Előkamrás „retrofit” V6 motor az Italtecnicától

Az Italtecnica olasz motorépítő műhely nemrég mutatta be házon belül fejlesztett előkamrás égést használó, háromliteres V6-os benzin-motorját. A motornak két változatát fejlesztik: az első verzió a Le Mans prototípusok Hypercar osztályának, a második változat pedig közúti használatra készül. Carlo Cavagnero technikai igazgató elmondása szerint a motor a vállalat képességprezentálását hivatott elősegíteni és partnerek - Politecnico di Milano, illetve a híres motorguru Claudio Lombardi - mérnöki közreműködését is élvezte.

A 90°-os hengerszögre azért esett a választás, mert a legjobb egyensúlyt biztosítja a motor méret, az elrendezés és a teljesítmény között. A motor kompakt egység, a kiegészítő berendezések nagy részét a V ágyon belül, a két hengersor között helyezték el, ideértve az olajhűtőt, az intercoolert, az olajszűrőt és az olajleválasztót.

A forgattyústengely fekvőcsapjainak csapágyazása (alsó csapágyfedelek) az olajteknőben kialakítottak. A forgattyústengely 120°-os forgattyúszögű, a lökésköz 90° és 150° közötti, a gyújtási sorrend: 1-6-3-4-2-5. A szelepvezérlés DOHC azaz két vezérműtengelyes, láncos (és fogaskerekes), a konstruktőr elmondása szerint a láncos-fogaskerekes „hibrid” megoldás jobban alkalmazkodik a blokkmagasság változásokhoz, amelyek a motor élettartama során a megmunkálások miatt bekövetkezhetnek. Napjaink trendje/alapmegoldása a változtatható szelepvezérlés alkalmazását elvetették, mert Cavagnero véleménye szerint a feltöltött versenymotorokban ennek előnye minimális, viszont a rendszer tömege többletsúlyt jelent. Ennek hiányát a versenymotoroknál alapvetően más megoldásokkal pótolják, pl. kiegyensúlyozott forgattyústengellyel, hajtórudakkal, az alkatrészek precíziós megmunkálásával, optimalizált vezérlés időzítéssel, a levegőbeáramlás és a kipufogógáz áramlásának optimalizálásával, extrém könnyű alkatrészekkel, új kompozit anyagok alkalmazásával.

Az Italtecnica motor legfontosabb újítása az előkamrás gyújtás, amelynek gyújtási gyorsasága kulcsfontosságú megoldás a sovány keverékkel történő stabil égéshez, az impozáns 45%-os effektív hatékonyság eléréséhez. A rendszer egy központilag elhelyezett előkamarából és egy külön beömlővel ellátott befecskendezőből áll, amely párhuzamosan működik az egyes befecskendezőkkel és vízszintesen fecskendez az előkamrába. „Az előkamra elhelyezése, az előkamrán belüli turbulencia és a gyújtógyertya elhelyezkedése mind nagyon fontosak a gyújtásfolyamat szempontjából” – elemezte Cavagnero.

A V6 követett és közvetlen befecskendező rendszerekkel rendelkezik. A fejlesztő szándéka szerint ez lehetővé teszi mindkét befecskendezési mód előnyeinek kihasználását különböző működési feltételek és terhelés mellett. Alacsonyabb fordulatszámon a közvetlen befecskendezés által biztosított szabályozás lehetővé teszi a kopogási határ közelében történő működést; magasabb motorfordulatszámon és teljesen nyitott fojtószelepen azonban az előkamrás befecskendezést részesítik előnyben, mivel a közvetlen befecskendezéses technológia korlátozott mértékben képes biztosítani a szükséges tüzelőanyagmennyiséget. Alacsony fordulatszámon nagyon sovány, homogén keverék van az égéskamrában és gazdagabb keverék az előkamrában – körülbelül 0,9 lambdaértékkel. Homogén töltés elérése szükséges a részecskekibocsátás minimalizálása érdekében. Magasabb fordulatszámon a töltés az égéstérben homogén marad, de az előkamrán belül a keverék rétegzett.

A motor feltöltése két kisebb turbófeltöltővel valósul meg, ami „szekvenciális turbófeltöltés” megnevezést kapott. Az indok a motor alacsony fordulatszámú reakciójának javítása. Alacsonyabb fordulatszámon, 4000 min^-1 alatt csak az egyik turbófeltöltő működik – csökkentve a késést, A motor fordulatszámának növekedésével és a terheléstől függően a második turbófeltöltő az elsővel párhuzamosan lép működésbe. A közúti változatban a maximális nyomaték 3000-6000 min^-1 között érhető el, a csúcsteljesítmény pedig 600 LE. A versenyváltozatnál a nyomatéktartomány 4000-6500 min^-1 mozog, a csúcsteljesítmény pedig 8000 min^-1.

A régiúj megoldással egy újabb szakszó is ismert: „retrofit”, azaz régebbi rendszerekhez vagy berendezésekhez nyújtott frissített vagy korszerűsített lehetőség, amit azoknak a fejlesztőknek, autógyáraknak (OEM-ek) számára kínálnak, akik már meglévő motorplatformjaikra szeretnének valamilyen frissítést vagy korszerűsítést végrehajtani.

