Κινητήρες χωρίς εκκεντροφόρους

Τι κάνουν οι πνευματικές βαλβίδες (VIDEO)
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

21/12/2016

Η τεχνολογία των πνευματικών βαλβίδων δεν είναι νέα και χρησιμοποιείται πάνω από δύο δεκαετίες στη F1 και φυσικά στους κινητήρες των MotoGP. Όμως τώρα τελευταία όλο και περισσότερο εμφανίζονται κινητήρες πιο “ευρείας παραγωγής” που προσπαθούν να εκμεταλλευτούν τα οφέλη των πνευματικών βαλβίδων.

Αφορμή για να ασχοληθούμε μαζί τους, αποτέλεσε η Aprilia RSV4RR-GP που είδαμε πρόσφατα στην έκθεση του Μιλάνου και είναι η πρώτη μοτοσυκλέτα με πνευματικές που θα πωλείται σε ιδιώτες (περίπου 100.000 ευρώ) και δεν αποτελεί απλώς ένα αγωνιστικό πρωτότυπο. Τι κάνουν όμως οι πνευματικές βαλβίδες; Πολύ απλά, μας απαλλάσσουν από τους (μηχανικούς) εκκεντροφόρους και όλα τα προβλήματα και τους περιορισμούς που τους ακολουθούν.

Μειονεκτήματα μηχανικής κίνησης βαλβίδων:
 
-Κατανάλωση ενέργειας από τον κινητήρα
-Τριβές / φθορές
-Βέλτιστη απόδοση μόνο σε συγκεκριμένο φάσμα στροφών

 

Γιατί θέλουμε να ξεφορτωθούμε τους εκκεντροφόρους
Η κίνηση των βαλβίδων (βύθισμα/χρονισμός) είναι από τα σημαντικότερα πράγματα για την απόδοση ενός κινητήρα. Ο μηχανικός τρόπος κίνησής τους απαιτεί ένα περίπλοκο σύστημα μεταφοράς της κίνησης από τον στρόφαλο προς την κεφαλή. Ήδη από τις αρχές του προηγούμενου αιώνα (δηλαδή μέχρι τον Πρώτο Π.Π.) είχαν δοκιμαστεί όλα τα ήδη μηχανικής κίνησης των βαλβίδων. Ωστήρια με τον εκκεντροφόρο στα κάρτερ, δίπλα από τον στρόφαλο, άξονας με ένα εκκεντροφόρο επικεφαλή και φυσικά αλυσίδα με έναν ή δύο επικεφαλείς εκκεντροφόρους.

Ακόμα και τα συστήματα Desmo είχαν χρησιμοποιηθεί από την Peugeot και την Mercedes-Benz σε αυτοκίνητα F1 του 1930. Τότε, το πρόβλημά τους ήταν η ποιότητα των ελατηρίων κλεισίματος των βαλβίδων, που τους εμπόδιζε να ανεβάσουν υψηλές στροφές με αξιοπιστία. Σήμερα που αυτό το πρόβλημα έχει λυθεί και υπάρχουν κινητήρες παραγωγής με όριο περιστροφής τις 20.000 στροφές (Honda CBR 2500 RR, Kawasaki ZXR 250RR), οι σχεδιαστές προσπαθούν να λύσουν το δεύτερο μεγάλο πρόβλημα των μηχανικών εκκεντροφόρων που είναι ο χρονισμός τους. Ο σταθερός χρονισμός των εκκεντροφόρων έχει άμεση σχέση με την απόδοση του κινητήρα σε ένα συγκεκριμένο φάσμα στροφών. Οι λεγόμενοι “άγριοι” εκκεντροφόροι δουλεύουν σωστά μόνο τις υψηλές στροφές και συνήθως απαιτούν πολύ σκληρά/ισχυρά ελατήρια επιστροφής των βαλβίδων. Εξαίρεση από τελεί το Desmo της Ducati που δεν έχει ελατήρια επιστροφής.

Οι πιο ήπιου χρονισμού εκκεντροφόροι, αποδίδουν καλύτερα σε χαμηλότερο φάσμα στροφών, προσφέροντας οικονομία καυσίμου, χαμηλότερους ρύπους και συνήθως περισσότερη ροπή. Μια λύση που χρησιμοποιείται τα τελευταία χρόνια είναι οι μεταβλητού χρονισμού εκκεντροφόροι (κυρίως εισαγωγής και πολύ σπάνια της εξαγωγής). Ακόμα και εδώ έχουμε δύο είδη: Τους συνεχώς μεταβαλλόμενους, όπου ένα ηλεκτρικό μοτέρ τοποθετημένο στην άκρη τους περιστρέφει το έκκεντρο που είναι οι εκκεντροφόροι και τους μεταβλητούς δύο σταδίων, όπου με την πίεση του λαδιού στο κύκλωμα του κινητήρα (όσο αυξάνονται οι στροφές τόσο μεγαλύτερη πίεση παρέχει η αντλία λαδιού) περιστρέφει ένα έκκεντρο στις άκρες των εκκεντροφόρων, μετατοπίζοντας έτσι την θέση τους.

