Audi AVS-technika

A belső égésű dugattyús motornak alig van olyan szerkezeti eleme, alkatrészcsoportja, melyet az elektronikus irányítás és az elektromechanikus úton való mozgatás eddig be ne kebelezett volna. A támadásnak a motor töltetcsere-vezérlése áll még makacsul ellen, de részterületeket már ott is feladott. Azt régen tudjuk, hogy a szelepvezérlés ahogy van, úgy nincs jól. A szelepvezérlés (nem szabályozás!) az igen széles fordulatszám- és gáztömegáram-tartományokban csak szűk sávban tudja kielégíteni a töltetcsere igényeit, mivel a bütykös mechanizmust egy munkapontra, illetve a környezetére lehet tervezni.

A szelepnyitás és -zárás szöghelyzetét, ezzel együtt a szelepnyitvatartás szögtartományát és a szelepátömlési keresztmetszet szinte tetszőleges változtathatóságát – változtatható szelepemelést – kívánja meg a motor, különösen akkor, ha Otto-motor esetében a fojtószelepet is ki akarjuk iktatni. Ha a mechatronika maradéktalanul átveszi itt is a hatalmat, akkor a szelepet elektromágnesek térereje nyitja, a kívánt pillanatban és mértékben. Kinek unokája, kinek gyermeke ezt fogja látni és talán szerelni, ha nem peremezik le…

Ma még ott tartunk…

…, hogy az alapmechanizmust szenzációs ötletekkel igazítgatják. Marad a „bütyök nyit, rugó zár” alapigazság, de nem egy bütyök van, hanem kettő, vagy a himbának van változtatható üresjárati útja, módosítható mechanikus áttétel iktatható közbe satöbbi és a többi.

1. ábra

A furmányos szerkezetek egy része szinte teljes variabilitást tud nyújtani, lásd a BMW VANOS+Valvetronic párost, mások egyszer így, másszor úgy, tehát kétállásúak. Abban, hogy ki mit választ, a vele elérhető eredmény és természetesen az előállítás költségei a meghatározóak. Azt nem vitatja senki, hogy van itt keresnivaló. A szívó bütykös tengely fázisállítója nélkül ma már alig van motor. Az Otto-motorok fogyasztásának, ezzel együtt CO2-kibocsátásának csökkentési igénye, mi több kényszere, a nagy lökettérfogatú motoroknál már nem nélkülözheti a szerkezetmódosítást.

Audi Valvelift-rendszer

Alig több mint egy évvel ezelőtt hallhattunk először arról, hogy az Audi is lépett e téren, szelepmozgató mechanizmusának a „Valvelift” nevet adta. A kísérlet alanya az Audi „Roadjet Concept” 3,2 literes projektjének motorja volt (lásd a címképet). Az igazi szériamotor, a Valvelift-technikával szerelt 2,8 literes V6-os FSI-motor most debütál az Audi A6-ban. Adatai imponálóak: 154 kW, 280 Nm 3000 és 5000 min-1 között, ciklus átlagfogyasztása 8,7 liter/100 km. A fejlesztők egy újabb motor megalkotásakor a következő főbb célokat tartják szem előtt: egyre nagyobb teljesítményt nyerni azonos lökettérfogatból, tovább csökkenteni a fogyasztást, és mindemellett betartani a kipufogógázokra vonatkozó környezetvédelmi előírásokat. Az AVS-technika bevezetése – állítja az Audi – jelentős lépés ebben az irányban. Az AVS – Audi Valvelift System – egy, a szelepemelkedést vezérlő rendszer. A motor működése során lehetőséget ad arra, hogy terheléstől függően kicsi és nagy bütyök között átkapcsolhassunk. Ennek a rendszernek nagy előnye, hogy a szelepvezérlés messzemenően változtatható, anélkül, hogy negatív hatással lenne a folyamat kinematikájára, illetve megnövelné a súrlódási veszteségeket. Az Audi Valvelift System ezen felül szabadon alkalmazható szívó- és kipufogóoldalon is, valamint minimális módosítással beépíthető az Audi négyszelepes FSI-hengerfejeibe. Szintén fontos megemlíteni, hogy a viszonylag egyszerű konstrukció miatt ennek a rendszernek a költségei is kedvezőek. A fejlesztési szakaszban elvégzett számos mérés azt mutatta, hogy a kívánt hatás eléréséhez elegendő két bütyökprofilt alkalmazni.

Hogyan működik az AVS-technika?

