A gépjármű motorja számtalan alkatrészből áll, amelyek együttesen alkotnak egy tökéletes egészet. Ezek az elemek mindannyian extrém hőhatásnak és terhelésnek vannak kitéve, ami miatt bármilyen elővigyázatosak is vagyunk, óhatatlanul elő fognak fordulni meghibásodások. Nincs is annál bosszantóbb és általában pénzügyileg megterhelőbb, mint a motor meghibásodásának kezelése. A motor az autó legfontosabb alkatrésze, és mint ilyen, a mi feladatunk, hogy lehetőség szerint óvjuk, védjük a tőlünk telhető legjobb módon, hogy évekig biztosítsuk a kocsi számára az erőforrás tökéletes működését.
Az éves szervizek alkalmával ezért fontos az erőforrás átvizsgálása, az esetleges feltárt problémák mihamarabbi kijavítása. A szerelőműhelyben töltött két alkalom között a legtöbbet a motor túlmelegedésének megakadályozásáért tehetünk. Az erőforrás leghatékonyabb működését az úgynevezett üzemi hőmérsékleten tudja leadni. Ennél magasabb hő nem tesz jót az alkatrésznek, könnyen túlmelegedhet. Emiatt különböző trükköket alkalmaznak az autógyártók, hogy biztosítsák a motor hűtését. A legfontosabb lépés a hűtőrendszer kialakítása volt. Ez egy zárt rendszer, amely arra hivatott, hogy biztosítsa az optimális üzemi hőmérséklet fenntartását.
A benne keringő folyadék segítségével folyamatosan hűti a motort, amely így nem tud túlmelegedni. Persze csak akkor, ha nincs valahol hiba a rendszerben. Az, hogy egy tömítés elhasználódik, könnyen kiderülhet a kötelező szervizek alkalmával, mint ahogy az is, ha valahol szivárog a hűtőfolyadék a tartályon, vagy a hűtőrendszer valamelyik pontján keletkezett sérülés miatt. A hűtőfolyadék minőségét és mennyiségét viszont nekünk kell ellenőriznünk. Ha hiányzik a rendszerből valamennyi, akkor biztosítanunk kell az utánpótlást.
Ha már túlmelegedett a motor, akkor azonnal álljunk félre és állítsuk le, hogy le tudjon hűlni. Nyissuk fel a motorháztetőt óvatosan, résnyire, hogy a motorból kiáramló forró gőzök nehogy égési sérüléseket okozzanak nekünk. Ha forró a motor, akkor ne nyissuk fel a hűtőfolyadék beöntő nyílását sem, mert az is balesetveszélyes lehet. Csak akkor töltsük fel a megfelelő eleggyel a tartályt, ha már kihűlt az erőforrás. Ne csak sima vizet használjunk, mert rövidtávon ugyan a hűtési feladatait ellátja, viszont a csapvízben lévő anyagok miatt könnyen lerakódások képződhetnek, vagy korrodálódhatnak a fémes alkatrészek, ami hosszabb távon komoly problémákat és hatalmasra rúgó javítási költségeket eredményezhet.
Persze nem feltétlenül azért melegszik túl a motor, mert nem megfelelő a hűtőfolyadék szintje. Van egy másik folyadék, amelynek szintén fontos szerepe van a hűtésben. Ez nem más, mint a motorolaj, amelynek az ellenőrzése, és szükség szerinti utántöltése szintén a mi feladatunk. Ha a folyadékok rendben vannak, nincs sérülés a hűtőrendszer egyik elemén sem, a motor akkor is túlmelegedhet más alkatrészek fals működése miatt. Ez leginkább a nyári kánikulában következik be. Az oka pedig lehet egy már említett tömítés, vagy a vízszivattyú egyes alkatrészeinek elhasználódása.
A belső égésű motor működése
A belső égésű motorban végbemenő munkafolyamatról lesz szó, melynek során a jármű az üzemanyagot mozgási energiává alakítja. Ez leggyakrabban kettő vagy négy munkafázis (ütem) alatt történik. Mivel autók esetében már egyáltalán nem és a motoroknál is egyre kevésbé alkalmazzák a kétütemű változatot, így arról majd egy későbbi írásunkban lesz szó. A négyütemű motorok munkafázisairól már bizonyára mindenki hallott. Ez az a bizonyos: beszívás, kompresszió (sűrítés), gyújtás és kipufogás. Ez az egész autó lelke. Bár a munkavégzés a benzines és a dízel autóknál is nagyon hasonlóan működik, ám azért akad néhány fontos, lényegi eltérések a kettő között. Ezért ezúttal a négyütemű benzinmotorokról lesz szó (a dízelekkel később foglalkozunk majd).
