Melyik a legjobb turbó?

Nyomás alatt

Szerző: Biró Csongor levél küldés  Stefan Helmreich levél küldés 
Dátum: 2016.08.09. 13.00

Szeretjük, vagy sem, a modern sportmotorokat feltöltők lélegeztetik. De mégis, melyik a legjobb feltöltési módszer? Megvizsgáltuk, megvitattuk és két szakértővel is elbeszélgettünk. Érdekes eredményre jutottunk.

Öt évvel ezelőtt még teljesen másról szólt volna ez a történet: V12-es motort boncolunk, a V10 dugattyúgyorsulásának hódolunk és leborulunk a V8-as fordulatcsúcsa láttán. Hogy ezek az évek visszafordíthatatlanul eltűntek? Teljes mértékben – ha sportautót újonnan akarunk venni. Feltöltés nélkül ma nem megy. És ebben nem a feltöltés fölénye, hanem számos külső tényező játszik közre. “Az NEDC fogyasztási ciklus a fő mozgatórugója a turbótechnika alkalmazásának, mert minden a fogyasztásról és a károsanyag-kibocsátásról szól” – mondta el Thomas Koch professzor, a karlsruhei technológiai intézet (KIT) dugattyús erőgépekkel foglalkozó részlegének vezetője. Bár az NEDC-ciklus napjai meg vannak számlálva, az ezirányú nyomás még nagyobb lesz a jövőben. Hangsúlyt kapnak a részecskeszűrős közvetlen befecskendezéses turbómotorok és a valós vezetési körülmények közötti kibocsátás (RDE). A szigorodó feltételek kényszerítették a gyártókat a sportmotorok feltöltésére, az üzemanyag-fogyasztás és a kisebb kibocsátás lettek a legfontosabb ismérvek, míg a downsizing, azaz a kisebb lökettérfogatú motorok alkalmazásával javult a kocsik g/kWh-ban kifejezhető hatásfoka. Sportautó-rajongói szemszögből természetesen sajnáljuk ezt a trendet, de a fejlődés visszafordíthatatlan. A szívómotorok klasszikus erősségei, mint a nagy fordulatszám, a gyors gázreakció és a pontos adagolhatóság a KIT műszaki szakértői szerint (Koch professzor és Hans-Jörg Bauer professzor – lásd keretesünket) első számú prioritást élveznek a feltöltött sportmotorok fejlesztésekor is. Csakhogy ez egy ponton túl már nehéz lesz. „A turbónak van egy nagyon nagy hátránya: úgy viselkedik, mint egy hangtompító, ezért a nagy szívómotorok érces, fémes és férfias hangját nehéz visszaadni” – mondja Bauer professzor. A rajongóknak meg kell elégedniük azzal a mesterséges hanggal, amelyet a hangmérnökök kreálnak minden egyes motorhoz. Persze, ez nem ugyanaz. És hol tart ma a sportautókba szánt motorok turbóinak fejlesztése? Hogy erre a kérdésre választ kapjunk, tíz különböző feltöltésű motorral szerelt autót vizsgáltunk meg. Van köztük kompresszorral kombinált turbós, egy turbós nagyobb, illetve kisebb lökettérfogattal, kompresszoros, három turbós, biturbó elektromos kompresszorral, illetve hatalmas lökettérfogatú is. Kipróbáltuk, megmértük őket, és a szakértőink véleményét is kikértük. A következő oldalakon bemutatjuk ezeknek a megoldásoknak az előnyeit és hátrányait, közös elveiket és különbözőségüket is megvitatjuk.

A kis lökettérfogatú motorok feltöltése viszonylag nagy turbólyukat eredményez. Amíg felépül az 1,8 baros nyomás, erőtlennek érezzük, aztán meg túl erőszakosan érkezik a csúcsnyomaték

 

A45: az extrém downsizing és a határai

A kétliteres, négyhengeres Mercedes-Benz AMG A45 motorja írja le legjobban azt a tudást, amit ma a klasszikus turbós motorok képviselnek. Egyben ez napjaink legerősebb ilyen méretű motorja. Első generációja 181, frissített változata immár 191 lóerő literteljesítményű, kimondani is félelmetes, hogy kétliteres utcai használatra szánt motorja 381 lóerős. Koch professzor szerint ugyanakkor korántsem értük el az út végét: „A kétliteres kategóriában a teljesítményt 400 lóerőig még lehet fokozni.” A jövő azonban teljesen a jogszabályok változásának van alárendelve. Jelenleg ugyanis dúsítással működik a turbófeltöltés, a benzinfölösleg a feltöltő és a hengerek hűtését is végzi. A rendszer hőhatára 1050 Celsius-fok, annál följebb nem lehet menni. Ennek tartásához jelenleg 10-30 százalékkal több üzemanyagot kell befecskendezni az égéstérbe, s mindez csak a hűtést szolgálja. És itt jön a downsizing paradoxona: csökkentették a lökettérfogatot a jobb hatásfok érdekében, de a nagy teljesítmény eléréséhez és fenntartásához mégis hatásfokromboló, benzinpazarló megoldás szükséges.