Προσοχή εδώ! Τα απλά συστήματα Vtec, που απλώς απενεργοποιούν τα κοκοράκια (π.χ. Suzuki RF 400) μιας εκ των δύο βαλβίδων εισαγωγής/εξαγωγής δεν είναι συστήματα μεταβλητού χρονισμού. Όμως και πάλι αυτή η λύση είναι αρκετά περίπλοκη κατασκευαστικά και στην περίπτωση των μοτοσυκλετών, προσθέτουν μεγάλο όγκο και βάρος.

Αντιθέτως οι πνευματικές βαλβίδες, όχι μόνο δεν τραβάνε ενέργεια από τον κινητήρα, όχι μόνο μας δίνουν την δυνατότητα να αλλάζουμε διαρκώς των χρονισμό και το βύθισμά τους, αλλά ταυτόχρονα μπορούμε να καθοδηγούμε κάθε βαλβίδα ξεχωριστά και ανεξάρτητα από τις υπόλοιπες! Με άλλα λόγια, η αναπνοή και η εκπνοή του κινητήρα μπορούν να ρυθμιστούν με απόλυτη ακρίβεια σε όλο το φάσμα στροφών του κινητήρα και ταυτόχρονα μας δίνουν την δυνατότητα να αλλάζουμε τα χαρακτηριστικά απόδοσής του στιγμιαία, αναλόγως το φορτίο που του ασκούμε ή την δουλειά που θέλουμε να κάνει (π.χ. ανοιχτό ή κλειστό γκάζι, επιδόσεις ή οικονομία κ.τ.λ.).

Μέχρι σήμερα δεν είχε βγει στην παραγωγή κινητήρας με τέτοιου είδους σύστημα κίνησης των βαλβίδων, καθώς το κατασκευαστικό κόστος είναι ακόμα εξωπραγματικό, το σέρβις απαιτεί ακριβό εξοπλισμό και εξειδικευμένο προσωπικό και η αξιοπιστία του δεν έχει δοκιμαστεί σε πραγματικές συνθήκες.

Όμως από του χρόνου η Koenigsegg θα φτιάξει το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής στον κόσμο χωρίς εκκεντροφόρους και όποιος έχει 100.000 ευρώ μπορεί να πάρει από σήμερα την Aprilia RSV4RR-GP. Με τους νόμους για τις εκπομπές ρύπων να γίνονται ακόμα πιο σκληροί τα επόμενα χρόνια, είναι βέβαιο ότι οι πνευματικές βαλβίδες να εμφανιστούν  και σε λιγότερο εξωτικά αυτοκίνητα και μοτοσυκλέτες…       

Pokemon και δράκοι - Φτερά και κέρατα στις ουρές των MotoGP μοτοσυκλετών

Στην κορυφή μετρά και η παραμικρή λεπτομέρεια
Κώστα Γκαζή
Από τον

Κώστα Γκαζή

23/9/2022

Κατά τη διάρκεια των δοκιμαστικών του Mugello στον αγώνα του 2022, ο αναβάτης εξέλιξης της Aprilia, Lorenzo Savadori, εμφανίστηκε με ένα εντυπωσιακό αεροδυναμικό βοήθημα στην ουρά, που θύμιζε πολύ την αεροτομή των F1 μονοθεσίων. Στη συνέχεια, το Noale  εγκατέλειψε το συγκεκριμένο βοήθημα, όμως λίγους μήνες μετά, η Ducati έκανε τη δική της κίνηση όσον αφορά στα βοηθήματα ουράς, που δείχνουν να έχουν έρθει για να μείνουν, ενώ στα δοκιμαστικά του Motegi την εταιρεία του Borgo Panigale ακολούθησε και η Suzuki.

Διπλά φαίρινγκ, πλαϊνά “φτερά”, σχισμές που θυμίζουν βράγχια στο φέρινγκ (S 1000 RR) και τρύπες εκατέρωθεν του προβολέα (CBR900RR), αεροτομή “κουτάλι” στο κάτω μέρος του πίσω τροχού, και τώρα αεροδυναμικά βοηθήματα στην ουρά. Ο πειραματισμός στα αεροδυναμικά βοηθήματα έχει μεγάλη ιστορία, και ακόμα μεγαλύτερο μέλλον.