A négy ütem:
- ütem - beszívás
Az első ütemben a dugattyú lefelé mozog a hengerben. Ezalatt a vezérműtengely elfordul, a bütyke pedig kinyitja a szívószelepet, ezzel utat engedve az üzemanyag-levegő keverékének a hengerbe. A keverék előállításáért a karburátor (más néven porlasztó) felel, ami a folyékony üzemanyagot permetté alakítja, hogy minél jobban elkeveredhessen az oxigénnel. Ezt az egyveleget szívja be a rendszer a hengertérbe. Amikor a dugattyú eléri az alsó holtpontot, a vezérműtengely elfordulása bezárja a szívószelepet. Ekkor a dugattyú fölötti hengertér már teljesen feltöltődött a benzin-levegő keverékkel. Ettől a pillanattól kezdődik a második ütem. - ütem - kompresszió (sűrítés)
Mivel a szelepek zárva vannak, az előző ütemben beszívott benzin-levegő keverék nem tud kiáramlani a hengerből. A főtengely forgása felfelé tolja a dugattyút a hengerben, ennek következtében a dugattyú a fölötte lévő keveréket összepréseli (sűríti). Amint a dugattyú ismét eléri a felső holtpontot, kezdődik a harmadik ütem (bár a gyártók mostanában már egyre gyakrabban alkalmazzák, hogy a felső holtpont elérése előtt 1-2 pillanattal már elindítják a harmadik ütemet). - ütem - gyújtás
Egy-két pillanattal azelőtt, hogy a dugattyú a felső holtpontot elérné (ahol a megfelelő - előre meghatározott - sűrűségű benzin-levegő keverék keletkezik), a gyújtógyertya szikrája begyújtja az összepréselt keveréket, ami rendkívül gyorsan elég (ezt az égést sokan - tévesen - robbanásnak nevezik). Az égés során a gázok (benzin-levegő keverék) hirtelen kitágulnak és a keletkező óriási nyomása a dugattyút fentről lefelé löki a hengerben. Ezt nevezzük terjeszkedésnek (expanziónak). A négy ütem közül ebben az egyben végez a motor hasznos munkát (a további fordulatok csak a működés járulékos veszteségeként foghatók fel). - ütem - kipufogás
Miután a dugattyú eléri az alsó holtpontot, ismét felfelé indul a hengerben. Ekkor nyit a kipufogószelep, és a dugattyú kitolja maga előtt a kipufogócsőbe a keverék elégetése során keletkezett égésterméket. Mikor a dugattyú ismét eléri a felső holtpontot, bezáródik a kipufogószelep, kinyílik a szívószelep, és az egész folyamat kezdődik elölről. Tehát a négy ütemből a harmadik a legfontosabb, hiszen ekkor történik a tényleges munkavégzés. Miután a gyújtógyertya szikrája meggyújtotta a benzin-levegő keveréket a hirtelen kitáguló gázok lefelé lökik a dugattyút a hengerben. Ez a mozgás a hajtókar segítségével elforgatja a főtengelyt. Így alakítja át a motor az üzemanyagot forgómozgássá, ami a főtengelyről a sebességváltón keresztül jut el az autó meghajtott kerekeihez.
Sűrítési arány
Azt mutatja meg, hogy a dugattyú lefelé mozgása során a hengerbe beszívott üzemanyag-levegő keveréket a sűrítés során eredeti térfogatának hányad részére nyomja össze a felfelé haladó dugattyú, mielőtt a gyújtógyertya szikrája berobbantaná azt. Ha például a keveréket a dugattyú eredeti méretének nyolcad részére sűríti, akkor 8:1-es sűrítési arányról beszélünk.
Gyújtási sorrend
Azt a sorrendet, ahogy a gyújtógyertyák a motor egyes hengereiben meggyújtják az üzemanyag-levegő keverékét gyújtási sorrendnek nevezzük. A megfelelő sorrendért a gyújtáselosztó felel, ami a megfelelő pillanatban juttatja el az elektromos jelet a gyújtógyertyákhoz a motor működése során. Egy soros elrendezésű motornál a hengereket általában elölről hátrafelé haladva számozzák. Így a legmagasabb számú henger az lesz, amelyik oldalon a váltó a motorhoz csatlakozik. Ha a gyertyák sorban egymás után (1-2-3-4) adnák a szikrát, akkor a dugattyúk egymás utáni löketeinek köszönhetően a motor nagyon egyenetlenül járna és igen komoly mértékű vibráció lépne fel. Ezért egy négyhengeres motorban a vibrációt a gyújtási sorrend megváltoztatásával igyekeznek minimálisra csökkenteni.
