Νέα πατέντα Honda για VVT

Πιο σοφιστικέ σύστημα από το VTEC
Από τον

Λάζαρο Μαυράκη

10/1/2019

Ο μεταβλητός χρονισμός των βαλβίδων, είναι αναμφίβολα το trend της εποχής στην μοτοσυκλετιστική βιομηχανία και σε συνδυασμό με τις πιο αυστηρές προδιαγραφές των Euro5 που θα τεθούν σε εφαρμογή την επόμενη χρονιά, όλο και περισσότεροι κατασκευαστές στρέφονται προς αυτή την λύση. Η μέθοδος πάντως του μεταβλητού χρονισμού, δεν είναι κάτι καινούργιο στην τεχνολογία κινητήρων εσωτερικής καύσης, καθώς η φιλοσοφία της προσαρμογής του κύκλου των βαλβίδων σε συνάρτηση με τον ρυθμό περιστροφής του κινητήρα, είναι κάτι που έχει τις ρίζες του στην δεκαετία του 1920! Από τότε βέβαια χρειάστηκε να περάσουν σχεδόν 60 χρόνια για να αρχίσουν οι βιομηχανίες να επενδύουν πάνω στην συγκεκριμένη τεχνολογία, καθώς την δεκαετία του '80 άρχισε να μπαίνει σε εφαρμογή στα αυτοκίνητα. Για ιστορικούς λόγους να θυμίσουμε ότι το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής με μεταβλητό χρονισμό βαλβίδων, ήταν το Alfa Romeo Spider του 1980.
Γιατί όμως είναι τόσο σημαντικός ο μεταβλητός χρονισμός των βαλβίδων και ιδιαίτερα στις μέρες μας που οι προδιαγραφές γίνονται όλο και πιο αυστηρές; Οι κινητήρες υψηλής απόδοσης –όπως για παράδειγμα αυτοί των superbikes- βασίζονται στην απόδοση της μέγιστης ισχύος μέσα σε συγκεκριμένα όρια. Χωρίς την βοήθεια ενός υπερσυμπιεστή (όπως συμβαίνει στο Η2 της Kawasaki), αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την αύξηση των στροφών. Εκεί πρέπει να αντιμετωπιστεί το θέμα του χρονισμού των βαλβίδων. Ένας κινητήρας που ανεβάζει πολλές στροφές χρειάζεται ένα μεγάλο overlap στις βαλβίδες (ο χρόνος δηλαδή που μένουν ανοιχτές ταυτόχρονα οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής στο τέλος της φάσης της εκτόνωσης). Αυτό βοηθά  στο να απομακρυνθούν τα καυσαέρια και ταυτόχρονα να γίνει η πλήρωση του θαλάμου με φρέσκο μείγμα. Το overlap λοιπόν αποδίδει εξαιρετικά στις υψηλές στροφές. Όταν όμως ο κινητήρας δουλεύει σε χαμηλές στροφές, αυτό το overlap μπορεί να επιτρέψει στο άκαυστο μείγμα να "δραπετεύσει" από τις βαλβίδες εξαγωγής πριν κλείσουν αυτές. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τις απώλειες στην απόδοση και τους αυξημένους ρύπους. Άρα είναι αναγκαίο ένα σύστημα που θα ρυθμίζει το overlap ανάλογα με το ρυθμό περιστροφής του κινητήρα.


