és ugyanakkor zárnak, a motor fordulatszámától, és terhelésétől teljesen függetlenül.

Már az is eredmény, ha a fordulatszám függvényében képesek vagyunk az időzítést finoman, működés közben szabályozni, de a terhelésfüggő állítás és a szelepnyitások mélységének szabályozása az igazi megoldás. Előbbiekre régóta léteznek általános, a vezérműtengely és főtengely relatív szöghelyzetét változtató, sok szempontból kompromisszumos, elektrohidraulikus megoldások, de a nyitási mélység módosítása annyira bonyolult, hogy csak nagyon lassan terjed.

Pedig az előnyök — főleg a benzinmotoroknál, de a turbós dízeleknél is — egyértelműek. Több nyomaték, nagyobb teljesítmény, kisebb fogyasztás (kisebb szívási veszteségek) és tisztább működés. A vezérműtengely vagy tengelyek teljes elhagyása és a szelepek egyenkénti, szerkezetileg független, de a motor üzemével nagyon is összehangolt működtetésének vágya rengeteg ötletet szült az elmúlt tíz-tizenöt évben; de a sorozatgyártásig egyik sem jutott el; prototípus is csak néhány készült.

A legtöbben elektrohidraulikus, mágnesszelepekkel szabályozott motorolajos munkahengerekkel kísérleteztek, ezek nyitották és hagyományos módon, rugók zárták a szelepeket. A legtöbb gondot a tömeg, a működtetés energiaigénye, a zaj és a nagy fordulatszámon nem mindig üzembiztos és pontos működés okozta, ráadásul levezető bütyökprofil híján gyakran túl gyors szelepzárásokból is adódtak szabályozási és tartóssági gondok. Aztán a gyártástechnológia és a számítástechnika meghozta a megoldást, legalább is ma úgy tűnik.

A Camcon léptetőmotoros vezérlése

A brit Camcon Automotive több mint tíz éve kutatja ezt a területet – végig az elektromechanikus (villanymotoros) szabályozás izgatta – fejlesztői a Jaguar-Land Rover mérnökeivel 2018 nyarán rukkoltak ki saját, léptetőmotoros vezérlésűkkel (amit működéséből adódóan helyesebb lenne inkább szabályozásnak nevezni).

Furcsa, hogy bár a feladat eredetileg a vezérműtengelyek elhagyása volt a kísérleti 2,0 l-es közvetlen befecskendezéses és turbós (a Jaguar-Land Rover Ingenium sorozatába tartozó) benzinesekben nyolc (!) is dolgozik, igaz kicsit sem hagyományos módon, a főtengely forgásirányára merőlegesen. A szerkezetben hengerenként két, gyors reagálású léptetőmotor (villanymotor) forgat hengerenként két rövid vezérműtengelyt.

A villanymotorokat a motorirányítás számítógépe működteti, egymástól lényegében függetlenül, pusztán a hengerenként és fordulatonként begyűjtött motorikus információk alapján. A rövid, a kísérleti motorokban egy-egy, azaz hengerenként kettő szelepet működtető tengelyek alapesetben folyamatosan forognak, de mivel nem állnak mechanikus kapcsolatban a főtengellyel, a szelepműködtetés a villanymotorok sebességének szabályozásával, akár hengerenként és szelepnyitásonként is eltérhet. A bütyökprofil és vele a nyitások mélysége fix, de a lefutás sebességének módosításával (akár a léptetőmotor pillanatnyi leállításával, forgásirányának megváltoztatásával) így is változatos szelepidőzítések állíthatók elő.

Az IVA-ra (Intelligent Valve Actuation) keresztelt rendszer további különlegessége, hogy nincsenek benne szeleprugók, a szelepeket külön záró bütyökprofilok csukják be (ez a dezmodromikus vezérlés, Ducati motoroké hagyományosan ilyen). Az IVA óriási előnye, hogy már gyártott motortípusokhoz is könnyen adaptálható, hiszen csak a hengerfejet kell kicserélni a gép többi eleme változatlan maradhat.

A kísérleti benzinesek a teszteken 7,5 és 20% közötti széndioxid-kibocsátás, és fogyasztáscsökkenést produkáltak, és már futnak a dízel próbadarabok is.

Az IVA-s hengerfej négy hengerrel számolva átlagosan csak 20%-kal nehezebb a hagyományos, változó vezérlésűeknél, és meglepő módon működtetési energiaigénye sem sokkal nagyobb a tisztán mechanikus rendszerekénél.

A Jaguar ilyen benzinmotorjai már menetkészek, de a Camcon másoknak is árulja a rendszert. Érdekes, hogy eddig csak japán, és kínai gyártók érdeklődtek. A szerkezet ma még nem olcsó, de csendes működésű, így tervezői szerint költségeinek egy része a motor körüli és az utastéri hangszigetelések visszafogásával is megspórolható…

SZG