Mercedes-Benz A45 AMG: Soros négyhengeres, turbófeltöltéses motor. Furat x löket 83,0x92,0 mm, lökettérfogat 1991 cm3, sűrítési arány 8,6:1, max. töltőnyomás 1,8 bar. Teljesítmény 381 LE (280 kW) 6000/percnél. Nyomaték 475 Nm percenként 2250-5000/percnél

A downsizing következményei Van még egy mellékhatása a downsizingnak, amelyik egyenesen a motorkarakterisztikát befolyásolja: ahhoz, hogy ilyen hihetetlen teljesítményt préseljenek ki egy ilyen kis motorból, hatalmas töltőnyomás kell. Az A45-ben ez 1,8 bar, csakhogy amíg felépül, ahhoz eltelik egy kis idő. A kísérőjelenség pedig a sokunk által gyűlölt turbólyuk, amely egy kihúzott gumiszalag visszapattanó erejével löki meg az autót, belepréselve a sofőrt és utasait az ülésbe. Ha még szemléletesebben akarnánk kifejezni, azt is mondhatnánk, hogy szakadék képződik az akció és a reakció között. Mindez az A45-ben annak ellenére érződik, hogy a mérnökök számos ellenintézkedéssel kívánták ellensúlyozni. Egyik ilyen, hogy a feltöltőrendszere a kettős megfúvás elve (twin scroll) szerint működik, azaz két-két henger kipufogógázait elkülönítve vezetik a turbófeltöltő turbinájára, amivel javítható a gázcsere és csökkenthető a kopogási hajlam. Ezen túl optimalizálták a motor belsejében a forgó és súrlódó alkatrészek tömegét. Kovácsolt főtengelyt, kovácsolt dugattyúkat és kopásállóbb hengerfalakat használtak. Egy másik, különösen az ilyen kiélezett turbómotoroknál alkalmazott eljárás, ami csökkenti a turbólyukat, az úgynevezett öblítés (scavenging). „Ennél maximalizálják a szelepek nyitásának átfedését, azaz korán nyitják meg a szívó és későn zárják le a kipufogó szelepet – így a tömegáram közvetlenül a turbinára jut” – magyarázza Koch. De itt is a jogalkotók fogják a mérnökök kezét. „A levegőtöbblet miatt a nitrogén-oxidok semlegesítése nem működik többé, így ezt a problémát a jövőben például elektromos feltöltővel kell megoldanunk.”

M235i: egyetlen turbó komoly lökettérfogattal

A BMW M235i motorjának ugyanazok a működési alapelvei, mint a kétliteres AMG-motor esetében, de a nagyobb, 2979 köbcentis lökettérfogat azért mégis könnyebb kiindulási helyzetet teremt. A nagyobb lökettérfogat kevésbé érezteti a turbófeltöltés késlekedését, miközben nem kell túl nagy nyomás és nem keletkezik az AMG-éhez hasonló hőterhelés sem. Nem kell fizikusnak lenni, hogy az ember megértse: háromliteres lökettérfogatból könnyebb 326 lóerőt kicsikarni, mint kétliteresből 381 lóerőt. Persze ez pongyola megfogalmazás, de a lazaság érezhető, a BMW hathengerese nem görcsöl, amikor bődületes erejét leadja: természetesen, kiszámíthatóan és irányíthatóan érkezik a nyomaték. Sokkal homogénebb és élvezetesebb a működése, mint a Mercedesé. Ezt mutatják a számok is: míg a BMW M235i a 450 newtonméteres csúcsnyomatékát már percenként 1300-as fordulatnál leadja, addig a további 25 Nm felmutatásához a Mercedesnek további közel ezer fordulatra van szüksége.

BMW M235i: Soros, hathengeres, turbófeltöltős motor. Furat x löket 84,0 x 89,6 mm, lökettérfogat 2979 cm3, sűrítési arány 10,2:1. max. töltőnyomás 0,8 bar. Teljesítmény 326 LE (240 kW) 5800-6000/percnél. Forgatónyomaték 450 Nm 1300-4500/percnél

Az összevetés érdekessége, hogy amikor a BMW 2006-ban az N54 kódjelű motorral megnyitotta turbós korszakát, még a két kicsi turbó mellett tette le a voksát. A twin-scroll elv bevezetésével az N55 kódú modellben már csak egy turbó dolgozik, az elődnél jobb hatásfokkal. Ez ötvöződik a soros hatos előnyeivel. „A szerkezet világos, letisztult, külön hideg és meleg oldallal, ami igen jót tesz a turbófeltöltésre nézve” – mondja Koch. „V elrendezésű motoroknál a viszonyok nem ilyen világosak és egyértelműek. A soros hatosnál ugyancsak előnynek számít, hogy a kipufogócsőben mindig egyirányú az áramlás, míg a négyhengeresnél előjelváltások fordulnak elő, azaz vannak pillanatok, amikor éppen semmilyen irányú áramlás nincs.” Természetesen nem gyógyír minden problémára a soros hatos sem. “Nagy tömege és helyigénye komoly hátrányt jelentenek.” Emiatt a kisebb kategóriákban továbbra is csak elvétve találkozhatunk vele.

M4: biturbós fordulatszám-atléta

A V8-as, négyliteres motorral hajtott E90-es M3-as nyugdíjazásával végképp elmúltak azok az idők, amikor az M GmbH maga fejlesztette a sportmotorjait. Az M4-es S55 kódú motorja tulajdonképpen a különböző 35i-kbe és 40i-kbe szerelt N55-ös erőteljes módosítása. A forgó tömegek csökkentésére a főtengelyt kovácsolják, míg a hengerblokk úgynevezett closed-deck megoldású, így nagyobb lehet az égési csúcsnyomás. Egyedi a feltöltés módja is: egy darab nagy, kettős megfúvású turbó helyett két kicsi, gyorsan reagáló, állandó nyomású turbófeltöltő gondoskodik a kívánt teljesítményről. Legfeljebb 1,3 bar töltőnyomás mellett 431 lóerőt és 550 Nm nyomatékot préselnek így ki a háromliteres lökettérfogatból.

