Nyomatékot, de gyorsan!

Az Audi 3,0 liter, V6, TFSI-motorja, az Audi motorépítésének történetében, 70–80 év után az első, amely mechanikus feltöltőt, Roots-fúvót kapott. 1934 és 1939 között az Auto Union „Silberfeile” (ezüstnyíl) versenyautóinak motorja volt mechanikus feltöltésű, mellyel Hans Stuck és Bernd Rosemeyer számtalan versenygyőzelmet aratott és sebességi rekordot állított fel.

Elsősorban az autó robbanékonyságának, nagy gyorsulásának az elérése, a gyors kisfordulatszámú nyomaték kiépítése indokolja napjainkban a mechanikus feltöltő használatát. Az Audi V6 TFSI alapmotorját a korábbi 3,2 liter, V6 szívómotor adta. A 3,0 liter, V6, TFSI 2008 őszén jelent meg az A6 modellben mindhárom fő piacon, Európában, Kínában és az USA-ban. Cikkünk tárgya a motor mechanikus feltöltője.

A kompresszort a főtengelyről, fogazott szíjjal hajtják, a hajtás állandó. A főtengely és a töltő behajtó tengelyének áttétele 1:2,5 értékű, így a töltő maximális fordulatszáma 18 000 min-1.  A motor segédberendezéseinek szíjhajtása a töltőhajtással párhuzamosan, a motorhoz közelebbi síkban fut.

➊Az EATON TVS Roots-fúvó lapátkerekei

A mechanikus feltöltő előnyei a turbótöltőhöz viszonyítva:

– késedelem nélküli levegőszállítás, így gyors nyomatékfelépülés,

– a töltőnyomás – az ismertetett konstrukciónál – közel állandó és a fordulatszámmal növekszik,

– a töltőlevegőt nem kell olyan intenzíven hűteni,

– nagy élettartam,

– kis üzemi érzékenység, kis karbantartási igény,

– visszahűtéssel együtt konstrukciós lehetőség a rövid töltőlevegőutak kialakítására,

– gyorsabb katalizátorfelmelegedés (nem kell a kipufogógáznak áthaladnia a turbinán, melyben a gáz hűl is).

➋A lapátkerekek grafittartalmú felületi bevonatot kapnak

Hátrányai:

– jelentős zajkeltés,

– viszonylag nagy tömeg,

– kis gyártási tűrések,

– motortól elvett hajtóteljesítmény és az, hogy

– idegen test bejutása a rotorlapátokon nagy kárt tud okozni.

➌A fúvó házából a hajtó- és lapátkerékegység kihúzható

A Roots-fúvó térfogat-kiszorítással működő, belső sűrítés nélküli forgódugattyús fúvó. A Roots-fúvóban a levegő a lapátok tengelyére merőlegesen lép be és lép ki, a levegőt, mint egy fogaskerekes olajszivattyú az olajat, a lapát és a ház fala között továbbítja. Az álló ház és a forgó rész közti beszívott gáz térfogatot a forgódugattyú kompresszió nélkül szállítja a szívócsonktól a nyomócsonkig. Amikor a dugattyú elfordulásával a munkatér a nyomócsonkkal kerül összeköttetésbe, 
a nyomócsonkból az ott uralkodó nagyobb nyomás miatt visszaáramlás indul meg. A visszaáramlott ∆V térfogatú közeg a munkatérben lévő gázt összesűríti a nyomócsonkban uralkodó nyomásnak megfelelő pv értékre.

➍A motoros állítású fojtószelep és a by-pass szelep, előtérben a nyomás- és hőmérséklet-jeladó

A forgódugattyúk szinkronizált, érintésmentes járását a hajtó fogaskerekek adják. A legjobb hatásfok elérése érdekében a forgódugattyú radiális és axiális játéka a lehető legkisebb kell, hogy legyen. A hőtágulás és ebből eredően a résveszteség jelenthet gondot.

A töltő az EATON Automotive Group gyártmánya, mely a Twin-Vorticies-Series (TVS) nevet kapta. A négyszárnyú lapát ➊ hosszirányban 160 °-kal elcsavart (a korábbi csak 60 fokos volt), ez eredményezi az egyenletes, pulzációmentes áramlást, a viszonylag kis zajkibocsátást ➋. Az új kialakítással termikus hatásfoka eléri a 75%-ot, sűrítési viszonya 2,4. A TVS 2008-ban került először szériamotorra, a cikkben tárgyalt Audi V6-osra és a Jaguár XF-re 2009-ben. A töltő a V-motor hengersorai között helyezkedik el, alacsony építése lehetővé teszi a motorháztető gyalogosütközés-védelem szempontjából szükséges meredekségének beállítását.

