A negyedik henger nyomában: tényleg számít a dugattyúk száma?

Aki tisztában van az újautó-piaccal, annak nem meglepetés, hogy manapság már igazán méretes autókat árulnak akár 1,0-1,2 literes, háromhengeres benzinmotorokkal. Egy új, alapmotoros Golf kombi például 161 litert ver csomagtér-méretekben az ötödik generációs, az ezredforduló idején gyártott Passat kombiváltozatára, valamint az utastér-méreteket tekintve is jelentősen nagyobb. Az említett új Golfot mégis egy mindösszesen 999 köbcentis, háromhengeres motor hajtja, míg a korosodó Passatból még 4,0 literes, nyolchengeres változat is készült. Más gyártóknál is hasonló a helyzet, az Opel, a Peugeot, a Dacia, de még a Toyota is kínál hasonló méretű szedánokat vagy kombikat negyedik henger nélkül. [BANNER type="1"] Olvasóink is rendszerint írják egy-egy új, bemutatott modellre látatlanban, hogy azért rossz, mert nem négyhengeres:

a fiatalabbak az első hazai gyártású Swifthez, míg az idősebbek a Wartburghoz hasonlítják ezeket a modern, és akár meglepően drága autókat.

De vajon honnan erednek ezek az előítéletek? Van valós alapja, hogy félünk a negyedik henger hiányától? Tényleg rosszabbak a háromhengeres motorok a hasonló lökettérfogatú, de négyhengeres társaiknál? Az összes kérdésnek utánajártunk, ám először azt nézzük meg, hogy honnan erednek, egyáltalán miért léteznek a modern kori háromhengeres erőforrások, és mi vezetett az elterjedésükhöz. A legegyszerűbben, a leginkább közérthetően igyekszünk fogalmazni, hiszen aki tudja, hogy mi történik a gépháztető alatt, annak jó eséllyel úgysem tudnánk túl sok újdonságot mondani. Az első modern háromhengeres motorok az egyre szigorodó kibocsátási normák miatt beköszöntő downsizing, azaz a "lökettérfogat-csökkentés" eredményeként jelentek meg, sokaknak a két fogalom teljesen egybe is forrt. Mivel csökkenteni kellett az autók károsanyag-kibocsátását, ezért a gyártók elkezdték másként használni a turbófeltöltőket, amelyek által egy adott lökettérfogatú hengerbe akár másfélszer, kétszer annyi üzemanyag-levegő keveréket tudnak befecskendezni, ezzel arányosan nagyobb teljesítményt elérve. Ha ezt a technológiát nem egy 2,0 literes motorra szereljük fel, hogy egy 3,0 literes erőforrás teljesítményét érjük el vele, hanem mondjuk egy 1,0 literes erőforrásra, akkor azzal teljes terhelésen tudjuk hozni egy 1,5-2,0 literes szívómotor teljesítményét. A csavar itt következik: amikor ezek a kisebb motorok részterhelésen üzemelnek, akkor fogyasztás és károsanyag-kibocsátás terén mégis a lökettérfogatuknak, nem pedig a csúcsteljesítményüknek megfelelően fogyasztanak.

Ehhez nem alapfeltétel a negyedik henger elhagyása, ám így a legolcsóbb egy nagy motorból kisebbet csinálni!

Manapság mégis egyre inkább hódítanak a háromhengeres megoldások, azok is áttérnek erre a verzióra, akiknek eredetileg a kisebb turbómotorjaik is négyhengeresek voltak. Ennek a fő oka ismételten a fizika, ám annak egy teljesen más aspektusa:

ha azonos lökettérfogatra kevesebb henger jut, akkor a hengerek maguk nagyobbak lesznek, így a dugattyúk, a gyűrűk, a csapágyak, a szelepek, és minden egyéb alkatrész mérete is megnő.