BMW M4: Soros, hathengeres motor, két turbófeltöltővel. Furat x löket 84,0 x 89,6 mm. Lökettérfogat 2979 cm3, sűrítési arány 10,2:1, max. töltőnyomás 1,3 bar. Teljesítmény 431 LE (317 kW) 5500-7300/percnél. Forgatónyomaték 550 Nm 1850-5500/percnél

Ám nem is annyira a számok a lenyűgözőek, hanem az a mód, ahogyan az erő előtör. Pörgési hajlama és közvetlensége a feltöltős autók legjobbjai közé emeli a BMW M4-est, és valószínűleg kevesen vannak azok, akik nem ezt tartják a legélvezetesebb megoldásnak. „A kivételesen jó gázreakció titka a jól kiválasztott turbófeltöltési módban és az alkalmazott anyagokban keresendő” – magyarázza Bauer professzor. Ehhez jönnek hozzá a soros hatos előnyei, amelyeket már az M235i-nél is bemutattunk. „A BMW-nek azonban rengeteg tapasztalata van az elektronika alkalmazásával is.” Mit is jelent ez a gyakorlatban? Zökkenőmentesen kezdi felépíteni a nyomatékot a biturbó, egészen atletikus a közepes tartományokban, majd masszívan húz egészen 7500/percig. Két világ erényeit egyesíti azzal, hogy képes a töltőnyomást pár másodpercig fenntartani, és ezzel a terhelésváltásokat áthidalni – így az erő folyamatos és lenyűgöző. „Ez a megoldás a motorsportban ismert, a neve ALS, azaz anti-lag system. A módszer bevethetőségét az alkatrészek élettartama a befolyásolja, ugyanis ha túlzásba viszik, akkor gyors elhasználódást okozhat.

A tavasszal érkező M4 GTS csúcsmodellben vezeti be a piacra a BMW a vízbefecskendezést. A kupé szívórendszerébe fecskendezett finom vízpermet radikálisan lehűti a turbó felől érkező töltőlevegőt, és csökkenti az égéstérben az égési folyamat hőjét. Ezzel csökken a kopogási hajlam, ami lehetővé teszi a turbónyomás megnövelését, illetve a gyújtás még korábbi időzítését. „A motor ezzel a technikával 1200 fokos hatásfoknak megfelelően működik csupán 1050 fokon” - emeli ki a pozitívumokat Koch professzor. Egy bökkenő azonban itt is van: a vizet nem lehet korlátlan mennyiségben használni

 

Porsche 911 Turbo S: individualista a felső határon

Akárcsak az M4-es, a 993-as széria óta a Porsche 911 is egy beváltnak tekinthető feltöltési eljárást alkalmaz, amely azonban mégis egyedi, méghozzá több szempontból. Ilyen egyedi vonás az autó hátuljába helyezett boxermotor, amelyről évtizedek óta tart a filozofálás. De most ne ezzel foglalkozzunk, inkább derítsünk fényt a részletekre! Szintén különlegesség a hengerek egységesített térfogata, amit újabban a BMW is alkalmaz. “Az ilyen, egységesített alkatrészekből felépülő építőkészletek jelentik a jövőt, mert a gyártás így sokkal hatékonyabb lehet, ami csökkenti a költségeket” – mondja Bauer professzor. “Ez vonatkozik a henger optimális térfogatára is. A BMW 500 cm3-ből indul ki, ami szerintem ideális.” Koch szerint ellenben szándéktól és alkalmazástól függően 400 és 550 cm3 a hengerek ideális űrtartalma. A Porsche ezzel szemben a 3,8 literes motorjánál a 633 cm3-es hengerek mellett tette le a voksát. “Ezzel elérték a felső határt” – mondta Koch. És nem csak ebben: „A hengerfal vastagságában is elmentek a falig, hogy úgy mondjam. A Porsche motorja azért is különleges, mert a négyliteres motorok kategóriában száll versenybe.” További egyedi vonás, hogy a kettős turbófeltöltést változó geometriájú turbókkal oldották meg. Az elv nem új, de Otto-motorokkal kombinálva kivételes. “A változtatható geometriájú turbó teljesen bevett a dízelmotoroknál, mivel ott kisebb a hőterhelés” – mondta Bauer professzor. A Porsche sikerrel alkalmaz hőnek ellenálló alapanyagokat és alkatrészeket a legerősebb nagyszériás 911-esekben is.

Porsche 911 Turbo S: Hathengeres boxermotor két turbófeltöltővel. Furat x löket 102,0 x 77,5 mm, lökettérfogat 2800 cm3, sűrítési arány 9,8:1, maximális töltőnyomás 1,2 bar. Teljesítmény 560 LE (412 kW) 6500-6750/percnél. Forgatónyomaték 750 Nm 2200-4000/percnél

Nagy lehetőségeket rejt önmagában a turbófeltöltő optimalizálása, ezen belül az anyagválasztása is. Példaként említhető a turbinaház, amelyhez az iparágban általában a nikkel alapú ötvözeteket használnak. Újabban titán-alumínium ötvözetet is alkalmaznak, amelynek a korábbiakhoz hasonlóak a hőmérsékleti jellemzői, miközben a tömege csak feleannyi. Egy másik fontos feladat a súrlódás csökkentése. Ehhez a csúszócsapágyakat tovább kell fejleszteni, vagy gördülőcsapágyakat kell használni.