H Honda εφάρμοσε την δική της προσέγγιση στα αυτοκίνητά της το 1989, το γνωστό VTEC που είχε να κάνει τόσο με τον χρονισμό, όσο και με το βύθισμα των βαλβίδων. Αυτό βέβαια δεν είχε σχέση με το VTEC που χρησιμοποίησε στις μοτοσυκλέτες, το οποίο ενεργοποιούσε ή απενεργοποιούσε σε ένα συγκεκριμένο ρυθμό περιστροφής ένα ζεύγος βαλβίδων. Με άλλα λόγια, μετέτρεπε τον κάθε κύλινδρο από διβάλβιδο σε τετραβάλβιδο.
Πριν από λίγες μέρες όμως, στις 3 Ιανουαρίου, η Honda κατέθεσε μία πατέντα που δείχνει ένα διαφορετικό σύστημα VVT που μοιάζει περισσότερο με το ShiftCam της BMW. Για να το περιγράψουμε απλά, ο κάθε κύλινδρος διαθέτει τέσσερις βαλβίδες, στις οποίες αντιστοιχούν δύο λοβοί των εκκεντροφόρων για κάθε μία από αυτές. Τα πιο ήπια έκκεντρα κινούν τις βαλβίδες στις χαμηλές στροφές, ενώ τα πιο "άγρια" αναλαμβάνουν δράση στους υψηλότερους ρυθμούς περιστροφής. Σε αντίθεση με το σύστημα της BMW που ουσιαστικά μετακινεί μόνο τους εκκεντροφόρους εισαγωγής, το VVT της Honda δρα και στους δύο εκκεντροφόρους (εισαγωγής/εξαγωγής). Κάθε εκκεντροφόρος έχει δύο άξονες (έναν εσωτερικό κι έναν εξωτερικό) με τα έκκεντρα να βρίσκονται πάνω στον εξωτερικό ο οποίος ολισθαίνει πάνω στον εσωτερικό άξονα. Η βασική διαφορά του συστήματος της Honda σε σχέση με αυτό που χρησιμοποιεί η BMW στον κινητήρα του S1000RR, είναι ότι αυτή η αρχιτεκτονική στην Honda είναι εφαρμοσμένη σε κάθε εκκεντροφόρο για κάθε κύλινδρο ξεχωριστά, ενώ η BMW το χρησιμοποιεί αυτό ανά ζεύγος κυλίνδρων.

Με δεδομένο λοιπόν ότι για να γίνει η μετάβαση από τον πιο ήπιο χρονισμό στον πιο άγριο θα πρέπει να συμβεί όταν οι βαλβίδες είναι κλειστές (που σε έναν τετρακύλινδρο εν σειρά πάντα μία εισαγωγής ή μία εξαγωγής είναι ανοιχτή κάθε στιγμή) καταλαβαίνουμε ότι το σύστημα της Honda έχει μεγαλύτερο "χρονικό παράθυρο" κι ευελιξία στο να κάνει την μετάβαση. Άλλη μια διαφορά είναι ότι το σύστημα που ενεργοποιεί την "ολίσθηση" στους εκκεντροφόρους της Honda είναι μεν πιο σοφιστικέ και πιο πολύπλοκο από της BMW, έχοντας όμως το πλεονέκτημα να μην μεγαλώνει τον όγκο που χρειάζεται το σύστημα.

Η πατέντα, όπως φαίνεται και από τα σκίτσα, αφορά έναν τετρακύλινδρο κινητήρα, για τον οποίο προς το παρόν μπορούμε μόνο να υποθέσουμε (με μια σχετική ασφάλεια), ότι αφορά το επόμενο CBR1000RR Fireblade που ευελπιστούμε να δούμε το 2020

Οι παλιοί βρετανικοί κινητήρες ήταν σχεδιασμένοι να στάζουν λάδια! Πως έλυσαν το πρόβλημα οι Ιάπωνες

Ο σχεδιασμός που έκανε τη διαφορά
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

19/7/2022

Όταν τα Ιαπωνικά εργοστάσια μπήκαν στο χώρο της βιομηχανίας μοτοσυκλετών και έκαναν μαζικά εξαγωγές στις χώρες της δύσης, οι πρώτες μοτοσυκλέτες που κατασκεύαζαν έμοιαζαν υπερβολικά ίδιες με τις δικύλινδρες εν σειρά μοτοσυκλέτες των βρετανών, δηλαδή τις Triumph, τις Norton και τις BSA. Η επιλογή των βρετανικών εν σειρά κινητήρων ως “πρότυπο” για τις δικές τους μοτοσυκλέτες δεν έγινε τυχαία από τους Ιάπωνες.

