Lehetséges elméleti megoldások

A kompresszióviszony geometriai változtatását az égéstér dugattyú-alsóholtponti és –felsőholtponti térfogatarány-változtatásával lehet megvalósítani. Ha a löketet nem szeretnénk változtatni, akkor a dugattyúkorona és a dugattyúcsap közötti távolságot kell változtatni, vagy a hajtórúd hosszát kell állíthatóra kialakítani vagy a teljes hengertömböt kell a főtengelyhez képest emelni/billenteni vagy valamilyen mechanizmussal a löketet más pozícióba kell tenni úgy, hogy a lökethossz nem változik. Természetesen van lehetőség a löket módosítására is.

Az alábbi ábrán vannak összefoglalva a lehetőségek:

A-     A hengertömb billentése

B-      Hidraulikus emelésű dugattyú

C-      Excentrikus csapágyazás

D-     Multi-link forgattyús hajtómű

E-      Az égéstér holt térfogatának változtatása kiegészítő térrel

F-      Áttételezett fogas kapcsolaton alapuló geometria

A holt térfogat változtatása

Az égéstér geometria szempontjából nem előnyös kialakítás, a lángfront terjedése és az égésfolyamat nem ideális. A kiegészítő kamra elhelyezése és geometriai megvalósítása is problémás a mai közvetlen befecskendezésű, hengerenkénti 4 szelepes motoroknál.

A hengertömb billentése

A hengertömb billentése az égéstér kialakítása szempontjából előnyös, hiszen nem jönnek létre nehezen hozzáférhető zugok. A hengertömb nem képez egy egységet a forgattyús házzal, hanem csuklós mechanizmussal kapcsolódik ahhoz az egyik oldalról. A másik oldalon pedig található egy excenteres tengely, mely hajtórudakkal kapcsolódik a hengertömbhöz.

Az excenteres tengely forgatásával a hajtórudakon keresztül a hengertömb és a rácsavarozott hengerfej elbillen a fix csapágyak körül, és az emelés során a dugattyú felső holtpontban egyre távolabb kerül a hengerfejtől, így a felső holtponti égéstér-térfogat megnő. A képlet alapján ez a változás csökkenti a kompresszióarányt, tehát teljes terhelésen így üzemel motor. A hengerblokk süllyesztése pedig növeli a kompresszióviszonyt. A konstrukció gyenge pontja a csapágyazás, melynek feladata az égéstérben kialakult nyomás, vagyis a gázerők megtartása forgattyús ház és a hengertömb összetartásával. A billentés során a hengertömb és a forgattyús ház közötti távolság változik, ezért oda rugalmas tömítés szükséges, ami a motor tömítettségének gyenge pontja.

A Saab készített ilyen motorral szerelt prototípust, de a szériagyártást nem indították el, amikor a GM kezébe került a svéd autógyártó.

Löket pozícionálás francia módra

Nagyon érdekes szerkezetet az MCE-5 VCR-i prototípus, ami egy 1,5 l lökettérfogatú, 4 hengerű Otto-motor 220 LE teljesítménnyel és 420 Nm nyomatékkal, két lépcsős feltöltéssel.

A löket helyzetét minden henger esetében egy dugattyú pozíciójától függ, ami fogaskerekes kapcsolatban van a hajtórúd felső szemével, ami pedig a dugattyúhoz csatlakozik. A dugattyút egyrészt a hengerfal, másrészt egy fogas görgő vezeti meg, így tisztán alternáló mozgást végez.

A hajtórúd hosszváltozása

A hajtórúd hosszváltoztatását egy, a hajtórúd kis szemében elhelyezett excenter segítségével történik. Az excenter helyzetét a hajtórúdban elhelyezett két dugattyú pozíciója határozza meg. A dugattyúk olajnyomással vezéreltek, a konstrukció egy mechanikus kapcsolószelepet is igényel a hajtórúd mozgása miatt.

Az excenter miatt fellép egy billentő nyomaték a dugattyúra és a mechanizmusnak ellen kell állnia az égéstérben kialakult nyomásnak. A benzines verzió 140 bar égési csúcsnyomással is megbízhatóan üzemel.

A kapcsolószelep elhelyezése nem egyszerű egy olyan alkatrészen, ami nagy sebességgel mozog, és csak csapágyakkal kapcsolódik más alkatrészekhez. A mérnökök két megoldást fejlesztettek ki:

-          felső kapcsolószelepes kialakítás: a felső szemnél található a kapcsolófej, ami az alsó holtponti pozícióban képes változtatni a dugattyúk nyomásviszonyait, ezzel pedig az excenter helyzetét, ami a kompresszióviszonyt befolyásolja. A főtengelysonkák felett található állítók két pozíciót vehetnek fel, így tudják átbillenteni a szelepet.

-          alsó kapcsolószelepes kialakítás: a nagy szemnél található egy szelep, amit alsó holtpontállásban az olajtérben elhelyezett állítólapkákkal lehet az egyik, illetve a másik pozícióba kapcsolni.

A megoldást a FEV-vel közösen a Porsche fejleszti.

(Folyt.)

Az Otto-motorok nagy kompresszió-viszonyához társuló kiegészítő motorikus intézkedésekről, Infinity változtatható kompresszióviszonyú motorjáról és a dízelek lehetőségeiről a következő cikkekben olvashat!