Alaphelyzetben 700 Nm csúcsnyomatékot ad le a 3,8 literes, közvetlen befecskendezéses biturbó motor. A sport plus programban 0,15 barral megemelkedik a töltőnyomás, ami rövid ideig 750 Nm nyomaték elérését teszi lehetővé

Akad még javítanivaló a 911 Turbo S motorján is, mert kissé érzéketlenül reagál a gázadásra. Bár régimódi turbólyukról szó nincs, de vannak már nála modernebb megoldások, főleg a közvetlen versenytársainál. Ennek ellenére legendás a vehemenciája: 700 newtonméteres csúcsnyomatékát 2100 és 4250-es percenkénti fordulatszám között adja, miközben meghatározott időtartamon át 1,05 barról 1,2 barra növelt túltöltéssel további 50 Nm-rel hizlalható. A turbó azonban nála is hangtompítóként szolgál. Ahogy a turbónyomás nő, a klasszikus, jól ismert bokszerhang úgy tűnik a semmibe. A megfelelő hangélmény kialakítása nagyon nehéz, ahogy az M4-es mesterkélt hangja sem az igazi már.

California T: biturbó V8 szemben a trendekkel

Hangélmény szempontjából reményt keltő viszont a turbós Ferrari, amely 1,3 baros töltőnyomásával – 3,9 literes motorjából – 560 lóerőt csikar ki. Felépítését tekintve a V8-as nem az újabban divatos elvek szerint készült. Mostanában a V motoroknál a forró, vagyis kipufogó oldal belül van, így a turbókat a hengersorok közé helyezik. Koch szerint „a turbók belső elhelyezése révén kisebb helyigényűek, kompaktabbak lehetnek a turbófeltöltött V8-asok. Ugyanakkor a hőháztartás tervezésére sokkal jobban oda kell figyelni. A turbó és a kipufogócsonk hőterhelése rendkívüli, s mindezek szűk, légáramlás nélküli térben helyezkednek el. Ezért nagyon oda kell figyelni a hőelvezetésre, például hosszabb cikluson át kell működtetni a ventilátort.” Az elrendezés előnye viszont, hogy kicsi a távolság a henger és a turbina között, ami javítja a gázreakciót.

Ferrari California T: Nyolchengeres V motor két turbófeltöltővel. Furat x löket 86,5 x 82,0 mm, lökettérfogat 3855 cm3, sűrítési arány 9,4:1, max. töltőnyomás 1,3 bar. Teljesítmény 560 LE (412 kW) 7500/percnél. Forgatónyomaték 755 Nm 4750/percnél

A forró oldalt kívülre A Ferrari a turbókat kívülre helyezte, ennek ellenére hozza a közvetlen befecskendezéses motorokra jellemző gyors gázreakciót. „Kívül elhelyezett turbóknál is megoldható a rövid gázút a henger és a turbinakerék között, gondot okoz viszont a turbók helyigénye. Egyúttal a motortartó bakok is komoly hőterhelésnek vannak kitéve.” A Ferrari mindkét problémát megoldotta, turbóként pedig kettős megfúvású egységeket vetett be. Ennek ellenére a gázreakció akár lassú is lehetne, ugyanis a California T-ben a töltőlevegőt léghűtéses intercoolerrel hűtik, amelynél a turbó és a töltőlevegő-hűtő között nagyobb a távolság, mint a vízhűtéses töltőlevegő-hűtők esetében. „A szabály úgy szól: minél kisebb a csövek térfogata a kompresszor és a szívószelep között, annál jobb a gázreakció és fordítva” – állítja Bauer professzor. A gázreakció azonban még javult is, a Ferrari szerint ugyanis a turbós California 0,2 másodperccel élénkebben reagál a gázra, mint a régi szívó.

A műszerfalon egy kijelző százalékosan mutatja, hogy a turbó, illetve a motor milyen gyorsan képes reagálni a gázadásra. 4000/percnél például 80-90 százalék ez az érték, vagyis lényegében azonnali a hatás

Meggyőző eredményt értek el a főtengely 180 fokos elékelésével. Ennek tulajdoníthatóan mindkét hengersornál egyenletes időkülönbséggel történhetnek a gyújtások és a forgó tömegek nagysága is csökkent. De ami a leglényegesebb: a Ferrari V8-as olyan lelkesen pörög, és olyan szépen szól, mint ma egyetlen más biturbó V8-as sem.

AMG S65: magas kultúra az ókorból

Hengerenként három szelepével az S65 V12-ese régi idők tanúja, amely működésével megmutatja, milyen fontos még ma is a lökettérfogat. Ellentétben a kis, downsizing motorokkal, hatliteres lökettérfogatából eredően képes addig is elegendő nyomatékot szállítani, amíg a turbónyomás felépül. Esetében a turbólyuknak azt a minimális időtartamot tekinthetjük, amíg a teljes 1,5 baros nyomás felépül. Teljesen nem tűnt el ugyan, de alig-alig érezhető.

