Lehet! De ennek felismeréséhez e motortípus 1942 évi megszületése után közel 60 esztendőnek kellett eltelnie. Érdekes, hogy a megoldás meglepően egyszerű, de talán éppen ez volt az oka annak ,hogy az ismert motortervezők (Bill BROWN,Glenn HARGRAVE, S.LEVER J.STUDNICKA, P.NEUKOMM, S.GASPARIN stb.) 1998-ig e lehetőségre nem figyeltek fel. Mindennek megértéséhez némi előzetes magyarázat szükséges.

A motor hajtóanyaga, a szénsav, (széndioxid-gáz) a normális környezeti hőmérsékletnél (0....+20 Co) jelentős természetes nyomással rendelkezik (35...55 bar). A hengerbe juttatott gáz nyomása mozgatja a dugattyút. Az így nyert mechanikai munka nagysága attól függ, mennyire tud kiterjedni (expandálni) a gáz. Az expanziónak azonban határai vannak, sejthető, hogy a kezdő nyomás a szénsav természetes nyomásánál kisebb, a végnyomás pedig még elméletileg is legfeljebb a környezeti 1 bar lehetne, de ahhoz, hogy a gázt a hengerből saját végnyomása kiáramoltassa, ennek a légkörinél nagyobbnak kell lennie, gyakorlatban kb. 1,5 ...2 bar.

Az eredetileg 35....55 bar nyomású gáz azonban fejszelepen, tehát jelentős fojtáson keresztül jut a hengerbe és ez igen nagy lévén, nagy nyomáseséssel jár. Gyakorlati tapasztalatok és hozzávetőleges mérési adatok szerint szerint mire a gáz a hengerbe jut, nyomása már csak kb 15 bar. (A MODELA motornál annak különlegesen nagy méretei miatt ott ez már 10 bar alatt van.) Szinte hihetetlen, hogy a szénsavgázban eredetileg meglévő mechanikai energiának legnagyobb része a golyósszelep fojtása miatt elvész és csak töredék részét tudjuk felhasználni. Ha a kezdő 15 bar-ról a nyomás kb 2 bar-ra csökken, akkor az expanzió mértéke 15 : 2 = 7,5-szeres.

Igen ám, de a meglévő motoroknál a tényleges expanzió-viszonyt a szerkezeti méretek (a fejkialakítás és a löket) meghatározzák, felmerül tehát a kérdés, hogy ezen méretekkel mekkora egy beszerzett motor valós expanzió-viszonya, megfelel-e ez az elméletnek, pl. a fent részletezett valós nyomás-értékeknek? Hogyan lehet ezt megállapítani?

Abból kell kiindulni, hogy a dugattyú felső holtpontjában történik a gáz beáramlása a dugattyú feletti térbe, ott kb. 15 bar nyomás alakul ki és a dugattyú mozgásakor ez a kipufogásig expandál, ami az alsó holtpont tájékán történik. Első megközelítésre úgy gondolható, hogy a dugattyú feletti - holttér - amit a továbbiakban "fejtérfogatnak" nevezünk, a lökettérfogattal növekszik meg. Az expanzió azonban a kipufogáskor befejeződik, ez pedig valamivel az alsó holtpont felett fejeződik be, amikor a dugattyú a kiáramló furatokat kinyitja. A dugattyú "hasznos" mozgása tehát annyival kevesebb a valós löketnél, amekkora kipufogó furat átmérője, mert az expanzió addig tart, amíg a dugattyú felső éle eléri a kiáramló furatátmérő felső érintőjét. Az eredeti MODELA hengermérete A 7x7 mm volt, de mivel a kiáramló furatátmérő 2 mm, így a hasznos löket 7 - 2 = csak 5 mm volt.

Az expanzió kiszámításához ismerni kell még a fejtérfogatot. Ennek geometriai kialakítását a gyakorlati követelmények határozták meg. A fejtérfogat megállapítása legcélszerűbben grafikusan és számításos módszerrel történhet.

Ennek lényege az, hogy a szétszerelt hengerfej alkatrészeit - a golyósszelepet - dugattyú felső részének kialakítását - lehetőségeink szerint legalább tolómércével igyekszünk pontosan megmérni és ezekkel a fejtérfogatot legalább 10..20-szoros nagyításban felrajzoljuk. A fejtérfogatot egyszerű geometriai testekre bontva (henger-köpeny-kúp-gyűrű) az egyes térfogatelemek köbtartalma elemi számításokkal meghatározható és ezek összesítése adja a fejtérfogatot, pl. mm³-ben.