Καθώς διάφοροι κατασκευαστές του MotoGP μείωναν το μέγεθος των πλαϊνών αεροδυναμικών “φτερών” των μοτοσυκλετών τους, αναζητώντας τρόπους για να αυξήσουν την ταχύτητα τους, η Aprilia εφοδίασε τη μοτοσυκλέτα του Savadori στα δοκιμαστικά του Mugello στα τέλη Μαΐου του 2022, με μια νέα αεροτομή στην ουρά. Ο Aleix Espargaro μπορεί να μην δοκίμασε την αεροτομή αυτή, δήλωσε όμως τα εξής: “Είδα τα δεδομένα από την αεροσήραγγα και έχουν ενδιαφέρον. Εκ πρώτης όψεως η αεροτομή δείχνει ένα απλό τέχνασμα του marketing, όμως κάνει διαφορά. Ναι, θυμίζει την F1, αλλά φορτίζει με βάρος κάποια σημεία και πλέον στο MotoGP αναζητούμε τις λεπτομέρειες που κάνουν τη διαφορά. Θέλουμε μεγαλύτερη φόρτιση του πίσω μέρους της μοτοσυκλέτας, δεν μπορώ να χρησιμοποιήσω περισσότερο φρένο κινητήρα και πιέζω την ομάδα να μου βρουν τρόπο να φορτίσω περισσότερο το πίσω μέρος.”

Παρά τις δηλώσεις του Espargaro για ενδιαφέροντα αποτελέσματα στις δοκιμές της αεροτομής, η Aprilia στη συνέχεια εξαφάνισε το εν λόγω βοήθημα, και κανείς δεν ξανάκουσε για αυτό.

Απ’ ότι φαίνεται η αεροτομή της Aprilia φόρτιζε μεν την ουρά της μοτοσυκλέτας, πακτώνοντας την στο έδαφος στις ευθείες με ψηλές ταχύτητες, όμως στις στροφές η δύναμη του αέρα ανέπτυσσε πλευρικές δυνάμεις που δεν ήταν επιθυμητές.  

Φτάνουμε στο  Βρετανικό GP του Silverstone, στις αρχές Αυγούστου του 2022, με τη Ducati να παίρνει τη σκυτάλη από την Aprilia, παρουσιάζοντας μια νέα σειρά αεροδυναμικών βοηθημάτων για την ουρά της Desmosedici GP, που έγιναν γνωστό και ως “ουρά Στεγόσαυρου”, “Ουρά δράκου” ή ακόμα και ως… “Pokemon”. Μια νέα εποχή αεροδυναμικών… φτερών και κεράτων έδειχνε να ανατέλλει.

Δεν ξεχνάμε πως η Ducati είναι εδώ και χρόνια πρωτοπόρα στην αεροδυναμική των αγωνιστικών μοτοσυκλετών, καθώς ήταν ο πρώτος κατασκευαστής που παρουσίασε τα γνωστά, και κοινά πλέον, αεροδυναμικά βοηθήματα στα πλάγια του φαίρινγκ των MotoGP και Superbike μοτοσυκλετών, φτερά που έχουν πλέον προσαρμοστεί ακόμα και σε γυμνά μοντέλα παραγωγής.

Οι πρώτοι αναβάτες που δοκίμασαν τα συγκεκριμένα βοηθήματα στην ουρά των MotoGP μοτοσυκλετών τους ήταν οι Enea Bastianini και Jorge Martin. Τα βοηθήματα είναι τέσσερα εξογκώματα στο πάνω μέρος της ουράς που θυμίζουν φτερά, δύο από κάθε πλευρά που αλληλοκαλύπτονται, τοποθετημένα με κλίση.

Αρχικά κανείς δεν γνώριζε ποιος ακριβώς ήταν ο στόχος της Ducati με τα συγκεκριμένα φτερά, ενώ ο Martin δήλωσε μεταξύ άλλων πως “ένιωθα πως δυσκολευόμουν λίγο περισσότερο να αλλάξω κατεύθυνση, όμως στην ευθεία είχα καλύτερη αίσθηση”.

Ο Bastianini δήλωσε πως “στο φρενάρισμα η μοτοσυκλέτα είναι πιο σταθερή, και νομίζω πως αυτό είναι το δυνατό τους σημείο.”

Τα “φτερά Στεγόσαυρου” είναι σχεδιασμένα ώστε το φτερό που βρίσκεται στο εσωτερικό της στροφής να φορτίζει τον πίσω τροχό, όταν η μοτοσυκλέτα είναι υπό κλίση (όπου ο αναβάτης έχει βγάλει το σώμα του εκτός της μοτοσυκλέτας, αφήνοντας τον αέρα να κάνει τη δουλειά του με τα φτερά), και την ίδια στιγμή το απέναντι φτερό να μην παράγει κάποια αντίθετη ή ενοχλητική δύναμη.

