Motorépítő iskolák 1. rész – Az orosz motorgyártás

Motorépítő iskolák közötti különbségeket vizsgálva a skála egyik vége az orosz- iskola, mivel sajátos tervezési filozófiáit bizton lehet sajátjának tekinteni, így megérdemli mind a nemzeti, mind pedig az iskola megnevezést. De mit tekintünk az orosz-iskola sajátjának, melyek azok a motívumok, amelyeket a Kelet-Nyugat határvonalon lévő sok esetben németes identitású, de sokáig orosz eszköz-rendszerű magyar-iskola is részben magáénak tudhat? Motorépítő iskolákat taglaló cikksorozatunk ezeknek ered nyomába Oroszországtól Európán át Észak-Amerikáig, és persze kitekintve Ázsiára is!

Alkalmazkodás a szélsőségekhez és a lehetőségekhez

Az orosz (és korábban szovjet) motorépítő iskola mérnöki válasz a gépjárműtechnika kérdéseire – ott, ahol a környezet, a logisztika és az infrastruktúra radikálisan különbözött és még ma is különbözik a nyugati világtól. A cél sosem a csúcsteljesítmény volt, hanem a túlélés, egyszerűség és tartósság, sokszor elképesztő körülmények között. Az orosz motorépítő iskolát úgy kell értelmezni, mint egy magas szintű, rendkívül funkcionális mérnöki kultúrát, amely nem a versenypályán, hanem a tundrán, a mezőgazdaságban, a haditechnikai eszközökben vagy a grandiózus építkezéseken vizsgázott.

Kockázatmentes újítások

Az orosz motorépítő iskola legfőbb erénye az extrém üzemi környezethez való adaptáció: a motorokat úgy tervezték, hogy -40 °C-os téli hidegben, sivatagos porban, sáros-kavicsos utakon, valamint rendkívül változó minőségű tüzelőanyaggal is megbízhatóan működjenek. A konstrukciók minimális karbantartási igényt támasztottak, lehetővé téve a használatot olyan térségekben is, ahol szervizhálózat vagy pótalkatrészellátás nem állt rendelkezésre. Az erőforrásokat rendszeresen túlméretezték, többszörös biztonsági faktorokat építve be a hőtűrés, olajnyomás, csapágyterhelés és pl. a szeleprugók tartóssága szempontjából. Az orosz mérnöki filozófia lényege nem a laboratóriumi optimum elérése volt, hanem a valóságos környezeti terheléshez való illeszkedés: a konstrukciók egyszerűek, de nehezen elpusztíthatók voltak, és csak akkor vezettek be újításokat, ha azok nem veszélyeztették a terepi javíthatóságot vagy a robusztus működést. A fejlesztési döntéseket végig a tömegtermeléshez és az egységköltséghez való optimalizálás határozta meg, nem pedig a fajlagos teljesítmény maximalizálása. A Lada-VAZ motorok például több, mint 40 évig maradtak gyártásban, gond nélkül elviselve az ólmozott benzintől az E10-ig minden tüzelőanyagot. A KamAZ V8 dízelek akár 1,5–2 millió km-t is teljesítenek, ha rendszeresen olajat cserélnek bennük – mindezt 11,8 literes lökettérfogattal és akár 1600 Nm forgatónyomatékkal. A GAZ és ZMZ blokkok pedig alacsony, 7,5–8,5:1 közötti kompresszióval szinte bármilyen gyenge minőségű benzint is képesek maradéktalanul elégetni.

(Lada VAZ 2101 és 2105)

Mélyebben a filozófiába!

Az orosz motorfejlesztés történetében több tudatos tervezési filozófia is megjelent, melyek célja a túlélőképesség, a javíthatóság, az anyagtakarékosság és az tüzelőanyag-minőség tűrése volt. A szovjet motortervezésben tudatosan kerülték a nagy fajlagos teljesítményű motorokat. Ez csökkentette a hő- és mechanikai igénybevételt, növelte a megbízhatóságot, és lehetővé tette gyengébb kenőanyagok és tüzelőanyagok használatát. Az erősen túlméretezett főtengelycsapágyak és hajtókarcsapágyak célja (nagyobb csapágyfelület - kisebb fajlagos nyomás, nagyobb olajréteg-térfogat - lassabb hőfelfutás és nyírás, alacsonyabb fordulatszám - csapágyakra ható dinamikus terhelések és a centrifugális olajkihordás kisebb) az volt, hogy szélsőséges körülmények között se következzen be kenéshiány miatti tönkremenetel, ami különösen fontos volt katonai vagy távoli mezőgazdasági alkalmazás esetén.