Mercedes-Benz S65 AMG: Tizenkéthengeres V motor két turbófeltöltővel. Furat x löket 82,6 x 93,0 mm, lökettérfogat 5980 cm3, sűrítési arány 9,0:1, max. töltőnyomás 1,5 bar. Teljesítmény 630 LE (463 kW) 4800-5400/percnél. Forgatónyomaték 1000 Nm 2300-4300/percnél

Így keletkezik az a hatalmas nyomaték, amely egyrészt kifejezi a luxuskategória stílusát, másrészt a fordulatszám növekedésével olyan folyamatos és lehengerlő vehemenciát nyújt, hogy a sofőr önkéntelenül is elveszi lábát a gázpedáltól. Akár 1200 newtonmétert is leadna a 12 hengeres, de ez túl sok lenne a hajtás alkatrészeinek, túl sok lenne a hátsókerék-meghajtásnak, így a Mercedes elektronikusan 1000 Nm-re korlátozta a nyomatékcsúcsot. „Bár – a közvetlen hengerenkénti befecskendezés hiánya miatt – a feltöltés számára nem optimálisak a körülmények, a turbótechnológia fejlődése miatt mégis lehetővé vált” – magyarázza Koch professzor. “Feltöltés esetén – egyszerűen fogalmazva – még forróbb lesz a hengerben, ezért megnő a kopogási hajlandóság, ami ellenőrizetlen égéshez vezet. A közvetlen befecskendezéssel az üzemanyagot egyenesen az égéstérbe juttatják, ami lehűti a motort és így csökkenti a kopogási hajlamot” – mondta Koch professzor. A Mercedes-Benz S65 AMG M275 kódjelű motorjában a szívócsőbe fecskendeznek be, ezért ez a hűtőhatás elmarad.

Hengerenként csupán három szeleppel és szívócső-befecskendezéssel a V12-es feltöltési lehetőségei korlátozottak. Technikai elmaradottságát a Mercedes hatalmas lökettérfogattal kárpótolja. Nem korszerű, de meggyőző

Igazi kivétel és különlegesség ez a V12-es a motor, nincs rajta kívül még egy ilyen. “Még a sportmotorok között sem használnak manapság ugyanis nyolchengeresnél nagyobbat, hisz már az is akár 700 lóerő leadására képes.”

M550d: trilógia

Az M550d-vel 2012-ben a BMW bevezette az M-Performance dízelcsaládot, amelynek koronaékszere a hármas turbófeltöltés. Az alapokat a háromliteres N57 jelenti, amely ebben a konfigurációban 381 lóerőt mozgósít. Ez 127 LE/l literteljesítménynek felel meg – ami extrém magas a dízelmotorok esetében. A feltöltőrendszer két kisebb méretű, nagynyomású, változó geometriájú turbófeltöltőből áll, valamint egy viszonylag nagyobb méretű, nagy szállítókapacitású kisnyomású töltőből. A három feltöltő szekvenciálisan működik, mindegyik különböző fordulattartományban aktív. Kis fordulatnál az egyik kis, változó geometriájú kis turbó dolgozik, és garantálja a gyors gázreakciót. Percenkénti 1500-as fordulatnál bekapcsolódik a munkába a kisnyomású turbó is. Együtt segítenek a csúcsnyomaték előállításában és fenntartják azt 3000/percig. Kicsivel ezelőtt, már 2700-as fordulaton beszáll a játékba a második kis turbó, amely növeli a motor teljesítményét és tartja a nyomatékcsúcsot a nagyobbik turbóval együtt egészen az 5400/perces fordulatig.

BMW M550d xDrive: Soros hathengeres dízelmotor három turbófeltöltővel. Furat x löket 84,0 x 90,0 mm, lökettérfogat 2993 cm3, sűrítési arány 16,0:1, max. töltőnyomás 2,25 bar. Teljesítmény 381 LE (280 kW) 4000-4400/percnél. Forgatónyomaték 740 Nm 2000-3000/percnél

Csúcsra járatva A komplex működés hátterében a friss levegő és a kipufogógáz-áramlás pontos szabályozása áll – amelyben a teljesítménykifejtésre pozitív hatású köztes töltőlevegő-hűtő is szerepet kapott. “Ez az eljárás nemcsak a feltöltést viszi a csúcsra, hanem a szabályozási elveket is” – kommentálta Koch. Káros mellékhatás a tömegnövekedés: „hiszen a feltöltők mellett a szükséges intercoolerekkel is számolni kell.”

2000 és 3000 percenkénti fordulat között végig rendelkezésünkre áll az M550d teljes, 740 Nm-es nyomatéka. Előtte és után a nagynyomású turbók dolgoznak az erő fenntartásán. A töltőnyomás késedelme alig hosszabb az RS5 TDI-ben alkalmazott elektromos turbóénál

A gyakorlatban azonban a komplikált feltöltésnek csak a pozitív oldalát érezzük. Mind alacsony, mind magas fordulaton erőteljes a motor. A nyomaték folyamatosan és egyenletesen érkezik, és a rekedt, férfias, érces hangja is inkább vonzó. A triturbóval kapcsolatban minduntalan felmerül a tartósság kérdése, de szakértőink véleménye szerint alaptalanul. A tartós teszten kibukott töltőhibák szerintük nem függenek össze az alkalmazott feltöltési koncepcióval. „A turbódízel motorok, főként az ilyen nagymértékben feltöltöttek nagy kihívása az Euro 6-os norma előírásainak teljesítése. Ehhez feltétlenül szükséges a kipufogógázok visszavezetése” – véli Koch professzor: “A kipufogógázok egy részét, akár mintegy 40 százalékát kell lehűteni és visszavezetni a motorba. Ezt a folyamatot természetesen össze kell hangolni a turbórendszerrel. Ennek csupán a károsanyag-kibocsátás csökkentésében van hozadéka, ráadásul épp a nitrogén-oxidokéban, amiről manapság sokat beszélnek.” Az elmélet lényege: “A visszavezetett, lehűtött kipufogógázokkal vízpára és szén-dioxid keveréke jut vissza a motorba, és ezzel csökkenthető az égési hőmérséklet. A teljesítmény nem nő, de a károsanyag-kibocsátás jelentősen csökken. Az Euro 6-os norma óta ez az eljárás elengedhetetlen a turbódízel motorok esetében.”