A motorolaj és az olajfogyasztás
Az olajfogyasztás mértékével kapcsolatban eltérő vélemények vannak arról, hogy mely értékektől kezdve minősül túlzottnak. Ez a gépjármű évjáratától, a motor addig teljesített üzemóraszámától, a motorkonstrukciótól, és nem utolsó sorban a karbantartás minőségétől is erősen függ. A gyártók általában 0,1-0,8 liter/1000 km közötti értékeket engednek meg, míg a szerelők gyakorlati tapasztalatai, és nem utolsó sorban toleranciája ennél drasztikusan kisebb értékeket enged meg. A rigorózus tervszerűség nagyban segít azoknak a jól behatárolt körülményeknek a fenntartásában, amelyek között motorunk olajfogyasztása „üzemszerű” mértékű marad.
Miért fogy a motorod olaja? Nézd meg, milyen károkat okoz a hosszú olajcsere-intervallum!
Ha a tanult, ismert, tapasztalt, illetve különböző szakirodalmakban leírt, rendkívül széles skálán mozgó okokat, jelenségeket újra és újra összeírjuk, majd újabb séma vagy újabb szempont alapján újra csoportosítjuk őket, a téma tárgyalásához a következő három fő csoport rajzolódik ki: a kopásoké, a túlnyomásoké és gázátfújásoké, illetve a gyors és lassú oxidációké (párolgásoké, égéseké). Az első kettő alapvetően fizikai veszteség, az égés pedig kémiai átalakulás.
Kopások a motorban
A kopás a legáltalánosabb, legismertebb ok. A motorolaj a kopott felületek közötti megnövekedett illesztési hézagon át az égéstérbe kerül, ahol elég. Ettől a pillanattól kezdve gyorsul az egyes elemek egymás után sorban, lépcsőzetesen vagy közel párhuzamosan történő tönkremenetele. Mechanizmusukat tekintve belső égésű motorunkban mind az adhéziós (hegedéses) -, mind az abrazív (anyaglehordással járó) -, mind a fáradásos (mikrorepedéssel járó) -, mind pedig a tribokémiai (kémiai reakcióval járó) kopás is jelen vannak.
Adhéziós (hegedéses) kopások
Az adhéziós erők az érintkezési pontokban alakulnak ki. A túl sima felület nem előnyös, mert a tényleges érintkezési felület növekedése miatt nagy területen alakul ki adhéziós kapcsolat a felületek között, tehát a súrlódási tényező nagy lesz. Ha az érintkező alkatrészek anyaga azonos, vagy közel azonos, a szilárdtest-érintkezés esetén keletkező erős adhéziós erők „hideg” mikro-hegedéseket hoznak létre. Ha az érdesség mértéke kicsi, az adhéziós erők dominánsak.
A szintetikus olajok gyorsabban és előzetes melegítés nélkül is elérik a megfelelő viszkozitást, és jutnak el a kenési pontokra. Az olajfilm kialakulása még kritikusabb az olajszivattyútól legtávolabb eső helyeken. Adhéziós típusú kopás más alkatrészeken is tapasztalható, pl. • kopáscsökkentő adalék használata. • a Castrol Magnatec, vagy a Havoline DS technológiával készült olajok, melyek 2 mikron vastagságú olajfilmet is tudnak képezni az adott felületen.
Abrazív (anyaglehordással járó) kopások
Az érintkező alkatrészek felületeinek keménységarányától függ, viszonylag független a hőmérséklettől. A lágyabb anyagból készült felületbe ágyazódott keményebb abrazív részecske forgácsolja a kemény felületet. bemélyedő karcok formájában ismerhető fel. Az abrazív részecskék fő beáramlási csatornája a levegőrendszer, a motorok sok levegőt fogyasztanak, és károsodhatnak órák alatt, ha a beáramló levegő szűrése nem megfelelő minőségű.
Két-test abrázió esetén a kemény anyagból készült test karcolja, forgácsolja a lágyabb felületet. Három-test abrázió esetén a lágy anyagból készült felületbe ágyazódott kemény abrazív részecske forgácsolja a kemény felületet. Motorunkban ennek az elszennyeződött kenőolajban lévő a dugattyúgyűrű és a hengerfal közé beágyazódott 3-4 mikrométeres részecskék hengerfalat koptató hatása felel meg. A kompressziógyújtásos motorokban használt motorolajokban az oldhatatlananyagtartalom elérheti a 8…10% -ot, míg a normális érték 2…3%. Ezeket az anyagokat el kell(ene) távolítani az olajcsere alkalmával. Szikragyújtású motorban az oldhatatlan anyagok összegyűlése lassabb.
A korróziós és adhéziós kopások fémrészecskéket képeznek, amelyek elősegítik az abráziós kopást. Fontos az ilyen szennyeződések eltávolítása a motorolajból, melyet a főáramú szűrés mellett mellékáramú szűrő biztosíthat a kellő minőségben. Öröm az ürömben, hogy a hengerfalon létrehozott olajfilm vastagsága 5 mikrométer, így nagyobb részecskéknek esélye sincs bekerülni ebbe a térbe, emellett viszont a 3-4 mikrométeres részecskék - arányuk megfelelő főáramú szűrés mellett hiába csak egy gyűszűnyi évente - az igazi ellenfeleink hosszútávon! Eltávolításuk csak mellékáramú mikroszűréssel lehet megvalósítható, illetve rendszeres motormosással is kedvező részeredményeket érhetünk el ebben a küzdelemben.
