A belső égésű motor új szerepe?

A BYD Xiaoyun 1.5 literes motorja kifejezetten a DM-i hibrid platform számára készült, amely a plug-in hibridek új generációját képviseli. A motor nem hagyományos belső égésű egységként működik, hanem egy nagy hatásfokú, szűk fordulatszám-tartományra optimalizált erőforrás, amelynek elsődleges feladata az elektromos hajtáslánc kiszolgálása, nem pedig a kerekek közvetlen hajtása. Ezáltal alapvetően egy soros hibrid működési logikát valósít meg, ahol a benzinmotor leginkább generátor hajtómotorként szolgál és csak ritkán (vagy bizonyos modellekben egyáltalán nem) kapcsolódik mechanikusan a hajtott tengelyhez.

A Xiaoyun motor egyik legnagyobb műszaki vívmánya a 43%-os effektív hatásfokú, amely jelenleg a legnagyobb érték a világ sorozatgyártású benzinmotorjai között. Ezt az értéket számos mérnöki újítással érik el. Az egyik legfontosabb ezek közül az Atkinson-ciklus alkalmazása, amely hosszabb expanziós ütemmel rendelkezik, így a hőenergia nagyobb arányban hasznosul mechanikai munkává. Emellett a kompresszióviszony is extrém nagy 15,5:1 értékű, amit csak hibrid működés mellett lehet biztonságosan és hatékonyan kihasználni – tisztán mechanikus hajtásnál ez a kompresszió túlmelegedéshez vagy kopogásos égéshez vezetne. De miért? A 15,5:1 kompresszióviszony extrém nagy érték egy benzinüzemű motor esetében, és csak hibrid rendszerben, különösen Atkinson-ciklussal kombinálva válik biztonságosan kihasználhatóvá. A nagy kompresszió előnye, hogy növeli a hatásfokot, mivel az égéstérben a levegő-tüzelőanyag keverék nagyobb mértékben sűrűsödik össze, így több hőenergia alakul át mechanikai munkává. Ugyanakkor ez a sűrítés jelentős hő- és nyomásnövekedéssel jár, ami tisztán mechanikus (hagyományos Otto-ciklusú) meghajtás esetén fokozottan növeli a kopogásos égés kockázatát. A kopogás lényege, hogy a keverék nem a gyújtógyertya hatására, hanem az extrém hő és nyomás miatt idő előtt gyullad be, ami mechanikai károsodást, teljesítménycsökkenést és túlmelegedést okozhat. Az Atkinson-ciklus alkalmazásával viszont a szívószelepet a szokásosnál később zárják le, így a dugattyú a töltet egy részét „visszafújja” a szívócsatornába, vagyis a geometriailag nagy kompresszióhoz képest az effektív (valós) kompresszióviszony jóval kisebb lesz. Ez azt eredményezi, hogy a tényleges hő- és nyomásterhelés csökken, ezáltal elkerülhető a kopogásos égés, miközben a hosszabb expanziós ütem révén a motor továbbra is nagy hatásfokkal hasznosítja a hőt. Emellett a hibrid hajtásban maga a benzinmotor nem igényel gyors gázreakciókat vagy teljes fordulatszám-tartományt, mivel az elektromos hajtás veszi át a gyorsulás jelentős részét, így a benzinmotor állandó, optimális hatásfoktartományban dolgozhat. A rendszer fejlett motorvezérlése – beleértve a szelepidőzítést, gyújtási időpontot, kipufogógáz-visszavezetést (EGR) – finoman hangolt szabályozást tesz lehetővé. Egy ilyen motor tehát papíron ugyan 15,5:1 kompresszióval bír, de valójában úgy működik, mint egy kisebb kompressziójú rendszer, miközben a hatásfoka mégis kiemelkedően nagy marad. Ez az egyik kulcsa annak, hogy a BYD Xiaoyun 1.5L motorja a világ egyik legnagyobb hatásfokú sorozatgyártású benzinmotorja lehet, miközben hosszú élettartamot, kis fogyasztást és biztonságos működést garantál a DM-i hibrid platformon belül.

A BYD Xiaoyun 1.5L és Xiaoyun 1.5T motorváltozatai alapvetően eltérő mérnöki filozófiával készültek, annak érdekében, hogy két különböző hibridplatform – a DM-i (hatásfok-orientált) és a DM-p (teljesítményorientált) – igényeit szolgálják ki. Az alábbi bekezdés összefoglalja a legfontosabb technikai és működésbeli különbségeket.