Audi RS5 TDI Concept: a feltöltés hibridizációja

A dízelmotorok feltöltésének fejlesztésében a fejlődés töretlen. “A BMW hármas turbója után elérkezhet a dupla kétfokozatú feltöltés bevezetése összesen négy turbóval” – avat be a jövőbe Bauer professzor. Az Audi másképp képzeli el a jövőt, hamarosan szériaautóban is bemutatja az elektromos kompresszorral megtámogatott biturbó TDI-motort, amelyet először az RS5 TDI koncepcióban ismerhetett meg a szakma. A megoldás egyébként akár az Otto-motorokban is alkalmazható. A kísérleti Audiban két hagyományos kipufogógáz-turbófeltöltő mellett egy elektromos meghajtású kompresszor is helyet kapott. Ennél a turbinaoldal teljesen hiányzik, helyét egy villanymotor veszi át, ami 25 század másodperc alatt pörög fel csúcsfordulatára, és közvetve vagy közvetlenül befolyásolja a motor karakterisztikáját. Alkalmazása egyrészt hihetetlenül alacsony, 25 század másodperces gázreakciós időt tesz lehetővé, másrészt a két hagyományos turbó révén nagy fordulaton sem fogy ki a szuflából.

Audi RS5 TDI Concept: Hathengeres, V elrendezésű dízelmotor két turbófeltöltővel és egy elektromos kompresszorral. Furat x löket 83,0 x 91,4 mm, lökettérfogat 2967 cm3, sűrítési arány 15,5:1, max. töltőnyomás 2,4 bar. Teljesítmény 385 LE (283 kW) 4200/percnél. Forgatónyomaték 750 Nm 1250-2000/percnél

Sok feltöltő, sok szabály Alkalmazása számos pozitívumot hordoz. A hatás és ellenhatás egy szempillantás alatt zajlik le, a nyomaték meredeken emelkedik, 1250-es percenkénti fordulatnál már a teljes, 750 Nm-es csúcsnyomaték a rendelkezésünkre áll. 4200/percnél éri el a V6-os a 385 lóerős teljesítménycsúcsot, amit az erőforrás egészen az 5500-as fordulatig fenntart, ami nem igazán jellemző a dízelmotorokra. Az erő felépülése a BMW triturbóéra emlékeztet, amely azonban egy picit gyorsabban reagál a gázadásra, mint az Audi motor. Utóbbi viszont közepes fordulattól erőteljesebbnek tűnik az alkalmazott nagyobb, 2,25 helyett 2,4 baros töltőnyomás miatt.

Az elektromos kompresszor táplálásához 48 voltos hálózat szükséges. Ez a legnagyobb hátránya - egyelőre

A két rendszer között az alapelveket és a vezérlést tekintve is sok a hasonlóság. “Mindkettőnél van egy megkerülhető kis- és nagynyomású fokozat, és egy megkerülhető feltöltő is” – magyarázza Koch. „Ezáltal a turbinák és a kompresszorok külön-külön is vezérelhetők, így több variációban működtethetők a rendszer elemei, ami a szélesebb használható fordulatszám-tartományban ölt testet. Hátrány: magas ár és nagy energiafelhasználás. Az elektromos feltöltő 48 voltos áramforrást igényel, ami elektronikai rendszerek többletét hozza, növeli az autó tömegét és így a fogyasztását. A rendszer bevezetése még kérdéses, az ára miatt csak a felsőbb kategóriák kaphatják meg. Elsőként talán az Audi Q7-es.

Az elektromos kompresszor feladata, hogy kiküszöbölje a turbólyukat. Ez sikerül is neki, a késlekedés minimális, hisz a töltő lapátkereke akkor is tízezres fordulaton pörög, amikor nincs szükség rá. Gázadásra gyorsan létrejön a megfelelő fordulat

 

XJ R: spontán, izmos és halálra van ítélve

Gyorsan végezzünk vele, hogy fájdalommentesen küldjük a túlvilágra: a kompresszoros motoroknak annyi. Napjaik meg vannak számlálva. Nincs visszaút. Már mai is csak egzotikumok. A General Motors még elvétve használja csúcskategóriás autóiban, például a Corvette Z06-ban, és az Audi is kombinálja a háromliteres V6-os benzinessel. A legkövetkezetesebb az alkalmazásában mégis a Jaguar, amely minden hat- és nyolchengeres benzinmotorját ezzel a módszerrel lélegezteti. Új, kétliteres turbómotorjával azonban az indiai kézben lévő brit márka is bizonyította, hogy kész a váltásra.

