Αξιολόγηση προστασίας κιβωτίου από το λιπαντικό

Η δοκιμή FZG
Θάνο Αμβρ. Φελούκα
Από τον

Θάνο Αμβρ. Φελούκα

8/2/2018

Μέχρι στιγμής η πιο εξειδικευμένη σκέψη που υπάρχει για την αξιολόγηση ενός λιπαντικού στην προστασία του κιβωτίου, είναι να περνά τις προδιαγραφές JASO. Αν κάποιος γνωρίζει πως πρέπει να εξετάζει αν το λιπαντικό που θέλει να αγοράσει περνά τις προδιαγραφές JASO, τότε ανήκει ήδη στην μειοψηφία. Ακόμα πιο λίγοι βέβαια, είναι όσοι γνωρίζουν την δοκιμή FZG. Πρόκειται για μία μέτρηση που ανέπτυξε το Ινστιτούτο Μηχανικών Ερευνών FZG (Forschungsstelle für Zahnrader und Getriebebau) που ανήκει στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου.

Στέλνοντάς μας η MOTUL την είδηση πως το σύνολο λιπαντικών της σειράς 7100 4Τ έχει βαθμολογηθεί με FLS>14 όπως άλλωστε και η 300V Factory Line, που φυσικά το περιμένει κανείς γιατί είναι η αγωνιστική της σειρά, ενώ η 5100 4T βαθμολογήθηκε με το επίσης αξιόλογο FLS=14, συνειδητοποιήσαμε πως βρισκόμασταν μπροστά σε ένα σημαντικό πρόβλημα. Λίγοι αναγνώστες ξέρουν τι σημαίνει FLS>14. Οπότε είναι μία ευκαιρία για μία γενικότερη ενημέρωση:

Η κλίμακα FLS, αντιστοιχεί στην δοκιμή FZG κι έχει υιοθετηθεί από τον ASTM (American Society for Testing and Materials) με την ονομασία D-5182, πρόκειται για μία κλίμακα που λειτουργεί σε 15 βαθμίδες: Από το ένα έως το 14 και μεγαλύτερο του 14… Η ανώτερη ποιοτική ένδειξη που μπορεί να έχει ένα λιπαντικό είναι >14 και η μικρότερη το 1. FLS σημαίνει “Failure Load Stage” κι αντιστοιχεί σε ένα στάδιο μέτρησης. Πιο συγκεκριμένα:

Η δοκιμή γίνεται σε ειδικά κατασκευασμένο για τον σκόπο, όργανο μέτρησης που περιστρέφει δύο γρανάζια που κατασκευάζονται πάντα με συγκεκριμένη προδιαγραφή ώστε να υπάρχει μέτρο σύγκρισης. Το όργανο αυτό, όπως φαίνεται και στις συνοδευτικές φωτογραφίες, περιστρέφει τα γρανάζια με 1450 στροφές ανά λεπτό, πράγμα που δεν ακούγεται υπερβολικό, αλλά είναι το φορτίο και η διάρκεια της δοκιμής εκείνα που παίζουν ρόλο.

η λειτουργία της μηχανής μέτρησης που ανέπτυξε το Ινστιτούτο Μηχανικών Ερευνών FZG

 

Κάθε εξεταζόμενο λιπαντικό, θερμαίνεται ακριβώς στους 90ο Κελσίου πριν την δοκιμή κι αμέσως μετά ξεκινούν κύκλοι μέτρησης, ένα FLS δηλαδή. Οι κύκλοι αυτοί αντιστοιχούν σε 21.700 περιστροφές των γραναζιών που πρακτικά σημαίνει περίπου 15 λεπτά λειτουργίας. Μετά από κάθε κύκλο τα γρανάζια ελέγχονται οπτικά για μικρο-ατέλειες και σε περίπτωση που δεν υπάρχει το παραμικρό, τότε συνεχίζουν σε ένα ακόμη κύκλο. Έτσι λοιπόν ένα λιπαντικό που άντεξε δέκα κύκλους, βαθμολογείται με FLS=10.

Σε περίπτωση που το λιπαντικό φτάσει τους 14 κύκλους χωρίς να αφήσει τα γρανάζια να πάθουν την παραμικρή φθορά, τότε υπερδιπλασιάζουν το φορτίο (714.2 Nm) και ολοκληρώνουν ακόμη έναν κύκλο. Σε περίπτωση που περάσει κι αυτή την δοκιμασία, τότε βαθμολογείται με FLS>14 την μέγιστη δυνατή βαθμολογία.

