Kis szelepvezérlés-határozó

Az alapelv minden négyütemű motornál azonos, különbségeket első sorban a lökettérfogat, a hengerek száma és állása alapján szokás tenni. Egy hatszázas sornégyes és egy ezerkettes V2-es között különbséget tenni olyan alap, amit még a barátnőnktől is elvárhatunk. A szigorúbbak pedig a hűtést is számon kérhetik, de nagyjából itt húzható meg a vonal a felületes és a mélyebben érdeklődők között. Nem kell bevallani, ha a szelepvezérlések körül vannak fehér foltok az ismeretanyagban, ez az írás az alapfogalmak tisztázásáról szól.

Általánosságban elmondható a négyütemű motorokról, hogy a szívó- és kipufogószelepek működtetése elég komolyan befolyásolja a motor képességeit. Ahogyan fejlődött a technika, úgy jöttek az egyre bonyolultabb és hatékonyabb megoldások. Ezek eredménye, hogy nem csak az elmúlt évtizedekben, hanem az utóbbi néhány évben is folyamatosan nőtt a motorok legnagyobb fordulatszáma, és ezzel teljesítményük is, gondoljunk csak a lóerőversenyt újraélesztő BMW S 1000 RR-re. Ahhoz viszont, hogy a Flathead Harley-k 31 lóerejétől eljussunk az ugyanannyi hengerből és köbcentiből 205 LE-t kipréselő Ducati Panigale R-ig, kellett ennek-annak történnie.

A négyütemű motorok legősibb változatai az oldaltszelepelt (Side-Valve, sv) motorok, ezek a négyüteműség egyenletének legegyszerűbb megoldásai, minimális mozgó alkatrészmennyiséggel. Ezeknél a vezérműtengely bütykei közvetlenül, szelepemelő rudak segítségével bökdösik a szelepeket – brit és amerikai gyártók széles körben alkalmazták ezt a megoldást, azonban megvoltak a maga hátrányai. Első sorban a szelepek függőleges elhelyezkedése miatt igen behatárolt volt az égéstér formája, ami ráadásul elég messze esett az ideálistól. Ennek eredménye volt, hogy szerény teljesítményhez tetemes fogyasztás tartozott – ez különösen magas fordulaton volt szembetűnő. Ezek a tulajdonságok nagyjából meg is határozták az oldaltszelepelt motorok fejlődési irányát, ami a nagy, egyhengeres motorok felé ment el. Alacsonyfordulati nyomatékban voltak erősek, így leginkább oldalkocsis motorkerékpárokhoz passzoltak. Cserébe olcsók és könnyen javíthatók voltak. A második világháború után viszont szépen kikoptak a járművekből, ahogy fejlődött a gyártástechnika és az anyagminőség, úgy maradtak alul a felülvezérelt motorokkal szemben.

A következő lépcsőfokot az alulvezérelt, felülszelepelt motorok jelentették. Ezeket angol elnevezése (Overhead Valve, rövidítve OHV) némileg zavart okozhat, hiszen csak a felülszelepelést tartalmazza, az alulvezérlést hozzá kell érteni. A köznyelv az OHV motorokat tolórudas vagy nyomórudasnak is hívja, ugyanis a hengertömbön és a hengerfejen keresztül futó furaton át futnak a szelepemelő rudak – ám ezek az oldalteszelepelt motoroktól eltérően nem közvetlenül a szelepet bökdösik, hanem szelephimbával kapcsolódnak.

Az oldalteszelepeléshez képest az OHV-k több előnnyel is rendelkeznek. A legfontosabb, hogy az égéstér kialakításában nagyobb szabadságot hagynak – kialakítható például az ideálisnak tekinthető félgömb alakú égéstér, ugyanis a szelepek nem csak függőlegesen állhatnak. A jobb gázáramlás és égési feltételek mellett így nagyobb fajlagos teljesítmény érhető el – az OHV motorok éveken keresztül tökéletesnek bizonyultak, ám egy ponton a teljesítmény üldözése ismét eljutott arra a szintre, amikor már nagyon pontosan kirajzolódtak a hátrányok.

Egyszerűen ennek is megvannak a maga korlátai: ahol nem szükséges a magas fordulat és a nagy fajlagos teljesítmény, ott kiválóak. Ráadásul V-motoroknál eleve előnyös, hogy elég egyetlen vezérműtengely - ugyanis egy SOHC V-motornál hengersoronként egy, a DOHC V-motornál pedig hengersoronként kettő, azaz összesen négy vezérműtengely kell, ami eléggé megdrágítja a dolgot.