Fáradásos kopások (pitting)
A „pitting” szó magyar jelentése a műszaki szaknyelvben „lepattogzás”, „gödrösödés”. A hidrodinamikus kenésállapot felépülésének első szakasza az elasztohidrodinamikai tartomány, melyben fennáll a csapágyak fáradásos károsodásának veszélye. A kenőanyagfilm (még) vékony, az erő átadása kis felület mentén történik, a kenőfilmben uralkodó nyomás nagy, így a felületek rugalmasan deformálódnak, és pittingesedés (lepattogzások, gödrösödések) történik. A kenőolaj helyi viszkozitása növekszik, a folyamatos rugalmas deformáció hatására a felület nyíró-hajlító igénybevételt szenved és következik be a fáradásos kopás. Ez a gépszerkezetek leggyakrabban előforduló normális elhasználódási folyamata, száraz és vegyes súrlódási állapotban. Ha más kopás fajtával nem párosul, akkor gyors tönkremenést nem okoz. Súrlódó tömítések, fogaskerekek, csigahajtópárok. A súrlódás csökkentésével lassítható a kopás.
Eróziós kopások
A felületre nagy sebességgel becsapódó, ütköző szilárd anyagrészecskék vagy folyadékcseppek abráziós és fáradásos mechanizmussal okoznak kopást. A kopás szempontjából fontos az ütközési szög. Szívós anyagok kopása 15…30°-os ütközési szög esetében a legnagyobb. Rideg anyagok esetében az erózió fáradásos repedések keletkezésével indul, majd a felületről részecskék töredeznek ki. Rideg anyagok kopása 90°-os ütközési szögnél a legnagyobb. Szívós anyagok felületi rétegei a nagy szögű ütközések hatására felkeményednek, majd elridegednek, kifáradnak. Kopásuk mechanizmusa fáradásos. Folyadékrészek ütközésekor erős nyomáshullámok terhelik a felületet, repedéseket okoznak.
Kavitációs kopások
Az erózió különleges válfaja a kavitáció. A kavitáció az áramló folyadékokban a gázzal, gőzzel töltött üregek, buborékok hirtelen összeroppanása a nyomásváltozás hatására. Ez a buborék-összeroppanás nyomáshullámmal terheli a felületet. A károsodás a buborékok felületi energiájával arányos. Ez függ a folyadék felületi feszültségétől, viszkozitásától, gőznyomásától, sűrűségétől stb. A kavitáció során a felület kigödrösödik, tehát mechanizmusa fáradásos jellegű. Savak, lúgok hatására korróziós kopás, pittingesedés következik be. Kenéssel nem akadályozható meg.
Tribokémiai kopások és a korrózió
A tribokémiai kopások diffúzió, vagy oxidáció útján jönnek létre. Mind a súrlódó felületeken, mind a kenőolajban történnek kémiai változások az üzem során. A kenőanyag számos összetevő kiegyensúlyozott keveréke. A kenőolaj alapolajból és adalék(csomag)okból áll. A szintetikus olaj az ásványi olajokkal összehasonlítva azonos viszkozitási szint mellett alacsonyabb illékonyságú, a használat során könnyebb átforgatást, ezáltal alacsonyabb fogyasztást eredményez, magasabb viszkozitási indexe szélesebb hőmérsékleti tartományban történő üzemet tesz lehetővé, kémiai stabilitása nagyobb magas hőmérsékleten, így élettartama hosszabb. A kenőolajok kémiai elhasználódásának okai két csoportra oszthatók, egyik a szénhidrogének oxidációja.
A szénhidrogének oxidációja már alacsony hőmérsékleten és lassú reakciókkal megkezdődik, atomjainak telítetlen elektronjai újabb kötést létesítenek, ezáltal peroxidok jönnek létre, amelyek szintén nem telítettek és ez további reakcióképességet jelent. A folyamatos reakciók következtében a kenőolaj savassága nő. A kenőolaj színe az oxidációs- és kopástermékek sötét színe miatt (is) sötétedik.
Korrózió
A henger- és gyűrűkopás okai között a savas égéstermékek korróziós hatása is jelentős szerepet játszik. Kompressziógyújtásos motorokban a gázolaj kéntartalma elősegíti a korrozív hatást. Az üzemanyag és az égési termékek a gyűrűk és a henger tökéletlen tömítése miatt a füstgázok átfújása következtében a forgattyúház olajába kerülnek, ami elősegíti a korróziós kopást, és elősegíti a lerakódások képződését a forgattyúházban és a dugattyúkon.