Ενδεικτικά, για να υπάρχει μέτρο σύγκρισης με τους κύκλους δοκιμής, μερικά φορτία που ασκούνται στα κιβώτια μοτοσυκλετών που είναι ξακουστές για την ροπή τους, και την αμεσότητα μετάδοσης είναι τα εξής:

Yamaha Vmax = 167 Nm

Kawasaki ZZR 1400 = 163 Nm

Suzuki Hayabusa = 155 Nm

Με βάση τα παραπάνω, η ένδειξη FLS>14 σημαίνει ότι το λιπαντικό που κρατάτε στα χέρια σας υπερκαλύπτει τις ανάγκες της μοτοσυκλέτας σας και φυσικά αποτελεί πλέον μία αξιολόγηση προστασίας, και όχι απλά μία προδιαγραφή καταλληλότητας, όπως είναι η JASO.

φωτογραφία της μηχανής για την δοκιμή FZG εν ώρα λειτουργίας

Η προδιαγραφή JASO ωστόσο δεν ορίζει συγκεκριμένα κριτήρια για την προστασία που κιβωτίου ταχυτήτων, πέραν της αντοχής του λιπαντικού σε υψηλές διατμητικές τάσεις, και χωρίζεται σε ξεχωριστές κατηγορίες για δίχρονους και τετράχρονους κινητήρες. Οι MA και MB (JASO MA/MB) είναι για τετράχρονους κινητήρες με ενιαίο σύστημα λίπανσης με την MB να χρησιμοποιείται όπου απαιτείται πιο χαμηλή τριβή. Αντίστοιχα για τους δίχρονους, οι σχετικές βαθμίδες της προδιαγραφής JASO είναι οι FA/FB/FC/FD με την FA και FB να διαφέρουν σε επίπεδο λιπαντικότητας και τις υπόλοιπες δύο να έχουν την ίδια λιπαντικότητα με την FB αλλά να διαφέρουν σε επίπεδο απορρυπαντικότητας με την FD να έχει το υψηλότερο. Οι προδιαγραφές JASO καθορίστηκαν από έξι οργανισμούς που έφτιαξαν μία γραμματεία:

Petroleum Association of Japan (PAJ)
Japan Automobile Manufacturers Association, Inc. (JAMA)
Society of Automotive Engineers of Japan, Inc. (JSAE)
Land Engine Manufacturers Association (LEMA)
Japan Lubricating Oil Society (JALOS)
Japan Boating Industry Association (JBIA)

και μέλη της είναι επίσης πολλοί κατασκευαστές λιπαντικών, και πανεπιστήμια.

Η JASO καθορίζει λοιπόν τις προδιαγραφές καταλληλότητας, αλλά έρχεται η δοκιμή FZG να αποδείξει εργαστηριακά σε πιο βαθμό προστατεύει κάθε λιπαντικό.

Επιπρόσθετα και με βάση τα παραπάνω, γίνεται ίσως ακόμα πιο κατανοητό πως τα λιπαντικά των μοτοσυκλετών διαφέρουν πολύ από εκείνα των αυτοκινήτων, για μία σειρά από λόγους που ξεκινούν από τις προδιαγραφές JASO και καταλήγουν στην δοκιμή FZG..

 

Πως η Ducati βελτίωσε τα ιαπωνικά πλαίσια

Κατανοώντας την ελεγχόμενη παραμόρφωση
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

20/7/2022

Επί ολόκληρες δεκαετίες το ζητούμενο των ιαπωνικών εργοστασίων μοτοσυκλετών ήταν η ακαμψία του πλαισίου. Χρησιμοποιώντας αποκλειστικά κινητήρες με έναν, δύο, τρεις ή τέσσερεις κυλίνδρους εν σειρά, τα ιαπωνικά εργοστάσια σχεδίαζαν για τις μοτοσυκλέτες παραγωγής ατσάλινα περιμετρικά πλαίσια από σωλήνες στρογγυλής διατομής, όπου το κάτω τμήμα τους ήταν αφαιρούμενο για εύκολη και γρήγορη τοποθέτηση του κινητήρα στις γραμμές παραγωγής.