Jaguar XJR: Kompresszoros, V8-as benzinmotor. Furat x löket 92,5 x 93,0 mm, lökettérfogat 5000 cm3, sűrítési arány 9,5:1, max. töltőnyomás 0,8 bar. Teljesítmény 550 LE (405 kW) 6000-6500/percnél. Forgatónyomaték 680 Nm 3500-4000/percnél

Problematikája megkerülhetetlen: míg a turbó a hajtását a kipufogógázáramból nyeri, azaz gyakorlatilag a veszteségből állít elő aranyat, addig a kompresszort a főtengely forgatja. Röviden: ez egy parazita, amely felemészti a hordozó test energiáit és rontja annak hatékonyságát. Koch professzor szerint motorkoncepciótól függően akár 50 kW-ot is igényelhet a kompresszor hajtása. Bár egy 550 lóerős V8-assal megáldott Jaguar XJR-ben biztosan nem hiányzik ez a közel 75 lőerő, de egy olyan korban, amikor energiaspórolás céljából az autó egyenesen haladásakor a kormányszervó sem működik, az ilyen pazarló rendszereknek nem lehet jövőjük. Szimbiózisban az élősködővel Miért használ a Jaguar halálra ítélt technikát? Két okból. Egyrészt mert egyszerű: “A turbófeltöltésnél több érzékeny rendszer kifinomult együttműködését kell felügyelni, egy kompresszor integrálása ehhez képest könnyű feladat” – magyarázza Bauer professzor. Másrészt a gázreakció sokkal gyorsabb, a töltőnyomás érezhetően hamarabb érkezik meg, mint a hagyományos turbók esetében. Közvetlenül a forgattyús tengellyel összekapcsolva kisebb a rendszer tehetetlensége, és így a válaszreakció késése is, ami végső soron azonnali forgatónyomatékot eredményez, amely az egészen magas fordulatszám-tartományokban is fenntartható.

A kompresszort közvetlenül a forgattyús tengely hajtja. A motor teljesítményéből ellop egy keveset, ugyanakkor garantált a késlekedés nélküli töltés. A kompresszor áttételezésétől függ, hogy mikor és mekkora nyomatékcsúcs jön létre

A turbórendszerek fejlesztésének is eljön egyszer a határa. “Nézzük matematikailag. A kétliteres motor teljesítményhatára kb. 400 lóerő. V8-as turbósból legfeljebb 800 lóerőt tudunk kipréselni elméletileg, a valóságban azonban meg kell elégednünk 700 lóerővel. Ha 800 lóerő fölé akarunk eljutni, akkor jelentősen növelnünk kell a lökettérfogatot. Ilyen teljesítményszintnél azonban már nem az autó tudása a mérvadó, hanem a sofőrök képzettsége és tűrőképessége” – summázta Koch professzor.

Kombinált feltöltés: meggyőző, de túl drága

Már hét éve, hogy a Volkswagen bevezette az úgynevezett twincharger technikát. Évekig alkalmazták a konszern sportos kisautóinál, majd hirtelen kivették a programból. Az elv nem volt túl bonyolult: összehangolták egy turbófeltöltő és egy kompresszor működését. Mindkét megoldás hátrányát kiküszöbölte a közös alkalmazás. Alacsony fordulaton, például percenkénti 2000 fordulat alatt, ahol a turbó tehetetlensége még túl nagy, a kompresszor egyedül felelt a feltöltésért, míg magas fordulaton, például 3500/perc fölött a turbó szólózott – a kompresszor pedig lekapcsolt. A köztes tartományban együttesen adták a nyomást. A megoldás előnye a jó szabályozhatóság volt, így többféle modellben bevethették. Az alapelv egyébként nem halt el, a korábban bemutatott Audi RS5 TDI-é nagyon hasonló. “Viszonylag nagy turbó, viszonylag nagy nyomás, az alul adódó lyukat pedig egy kompresszorral foltozzák be” – magyarázza Bauer. A koreográfia prímán működött, a megoldással literenként 133 lóerőt préseltek ki a motorból, ami igen fickóssá tette az 1,4 literes kisautókat. Bauer szerint túl összetett volt a megoldás és természetesen túl drága, így a gazdasági válság kiterjedése ezt az elképzelést is lemosta a Volkswagen tervezőasztaláról. Helyébe mérsékeltebb turbómotor lépett: az 1,8 literes, 192 lóerős, egyturbós motor.

Volkswagen Polo GTI 1.4 TSI (2014-ig): Soros, négyhengeres benzinmotor turbófeltöltővel és kompresszorral. Furat x löket 76,5 x 75,6 mm, lökettérfogat 1390 cm3, sűrítési arány 10.5:1, max. töltőnyomás 1,5 bar. Teljesítmény 180 LE (132 kW) 6200/percnél. Forgatónyomaték 250 Nm 2000-4500/percnél

A KIT szakértői

Prof. dr. Hans-Jörg Bauer 2004 óta vezeti a KIT hő- és áramlástani gépek intézetét. A ma 56 éves szakember korábban a Rolls-Royce hajtóműveit fejlesztette. Prof. dr. Thomas Koch A KTI dugattyús gépekkel foglalkozó részlegét vezeti 2002 óta. Korábban a Mercedes-Benznél dolgozott a járműfejlesztés területén. Mi az Autómagazinnál imádjuk az autókat, elkötelezett hívei vagyunk a sportkocsiknak, úgy érezzük, értjük a műszaki részleteket, de ilyen mélységekbe, mint azt a szakértőink megtették, nem merészkednénk. Bauer és Koch professzorok segítségével kalauzoltuk el az olvasóinkat a feltöltők szerteágazó világába. Ők ismerik az autókat, a legújabb fejlesztéseket, a trendi technológiákat, a jogi elvárásokat, tisztában vannak a különböző nyersanyagok tulajdonságaival, és a jövő megoldásaira is rálátnak. Nemcsak az ő hozzáértésükről győződhettünk meg, hanem képet kaptunk a karlsruhei intézet műszaki nagyságáról is. A német kutatóközpont nemzetközi hírnevét erősíti, hogy 25 ezer egyetemi hallgatója van, 9000 dolgozó, köztük 350 professzor tevékenykedik ott. Az intézmény éves költségvetése 850 millió euró. Hol máshol, ha nem itt születnek a jövő járművei?