A tüzelőanyag és égéstermékei által okozott szennyeződés hatása az olaj minőségének romlásában igen fontos szerepet tölt be. Ez különösen vonatkozik a kompressziógyújtásos motorokra, ahol a magasabb gyulladási hőmérsékletű gázolaj elégtelen égése folytán a szénmonoxid mellett jelentős mennyiségű korom keletkezik, aminek egy része a kenőolajba kerül. Kis hűtőközeg- és olajhőmérséklet esetén a vízgőz kondenzálódik.
Túlnyomások és gázátfújások
A túlnyomás az égéstér normál üzemi nyomásához viszonyított nyomáskülönbség az egyes ütemek, de leginkább a kompresszió-ütem során. A gázátfújások csökkentésében a felső dugattyúgyűrű illesztési hézagának elsődleges szerepe van. A felső gyűrű illesztési hézaga segít a második gyűrűre eső nyomás csökkentésében. A gyűrű feszítőereje közvetlenül hat a tömítő képességére, elvesztését jelenti. A „radiális összeomlást” a gyűrű feszítőerejének növelése sem ellensúlyozza, különösen ha a gyűrű tehetetlen tömege is pluszban érvényesül. A forgattyúházba történő átfújás, mind pedig a forgattyúházból az égéstérbe történő visszafújás blokkolásában is főszerepet kapnak.
Hőmérsékleti hatások és oxidáció
A motorolaj élettartama - nagy hőmérsékletű alkalmazása miatt - párolgási hajlamától is függ. Ha alapolaja párolgásra nagymértékben hajlamos, ez a tulajdonság visszamarad a motorolajban is. Az oxidációsebesség legfontosabb tényezője a hőmérséklet. Az olaj oxidációja/égése a motorban a hőmérsékleten kívül az olajeloszlatás/égési felület mértékétől és a forgattyús ház szellőzésétől is függ. Mivel zárt térben az égés jóval körülményesebb, a forgattyús ház szellőztetésére, a recirkulációs rendszerére a motor tervezésénél igen nagy figyelmet fordítanak.
Nagy hőmérsékleten az olajoxidációra, kis hőmérsékleten a lerakódásokra van hatással. A jelentősebb hőigénybevételnek kitett területek a legfelső gyűrűk zónája, a dugattyúfenék, illetve hengerfal. A felső gyűrűhorony hőmérséklete elérheti a 250°C-ot, feltöltött kompressziógyújtásos motorokban meg is haladhatja azt. A felső dugattyúgyűrűnél a nagy hőmérsékleten a motorolaj rövid időn belül károsodna, ha nem biztosítanánk a cserélődését. Emellett, mivel a felső gyűrű hűtése szintén az olajon keresztül történik, így üzemszerű kis mennyiségű motorolaj égéstérbe kerülése. A dugattyúfenéken 300 °C fölé is emelkedik a hőmérséklet. Az olaj hőmérséklete az olajteknőben is eléri a 120…130°C -ot.
Az első és néha a második kompressziógyűrű-horonyfenék hőmérséklete hatással van a gyűrű berágódási hajlamára. A terhelésnek jelentős hatása van a kenésre olyan alkatrészek között, mint a gyűrű és a horony, a gyűrű és a hengerfal, a vezérlőbütykök és a szelepemelő talpak, az emelőrudak, emelőhimba érintkező pontjai, a hajtóműcsapágy és a forgattyúcsap. A terhelések a bütykökön és a szelepemelő zsámolyokon a határkenés körülményeihez vezethetnek, ami a bemaródásnak és a kopásnak kedvez. Az égéstérben a lerakódás csökkentése igen fontos nagy kompresszióviszonyú Otto-motorok esetében a kokszlerakódás elősegíti az öngyulladást és rontja az égés minőségét.
A lerakódások mennyisége és összetétele hatással van az égésre, zajos, nyers égés következik be. A nem megfelelő égés erő és hőhatásai a motorban nagy termikus és mechanikus feszültségeket okoznak, és csökkentik a motor élettartamát. A kokszlerakódás jellegzetes tünete a kopogás, túl korai előgyulladás (LSPI - Low Speed Pre Ignition) és felületi égés. Úgy tartják, hogy a viszkózus ásványolajoknak az alapolajban, nagy részük van a lerakódások képződésében. Az olaj összetétele, nagy hőmérsékleten az olajoxidációra, kis hőmérsékleten a lerakódásokra van hatással. viszkozitásnövelő polimerekkel alkalmaznak, ezek által az égéstérben a lerakódás csökkenthető. Adalékolt modern olajokkal a motorok nagyobb effektív középnyomáson és nagyobb dugattyúhőmérsékleten működhetnek.
