Változó szelepvezérlés a húszas évekből

Számos olyan találmány, műszaki berendezés vagy egyszerű készülék létezik, amely napjainkban felkapott vagy elterjedt, de működési elve meglepően régi. A változó szelepvezérlést, köztük a VTEC rendszereket is természetesen korunkhoz kötjük, de – kis médiatúlzással – majdnem százéves találmányról van szó. Jendrassik Györgyről és számos szabadalma közül néhányról írunk ebben a cikkben.

Kis dízelmotor kell!

A Technika folyóirat 1930-ban megjelent számában ír Jendrassik a kérdésről. Érdeklődőknek a Közlekedési Múzeum könyvtárában elérhető a folyóirat

A cikk első oldala
A dízelmotor fejlődésében nagy szerepe volt az 1898-ban született hazánkfiának, Jendrassik Györgynek, aki számos egyéb találmányán és tevékenységén túl, a dízelmotor fejlesztésében, tökéletesítésében is nagy részt vállalt. Neki köszönhetjük, hogy a hogy a dízel erőforrás nem csak stabil motorként vagy nagy hajómotorként használható, hanem a vasúti vontatásban, kisebb gépek hajtómotorjaként, sőt – ami nekünk a legfontosabb – később közúti járművekben is szolgálhasson. A Technika című folyóirat 1930-ban megjelent február-március havi számában Jendrassik György így ír erről:

„Mindenki, aki belső égésű mótorokkal, főleg Dieselmótorokkal praktikusan foglalkozott, tudja, hogy minden elméleti ismeret és kutatás dacára a belső égésű hőerőgép egy nagy empírikum. Hogy ez mennyire így van, azt akkor látja igazán az ember, ha valami egyszer nem akar a szokásos módon kielégítően dolgozni. Ilyenkor a legnagyobb argumentum, amely a szakembert alátámasztja az, hogy „hiszen ennek így kell menni, mert így szokott menni”. A kis hengertérfogatú Dieselmótorok lassú kifejlődése is ezzel függ össze: rengeteg próbálkozás, kísérlet, apró változtatás vezet el a használható géptípushoz, árnyalatnyi különbségek a szerkezetekben sokszor teljesen megváltoztatják az eredményeket. Emellett igen sok a képzeletbeli lehetőség s csak sok téves út és bolyongás után alakult ki az, ami biztos alapnak tekinthető. Mindez rengeteg időbe, vagy ami ugyanaz, pénzbe kerül. A kis Dieselmótor megvalósítása szervesen összefügg a gép egyszerűsítésével. Senki sem képzelte, hogy a kisgazda csépléshez 60-70 kg/cm2 nyomáson töltött légtartállyal ellátott kompresszoros 10-20 LE teljesítményű Dieselmótort fog használni, elejétől fogva világos volt, hogy csak a kompresszornélküli mótorok találhatnak alkalmazást a kis fogyasztóknál. A kompresszor kiküszöbölése azonban nem ment valami könnyen.”
Nehéz kezdet

Ez a Ganz-Jendrassik motor hathengeres, 120 lóerőt teljesít 1350 fordulat/percnél. A Közlekedési Múzeumban megtekinthető

Ebben az időben – az 1920-as években – a dízelmotor bevált kiforrott erőforrásnak számított. Elsősorban stabil- és hajómotorokként működtek több ezer lóerős gépmonstrumok. A kis méretű, úgynevezett gyorsforgású dízelmotorok azonban nem fejlődhettek a nagy gépek műszaki megoldásaival, úgy tűnt, hogy a kisméretű- és járműmotorok a benzin- és gázüzemű motorok kiváltsága marad.