Számos motorblokk esetén (pl. UTD-20 → UTD-29, YaMZ-236 → YaMZ-238 → YaMZ-240) ugyanazon alapkonstrukció hosszabbított vagy bővített változatát alkalmazták, minimalizálva a gyártástechnológiai módosításokat, így egyszerűsítve a logisztikát és a szervizelhetőséget. A legtöbb szovjet és orosz motor úgy lett kialakítva, hogy alapszerszámokkal, akár terepen is cserélhető legyen például a vízpumpa, a generátor vagy a szelepfedél-tömítés. Ennek része volt a minimumra redukált rögzítési pontok száma és az azonos csavarfej-méretek használata. Az orosz motorblokkok - különösen a VAZ és ZMZ gyártmányok - gyakran egyszerű kétoldalas szerszámgépeken önthetőek voltak, hegesztésmentes, monolitikus blokkok, mindez csökkentette a selejtarányt és az ipari energiaigényt.

(KamAZ 740.31)

Az orosz dízelmotorok – különösen a V-2, V-46 és YaMZ-236 típusok – égéstereinek kialakítását kifejezetten az alacsony cetánszámú, rossz minőségű vagy változó összetételű tüzelőanyagokhoz igazították. A V-2 és V-46 motorok esetében a dugattyúkorona mély, kúpos vagy tányéros alakú égéstérrel készült, amely gyors és koncentrált keverékképződést biztosított. Ez a forma lehetővé tette, hogy még gyengébb gyulladási hajlamú tüzelőanyag is megbízhatóan öngyulladjon a hengerközéppontban kialakuló hőcsúcs révén. A korai YaMZ-dízeleknél jellemző volt az ovális vagy hosszúkás előkamrás égéstér, amely szűk átvezető nyílással kapcsolódott a fő égéstérhez. Az előkamrában meginduló égés nyomáshullámokat és örvényáramlást generált a fő térben, ezáltal egyenletesebb és stabilabb égést eredményezve még hideg környezetben is. A modernizált YaMZ motorok – például a YaMZ-238 és 656 – már laposabb, de peremeltéréssel és középre koncentrált injektorral kialakított égéstérrel rendelkeznek, amely spirális áramlást kelt. Ez fokozza a belső turbulenciát, csökkenti a lokális oxigénhiányos égést és segíti az alacsony viszkozitású tüzelőanyagok jobb feldolgozását. Ezért nem voltak kihegyezve szűk kompresszióarányokra, hanem inkább magas gyújtási tartalékot biztosítottak. Ezen alapelvek egészen a 2010-es évekig jellemezték a katonai és civil célú orosz motorfejlesztéseket, és számos szempont újra előtérbe került a 2020-as évek geopolitikai és gazdasági környezetében.

(ZMZ-409)

A motorblokkok döntő többsége nagy szilárdságú, vastag falú öntöttvasból készült, amely jelentős termikus stabilitást és mechanikai tartósságot biztosított. Az alumínium alkalmazása csak korlátozott mértékben jelent meg, mivel az elsődleges prioritás a hőállóság, nem pedig a tömegcsökkentés volt. A hengerfejek szintén többnyire öntöttvasból vagy később, ritkábban, alumíniumból készültek, jellemzően monoblokk jelleggel, egyszerű megmunkálással, de tartós tömítési felületekkel.

A szelepvezérlések kialakításánál – különösen a személyautóknál – sokáig OHV (overhead valve) rendszereket alkalmaztak, amelyeknél a vezérműtengely a blokkban helyezkedett el, és a szelepmozgatást tolórúd–emelő–himbakar–szelep rendszerrel oldották meg. Ennek előnye a kompakt és robusztus kialakítás, amely kevés mozgó alkatrészt tartalmaz, és könnyen javítható. A korszerűbb motoroknál már megjelent a vezérműláncos kialakítás gyakran egyszerűbb egysoros kivitelben, de hosszú élettartamra tervezve. A vezérműszíj csak elvétve fordult elő, főként az import technológiákon alapuló (pl. VAZ-1100 sorozat) motorokban. A láncvezetés masszív csúszótalpakon történt, gyakran acél vagy bakelitlapokkal, amelyek cseréje nem igényelt speciális szerszámot.