Nyomaték és teljesítmény: A motor ereje
A fizikában a nyomaték definíciója az az erő, amely egy forgáspontra hat egy kar segítségével. A nyomaték képlete, az emelőkar törvénye a következő: nyomaték = erő (N) x kar (m). A nyomaték mértékegysége a newtonméter (Nm) vagy a font-láb (lb-ft). A newton (vagy font) a ható erőt, míg a méter (vagy láb) a kar hosszát jelöli. A forgatónyomaték másik elnevezése, amely talán világosabban kifejezi a jelentését, a rotációs erő. Ahogy azt a neve is sugallja, a rotációs erő vagy nyomaték biztosítja, hogy egy tárgy forogjon. Azt az erőt jelöli tehát, amely a jármű hajtótengelyére hat, amikor az forog. Az erő (N) ezzel szemben lineárisan gyorsítja a tárgyakat.
A belső égésű motorok tervezésénél a cél az, hogy azok nagy nyomatékot állítsanak elő még alacsony fordulatszámon is. Ugyanakkor a nyomatéknak a lehető legnagyobb motorfordulatszám-tartományban kell rendelkezésre állnia. Vezetési élményre lefordítva a nagy nyomaték azt jelenti, hogy a lehető legrövidebb idő telik el a gázpedál lenyomása és a motor reakciója között. A gyorsan kifejtett nagy nyomatékból tehát a vezető a nagyfokú biztonság (előzéskor), az intenzívebb vezetési élmény és a hatékonyság formájában merít előnyt. Ezzel együtt minden belső égésű motor esetében megfigyelhető egy pillanatnyi késlekedés (jóllehet, gyakran csak egészen kicsi, a motor konstrukciótól függően), mielőtt a nyomaték jelentkezik.
A nyomaték jelentősége azzal szemléltethető a legjobban, ha tisztázzuk a motorteljesítmény fogalmát. A motorteljesítménynél az időtényező kerül be a képbe. E faktor az adott idő alatt átalakított energiát jelöli. A fizikai képlet a következő: teljesítmény = erő x sebesség. A teljesítmény számszerű értékét kilowattban (kW) vagy (a korábban használt mértékegységben kifejezve) lóerőben (LE) adják meg. Egy watt (W) egy newtonmétert jelent másodpercenként, míg 1 lóerő az az erő, amely ahhoz szükséges, hogy 33 000 fontot pontosan egy lábnyira emeljünk fel egy perc alatt. A motorok a nagy teljesítményt vagy nagy nyomatékkal, vagy nagy fordulatszámmal érik el.
A motor nyomatékának és a motor teljesítményének, ezen keresztül az autó mindennapokban mutatott viselkedésének megértéséhez fontos tudni, hogy a belső égésű motorok a maximális nyomatékukat a maximális teljesítménynél alacsonyabb fordulatszámon érik el. Amikor tehát arról beszélünk, hogy már az alacsonyabb fordulatszám-tartományoktól nagy a teljesítmény, akkor ez alatt azt értjük, hogy alacsony fordulatszámokon is nagy nyomaték áll rendelkezésre.
Íme egy példa, amely jól szemlélteti a nyomaték és a motorteljesítmény közötti különbséget. Amikor Ön egy belső égésű motorral hajtott autó vezetőjeként figyeli a műszerfali órákat, láthatja, hogy a motor fordulatszámának (ford./perc) növekedésével egyszer csak elérkezik az a pont, ahol a nyomaték eléri a maximumát. Ugyanakkor a motor teljesítménye a motor fordulatszámának emelkedésével nő. Amint a vezető úgy érzi, hogy a motor teljesítménye a fordulatszám növekedésével csökkenni kezd, akkor egy fokozattal feljebb kapcsol (az automata sebességváltók természetesen maguktól is megteszik ezt).
Lóerő - egy elavult, de még ma is használt mértékegység
A lóerőt (horsepower) mint fogalmat James Watt vezette be az általa szénbányászathoz kifejlesztett gőzgéppel kapcsolatban, 1782-ben, a gőzgép árának meghatározásához. Vásárlói korábban a Newcomen gőzgépeket használták, és Watt az új gőzgépe által megtakarított pénz harmadát kapta, azonban nem működött ez a rendszer azoknál a vásárlóknál, akik bányalovakat használtak. A lovak és a gőzgép összehasonlítására Watt megmérte egy bányapóni egy perc alatt felhúzott szénmennyiségét, ezt felszorozta másféllel, így becsülve meg egy ló erejét. A becslés nem áll túl messze a valóságtól, egy ló átlagos teljesítménye némileg kevesebb, mint egy lóerő, csúcsteljesítménye 15 lóerő körül van.
A lóerő elavult, nem hivatalos SI mértékegység, 1980 óta kikerült a hivatalos mértékegységek közül, ám nemhivatalosan a mai napig használatban van. Helyette a Watt (kW) használatos. Létezik metrikus, gépi, kazán és elektromos lóerő - ez utóbbi kettő a megfelelő iparágakban használatos. Az átváltási arány a következő a lóerő és a kW között: 1 LE = 0,735 kW, 1 kW = 1,36 LE. Hazánkban a metrikus lóerőt használják, mely 735,5 wattnak felel meg: az az erő, ami egy 75kg tömegű testet egy másodperc alatt egy méter magasra emel fel. Angolszász nyelvterületen a gépi lóerő terjedt el (horsepower, hp), Európa más részein, Dél-Amerikában és Japánban a metrikus.