Így ugyanazokból a fémekből öntve a nagyobb alkatrészek strapabíróbbak, tartósabbak, és jóval nagyobb turbónyomást (értsd: csúcsteljesítményt) viselnek el problémák nélkül. Egyes esetekben a tömeg és a méret is fontos kérdés, a Toyota 1,6 literes, mégis 260 lóerő felett teljesítő turbós erőforrása a GR Yarisban épp emiatt háromhengeres: a súlyelosztás és a tömegcsökkentés sem lehetett volna ilyen tökéletes egy extra hengerrel. Annak idején az első BMW M3 is ugyanezért kapott 6 helyett csak 4 dugattyút. Ám ettől még közel sem lesz fenékig tejfel a háromhengeresek világa, ennek a technikának is megvannak a maga egyedi hátrányai, ezért nem valószínű, hogy valaha is teljesen leválthatják a négyhengeres erőforrásokat. Ezen a téren tévhit viszont, hogy ne lennének megbízhatók, ezt a tévhitet pedig a legtöbben egyes régebbi ilyen motorok korai gyerekbetegségeire építik. Tény, hogy nem csak voltak, hanem a mai napig készülnek problémás háromhengeresek, ám már egy jó ideje nem nagyobb az arányuk, mint a megbízhatatlan négyhengereseké.

Jogos probléma viszont ezeknek a motoroknak a jelentősen nagyobb rezonanciája, kulturálatlanabb járása és szokatlan hangja.

Hogy ezt jobban megérthessük, térjünk vissza ismét a jó öreg fizikához. Egy négyhengeres, négyütemű motor esetében minden henger minden főtengelyfordulatkor másik ütemnél tart épp, egy szív, egy sűrít, egy gyújt, egy pedig kipufog. Ezek közül kizárólag a gyújtás üteme ad le erőt, amelyet minden főtengelyfordulatkor végrehajt valamelyik henger. Így egy főtengelyfordulatra egy robbanás (tudom, csak gyors égés, de így közérthetőbb) jut, ami mindig tökéletesen "lendíti át" a motort a következő sűrítésen, viszonylag egységes forgó mozgást eredményezve. Három ütemű motor viszont nincs, így a négyütemű, de háromhengeres motor esetében egy robbanáshoz több kell, mint egy teljes főtengelyfordulat, ami a főtengely darabosabb forgatásához is vezet. A rezonancia másik okát a motorban mozgó alkatrészek iránya okozza, hogy ez érthető legyen, alább látható egy három, valamint egy négyhengeres motor forgó alkatrészeinek üzemszerű mozgása, érdemes őket összehasonlítani. [BANNER type="2"] A fenti animációkon jól látszik, hogy miről van szó: először a négyhengeres, "szimmetrikusan", így kiegyensúlyozottan járó motort, utána pedig az ehhez képest "össze vissza kalimpálónak" ható háromhengerest láthatjátok. Emiatt érzünk több rezonanciát, méghozzá a robbanások ereje és az így keletkező mozgás iránya miatt. Ha ugyanis egy fel-alá mozgásból csinálunk forgó mozgást, úgy rengeteg, különböző irányú erő hat minden alkatrészre, tehát a motortartó bakokon keresztül a kasznira és az utasokra is.

A négy hengerrel operáló motorok esetén sem szűnnek meg ezek az erőhatások, ám mindig van az épp erőt leadó dugattyúnak egy pont ellentétesen mozgó párja, ami kiegyensúlyozza a felszabaduló erőt.