Μια ακόμα λειτουργία των αεροδυναμικών αυτών βοηθημάτων είναι να εξομαλύνει τη ροή του αέρα στο πίσω μέρος της μοτοσυκλέτας, κατευθύνοντας τον στο κέντρο, μειώνοντας τις αναταράξεις και βοηθώντας στην επίτευξη μεγαλύτερης τελικής ταχύτητας.

Σιγά-σιγά τα συγκεκριμένα βοηθήματα εξαπλώθηκαν σε περισσότερες MotoGP μοτοσυκλέτες της Ducati, ενώ πλέον τα χρησιμοποιούν οι Francesco Bagnaia, Jack Miller, Enea Bastianini, Luca Marini, Jorge Martin, και πιο πρόσφατα απ’ όλους ο Johann Zarco. Ακόμα δεν τα έχουν φορέσει οι Fabio di Giannantonio, Marco Bezzecchi.

Καθώς τα GP διαδέχονται το ένα το άλλο, τα συγκεκριμένα “φτερά” της Ducati έχουν αλλάξει ελαφρώς σε σχήμα, όμως σε γενικές γραμμές παραμένουν στην ίδια λογική με τα πρώτα.

Η πιο πρόσφατη εξέλιξη στο θέμα είναι η είσοδος της Suzuki στο κλαμπ με τις “φτερωτές ουρές”-λίγο πριν την έξοδο της από το MotoGP-, όπου στο GP του Motegi αποφασίστηκε να οδηγήσει ο δοκιμαστής της φίρμας Takuya Tsuda, και αντικαταστάτης του τραυματία Mir, με δυο αεροδυναμικά βοηθήματα στην ουρά που κάποιοι χαρακτήρισαν ως… “αυτιά λαγού”.

Ενδιαφέρον έχει το γεγονός πως μόλις το έμαθε ο Alex Rins επέμεινε να οδηγήσει κι εκείνος με αυτά τα βοηθήματα. Όταν η Suzuki αρνήθηκε, τους έκανε την εξής πρόταση: “αν είμαι γρήγορος τα πρώτα λεπτά, θα έρθω στα pits και θα μου βάλετε την ουρά με τα βοηθήματα.”  Η Suzuki δέχθηκε, ο Ισπανός ανέβηκε στην κορυφή των χρόνων τα πρώτα λεπτά, μπήκε στα pits και όταν βγήκε ξανά είχε την ουρά με τα αυτιά του λαγού. Πώς τα πήγε με αυτήν; Όχι και τόσο καλά, όμως χωρίς να φταίει η ουρά, καθώς είχε βγει κίτρινη σημαία και ο Rins δεν κατάφερε να σημειώσει γρήγορο χρόνο στα λεπτά που απέμεναν.

Κι η ετυμηγορία του; “Ένιωσα πιο σταθερή τη μοτοσυκλέτα όσον αφορά στο πίσω μέρος. Με τα δεδομένα της τηλεμετρίας, συγκρίνοντας την πρώτη μου έξοδο στα δοκιμαστικά με τη δεύτερη, ήμουν ικανός να φρενάρω λίγο πιο δυνατά μέσα στη στροφή. Τουλάχιστον με λιγότερα κουνήματα. Αν τα δεδομένα που έχουν συλλέξει οι τεχνικοί είναι καλά, θα χρησιμοποιήσουμε τα βοηθήματα και στον αγώνα.”

Τέλος, να θυμίσουμε την περίπτωση του Dominique Aegerter που το 2016 είχε εμφανιστεί στο τεστ του Κατάρ με τη Moto2 μοτοσυκλέτα της Kalex να φέρει δυο carbon “φτερά” στην ουρά, στο κάτω όμως μέρος της. Αυτά είχαν στόχο να… μεγιστοποιήσουν τις αναταράξεις στο πίσω μέρος της μοτοσυκλέτας ώστε να εμποδίζουν το slip-streaming και να… φρενάρουν τους αναβάτες που τον ακολουθούσαν! Άκρως επικίνδυνη εφεύρεση, που βοήθησε τελικά τον Μάρτιο του 2016, τη Dorna να απαγορεύσει τα αεροδυναμικά βοηθήματα σε Moto2 & Moto3.

Τώρα αναμένουμε να δούμε, αν μετά τις Aprilia, Ducati και Suzuki θα ακολουθήσουν κι άλλοι κατασκευαστές στη νέα αυτή κατεύθυνση, ή αν θα… βγάλουν τις ουρές τους απ’ έξω. Και φυσικά μην αποκλείουμε την πιθανότητα να δούμε σύντομα τις εν λόγω “φτερωτές ουρές” να περνούν και στις μοτοσυκλέτες παραγωγής, είτε από τα εργοστάσια, είτε από τρίτους κατασκευαστές. Και οι αεροδυναμικές αναζητήσεις συνεχίζονται ασταμάτητες.