A nyomaték csavaróerőt jelent, ami a motor esetében a benzin-levegő elegy berobbanása következtében fellépő erőre utal. A belsőégésű motor teljesítménye különböző pontokon, különböző eljárásokkal mérhető, eltérő eredményt adva. A katalógusokban rendszerint a főtengelyen mért adat jelenik meg, ehhez képest a ténylegesen leadott, keréken mért adat kevesebb, a súrlódási veszteségek, hajtáslánc, váltó, gumiabroncson elszenvedett veszteségek miatt.
A motor erejét forgatónyomatéka határozza meg, mely az erő és a hozzá tartozó erőkar szorzata - az a legnagyobb erő, amit a motor egy adott pillanatban ki tud fejteni. Bár sokan ezt nem tudják, a teljesítmény legtöbbször számított érték, mégpedig azt jelzi, hogy ezzel az erővel egységnyi idő alatt mennyi munkát képes elvégezni a motor, azaz hogyan érvényesül a forgatónyomaték. A motorok az évek folyamán alig lettek valójában erősebbek, csupán néhány százalékos különbségről beszélünk öt-tízévenként, viszont teljesítményük egyre nőtt, köszönhetően a magasabb fordulatszámnak, amit képesek elérni. A teljesítmény egyenesen arányos a forgatónyomatékkal és a fordulatszámmal, tehát az ugyanazon fordulatszámon járó motorok közül az ad le nagyobb teljesítményt, amelyiknek egyenlő fordulatszámnál nagyobb a nyomatéka.
A nyomatékos jellegű motor - így már helyesen használható - viszonylag alacsony fordulatszámon leadja maximális forgatónyomatékát, így kényelmes teljesítményleadás jellemzi az alsó és középső fordulatszám-tartományban. Nézzük a Kawasaki Versys görbéit! Jól látható, hogy a teljesítménycsúcs 61,1 LE nyolcezres percenkénti fordulatnál van, a maximális nyomaték pedig 44,4 Nm, ami 6750 percenkénti fordulatnál jelentkezik. A nyomaték jelentős része már alacsony fordulaton is rendelkezésre áll, a maximális teljesítményt pedig magasabb fordulatszámon tudjuk kicsikarni a gépből. A katalógusokban a maximális teljesítmény és nyomaték adatai mellett közlik, hogy azokat milyen fordulaton adja le a motor.
Ha minden tényező ideális lenne a motorban - gázcsere, égési folyamatok, nem lennének hajtási, súrlódási veszteségek stb. - akkor a nyomatékgörbe egy vízszintes egyenes, a teljesítmény pedig egy egyenesen emelkedő vonal lenne. A hengerben az égési folyamat függ az elégetett benzin-levegő keverék mennyiségétől, valamint az égésre rendelkezésre álló időtől, azaz a fordulatszámtól. Bizonyos, magas fordulatszám fölött már nincs idő arra, hogy az égési folyamat végbemenjen, így a fordulatszám nem tud magasabb értékekre szökni. A motor belső veszteségei is függenek a fordulatszámtól és a terheléstől, így a motorok nyomaték- és teljesítménygörbéi eltérnek az ideálistól. A mérnökök gondoltak eme probléma kiküszöbölésére, különböző technikai megoldásokkal sikerült elérniük, hogy alacsony fordulaton is nagy nyomatékot adjon le a motor, és magas fordulaton se fogyjon el.
Az expanzió és befolyásoló tényezői
A járművek erőforrása expanzió által aknázza ki a mozgási energiát. Vegyi átalakulás következményeként a végtermék gáznyomását használják ki az alternáló jellegű belső égésű motorok. Mondhatnánk, hogy energia sűrűséget halmozó folyadékból, vegyi hatás miatt felszabaduló hő hatására, zárt térben keletkező nyomás indukál mozgási energiát! Lényeges tulajdonság tehát a vegyi anyagok oxidációjából, no meg némi redukció összességéből eredő térfogat tágulási, expanzió általi mozgási energia mennyisége. Természetesen közre játszik a hőmérséklet emelkedése, mert e nélkül nincs nyomásemelkedés. A hőfok emelése az anyagsűrűség, a kezdeti nyomás, és égési folyamat végtermékének, molekuláinak tulajdonsága határozza meg a kinyerhető mozgási energiát.