Σε αυτή την “αδύναμη” αρχιτεκτονική του πλαισίου προς όφελος της ταχύτερης και φτηνότερης παραγωγής, έρχεται να προστεθεί και η “χαλαρή” σύνδεση του κινητήρα με το πλαίσιο λόγω του σχεδιασμού των κάρτερ, τα οποία ήταν οριζόντια χωρισμένα (λεπτομέρειες θα βρεις ΕΔΩ) και οποιαδήποτε ισχυρή σύνδεσή τους με το πλαίσιο θα προκαλούσε την καταστροφική καταπόνησή τους και πιθανότατα την καταστροφή του κινητήρα. Επιπρόσθετα, οι ιαπωνικοί δικύλινδροι εν σειρά και τετρακύλινδροι εν σειρά, έπασχαν από κραδασμούς δεύτερης τάξης λόγω χρονισμού του στροφάλου τους, κάνοντας συχνή τη χρήση ελαστικών βάσεων σύνδεσης του κινητήρα με το πλαίσιο.

Την ίδια εποχή, η Ducati και η Moto Guzzi μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τα στενά και ισχυρά κάρτερ των V2 κινητήρων τους ως ενεργό δομικό στοιχείο των πλαισίων τους, τα οποία μάλιστα ήταν κατασκευασμένα από χρωμιομολυβδενιούχο ατσάλι, το οποίο έχει εντελώς διαφορετικά χαρακτηριστικά από το κράμα μετάλλου που χρησιμοποιούσαν τα ιαπωνικά εργοστάσια. Μάλιστα οι Ιταλοί είχαν τεράστια πρακτική εμπειρία και εκατοντάδες εξειδικευμένους τεχνίτες που γνώριζαν κάθε μυστικό για την κατασκευή σωληνωτών πλαισίων από χρωμιομολιβδενιούχο ατσάλι, καθώς αυτή την τεχνική που ονόμαζαν Superleggera” (υπερελαφριά) χρησιμοποιούσαν για την κατασκευή πλαισίων αγωνιστικών αυτοκινήτων επί δεκαετίες. Ακόμα και οι τετρακύλινδρες εν σειρά μοτοσυκλέτες των Ιταλών (Gilera, MV Agusta, Benelli) είχαν πολύ πιο ισχυρά πλαίσια από τις ιαπωνικές μοτοσυκλέτες, διότι ο σχεδιασμός των πλαισίων τους ακολουθούσε κατά γράμμα τη σχεδίαση των αγωνιστικών μοτοσυκλετών τους, αδιαφορώντας για την εύκολη και γρήγορη τοποθέτηση του κινητήρα στις γραμμές παραγωγής και σπανίως είχαν αφαιρούμενα τμήματα. Επίσης οι Ιταλοί αδιαφορούσαν για κάποιες λεπτομέρειες στο σχεδιασμό των πλαισίων τους, όπως ας πούμε η απευθείας σύνδεση του πλαϊνού σταντ πάνω στα κάρτερ του κινητήρα, που είχε ως αποτέλεσμα το βάρος της μοτοσυκλέτας να “ανοίγει” τα ζεστά-μαλακά κάρτερ μετά από κάθε βόλτα και να προκαλεί διαρροές λαδιού…

Οι Ιταλοί σχεδίαζαν και κατασκεύαζαν πλαίσια έχοντας στο μυαλό τους μόνο την συμπεριφορά της μοτοσυκλέτα στη γρήγορη (αγωνιστική) οδήγηση, ενώ οι Ιάπωνες είχαν στο μυαλό τους τη διαδικασία παραγωγής και την πρακτικότητα.

 

Έως τα μέσα της δεκαετίας του ’70, τα ελαστικά των μοτοσυκλετών ήταν στενά και οι πίστες είχαν πολλές ευθείες και λίγες ανοιχτές στροφές. Η ανάγκη να πλαγιάζουν οι μοτοσυκλέτες ήταν μικρή, οπότε η μοναδική δουλειά που είχε να κάνει το πλαίσιο μιας μοτοσυκλέτας έως τότε ήταν η σταθερότητα στην ευθεία με υψηλές ταχύτητες.

Ένα απόλυτα άκαμπτο πλαίσιο και το χαμηλό κέντρο βάρους ήταν το μόνο που χρειαζόσουν, κάτι που βόλευε τα ιαπωνικά εργοστάσια με τους τεράστιους σε όγκο αερόψυκτους τετρακύλινδρους κινητήρες να είναι χαμηλά τοποθετημένοι, ενώ τα μακριά  μεταξόνια και οι μεγάλης διαμέτρου τροχοί βοηθούσαν τον τομέα της σταθερότητας.

Άλλωστε δεν είναι τυχαίο πως τη δεκαετία του ’70 έγιναν τόσο δημοφιλή τα “Monocoque” πλαίσια με την απόλυτη ακαμψία και τις μηδενικές ελαστικότητες.