A versenysportban jutottak el először arra a pontra, hogy nem tudták növelni a teljesítményhez szükséges fordulatszámot – és a határt az OHV vezérlés tulajdonságai jelentették. Lépten-nyomon beleütköztek abba, hogy a vezérműtengely bütyke lökdöste a rudat, de a többi elem már nem tudta lekövetni az utasítást, a szeleprugónak nem volt ideje visszazárni – ez utóbbit nevezzük szeleplebegésnek, és súlyos károkat okozhat: a nyitva maradó szelepek beleverhetnek a dugattyúba.

Ennek egy ideig utána tudtak menni erősebb szeleprugóval, de akkor nőtt a súrlódás, ami megint a teljesítmény ellen hatott, illetve a kopás is nőtt. Ha túltolták a rugóerőt, szeleppattogás következett be, vagyis a szelepülékhez verődő szelep visszapattant – ez, ha lehet, még a szeleplebegésnél is rosszabb. Használhattak volna persze könnyebb és erősebb anyagokat is, ám akkor oda jutottak volna, hogy van egy lézerrel csiszolt, titán ötvözet nyílhegyük, miközben az ellenfél rég sorozatlövő puskával gyilkol.

A fordulat emelése tehát kulcsfontosságúvá vált, és ehhez csökkenteni kellett a váltakozó, oda-vissza mozgást végző alkatrészek súlyát, vagy sokkal inkább ki kellett iktatni azokat. A mérnökök megvizsgálták, hogy mi mindent lehet elhagyni a vezérműtengely bütykeitől felfelé. A szelepnek értelemszerűen maradnia kellett, ahogyan a szelephimbát sem tudták nagyon kiváltani – a szelepemelő rúd viszont felesleges lehet, ha a vezérműtengely a hengerfejbe költözik, és közvetlenül bökdösi a himbát. Az ötlet nem volt új, már a második világháború előtt léteztek ilyen motorok, de csak a hatvanas évek végén, a hetvenes évek elején terjedtek el igazán a japán gyártók közreműködésével.

A felülvezérelt, felülszelepelt motorokat a vezérműtengelyek számától függően SOHC-nak (Single Overhead Camshaft) vagy DOHC-nak (Double Overhead Camshaft) hívjuk. Az SOHC blokkoknál a vezérműtengely a hengerfej közepén helyezkedik el, a szívó és kipufogószelepek között. A megoldás hőskorában a főtengelyről a hajtást királytengely vitte át, ma viszont jellemzően lánc hajtja a vezérműtengelyt két lánckeréken keresztül – pontosan úgy, ahogyan a motorerő a váltókihajtástól eljut a hátsó kerékig, az analógiánál maradva a királytengely a vezérműtengely kardánja, ha így érthetőbb.

Az SOHC előrelépés volt, hiszen sikerült kiiktatni az oda-vissza mozgó, így tehetetlenségével folyamatosan gondot okozó szelepemelő rudat, de még továbbra is volt egy felső fordulatszám-határ, ahol a szelepek összeakadtak. Nem volt mit tenni, valahogyan ki kellett iktatni azt a nyomorult szelephimbát is. Ekkor jöttek a két vezérműtengelyes DOHC blokkok – az első ilyen szériagyártású motorkerékpár-motor a Honda CB450 volt 1965-ben. Meg is szabadultak a himbától, ez viszont azt is jelentette, hogy kell is helyette valami – ez lett a szelepemelő tőke. A DOHC motoroknál a vezérműtengelyek már nem középen, hanem pontosan a szelepszárak fölött helyezkednek el, a bütykök és a szelepszárak közötti összeköttetést pedig a tőke látja el.

A DOHC motorok már egész magas fordulatot viselnek el károsodás nélkül, de a szeleplebegés és szeleppattogás továbbra is létező jelenség. Próbálják mindenhogy kiiktatni, például két szeleprugó használatával, két eltérő átmérőjűt csúsztatnak egymásba, de próbálkoznak progresszív tekercselésűekkel is – ezekből a kettőt úgy teszik össze, hogy az egyiknek alul, a másiknak felül van a sűrűbben tekercselt része.

Nagyjából itt tartunk most, próbálkoztunk már kismillió trükkel, de a lényeg azonos: még ezt kell csiszolgatni, jobb egy darabig nem lesz. Pedig vannak már elképzelések a villanymotorok hatalomátvétele előtti jövőről, különböző forgószelepes megoldásoktól kezdve az elektronikus szelepvezérlésig.