Vegyük sorra a folyamatot. Mi történik a hengerbe? Van egy alsó pont ahonnan felépül a magasabb nyomás, valamint egy maximum végnyomás ahol megáll az erőkifejtés a dugattyúra. Innen a lendület és szomszédos hengerek eltolt expanziója miatt ismét a munka ütemet készíti elő a motor ebben a hengerben. Honnan, hová épül fel a nyomás lényeges szempont. Hideg motornál erőtlenséget érzünk, mert kisebb a nyomás-lépcső. Nem tökéletes az égési körülmény. Hiába dúsítunk, meg kell várni, míg az üzemi hőt eléri a motor!
A kezdeti égési térfogatba töltött üzemanyag-levegő keverék oxidációjából keletkezik a hő. Ezen magasabb hőmérsékleten a gáznemű anyagok molekulái egyrészt maguk között ütköznek, másrészt a kitöltendő tér felületével. Ezek között is, ami a mozgást eredményezi, a dugattyúra ható gázmolekulák ütközése. Ezeket tudjuk megváltoztatni, a körülmények, valamint az égési folyamatokhoz szükséges alkotók összetételével, és időbeni lefolyásával.
Az expanziót befolyásoló tényezők:
- Hőmérséklet különbség
- Éghető anyag szortimentizáció minősége
- Az égés időbeli lefolyásának szabályzása (többszöri injektálás)
- A bejuttatott levegő nyomása
- A bejuttatott levegő hőmérséklete, páratartalma (pld. intercooler)
- A bejuttatott levegő nitrogén tartalma (csekély hőtágulás)
Miért fogy a motorod olaja? Nézd meg, milyen károkat okoz a hosszú olajcsere-intervallum!
Mit is tudunk tenni az üzemanyag adalékkal? Az éghető anyag szortimentizáció minősége és az égés időbeli lefolyásának szabályozása befolyásolásával, az összetétel optimálisabb minőségével jelentős többlet expanzió nyerhető ki! Gondoljunk csak arra, hogy a precízen kiszámolt oxigén mennyisége a füstgázba nem okoz elégetlen szénhidrogén származékot. Továbbá nem keletkezhet szénmonoxid a kevesebb oxigén miatt, de a nitrogénoxidok sem keletkezhetnek a sok oxigén, valamint a magas hőtől. Ezért van a SPURI hűtő gél komponense. A kipufogó fázisban, a speciális gél gőz formájában visszahűti az égésteret, előkészítve a hidegebbről megvalósítható expanziót! Valamint az üzemanyagból hiányzó alkotókat pótolva a lángterjedési folyamatosságot lehet biztosítani, így könnyebben felépül az expanzió.
Továbbá az expanzió tovább nő akkor is, amikor pl. a gázolaj növényi alapú hosszú szénláncú alkotóit többfelé válasszuk, és speciális SPURI összetétellel minden atomi alkotóját rövidebb idejű oxidációra kényszerítjük. Ezzel nincs elégetlen bio tartalom, ami a lerakódásokat szaporítja a motorban, és a kipufogó rendszerbe. A tökéletesebb oxidáció pedig nagyobb expanziót, több kinyerhető mozgási energiát eredményez. Ez azért fontos, mert a gázolaj területén felhasználásra kerülő molekulák jellemzően 15-45 szénatomot tartalmazhat. A benzinek esetében 5-10 között van. Ezek felett az égési gyorsasággal van probléma, ami nem fér bele a munka-ütembe.
Pláne nem férhet bele, ha több fázisú porlasztásról van szó, mint a mai korszerű motoroknál. Az utolsó beporlasztott gázolaj azon részei, melyeknek nem marad idejük a tökéletes elégésre, csak egy pakura szerű lerakódást képeznek. A hengerbe ugyan még füstgáz formájában légnemű anyagok, ám azt elhagyva, a lehűlési fázisban a kipufogó rendszerbe megkezdik a kicsapódásukat! Különösen veszélyes ez a beindítási fázisba, illetve minden olyan üzemeltetési körülménynél, ahol nincs meg a motor üzemi hőfoka!
Pont ezért van, a rövid üzemidejű városi közlekedésnél a sűrűbb meghibásodás. Itt kell megjegyezni, hogy a SPURI sokat segít a hideg fázisú üzemmódban, tartós városi, sőt téli üzemeltetésnek akkor is marad hátránya. Ezért kell beiktatni tankolásokként 1-2 hosszabb utat, melyen, üzemi hőfokon ki tud tisztulni a rendszer! Ehhez is jól illeszkedik a SPURI, hogy hamarabb megvalósuljon a tiszta motor, tiszta kipufogó rendszer.
A felépült jó expanzió hiába épül fel, ha a kipufogó rendszer nem engedi tervszerűen távozni. A szennyezett, szűkebb keresztmetszet mindig bajt okoz! Ezért is kell komplexen kezelni az üzemanyagok tulajdonságait. Minden paraméter számít, így a cikkben szereplő expanzió képesség is, ezért fontos jellemzője az üzemanyagoknak!