A töltőház alulnézete, a V6-os motor szívócsatornáinak csatla- kozóperemei és az egyik soron a hűtőtömb is megfigyelhető, a középső nyílás a kartergáz-visszavezetés helye

A töltőegység, az integrált hűtő és by-pass csatornákkal együtt, csak 18 kg tömegű. A töltőházra szerelik a motorkiemelő rögzítőszemeket. A hajtószíj cseréjének intervalluma 120 000 km.

A fúvó hosszbordásszíj ékszíjtárcsája és a tengelyhajtás közé, a töltő házába csillapítót építenek be, mely a motor terhelésváltásánál a nyomatékcsúcsokat hivatott levágni. A csillapító neve SSI (Single Spring Isolator), gyakorlatilag rugón keresztüli hajtásról van szó.

A hajtótengely az egyik lapátot közvetlenül hajtja, a másikat a tengelyekre szerelt fogaskerékpáron keresztül, tökéletes szinkronfutásban forgatja. A lapátok kis hézaggal, de egymással érintkezésmentesen forognak. A hajtómű gyárilag kenőanyaggal feltöltött, megbontását a gyártó nem ajánlja. A fúvó hajtómű és lapát egysége a házból kihúzható ➌. A hajtómű tengelytömítéseinek, csapágyazásának megbontás utáni tökéletes helyreállítása meghaladja az autószerelő műhely lehetőségeit.

A lapátok grafittartalmú anyaggal felületkezeltek, illetve bevontak (innen a fekete színük), mely bevonat a lapátok és a házfal közötti tömítést, így a levegő résveszteség-csökkentését szolgálja.

A Roots-fúvó a fordulatszám függvényében mindig a maximális levegőmennyiséget szállítja, ennek megfelelően a maximális töltőnyomást állítja be. Mivel erre nem minden motorüzemállapotban van szükség, ezért a levegőszállítást, így a töltőnyomást szabályozni kell. A 3,0 liter, V6, TFSI-motoron a fúvóhajtás állandó (nincs hajtáslekapcsoló mágneskuplungja), ezért a gyártó a levegő-visszakeringetést választotta a szabályozás módjának. A rendszer megengedett maximális töltőnyomása 1,9 bar (abszolút). A töltő teljesítményfelvétele 1,5 és 38 kW között van.

➏A töltőházból kihúzott víz/levegő visszahűtő tömb

A töltő nyomóoldali levegőcsatornájában villanymotorral működtetett fojtószelep nyitja/zárja a by-pass ágat ➍. A by-pass ág a szívóoldalra, a motor fojtószelepe mögé vezeti vissza a levegőt. A fojtószelepet a beavatkozó (motoros állító út visszacsatolásssal) rugóerő ellenében zárja, ha meghibásodik, a by-pass ág állandóan nyitva van.

A feltöltőben három helyen mérik a két érzékelős jeladóval ➎ a levegő nyomását és hőmérsékletét: a fojtószelep után, valamint a jobb és a bal hengersoron, a levegőhűtő után. A nyomóoldali szívócső levegő hőmérséklet/nyomás jeladók tápfeszültsége 5,0 V, a test elektronika test az ECU-n keresztül.

➐A hűtőcsatorna-fedél és a légtelenítő csonk

A jeladók a levegőtömeg meghatározásához, ezen keresztül a by-pass ág fojtását meghatározó fojtószelep álláshelyzetének beállításához szükségesek. A jeladók bármelyikének hibája a motorüzemben okoz rendellenességet, ezért az OBD- (MIL) lámpát a fedélzeti diagnosztika kigyújtja.

A töltőlevegő közbenső hűtés a töltő integrált funkciója, hengersoronként tartalmaz a töltőház egy-egy víz/levegő hűtőtömböt ➏. A hűtőtömbökön légtelenítő csonkot találunk. A hűtőfolyadék önálló vízkörben, menetszél hűtésű hűtőtömbbe jut, mely a motorhűtő előtt található ➐. A motor hűtőkörével a kapcsolatot csak a közös kiegyenlítőtartály jelenti. A hűtőközeget villanymotor hajtású szivattyú keringeti. A vízszivattyú a töltőlevegő 1300 mbar nyomása és 50 °C hőmérséklet felett indul el.

A Roots-fúvó háza, a házban a lapáttengely-csapágyak és a levegőbeömlő nyílás látható

A töltő alatt a motoron számos rezgéscsillapító, zajelnyelő rugalmas szigetelőanyag szőnyeget találunk. Ezek meglétére, visszahelyezésére szereléskor gondosan ügyeljünk.

A szerző fotói. A képek a zwickaui Horch-Audi múzeumban és a Széchenyi István Egyetem motorlaboratóriumában készültek. Köszönetet mondunk Szemeti Róbert laborvezetőnek értékes konzultációs segítségéért.