Jendrassik György a kisméretű és gyorsforgású dízelmotor megvalósításához szükséges elméleti és alapvető kérdéseket tisztázta, majd javaslatot tett a Ganz gyár vezetőségének, hogy az ő elgondolása alapján gyártott motorok Ganz-Jendrassik néven kerüljenek forgalomba, a szabadalmakat közösen nyújtsák be és a licence díjakon is osztozzanak. Nem tetszett az egyezkedő Jendrassik Klein Ferencnek, a gyár igazgatójának, így a tárgyalások megrekedtek. A holtpontra jutott vitában végül Jendrassik György édesapjának barátja, – a remélhetően ismerős nevű – Kandó Kálmán vezérigazgató közvetített és segített. A megegyezést követően Klein Ferenc támogatta munkájában Jendrassikot, első közös szabadalmukat „Belsőégésű hőerőgép és ehhez való üzemeljárás” címen már együtt, Jendrassik és Ganz és Társa néven adták be, 1924. szeptember 9.-én.

A Ganz-Jendrassik motorok első példányai 1927-ben születtek meg. Ezek egyhengeres 12 lóerős gépek voltak, amelyeket később követtek nagyobb teljesítményű, többhengeres változatok is. Ezek már kis méretű, járműbe is építhető motorok voltak, jellemző volt vasúti és sínautókban történő felhasználásuk, valamint kisipari és mezőgazdasági erőgépekként is szerepeltek, így tették világ szerte ismertté és elismertté Jendrassik György nevét.

Hidegindítás VTEC-el

Médiatúlzással lehet ezt a rendszert a VTEC elődjének nevezni. A vezértengely eltolható, így az indításnál egy speciális bütyökprofil mozgatja a szívószelepeket

A dízelmotor üzeméhez elengedhetetlenül szükséges, hogy az összesűrített levegő megfelelő hőmérsékletű legyen. Ha a befecskendezéskor az üzemanyag-levegő keverék hőmérséklete nem éri el a gyulladási határt, a motor nem indul be, nem működik. Ez különösen kényes kérdés a hideg (nem üzemi hőfokon lévő) motor beindításánál. A korabeli – nagy – motoroknál a hidegindítást különféle indítóberendezésekkel oldották meg, amelyek mindegyike valamilyen módon növelte az égéstér hőmérsékletét az indítás időtartamára. Izzítófej, izzítóspirál volt elterjedt, de még olyan megoldások is léteztek, amelyeknél egyszerű gyújtós papírt kellett az erre kialakított helyre tenni. A Jendrassik által megálmodott kisebb méretű motoroknál a hengertérfogat / égéstérfelület arányszám kisebb, valamint a lentebb említésre kerülő előkamra is további felületnövekedést hoz magával, így a hideg égéstérfal hűtő hatása is jobban jelentkezik. A hideg égéstérfal intenzíven hűti az égéstérben lévő összesűrített levegőt, a kis méretek miatt az is valószínűbb, hogy a befecskendezett üzemanyag kontaktusba kerül a fallal és lecsapódik arra. A kis a motoroknál azonban nem lehetett alkalmazni a nagy motoroknál bevált indítási technikákat, hiszen azok körülményességük vagy helyigényük folytán a „kis motor” koncepcióba nem fértek bele.

„Jendrassik a motor indításához azt a fizikai jelenséget használta fel, hogy amikor egy edénybe az uralkodó nyomás növekedését fokozó gáz áramlik be, akkor az edény tartalma a kiindulási állapothoz képest felmelegszik. Legnagyobb ez a hatás, ha pl. a légköriből egy teljesen légritkított térbe addig engedjük a gázt beáramlani, míg a nyomás kiegyenlítődik.”

Jendrassik eltolható vezértengelyt konstruált, amelyen három szívószelepet vezérlő bütyök foglalt helyet. Egy a normál üzemi, egy a dekomprimáláshoz, egy pedig az indításhoz. Ez utóbbi olyan kialakítású volt, hogy csak a szívólöket végén, rövid időre nyitott ki. Indításnál az egyik bütyök vezérelte a szelepeket, majd amikor az égéstér megfelelően felmelegedett át lehetett váltani az üzemi bütyökre. A VTEC motorok természetesen más céllal használnak két bütyökprofilt, de az elgondolás – változtatható szerepvezérlés – bizony már a húszas években is létezett.