Ο δικύλινδρος εν σειρά είναι πολύ πιο απλός σχεδιαστικά από οποιασδήποτε άλλης αρχιτεκτονικής δικύλινδρο κινητήρα (π.χ. τους περίπλοκους ιταλικούς και γερμανικούς V2 και Boxer οι οποίοι απαιτούν διπλάσια εξαρτήματα) και αυτό παίζει τεράστιο ρόλο στο κατασκευαστικό κόστος και στην ταχύτητα των γραμμών παραγωγής. Οι Ιάπωνες ήθελαν να επιτύχουν όσο το δυνατόν χαμηλότερη τιμή (ανταγωνιστική) και να επεκταθούν όσο πιο γρήγορα γίνεται σε όλες τις αγορές του κόσμου.

Ο δικύλινδρος εν σειρά των βρετανών είχε όλα τα χαρακτηριστικά για να πετύχουν  το στόχο τους και ακριβώς για τους ίδιους λόγους είναι ο πιο δημοφιλής κινητήρας αυτή την εποχή στους μικρομεσαίους κυβισμούς και έχει κυριαρχήσει έναντι των V2 στα μοντέλα όπου η τιμή παίζει καθοριστικό ρόλο.

Αυτή η υπερβολική ομοιότητα στην εμφάνιση και στις προδιαγραφές των ιαπωνικών δικύλινδρων εν σειρά με τις βρετανικές μοτοσυκλέτες, έκανε πολλούς να λένε υποτιμητικά ότι οι Ιάπωνες απλώς φτιάχνουν “αντίγραφα” χρησιμοποιώντας τις κονσέρβες που άφησε ο στρατός της δύσης μετά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο.

Η αλήθεια όμως είναι κάπως διαφορετική, διότι οι Ιάπωνες γνώριζαν τις βασικές αδυναμίες των βρετανικών δικύλινδρων εν σειρά πριν ξεκινήσουν την κατασκευή μοτοσυκλετών για εξαγωγή σε όλο τον κόσμο.

Τα βρετανικά εργοστάσια μοτοσυκλετών χρησιμοποιούσαν στροφάλους με χρονισμό 360⁰, όπου τα δύο έμβολα παλινδρομούσαν μαζί δίπλα-δίπλα σαν μονοκύλινδρος. Η επιλογή αυτή έγινε λόγω της δυνατότητας που σου δίνει να χρησιμοποιείς ένα κοινό καρμπυρατέρ και για τους δύο κυλίνδρους, αλλά και τη δυνατότητα να χρησιμοποιείς το ίδιο σύστημα ανάφλεξης με εκείνο των μονοκύλινδρων. Σήμερα με τους ηλεκτρονικούς ψεκασμούς και τις ECU ακούγεται αστείο, όμως τότε ήταν πάρα πολύ σημαντικό διότι η τεχνολογία ήταν ακριβή και τα εργατικά χέρια φτηνά.

Από καθαρά κατασκευαστική άποψη, οι βρετανικοί δικύλινδροι εν σειρά ήταν οι πιο απλοί και οι πιο φτηνοί στην κατασκευή από κάθε άλλο δικύλινδρο εν σειρά έχουμε δει έως σήμερα στην παραγωγή.

Μάλιστα για να απλοποιήσουν ακόμα περισσότερο τη διαδικασία παραγωγής, τα κάρτερ στις βρετανικές δικύλινδρες εν σειρά ήταν κάθετα χωρισμένα, κάνοντας πολύ εύκολη και γρήγορη τη συναρμολόγησή τους.

Όλα αυτά τα πλεονεκτήματα για τα βρετανικά εργοστάσια είχαν όμως και κάποια σοβαρά μειονεκτήματα για τους ιδιοκτήτες των βρετανικών μοτοσυκλετών.

Το πρώτο μειονέκτημα ήταν φυσικά οι κραδασμοί πρώτης τάξης λόγω της ταυτόχρονης κίνησης πάνω-κάτω των δύο εμβόλων μαζί. Πέρα από ενοχλητικοί στην οδήγηση, οι κραδασμοί πρώτης τάξης είναι “επώδυνοι” για τον ίδιο τον κινητήρα και βάζουν σε κίνδυνο την υγεία του στις υψηλές στροφές.