Az eredeti vezérműtengelyt egy hosszbordázott tengely váltja fel, melyen tengelyirányba elcsúsztathatóan van a páros bütyköt tartalmazó hüvely, így a szívószelepeket felváltva két-két különböző bütyökprofil emelheti. Az alaptengelyre rögzítették a vezérműtengely-fázisállítót, a bütyök-helyzetjeladót és a nagynyomású benzinszivattyú hármas bütykét (1. ábra). A motor négyszelepű és minden hengerhez van egy 2x2-es bütyökhüvely. Bütyköstengely-fázisállító mindkét tengelyen van, állítási tartománya 42 főtengelyfok. Hengerenként két beavatkozó (aktuátor) gondoskodik kb. 1000 és 4100 percenkénti fordulatszám között, motorterheléstől függően a bütykök közötti átkapcsolásról (2. ábra). Az átkapcsolás egy-egy hengernél két motorfordulat alatt megtörténik, természetesen a gyújtási sorrendnek megfelelően. A bütyökhüvely tengely mentén történő mozgatására, annak mindkét oldalán, kimart spirálhorony szolgál. Az elmozdításhoz, amikor a bütyök alapkörön van, a vezetőkeretbe szerelt elektromágneses aktuátorból egy tüske nyúlik be a spirálhoronyba. A tengely forgása miatt a bütyök ekkor eltolódik egészen addig, amíg a másik bütyök alapköre a szelephimba fölé nem ér. Ha az átkapcsolás megtörtént, akkor a spirálhorony végén lévő rámpa a tüskét visszalöki az aktuátorba.

2. ábra

A bütyökhüvely axiális irányban 7 mm-t mozdul el, miközben a görgős himba görgője felett a két bütyök helyet cserél. A bütyök visszafelé történő kapcsolása hasonló módon, de a másik oldali horony és az aktuátor segítségével történik (2. ábra). A bütyökhüvelyt a kívánt pozícióban – egyik vagy másik bütyök görgő előtti helyzete – egy rugóval előfeszített golyósretesz tartja.

3. ábra

4. ábra

Az ún. nagy fordulatszámú vagy teljesítménybütykök 11 mm-es szelepemelést hoznak létre. A részterhelési bütykök nem egyformák (!), az egyik, így az egyik szívószelep, 5,7 mm-t emel, a másik csak 2 mm-t. Ezzel az aszimmetriával intenzívebb töltetáramlást érnek el. A hengerfej teljes szépségében a 3. ábrán mutatja meg magát. Az átkapcsolás említett gyorsasága miatt a töltetcserében ugrásszerű változás következik be. Azért, hogy ezt a gépkocsi vezetője ne érezze, ne torpanjon vagy ne ugorjon meg az autó, igen röviden, de be kell avatkozni néhány más motorüzemszabályozásba. Így például vissza kell venni az előgyújtást, fázisállítás kell a vezértengelyen és a fojtószelepet is kicsit zárni kell. A motornak nincs légtömegmérője, a szívócsőnyomás, a fordulatszám és a bütykös tengely pillanatnyi helyzetének az ismerete ezt a jeladót kiváltja. A részterhelési bütyökkel és a „nagy” bütyökkel való üzemeléshez teljesen más motormenedzsment-program van. A kettő közötti átmenetszabályozás is önálló program. Az AVS-technika előnye részterhelésű üzemben jelentkezik, itt akár a 7%-ot is elérheti a tüzelőanyagfogyasztás-megtakarítás. Ezt jól szemlélteti a 4. ábra, a motor kagylódiagramja. Tulajdonképpen két motor egyberajzolt fajlagos fogyasztási kagylódiagramjáról van szó, ezért jogos, hogy két fogyasztási minimumponttal rendelkezzék.

A 240 g/kWh minimumérték az Otto-motornak dicséretére válik, a részterhelési tartományban pedig egyenesen csodálatra méltó. A „kis-bütykös” üzem igen széles üzemi tartományt fed le: az Audi A6-ban, ötödik sebességi fokozatban 140 km/h sebességig, hatodik fokozatban 150 km/h sebességig itt marad. Ha ugrani kell, gyorsan vált és akár 6800-ig is kipörgethető. Az alkalmazott technika hatásosságát a következő összehasonlítás is jól mutatja: míg a jelenleg kis darabszámban épített 2,8 literes, hengerenként ötszelepes V6- os motor 9,6 l/100 km-es átlagfogyasztás mellett 193 LE (142 kW) teljesítményt és 280 Nm nyomatékot ad le, úgy ez a szintén 2,8 literes, négyszelepes V6 AVS-motor esetében 8,7 liter/100 km! 154 kW és 280 Nm. Ez 1,1 literrel kedvezőbb fogyasztást jelent 17 lóerővel nagyobb teljesítmény mellett... Természetesen a kedvező eredményekhez olyan műszaki megoldások is hozzájárultak, mint a terheléstől függően szabályozott kenőolaj-szivattyú vagy a továbbfejlesztett görgős szelephimba.