A háromhengeres erőforrás esetében viszont ez a kiegyensúlyozás megvalósíthatatlan, fokozottan igaz ez egy dízelmotor esetében, ami alapvetően is hangosabb és több rezonanciát ad át a karosszériának. Apró kitekintés, hogy ez csak az elsődleges erőhatásokra vonatkozik, a másodlagos erők tekintetében már a négyhengeres motor sem tökéletes, ám ezeket a hatásokat könnyű ellensúlyozni a főtengely megfelelő kialakításával. Ha igazi tökélyre törekszünk ezen a téren, akkor a soros hathengeres motor való nekünk. Ez az elrendezés szintén szimmetrikus, gyönyörű járásképpel rendelkezik, és a másodlagos erőhatások is kiegyensúlyozottak benne extra ellensúly nélkül is, sőt, mivel több a henger, mint az ütem, ezért még "simább", egyenletesebb a főtengely forgása is. Ha tehát nem lenne kiegyensúlyozva a négyhengeres motor, akkor az is kulturálatlanul járna, ám ezt megoldották a mérnökök, így ma a négyhengereseket már a szépen járó motorok közé kategorizálják. A megoldás tehát papíron egyszerű a háromhengeresek elfogadtatására is: kulturálttá kell tenni őket. Sajnos ez a gyakorlatban, magán a motoron belül aligha lehetséges, éppen ezért az utóbbi években máshoz folyamodtak a mérnökök. A modern gumi és műanyagfajták széles választékából szemezgethetnek ugyanis a motortartó bakok fejlesztésekor: ezekkel az alkatrészekkel rögzítik a motort az autóhoz, feladatuk elég keménynek lenni ahhoz, hogy komoly erőleadáskor is a helyén tartsák a motort, ám elég rugalmasnak is kell lenniük ahhoz, hogy a motor járásának a rezgéseit elnyeljék.

Ha ugyanis csak egyszerűen hozzácsavaroznánk a blokkot a karosszériához, úgy a legkulturáltabb motor is szétrázna mindent az utastérben.

Ne feledjük, a hengerekben robbanásszerű égések sorozata történik, ahol annyi erő szabadul fel, ami akár több tonnát is tud mozgatni. Ha kellő minőségű és tartósságú anyagokból készülnek ezek a bakok, akkor az alapjárati fordulatszámon terhelés kivételével minden esetben elfedik még egy háromhengeres motor rezonanciáit is, így a legtöbb modern autóban a rezonancia már kizárólag ekkor érezhető. A rezonancia tovább csökkenthető egy úgynevezett kéttömegű, vagy köznapibb nevén kettőstömegű lendkerékkel is, ám ennek a működése, feladata, költségei és démonizálása egy másik, ehhez hasonló terjedelmű anyagot is kényelmesen megérne. Tény, hogy a mai, hasonlóan modern mérnöki megoldásokkal és ugyanilyen motortartó bakokkal egy új négyhengeres motor még kulturáltabb, ám a 10-15 évvel ezelőtti négyhengeresek jelentős részét már durvább járásúnak érezni egy új háromhengeresnél. Ráadásul a legtöbb esetben ezekben az autókban a motorzaj is jelentősen kisebb, ugyanis a háromhengeresek jellegzetes hangját megváltoztatni nem lehet, legfeljebb elfedni. Éppen ezért a dízelekhez hasonlóan manapság már a háromhengeresek is extra hangszigetelést kapnak a rezonanciacsökkentő megoldások mellé.

Így olyan minimális hátrányai maradnak csak ezeknek az erőforrásoknak, hogy a vásárlók jelentős részének fel sem fog tűnni a különbség: egyszerűen nem érdekli őket, hogy hány hengeres egy autó.

Ha a kiszemelt négykerekű elég kényelmes és elég erős is az elvárásaiknak, ráadásul az anyagi keretbe is befér, akkor megveszik, használják, majd eladják, és kész. Manapság a hengerek számán már a prémiumautók világában sem szokás fennakadni: bár a kommentelők majdnem kirobbantották a harmadik világháborút, amikor meglátták a Mercedes-AMG SL új, négyhengeres belépő változatát, a vásárlók szinte biztosan nem fognak panaszkodni a 381 lóerős és 480 newtonméteres csúcsnyomatékú erőforrásra. Mert ne feledjétek, hiába találtok minden, a vártnál kevesebb hengeres motorral szerelt slágermodell alatt tíz, húsz, akár száz fújoló kommenthuszárt, ha ezek az autók tényleg rosszak lennének, vagy ha nem szolgálnák ki a vásárlók igényeit, akkor nem venné őket senki, és nem egyre gyarapodnának, hanem szépen lassan eltűnnének a gyártók kínálatából.