„A hideg állapotban való indításkor a középső bütyök vezérli a szívószelepet, még pedig úgy, hogy az nem a szívólöket kezdetén, hanem csak annak vége felé nyit ki. A szívólöket első részében a dugattyú a hengerben erős légritkítást idéz elő, melyet a szelep nyitásakor beáramló levegő szüntet meg. Ezen beáramlás folytán a hengerben a szívólöket végén helyet foglaló levegő felmelegszik s a kompressziólöket alatt ezen meleg levegőt komprimáljuk, úgy hogy annak hőfoka tovább emelkedik. A gyakorlati esetekben a késleltetett beáramlás folytán beálló felmelegedés nincsen akkora, mint az előbbi ideális esetben, azonban 30 kg/cm2 kompressziónyomás mellett 69 kg/cm2-nek megfelelő kompresszióvéghőmérsékletet érhetünk el vele.”
Az előkamra

Az előkamra – amelyet a közelmúltig gyakorlatilag minden dízelüzemű személyautóban megtaláltunk – szintén Jendrassik György szabadalma. Mára a modern befecskendező rendszerek és a szigorú elvárások miatt ismét közvetlen befecskendezésesek az autók dízelmotorjai

A modern dízelmotoroknak legtöbbször speciális kialakítású a dugattyútetője. Így javítható a keverékképzés minősége, amely dízelmotorok esetében a befecskendezéssel kényszerűen egy időben történik

Az égés tökéletessége szempontjából elengedhetetlenül fontos, hogy az égéstérben a levegő és a befecskendezett gázolaj megfelelő elegyet alkosson, minél kisebb gázolaj cseppek kívánatosak, hogy azok felületükön minél több levegővel és az abban lévő oxigénnel érintkezhessenek. Mivel a dízelmotor belső keverékképzésű, így a keverékképzésre csak milliszekundum nagyságrendű idő áll rendelkezésre, szemben a külső keverékképzésű benzin- vagy gázmotorokkal. A befecskendezés és a keverékképzés dízelmotornál nem szétválasztható folyamatok. Jendrassik felismerte, hogy az égéstérben a keverékképzés szempontjából előnyös örvénylő áramlások az előkamra alkalmazásával fokozhatók. Ezeknél a rendszereknél a teljes égéstérfogat mintegy 40%-át teszi ki a hengerfejben kialakításra kerülő előkamra, a befecskendezés ide történik. Az előkamrában meginduló égés által létrehozott gáz és elégetlen üzemanyagkeverék áramlás az égéstérbe vezető csatornán keresztül az égéstérbe jut, ami erős örvényléseket hoz létre, így a keverékképzés javul.

Míg Jendrassik György számításai és megérzései segítségével méretezte és alakította az égésteret, a ma motortervezőjének hatalmas hatékonysággal bíró eszköze áll rendelkezésére: a számítógépes szimuláció. A kor számítási teljesítménye már elegendő ahhoz, hogy nagybonyolultságú áramlásokat modellezzenek, és számos égéstérformát próbáljanak ki még a próbadarabok, prototípusok legyártása előtt. Így a dízelmotorok hajnalukon előkamra nélküliek, majd később és a közelmúltban a személyautókban gyakorlatilag kizárólag előkamrásak lettek. Az utolsó ilyen forgalomban lévő motor ismereteink szerint a BMW hathengerese volt. Napjainkban a kifinomult befecskendezési technikáknak köszönhetően a személygépkocsi dízel motorok ismét kizárólag előkamra nélküliek. Csak ezzel a megoldással valósítható meg a kor színvonala által diktált literteljesítmény mellett, a szigorodó előírásoknak megfelelő emisszió és üzemanyag fogyasztás.
Velünk élő történelem

Jendrassik György szabadalmai között találjuk a gázturbinát is, amelyet a háború kitörése miatt már nem tudott befejezni

Jendrassik György géniuszának öröksége nem csak a dízelmotorok révén került be mindennapjainkba. A repülőgépek hajtóműveként legismertebb gázturbina működésének alapjait is ő rakta le, igaz találmányát a háború kitörése miatt nem tudta tökéletesíteni, befejezni. A gépjárműtechnika történelmét tanulmányozva számos megdöbbentő megoldás, találmány bukkan elő, akár évszázados távolságból. Igyekszünk ezekből a továbbiakban még többet bemutatni.