„Az előkamra beépítése a hengerfejbe kihívást jelentett, nagy szelepek, közvetlen befecskendezés szükséges a megoldás működéséhez, az előkamra elhelyezése a hengerfejben, az előkamrában lévő turbulencia és a gyújtógyertya helyzete mind nagyon fontosak" - vázolja Cavagnero, hozzátéve, hogy az előkamra nem sokkal nagyobb, mint egy hagyományos szikragyújtású motor esetén.

A kipufogószelepek, amelyeket az Italtecnica a vele szoros munkakapcsolatban álló Eaton Corporationnel fejlesztett ki, üregesek és nátriummal töltöttek. "Ez nagyon könnyű szelepet eredményez, körülbelül 150 °C hőmérséklettel alacsonyabb az üzemi hőmérséklete, mint a nátrium nélküli szelepek esetén, nagyon sovány keverékek alkalmazása esetén jobb a szelep és a hőátadás szempontjából." – emelte ki a fejlesztő.

Az olajhűtő rendszerre is különös figyelmet fordítottak, mivel a hőmérséklet szabályozása kulcsfontosságú a stabil égés biztosításához. A megfelelő hőegyensúly eléréséhez a hengerek speciális bevonattal készülnek és rozsdamentes acél többrétegű hengerfej tömítést használnak, a hengerfejben pedig – ritkán használt reneszánsznak tűnő szakszó következik latinból! (a Szerk.) – „orifíciákat” azaz „nyílásrendszert” alkalmaznak hűtőáram optimalizálására.

Az "orifícia" egy olyan kifejezés, amely egy kis nyílást vagy nyílásrendszert jelent, amely átengedi vagy irányítja valamilyen anyag áramlását. Az orifícia általában egy pontosan meghatározott méretű és alakú nyílás, amely lehetővé teszi a folyadék, gáz vagy más anyag áramlásának szabályozását vagy optimalizálását egy rendszerben. Az orifíciák széles körben használatosak különböző ipari alkalmazásokban. Például a hidraulikában és pneumatikában használják őket a folyadékok és gázok áramlásának ellenőrzésére vagy sebességük szabályozására. Továbbá, az orvostudományban, az orifíciák segítségével lehet szabályozni a gyógyszerek vagy gázok adagolását. Az orifíciák tervezése és méretezése kiemelt jelentőségű, mivel a megfelelő méret, alak és elhelyezés lehetővé teszi a kívánt áramlási sebesség, nyomás vagy más tulajdonságok elérését az adott hidraulikus vagy pneumatikus rendszerben. Az orifíciák fontosak az áramlástechnikában és az anyagmozgatásban és segítenek optimalizálni és szabályozni az anyagok áramlását a különböző technológiai folyamatok során. (a Szerk.)

A kialakítás hatékonyságát először a Milánói Műszaki Egyetem által végzett széles körű CFD-szimulációval ellenőrizték, majd az elv a turbulens áramlás tesztelése során is megerősítést nyert. A tesztprogram során a kopogásérzékelő rendszert a hengeren belüli nyomásérzékelők segítségével kalibrálták, a V6-os motorban összesen négy kopogásérzékelőt alkalmaznak. Az adatokat valós időben rögzítik, elemzik és ezek alapján finomhangolják a motor vezérlőrendszerét, hogy maximalizálják a hatékonyságot és optimalizálják a motor teljesítményét.

A hűtőfolyadék tömegáramlása a hengerfejben a kipufogó leömlők körül maximális, majd onnan áramlik a fej többi része felé" – magyarázta Cavagnero. A hűtőfolyadék tömegáramlása a hengerfejben azért a kipufogócsövek körül maximális, mert ezen területen a legnagyobb hőtermelés. A motor működése során a kipufogógázok nagy mennyiségű hőt termelnek és ez a hő jelentős mértékben befolyásolja a hengerfej hőmérsékletét. A kipufogócsövek környékén lévő hűtőfolyadék tömegáramlása kiemelkedően fontos, mert ennek révén a hő elvezetése és elosztása hatékonyan történik. A nagyobb tömegáramlás biztosítja, hogy a kipufogórendszerben keletkező hő ne maradjon a hengerfejben, hanem gyorsan tovább haladjon a hűtőrendszerbe. Miután a hűtőfolyadék a kipufogócsövek környékén elnyelte a hőt, tovább áramlik a hengerfej többi része felé, így kiegyenlíti és szabályozza a hengerfej hőmérsékletét.

Olvasóinkban rövid cikkünk végén nyilván fölmerül a kérdés: melyik gyártó melyik modelljébe lesz majd beépítve látható az Italtecnica V6 motorja? Jó kérdés, széria alkalmazását még nem látjuk, de Canavero brit szaksajtónak elejtett információi alapján a Totem Automobili, amely egyedi, karbon karosszériás Alfa Giulia restomodokat gyárt, már átvett két motort és 2024 végéig összesen 12 motort rendelt a GT Super modelljeibe. Ezen kívül a retrofit előkamrás megoldás nagyobb szériákat is megcéloz érdeklődő és érdekelt gyártók tekintetében.

Forrás és képanyag: automotivepowertraintechnologyinternational.com,, italtecnica.engineering