Ez a cikk az Autó Magazin 2016/3. számában jelent meg eredetileg, ilyen és ehhez hasonló anyagokért keresse a friss számot az újságárusoknál! Fotók: AMG; Audi; BMW; Ferrari; Jaguar; Porsche; VW; Gargolov; Seufert; Domes Copyright: MPS 2016

Kommentek

Csillag született

A DB9 fénye alaposan megkopott. Az Aston Martin 2004 óta próbálta feléleszteni különböző átdolgozásokkal a modell egykori csillogását – sikertelenül. De most változik a helyzet! A vadonatúj DB11 megérkezett és úgy ragyog, mint még soha. Nem fogja vissza magát, motorja V12-es és biturbó.

Régen jobb volt a BMW?

A 02-es széria óta tekintjük a BMW-t sportos márkának. Az aktuális hármas sorozat a bizonyíték rá, hogy a bajorok azóta sem tunyultak el.

Mit tud 100 000 km után a Škoda Octavia?

Nem kíméltük a szerkesztőség tartóssági tesztjére Scout kivitelben és kétliteres dízelmotorral érkező Octaviát. A 100 000 kilométeres nyúzás végére a közkedvelt kombi hibáira is fény derült.

Mennyit javult ötven év alatt a Mercedes?

Az állólámpásnak nevezett W114-essel a Mercedes-Benz 1968-ban vetette meg a lábát a nagypolgári autók piacán. A mai napig ezt az örökséget és a csillaggal járó büszkeséget hordozza az E-osztály.

Bődületes kasszasiker a Halálos iramban 8

A Halálos iramban 8. megint lekörözte a mezőnyt az észak-amerikai mozikban a hétvégén. Az autós akciófilm globális bevételei a csillagok közé repítik a filmet.

Közösen állnak ki a Visegrádi Négyek a protekcionizmussal szemben

Közös álláspontot fogadtak el a Unió piacán kialakult versenykorlátozó intézkedésekkel szemben a Visegrádi Négyek fuvarozó vállalkozásait tömörítő érdekképviseletek. 

F1: A McLarennek és a Williamsnek drukkol Hamilton

A háromszoros világbajnok Mercedes-pilóta, Lewis Hamilton reméli, hogy a két patinás brit csapat lehet még ellenfél számára a világbajnoki küzdelemben.

Kemény balesetet mesél el egy magyar kamionos, videóra vette az egészet

A magyar sofőr előtt kalapot emelünk, azonnal megállt és kiszállt segíteni. Az egészet rögzítette a fedélzeti kamera.

8000 kilométer kevesebb mint 4 nap alatt

A Goodyear az új abroncsa bevezetését azzal ünnepeli, hogy próbára teszi a gumikat Rainer Zietlow világrekord kísérlete során. A pilóta és csapata azt a célt tűzte ki maga elé, hogy a 8000 kilométeres, Dakartól Moszkváig tartó távot kevesebb mint 4 nap alatt teszi meg.

Egy kiscica miatt zárták le az ország legfontosabb útját

Elárvult kölyökmacska nyávogott egy nyolcsávos szupersztráda elválasztó sávján Abu-Dzabiban. A tűzoltóság nem teketóriázott, irdatlan torlódás árán megmentették az állatot.

Na így töltenek elektromos autót a kazincbarcikai lakótelepen

Örök kérdés a villanyautókkal kapcsolatban, hogy mi lesz a lakótelepen élőkkel, akik otthon szeretnének tölteni, és nincs a közelben töltőoszlop? Ma az egyetlen megoldás, amire gondolhatnak, az egy jó hosszú, ablakon kilógatott vezeték.

Jeep Yuntu: rejtélyes jövőkép

A közeljövő kínai Jeep modelleinek formai és technológiai koncepcióját vázolja az a hétszemélyes tanulmányautó, amelyről szinte semmit nem árultak el.

Ez a videó a bizonyíték, hogy Pesten sokan birkamód közlekednek

Krisztián nem bírta cérnával, de nem csodálkozunk, hiszen pár perc alatt több olyan helyzettel is találkozott Budapesten, ami balesettel is végződhetett volna, ha nem figyel.

Titkos magánéletéről beszélt Vettel

Privát életét is érintő interjút adott a Forma-1 négyszeres világbajnoka. Szóba került az otthona, félelme, bosszúsága, vágyai.

F1: Nem Brawn rúgatta ki Ecclestone-t

A Forma-1 sportszakmai irányítója, Ross Brawn cáfolta, hogy ő kérte volna Bernie Ecclestone eltávolítását ugyanakkor nem tagadja, hogy elég nehéz lett volna a közös munka.

Hazatért végre az utolsó Ikarus

Tizenöt évig szolgált külföldön a magyar ritkaság, de most már végleg itthon marad.

vezess-logo

Engedélyezi, hogy a vezess.hu értesítéseket
küldjön Önnek a kiemelt hírekről?
Az értesítések bármikor kikapcsolhatók
a böngésző beállításaiban.