Τα προβλήματα για τους Ιάπωνες άρχισαν να εμφανίζονται όταν τα ελαστικά των μοτοσυκλετών έγιναν slick στους αγώνες ταχύτητας και ταυτόχρονα άρχισαν να γίνονται όλο και πιο φαρδιά στις μοτοσυκλέτες παραγωγής.

Το ανώτερο επίπεδο κρατήματος των ελαστικών επέτρεψε στις μοτοσυκλέτες να πλαγιάζουν περισσότερο και με μεγαλύτερες ταχύτητες και έβαλε μέσα στο παιχνίδι τη συμπεριφορά της μοτοσυκλέτας στις στροφές.

Τα Ιαπωνικά πλαίσια παραγωγής δεν μπορούσαν πλέον να ανταπεξέλθουν σωστά σε αυτές τις νέες απαιτήσεις. Ήταν η χρυσή εποχή για τις ευρωπαϊκές βιοτεχνίες κατασκευής πλαισίων, που έφτιαχναν ισχυρότερα πλαίσια από χρωμιομολυβδενιούχο ατσάλι, χωρίς τους περιορισμούς που είχαν οι Ιάπωνες από την διαδικασία μαζικής βιομηχανικής παραγωγής. Εταιρείες όπως η ιταλική BIMOTA και η βρετανική HARRIS έβγαλαν περιουσίες έως και το τέλος της δεκαετίας του ’80.

Η πρώτη ιαπωνική εταιρεία που προσπάθησε να σχεδιάσει ένα πλαίσιο παραγωγής για τις ανάγκες της νέας εποχής ήταν η Yamaha με το FZ 750, βάζοντας στο στόμα μας τις λέξεις Genesis και Deltabox. Η φιλοσοφία “Genesis” ήθελε το μπλοκ τον κυλίνδρων να γέρνει εμπρός στις 45⁰ μεταφέροντας το βάρος του κινητήρα κοντά και χαμηλά στον εμπρός τροχό για σταθερότητα στις υψηλές ταχύτητες, ενώ την ίδια στιγμή ο εμπρός τροχός έγινε μόλις 16” από 18-19” για μείωση του γυροσκοπικού φαινομένου, αλλά και για να κρατηθεί η γωνία κάστερ και το μεταξόνιο σε λογικά επίπεδα προς όφελος της ευελιξίας.

Η λέξη Deltabox περιέγραφε το τριγωνικό σχήμα του πλαισίου από σωλήνες τετραγωνικής διατομής και ήταν εμπνευσμένο από τα δίχρονα YZR 500 των GP.

Πρακτικά αυτή η αρχιτεκτονική είχε μεγαλύτερο όφελος στις ευθείες και ελάχιστο στις στροφές, διότι το πολύ χαμηλό κέντρο βάρους δεν βοηθά την ευελιξία και ο τροχός των 16” δεν έχει ομοιογενή συμπεριφορά. Έτσι η τελευταία εξέλιξη των πλαισίων Genesis χρησιμοποιούσε τροχούς 17”, ενώ το 1988 η Kawasaki με το ZXR 750 και το κάθετο μπλοκ κυλίνδρων του κινητήρα της, έγινε το πρότυπο των ιαπωνικών τετρακύλινδρων superbike έως την εμφάνιση της Yamaha R1 με το tri-axes κιβώτιο, που μίκρυνε ακόμα περισσότερο το μήκος του κινητήρα, επιτρέποντας τη χρήση μακρύτερου ψαλιδιού.

Όλα αυτά τα χρόνια που οι Ιάπωνες πειραματίζονταν με δεκάδες διαφορετικά είδη πλαισίων, προσπαθώντας να ακολουθήσουν την εξέλιξη των ελαστικών, οι Ιταλοί συνέχιζαν να κατασκευάζουν πλαίσια με τα ίδια υλικά και την ίδια αρχιτεκτονική που χρησιμοποιούσαν επί δεκαετίες…