A szelep–dugattyú ütközésbiztonság szintén fontos szempont volt: a legtöbb szovjet/orosz motor nem-interferenciás konstrukció, ami azt jelenti, hogy ha elszakad a vezérműlánc, a dugattyú nem találkozik a nyitva maradt szelepekkel. Ennek miértje egyszerű: a megbízhatóság és javíthatóság előnyt élvezett a kompresszió vagy teljesítmény maximalizálásával szemben. A nagy lökettérfogathoz képest alacsony sűrítési viszony, a korlátozott szelepemelés (pl. 7–9 mm), valamint a kis szelepátmérő és -nyitásidő mind hozzájárultak ehhez az ütközésbiztos konstrukcióhoz.

Mi van veled orosz motorgyártás ma? Reziliencia és dualizmus.

A 2020-as évekre az orosz motorgyártás képe kettőssé vált: egyfelől látható a modernizációs igény, másfelől tovább élnek a klasszikus szovjet örökség alapelvei. Az orosz ipar több irányban próbált nyitni a 2000-es évektől: a YaMZ új generációi (pl. YaMZ-530 sorozat) vagy a KamAZ-5490 dízelmotorjai a nyugat-európai (pl. Mercedes-Benz OM-széria) licencekhez igazodva már közvetlen befecskendezésű, Euro-5/6 követelményeknek megfelelő, 1800–2000 bar nyomású common-rail rendszerekkel készültek, elektronikus vezérléssel, EGR-rel és SCR-katalizátorral. Ezeket jellemzően német vagy kínai kooperációval fejlesztették – a modern autóipari gyártósorok, illetve a piaci exportképesség megteremtése miatt.

(YaMZ-530)

Ugyanakkor az utóbbi évek geopolitikai szankciói, valamint az orosz belső gazdasági és haditechnikai stratégiák újra előtérbe helyezték a független fejlesztés és gyártás fontosságát. A hadiiparban – különösen a lánctalpas járműveknél, nehézvontató rendszereknél – ismét keresettekké váltak az alacsony fordulatszámú, nagy lökettérfogatú, egyszerű felépítésű motorok, amelyek lehetőség szerint függetlenek a külföldi szoftverektől, szenzorok vagy injektorok beszerzési lehetőségeitől. Ebben a szegmensben újra kulcsfontosságúvá váltak a saját hengerfej-öntési technológiák, hazai fejlesztésű vezérlőegységek és mechanikus redundancia elemek beépítése (pl. párhuzamos mechanikus gázadás, egyszerű hibatűrő befecskendezés).

A polgári járműgyártásban – mint például az UAZ vagy GAZ kisebb szállítójárművei – a modernizáció ellenére továbbra is túlélő-alapú konstrukciók dominálnak: 8 szelepes benzinmotorok, egyszerű láncos vezérlés, gyakran 9–9,5:1 kompresszióviszony, alacsony nyomású MPI-rendszer, egyszerű EGR vagy passzív utánkezelés. Ezek előnye a könnyű szervizelhetőség és az alkatrészek nagy kompatibilitása, gyakran 20–30 éves múltú rendszerek továbbfejlesztett változatai.

(UTD-20)

Az orosz motorgyártás tehát 2024–25-ben úgy pozícionálható, mint egy reziliens, dualista rendszer, amelynek egyik oldala igyekszik lépést tartani a globális fejlesztési trendekkel (legalábbis a haszonjárművek szintjén), míg a másik oldalon továbbra is életképesek maradtak azok az egyszerű, terepen is javítható konstrukciók, amelyek a hidegháborús korszakban váltak legendássá. A következő évek fejleményeit nagyban befolyásolja majd a félvezető- és szenzortechnológiai hozzáférés, valamint az orosz ipari önellátás sikeressége az élesedő technológiai blokkhatárok között.

Forrás: kolesa.ru, totpost.com, rosdiezel.ru, client-diesel.com