Feltöltött motorok - Az alapok

Hazai tuner körökben és e honlap történetében is elég meghatározó, és foglalkoztatott téma a feltöltött motor építése. Elég sok „legenda, tévhit” alakult ki mindezzel kapcsolatban. Nem véletlenül használom a „feltöltés” szót a turbó helyett, hiszen a feltöltésre, nem csak a gázturbinát (turbó) lehet használni, hanem számos egyéb eszközt is. De erre a következő cikkben kívánok kitérni.

Leggyakrabban feltett kérdések:

• Motorélettartam (alkatrészek mechanikai igénybevétele)
• sűrítési arány
• kopogási határ
• hőterhelés (termikus igénybevétel)
• töltőnyomás
• üzemanyag-fogyasztás

Ahhoz, hogy mit jelentenek ezek a fogalmak, és hogyan tudunk megoldást találni rájuk, alapoknál kell elkezdenünk megérteni a feltöltött motor működését.
Kezdjünk bele!

A feltöltés lényege és célja

Feltöltéssel – a szívó négyütemű és a csak öblített kétütemű motorokhoz viszonyítva – növelhető a töltet mennyisége és ez által a motor teljesítménye. Feltöltésnek nevezik a teljes töltetnek – vagy csak egy részének – munkahengeren kívüli előzetes sűrítését annak érdekében, hogy a hengerbe jutó töltet mennyisége nagyobb legyen.

A feltöltés célja minden esetben az adott motor fordulatszám-növelés nélküli teljesítménynövelése. Mind a feltöltés, mind a nagyobb furdulatszám növeli az időegység alatt a hengerbe jutó töltet mennyiségét és ezzel közel arányosan nő a belsőégésű motor teljesítménye. A teljesítmény növelésének minden esetben korlátai vannak, ezek a korlátok a műszaki fejlettség pillanatnyi szintjétől függenek.

A fordulatszám (és ezzel a dugattyú-középsebesség) növelésével a tömegerők okozta igénybevételek négyzetesen nőnek, és a motor gazdaságossága romlik. Az effektív középnyomás feltöltéssel való növelése esetén a gázerők lesznek nagyobbak, ezek azonban a töltet mennyiségével – azaz teljesítménynöveléssel – legfeljebb csak lineárisan arányosak.

Bizonyos fordulatszám felett a nagyobb gázerők, okozta igénybevételek elviselésére könnyebben kialakítható a motor konstrukciója, mint a nagyobb tömegerők elviselésére.

A motor termikus igénybevétele a teljesítménynövelés mértékétől függ, függetlenül attól, hogy a fordulatszám-növelésből, vagy feltöltésből származik. Nagy dugattyú-középsebességek eléréséhez könnyebb forgattyúhajtómű-elemeket kell tervezni és gyártani, ezt igényes konstrukcióval és jó minőségű anyagokkal lehet elérni. Így az ilyen motor könnyebb, kevésbé robusztus lesz.

A feltöltés – a nagyobb gáznyomások miatt – a konstrukció erősítését igényli. A feltöltés a teljesítményegységre eső tömeget csökkenti ugyan – a teljesítmény jobban nő, mint a szükséges többlettömeg – mégis, a konstrukció erőteljesebbé, robosztusabbá válik.

Egy adott effektív teljesítmény esetén a feltöltés előnyei a következőképpen foglalhatók össze:

• kisebb helyszükséglet (kevesebb henger, rövidebb motor)
• kisebb tömeg, nagyobb teljesítménytömeg
• turbófeltöltés esetén jobb hatásfok (lassabban emelkedő fogyasztási görbe)
• kisebb beszerzési ár (Ft/kW), különösen nagy motorok esetén
• kisebb hűtő, mivel azonos teljesítmény esetén kisebb hűtőközeggel elvezetendő hőmennyiség, mint a szívómotoroknál
• a kipufogógáz-turbinának észrevehető hangtompító hatása van
• kevésbé érzékeny a környező levegő sűrűségének csökkenésére
• megfelelő kialakítás esetén kevésbé környezetszennyező a kipufogógáz-összetétel

A feltöltött motorok hátrányai előnyeikhez képest eltörpülnek, de természetesen nem hagyhatók említés nélkül:

• motoralkatrészek nagyobb termikus és mechanikus igénybevétele)
• turbófeltöltéses motoroknál egyes esetekben kedvezőtlen nyomatéki rugalmasság (különösen nagymértékű feltöltés esetén)
• egyes esetekben rosszabb gyorsulási képesség (különösen nagymértékű feltöltés esetén)

Korszerű feltöltött motoroknál már kialakult módszereket alkalmaznak az utolsó két hátrány kiküszöbölésére. Ezekkel később foglalkozunk.

A következő cikkben a feltöltési eljárásokról lesz szó.