 

Το δεύτερο πρόβλημα ήταν οι τεράστιοι λεκέδες από λάδια που άφηναν σε όποιο σημείο τις παρκάριζες.

 

Το πρόβλημα αυτό δεν είχε καμία σχέση με την ποιότητα κατασκευής ή την ποιότητα υλικών των βρετανικών μοτοσυκλετών εκείνης της εποχής. Ίσα-ίσα που ήταν πολύ ανώτερη από των ιαπωνικών μοτοσυκλετών.

 

Το πρόβλημα ήταν ξεκάθαρα σχεδιαστικό, γι΄αυτό και παραμένει άλυτο μέχρι σήμερα και ακόμα και η πιο τέλεια ανακατασκευασμένη βρετανική μοτοσυκλέτα του ’60 και του ’70 θα αρχίσει να σουρώνει λάδια μετά από μερικά χιλιόμετρα χρήσης, όποιο σύγχρονο διαστημικό υλικό στεγανοποίησης κι αν χρησιμοποιήσεις.

 

Υπάρχουν δύο αιτίες που δημιουργούν το πρόβλημα. Την πρώτη μάλλον την έχετε ήδη βρει, αφού είναι αρκετά εύκολο να καταλάβεις πως τα κάθετα χωρισμένα τμήματα των κάρτερ μεταβάλουν διαρκώς τη δύναμη που τα κρατά ενωμένα λόγω της διαστολής και συστολής των μετάλλων όταν ο κινητήρας είναι ζεστός ή κρύος.

 

Τα πράγματα γίνονται ακόμα χειρότερα, λόγω της εσωτερικής πίεσης αέρα που δημιουργεί ο χρονισμός του στροφάλου των 360⁰, αφού τα δύο έμβολα συμπιέζουν τον αέρα μέσα στα κάρτερ όταν κατεβαίνουν ταυτόχρονα προς τα κάτω, πιέζοντας τα λάδια να βγουν έξω από τα κάρτερ.

 

Αυτή η εσωτερική πίεση αέρα μέσα στα κάρτερ που δημιουργούν τα έμβολα είναι που κάνουν τις παλιές βρετανικές δικύλινδρες εν σειρά να σουρώνουν ακόμα περισσότερο λάδια όταν ο κινητήρας αρχίζει να κρυώνει, τα μέταλλα συστέλλονται και τα λάδια βρίσκουν πιο εύκολο δρόμο διαφυγής.

Βέβαια και όταν ο κινητήρας είναι ζεστός και τα μέταλλα διαστέλλονται η κατάσταση δεν βελτιώνεται πολύ, αφού η λειτουργία του κινητήρα σε υψηλότερες στροφές αυξάνει ακόμα περισσότερο την εσωτερική πίεση.

 

Οι Ιάπωνες έλυσαν αυτά τα προβλήματα των βρετανικών δικύλινδρων εν σειρά χρησιμοποιώντας στους δικούς τους κινητήρες στρόφαλο 180⁰, όπου όταν το ένα έμβολο ανεβαίνει, το άλλο κατεβαίνει, εξισορροπώντας την πίεση του αέρα μέσα στα κάρτερ και εξουδετερώνοντας με επιτυχία τους κραδασμούς πρώτης τάξης.

 

Ταυτόχρονα, οι Ιάπωνες χώρισαν οριζόντια τα κάρτερ, οπότε το κάτω τμήμα τους αποτελεί λεκάνη και δεν υπάρχουν ενώσεις μεταλλικών επιφανειών που να επιτρέπουν διαρροές λαδιού.  

Έτσι παρά το γεγονός πως η ποιότητα μετάλλων στις ιαπωνικές μοτοσυκλέτες της εποχής δεν ήταν καλύτερη των βρετανικών, εν τούτοις λόγω της διαφορετικής επιλογής χρονισμού του στροφάλου, οι Ιάπωνες κατάφεραν να λύσουν όλα τα προβλήματα που είχαν οι βρετανικές μοτοσυκλέτες επί δεκαετίες!