A Xiaoyun 1.5L motor egy szívómotor, Atkinson-ciklusra épülő benzinmotor, amelyet kifejezetten a DM-i hibrid platformhoz fejlesztettek. Ez a változat a lehető legnagyobb hatásfokot célozza meg, nem a teljesítményt. A motor 15,5:1-es extrém nagy kompresszióviszonyt alkalmaz, split-cooling hűtési rendszert, hűtött EGR-t és szíjmentes segédhajtásokat, ami együttesen 43,04%-os effektív hatásfokot eredményez – ez világszinten is kiemelkedő érték. A teljesítménye 72 kW, nyomatéka 122 Nm, ami önmagában szerénynek tűnhet, de a hibrid rendszer elektromos komponensei ezt bőven kompenzálják. Ez a motor nem vagy csak minimálisan hajtja közvetlenül a kerekeket – jellemzően generátorként vagy segédenergia-forrásként működik.

Ezzel szemben a Xiaoyun 1.5T változat turbófeltöltéssel működik, és a teljesítményorientált DM-p platformhoz készült, ahol fontos a gyorsulás, a dinamizmus és az élvezetes vezethetőség. Ez a motor a Miller-ciklusra épül, 12,5:1-es kompresszióviszonnyal, amely kiegyensúlyozza a turbófeltöltés miatti nyomásnövekedést, miközben a hatásfokot is nagy értéken tartja – 40,12%-ra. A változó geometriájú turbófeltöltő (VGT) biztosítja, hogy alacsony fordulatszámon is elegendő nyomaték álljon rendelkezésre. A motor csúcsteljesítménye 96 kW, nyomatéka pedig eléri a 220 Nm-t, ami majdnem kétszerese az L változaténak. Ez a változat valóban részt vesz a jármű hajtásában, nemcsak energiatermelőként működik, és gyakran egy dupla villanymotoros, összkerékhajtású rendszert egészít ki.

A Xiaoyun motorok az úgynevezett split-cooling technológiával vannak felszerelve, amely külön-külön szabályozza a hengerfej és a motorblokk hűtését. Ez lehetővé teszi a pontosabb hőmenedzsmentet, gyorsabb bemelegedést hidegindítás után, és csökkentett energiafelhasználást a teljes hőháztartásban. A gyártó adatai szerint ez akár 15–20%-kal is lerövidítheti a hidegindítási bemelegedési fázist, így az tüzelőanyag-fogyasztás és a károsanyag-kibocsátás is jelentősen csökken a motor legérzékenyebb fázisában.

A Xiaoyun motorban nincsenek hagyományos szíjjal hajtott kiegészítők: minden szükséges komponens – mint a vízpumpa, a klímakompresszor, vagy a generátor – külön – vélhetően BLDC motoros - elektromos meghajtást kapott. Ez egyrészt csökkenti a mechanikai veszteségeket, másrészt lehetővé teszi, hogy ezek a rendszerek csak akkor működjenek, amikor ténylegesen szükség van rájuk. Az EGR (Exhaust Gas Recirculation) rendszer szintén a hatásfok növelését szolgálja azáltal, hogy a kipufogógáz egy részét visszavezeti az égéstérbe, csökkentve az égési hőmérsékletet és a NOx kibocsátást.

A zaj, rezgés és nyersesség (NVH) minimalizálása érdekében a motor több pontján is speciális módosításokat alkalmaztak. A főtengely, a csapágyazás, a szívócsatorna, az olajteknő és a vezérlés borítása is mind akusztikus és rezgéscsillapítási szempontból lettek optimalizálva. Ezzel a Xiaoyun motor nemcsak takarékos, hanem finom járású és alacsony zajszintű is, ami különösen fontos egy olyan rendszerben, ahol az elektromos hajtás csendes működése miatt kiemelten érzékelhetőek a belső égésű motor indulási és működési zajai.

A DM-i platform filozófiája az, hogy a plug-in hibridek ne csak kompromisszumos megoldásként létezzenek a tisztán elektromos és a hagyományos benzines hajtás között, hanem azoknál hatékonyabb és versenyképesebb alternatívát kínáljanak. A Xiaoyun motor ezt a célt szolgálja, mivel hatékonysága révén a rendszer egészének energiafogyasztása rendkívül alacsony lehet. Egyes modellekben például az akkumulátorral és elektromos hajtással kombinált hatótávolság meghaladja az 1000 kilométert, miközben a vegyes fogyasztás akár 3,8 liter / 100 km alatt marad.

Összességében a Xiaoyun motor nem egy erős, sok lóerős belső égésű motor , hanem egy nagy hatékonyságú, optimalizált energiaátalakító eszköz, amely a DM-i rendszer részeként az elektromos hajtás maximális kihasználását támogatja, a benzinmotor szerepét pedig minimálisra csökkenti. A cél: olyan járműveket kínálni, amelyek árban versenyeznek a hagyományos benzines modellekkel, miközben fogyasztásban, zajszintben, és környezetterhelésben messze túlteljesítik azokat.

Azt záró ismeretként elk ell mondani, hogy a fenti motortechnikák régóta ismertek, többségükben az európai motorfejlesztés eredményei és számos motor készült sorozatgyártásban ezekkel a műszaki megoldásokkal.

Forrás: BYD