Και απ’ ότι κατάλαβε πρώτη η Honda αντιμετωπίζοντας τις Ducati 851/888 και 916 στο Παγκόσμιο Πρωτάθλημα Superbike, οι “νεροσωλήνες” των Ιταλών ήταν πολύ ανώτεροι από τα εντυπωσιακής εμφάνισης ογκώδη αλουμινένια πλαίσια των εργοστασιακών RC 30 και RC 45. Με τα slick ελαστικά να έχουν πλέον εντυπωσιακού επιπέδου κράτημα και τις μοτοσυκλέτες να πλαγιάζουν συνεχώς πάνω από τις 55⁰ στις στροφές, οι αναβάτες των Honda έβλεπαν μπροστά τους τις Ducati να “κυματίζουν” οριακά πλαγιασμένες μέσα στη στροφή, ακολουθώντας τις ανωμαλίες της ασφάλτου και να ανοίγουν πολύ νωρίτερα το γκάζι στις εξόδους. Την ίδια στιγμή τα εντελώς άκαμπτα αλουμινένια “δοκάρια” των ιαπωνικών μοτοσυκλετών χοροπηδούσαν πάνω από τις ανωμαλίες της ασφάλτου, καταπονώντας υπερβολικά τα ελαστικά τους, κάνοντας εύκολο το σπινάρισμα στο άνοιγμα του γκαζιού και την ίδια στιγμή οι αναβάτες είχαν ελάχιστη αίσθηση για το επίπεδο πρόσφυσή τους.

Ο λόγος που τα πλαίσια των Ducati κατάφερναν να είναι άκαμπτα όταν η μοτοσυκλέτα ήταν όρθια στην ευθεία και να αποκτούν χαρακτηριστικά ανάρτησης όταν η μοτοσυκλέτα πλάγιαζε υπερβολικά, έχει να κάνει κυρίως με την μακροχρόνια τεχνογνωσία των Ιταλών “Μαστόρων” στην κατασκευής πλαισίων από “νεροσωλήνες” χρωμομολυβδένιου.

Το συγκεκριμένο κράμα έχει συγκεκριμένες ιδιότητες “ελαστικότητας” και αν ξέρεις σε ποιο μήκος να κόψεις τον κάθε σωλήνα και πώς να τους ενώσεις μεταξύ τους, τότε μπορείς να επιτύχεις με πολύ μεγάλη ακρίβεια τη συμπεριφορά του στις δυνάμεις που ασκούνται πάνω του από διαφορετικές κατευθύνσεις.

Άλλωστε δεν είναι καθόλου τυχαίο πως όλα τα εργοστάσια κατασκευής πλαισίων για αγωνιστικά go-kart είναι ιταλικά και φυσικά φτιάχνονται από “νεροσωλήνες” ίδιους με των ιταλικών μοτοσυκλετών, διότι τα go-kart δεν έχουν αναρτήσεις και το πλαίσιό τους είναι εκείνο που έχει το ρόλο ανάρτησης.

Επίσης αν ξέρεις πόσο μήκος, πόσο πάχος, πόση διάμετρο και σε πιο σημείο να κολλήσεις τους “νεροσωλήνες” μπορείς να έχεις σε κάθε πίστα ένα ειδικά σχεδιασμένο πλαίσιο ή με μερικές αλλαγές στους σωλήνες τοπικά να επιτύχεις την ακαμψία ή την ελαστικότητα που θέλεις, στο σημείο που θέλεις!

Κι αυτό ακριβώς έκανε τότε η Ducati στο Παγκόσμιο Πρωτάθλημα WSBK, όπου είχε πάντα μαζί της σε κάθε αγώνα έναν “μαστρο-συγκολλητή” για να προσαρμόζει τα πλαίσια στις ανάγκες της συγκεκριμένης πίστας.

Προφανώς η Honda δεν μπορούσε να έχει χυτήριο και πρέσες για να φτιάχνει επί τόπου διαφορετικά αλουμινένια πλαίσια…

Το αποτέλεσμα αυτής της εμπειρίας της Honda από τους αγώνες του WSBK τη δεκαετία του ‘90, ήταν η παρουσίαση του CBR 600 F4, της πρώτης Ιαπωνικής μοτοσυκλέτας με αλουμινένιο πλαίσιο το οποίο είχε “ελεγχόμενες ελαστικότητες” και ταυτόχρονα χρησιμοποιούσε τον κινητήρα ως ενεργό τμήμα του πλαισίου (Pivotless).

Σήμερα, την ίδια ακριβώς φιλοσοφία ακολουθεί η Ducati στα MotoGP σχεδιάζοντας καλάμια πιρουνιού, ψαλίδια και monocoque πλαίσια από carbon - ένα υλικό υψηλής τεχνολογίας, το οποίο σου επιτρέπει να επιτύχεις συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ελαστικότητας σε συγκεκριμένα σημεία του… αν φυσικά ξέρεις πώς να το κάνεις!