A kiáramlás kezdetéig ez a dugattyú hasznos elmozdulási térfogatával növekszik és a kiáramláskor a teljes gáztérfogatot a fejtérfogat és a hasznos lökettérfogat összege adja. Ezen összeget kell elosztani a fejtérfogattal, ami által megkapjuk az un. "expanzió-viszonyt". Ha pl. a Botond motor hengermérete A 4x7 mm, és a kiáramló furatok mérete A 0,8, akkor a hasznos löket (7-0,8 = 6,2 mm) már csak kb 78 mm³. Ha a Botondnál a fenti eljárás szerint meghatározzuk a fejtérfogatot, akkor az kb 22 mm³-nek adódik. Itt tehát az expanzió-viszony 78+22=100:22 = 4,5, azaz a fent levezetett erősen elméleti 7,5-szeres értéknél kevesebb.

Felmerül a következő kérdés: ilyen expanziós viszonyok esetén mennyi mechanikai munkát kaphatunk? Ez gyakorlati méréssel állapítható meg, de a termodinamika tudománya már annyira kifejlődött, hogy elméletileg is meghatározó a szénsavgáz adott expanziós értékénél kinyerhető mechanikai munka maximális mennyisége. Itt nem részletezhető módon ez az un. MOLLIER-diagrammból állapítható meg.(Lásd: Cavalloni Hiradó, 1995/1 szám, 36. oldal.)

A jelenleg használatos legjobb CO2 motoroknál ez ma 70-77 joule/gr körül van. A valóságban ez azonban a motor mechanikus szerkezeténél fellépő veszteség miatt kevesebb. Ez könnyen megérthető, ha meggondoljuk, hogy a főtengely forgatása, a dugattyú mozgása kisebb-nagyobb erőt igényel, amelyet súrlódásnak lehet tekinteni, ez "belső ellenállást" jelent. Az erre fordított mechanikai munka /energia/ a gázkiterjedésnél nyert energiából levonódik, tehát a motor tengelyén az elméleti 70-77 j/g-nál mindig kevesebbet kapunk. A ténylegesen kapott és az elméleti energia viszonya adja a szerkezet "mechanikai hatásfokát". Gyakorlati mérések szerint kiváló az a versenymotor, amely tengelyén pl. 60 j/g-ot tud leadni, ezzel a hatásfok kb. 60 : 70-77 = 86 -78 %.-

Ha a CO2 motornál a mechanikai munka (energia) keletkezésének menetét vizsgáljuk, akkor kiderül, hogy a kiterjedő gáz a dugattyút fokozatosan csökkenő nyomással tolja előre. (Lásd: Híradó, 1998/4 szám, 37. oldal.) A gáznyomás a hiperbolikusnál valamivel nagyobb mértékben csökken (adiabatikusan). Ez azt jelent, hogy a mechanikai munka legnagyobb részét rögtön a löket elején kapjuk és a löket végére ez már csak töredékrészre csökken. Ha a gáz expanziója igen nagy, akkor a löket végén kapott energia csekély. De a dugattyú súrlódása változatlan marad és ha a súrlódás által felemésztett energia nagyobb, mint az expanzióból nyert, akkor a tengely-teljesítmény már csökken.

Ezen egyszerű megoldásból az adódik, hogy az expanziónak van optimális értéke és ez nagymértékben függ a szerkezetben keletkező súrlódástól. Nagy belső súrlódású motornál a gázt csak kisebb mértékben lehet expandáltatni, azaz nagy expanzió-viszony csak könnyen mozgó, kis súrlódású szerkezetnél javítja a hatásfokot. Pl. a MODELA- motornál a gyakorlatban kimérhető hatásfok kb. 50 % volt, az expanzióviszony pedig az első típusnál hozzávetőlegesen 3 volt.

CO2 modellezésünk kezdetén, 1986-ban felmerült a gondolat, hogy a MODELA-nál alkalmazott ajak-tömítéses dugattyúnál igen nagy "fejtérfogat" alakul ki, talán lehetne valamit javítani a hatásfokon, ha kevesebb gázt engednénk a hengerbe. Evégett történtek kísérletek a fejtérfogatba helyezett köbtartalom csökkentő betétekkel. 1987-ben az akkori cseh modellező folyóiratban, a MODELAR-ban érdekes cikk jelent meg Antonin ALFERY tollából, ahol javítás végett a dugattyú szelepemelő tüskéjének felére való kurtítását javasolta. Ez azt jelentette, hogy a motor működéséhez a hengert beljebb kellett csavarni, hogy a rövidebb tüske elérje a golyót és ezzel csaknem felére csökkent a fejtérfogat.

Ezen kísérletek sikertelenek maradtak, de ennek oka, csak mostanra derült ki: a nagyobb expanzióból eredő energia-többletet a motor nagy súrlódása elfogyasztotta. A szerzőnek azonban volt néhány igen jól bejáratott motorja, amelyeknek belső súrlódása jelentősen lecsökkent, ezeknél jelentkezett az a javulás, amelyről cikkében beszámolt, de ő még nem volt tisztában ennek okával.

