A kis kaliforniai cég a Tula hengerkikapcsoló technikája hibridhajtással működik igazán hatásosan.

A 2035-ös „kötelező villamosítási céldátum”, vagyis az az elképzelés, ami szerint ekkortól kezdve csak tisztán elektromos, (mindenféle belső égés nélküli) új személyautókat lehessen majd forgalomba helyezni az EU-ban, több okból is teljesíthetetlennek tűnik. Nincs – és egyértelmű, hogy addigra nem is lesz – elég kiterjedt európai töltőhálózat. Várhatóan nem lesznek elég olcsók az akkuk, és aránytalanul megnőhet a kínai gyártók, beszállítók túlsúlya is. A szabályozás lassan puhul, aminek hatására remélhetőleg józanabb irányt vesznek az autóipari fejlesztések is.

Ma egyértelműnek tűnik, hogy a jövő az elektromos hajtásé. Terjedését, fejlesztését segíteni kell, de semmiképpen nem tiltásokkal, és értelmetlen céldátumokkal… Ráadásul maga az autóipar is errefelé törekszik, érdemesebb lenne tehát inkább a belső égés folyamatos és természetes visszavonulását támogatva segíteni az átmenetet, mondjuk az ésszerű és az akkus-elektromosoknál olcsóbb hibridek és plug-in hibridek támogatásával. Így az átlagautósok is tisztább autókhoz juthatnak, elfogadhatóbb árakon. Életben maradna az európai autóipar, csökkenne a kibocsátás, és az egyéni közlekedés lehetőségei sem szűkülnek be.

A környezeti terhelés csökkentésének egyik kulcseleme a motorok fogyasztásának visszafogása, hiszen a széndioxid és a nitrózus gázok emissziója arányos a fogyasztással. Minden megoldás jó, ami növeli a hatásfokot és nem irracionálisan drága. Ez a törekvés szülte korábban a változó vezérléseket, a közvetlen befecskendezést, aztán a startstopot sőt, alapjaiban az általános turbósítást is.

„Régi motorkonstrukciós alaptétel, hogy a legtisztább, legjobb hatásfokú motor az, amelyik éppen áll!”

Ahhoz, hogy akár menet közben is le lehessen állítani pont jó megoldás a hibrid. A leállításnak azonban nem kell feltétlenül teljesnek lennie. Hiszen ha nem is túl egyszerűen, de megoldható, hogy a többhengeres motorok időnként ne a teljes hengerszámukkal dolgozzanak, így különösen finoman szabályozható a teljesítmény-leadás és a motorok élettartama is növelhető. A megoldás a hengerkikapcsolás. Lényege, hogy ne csak az üzemanyagot és a gyújtást vegyük el a motor egy-egy hengerétől, de a leállított henger(ek) szelepeit is tartsuk zárva. Ha ugyanis tovább működne a légcsere, a szerkezet szivattyúként dolgozna, és bár maga nem fogyasztana üzemanyagot, hajtási energia igényével a többi, működő hengert terhelné, ami nem hogy a fogyasztás csökkenését, de egyenesen a növekedését okozná.

A hengerkikapcsoló rendszerek fő feladata az összes szelep gyors bezárása, majd amikor kell, a leállított henger(ek) újraindítása, úgy, hogy a vezető ebből a lehetőleg semmit ne vegyen észre. A motorirányító elektronikák ma már akár egynegyed főtengely fordulatonként is képesek elemezni a teljesítményigényt, amiből ezt is ki tudják számolni, hogy ehhez éppen hány henger működtetése kell. Hatásfok szempontokból jobb, ha kevesebb hengerrel, és nyitottabb fojtószeleppel (mélyebbre nyomott gázpedállal) hozzuk ki ugyanazt a teljesítményt kevesebb hengerből, mint ha minden hengert használva csak alig nyomjuk a gázpedált.

Amikor a számítógép úgy dönt, hogy leállít, mondjuk a négyből két hengert, mindig a kipufogóütem előtt zárja be a szelepeiket, mert így a bent maradó füstgázok melegen tartják a szerkezetet és könnyebb, gyorsabb az újraindítás. A bezárt töltet légrugóként működik, vagyis a leállított henger csak súrlódási veszteséget jelent, a sűrítéskor befektetett munkát a gáz, a kitágulásakor majdnem teljesen visszaadja. A szelepeket zárva tartó, majd újra munkába vonó mechanizmusokból többféle is létezik, a legbonyolultabbak több vezérműkprofillal dolgoznak, és a vezérműtengelyt (vagy annak egy részét) mozgatják a szelepek felett oldalirányban: a „lapos” bütykök profilja egyáltalán nem emeli ki a szelepeket. Ez bonyolult és lassú is, miközben nehéz a hengereket külön-külön kezelni vele.

A Tula eDSF hengerkikapcsoló rendszere

Egy kaliforniai vállalkozás, a Tula egyszerűbb utat választott. Egy- és két-vezérműtengelyes (SOHC vagy DOHC) motorokban is használható eDSF (Electric Dynamic Skip Fire: elektromos, dinamikus égés-kimaradás) nevű rendszerük szerkezete kívülről teljesen hagyományosnak tűnik. A vezérműtengely és a szelepszárak közötti himbák azonban összetett szerkezetűek. A hidraulikus szelephézag kiegyenlítőn keresztül beléjük jutó motorolaj áramlását szabályozva a motorirányítás az olajnyomással apró munkahengereket dolgoztat, amikkel tisztán mechanikusan szét- és összekapcsolja a szelephimba különálló első és hátsó részét. Összekapcsolt helyzetben minden a megszokott módon működik, szétkapcsolva azonban csak a himbák végét mozgatja a bütyökprofil, a szelepek zárva maradnak.

Ezzel a módszerrel a benzinmotor akárhány hengerét le lehet állítani menet közben, csak a járásegyenetlenségre kell ügyelni. Ha csak egyet járatunk a négyből, vagy nem páronként állítunk le kettőt, a rázkódás zavaróan megnő, ami nem csak kellemetlen, de végső soron szerkezeti kárt is okozhat. Itt segít a hibridrendszer villanymotorként is dolgoztatható generátora. Az eDSF számítógépe a járásegyenetlenség ismeretében pontosan ki tudja számolni, hogy egy-egy főtengelyfordulaton belül mikor, és mekkora teljesítménnyel kell megtámogatni a benzinmotort (behajtani a főtengelyére elektromosan) ahhoz, hogy simán forogjon. A mérnökök szerint akár V8-asokat is lehet járatni így egyetlen hengerrel!

A Tula a korai teszteken egy átlagos 1,4-es turbós benzinessel már 48 V-os könnyűhibrid rendszerrel is 15% feletti fogyasztáscsökkenést sikerült elérni, az ugyanilyen hajtású, de nem hengerkikapcsolós változathoz képest. Az eDSF egyébként dízelekben is használható és a már futó konstrukciókba is beépíthető, hiszen csak a hengerfejet kell átalakítani hozzá, még a vezérműtengely is változatlan maradhat, elektromos segédhajtásnak pedig elég lehet a szíjhajtású generátor.

A Tula rendszerei a General Motors benzinmotorjaiban már futnak az amerikai piacon (például a Chevrolet Silverado 4,3 l-es, 5,3-as és 6,2-es V8-asaiban), és már a legnagyobb kínai autómárkák is érdeklődnek, plug-in hibridjeik benzineseit szeretnék ilyenné alakítani.

SZG