Mi magunk a fejtérfogat-csökkentési kísérleteket a sikertelenség miatt további meggondolások hiányában abbahagytuk. Ilyen vizsgálatokat csak 1998 tavaszán kezdtem el újra, amikor a motortechnika fejlődése során a Gasparin-féle gumi O-gyűrős dugattyú tömítéssel a súrlódást jelentősen le lehetett csökkenteni, és ezzel remény adódott arra, hogy a hengerfejbe engedett gázt erősebben lehet expandáltatni, az 1 gr. szénsavból kapható mechanikai munka megnő.

Általános meggondolás szerint nagyobb expanzió hosszabb lökettel valósítható meg, ezért lett az 1994-ben tervezett Botond minden addigi típusnál hosszabb löketű, 7 mm-es a 4 mm-es hengerátmérő mellett. A régebbi típusoknál az átmérő-löket viszony általában 1 volt, pl. a BROWN B-100-as A 5x5mm, a Modela A 7x7 mm volt.

A B-157 motor hengerfej alakja 1./ Szelepülés, 2./ Szelepgolyó, 3./ Dugattyúfej, 4./ Gumi O-gyűrű,  5./ Fejtérfogat (holt tér).

Kísérleti példánynak a B-157 típust választottam, ennek mérete A 5x8 mm volt és az O-gyűrüs dugattyú kivitel kellően csekély súrlódást mutatott. E típus egyike volt a többféle próbaváltozatnak.

Egy adott motornál azonban a lökethossz adott, az nem változtatható, de az expanzió-viszony a fejtérfogat "csökkentésével" is növelhető, azt pedig a fejtérfogatba helyezett különböző méretű betétekkel változtatható.

Ezen meggondolás után a B-157-es motorral elkezdtem a kísérleteket. Az ismertetett módon nagyítva megrajzolt fejtérfogatot mutatja a mellékelt ábra. Eszerint a fejtérfogat 51 mm³-re adódott, a tágulási térfogat pedig a 157 mm³-es teljes lökettérfogattal szemben csak 141 mm³-re. Ezen adatokkal az expanzió-viszony 192:51= kb. 3,8 lett. E motorhoz olyan betétek készültek, amelyekkel az expanzió-viszonyt közel 10-ig lehetett növelni. A mérések azt mutatták, hogy az 1 g szénsavból nyerhető mechanikai energia értéke a 3,8-es viszonynál kb. 39 j/g volt és 6-7-es viszonynál 46 j/g lett átlagosan, ami kb. 20 %-os javulás. Tovább növelt expanzió-viszony már nem hozott jobb eredményt, sőt 10 körül már csökkent, nyilván bekövetkezett az az állapot, amikor a súrlódási energia a expanziós többletet meghaladta.

Ez azt jelentette, hogy ezen motornál az expanzió optimális értéke kb. 6-7 körül volt, a szerkezetben uralkodó belső súrlódás mellett. Ha ez a súrlódás kisebb mértékűre alakul az esetleges további bejáródás esetén, akkor előfordulhat, hogy az optimum valamivel nagyobb expanzió-viszonynál fog megjelenni.

Mindennek elsősorban elméleti jelentősége van, mert mind az expanzió mértékének megállapítása, mind a fajlagos energia-termelés kimérése igen bonyolult és a mérési pontosság is elég bizonytalan. ezért célszerű több mérést végezni és ezek átlaga is csak közelítő értéknek tekinthető. A mérések tehát kis eltérések esetén, finom változásoknál nem adnak abszolút bizonyos és pontos végeredményt. Egyenlőre azonban az optimális expanzió-viszony megállapítására a fentebb ismertetett gyakorlati módszernél megbízhatóbbat nem lehetett találni.

Ezen eredmények ismeretében folytattam további vizsgálatokat az optimumra történő expanzió beállításával és néhány, versenyen is használt motornál elvégeztem a betétek kialakítását és behelyezését 1998-ban.

A GMW-73 motor hengerfej alakja 1-2-3-4./ Mint előbb. 6./ Expanziós betét, fejtérfogat csökkentés.

1999 januárjában jelent meg a Gasparin-féle GMW-73 jelű szupermotor, amelynek metszeti rajzát Híradónak 99/2 száma is leközölte. A figyelmes olvasónak feltűnhetett, hogy a dugattyú golyóemelő tüskéje feltűnően hosszú és a fejtérfogatban egy peremes gyűrű is található, amire a tervező a motor leírásában azzal hívta fel a figyelmet, hogy ez biztosítja a motor gazdaságos működését. Érdekességképpen elvégeztem a fejtérfogatnak a fenti leírás szerinti ellenőrzését és kiderült, hogy az alkalmazott betéttel az expanzió-viszony kb. 6,5 lett. Ez meglepően egyezett saját méréseimmel. 

Stefan GASPARIN volt tehát az első motortervező, aki tőlünk függetlenül rájött arra, hogy az expanzió beszabályozásával lehet a motor hatásfokát javítani.