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…       

Φίλτρα αέρα: Πότε προστατεύουν και πότε καταστρέφουν τον κινητήρα

Το πιο σημαντικό εξάρτημα προστασίας του κινητήρα που… αδιαφορούμε για την ύπαρξή του!
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

28/7/2021

Δεν θα μπούμε καν στο κόπο να ρωτήσουμε πότε ήταν η τελευταία φορά που έλεγξες την κατάσταση του φίλτρου αέρα της μοτοσυκλέτας σου διότι δεν θέλουμε να σε φέρουμε σε δύσκολη θέση… Μην στεναχωριέσαι όμως, διότι είναι ελάχιστοι εκείνοι που γνωρίζουν πόσο σημαντικός είναι ο ρόλος του φίλτρου αέρα σε μια σύγχρονη μοτοσυκλέτα και ακόμα λιγότεροι εκείνοι που φροντίζουν να κάνει σωστά την άκρως σημαντική δουλειά του.

Κάποιοι νομίζουν πως είναι απλώς “κάτι” που πρέπει να αλλάζουν σε κάθε service μαζί με τα λάδια και το φίλτρο λαδιού. Κάποιοι άλλοι “ψαγμένοι” και “γνώστες” το αντιμετωπίζουν  αποκλειστικά ως Performance Part και το μόνο που τους ενδιαφέρει είναι να δούνε πόσα άλογα κέρδισαν στο δυναμόμετρο αλλάζοντας τον τύπου ή την μάρκα του φίλτρου αέρα.

Τόσο η πρώτη κατηγορία μοτοσυκλετιστών και πολύ περισσότερο η δεύτερη, ξεχνάνε πως το φίλτρο αέρα είναι η σημαντικότερη ασπίδα προστασίας του κινητήρα. Κι αυτό συμβαίνει διότι έχουν σταματήσει να παρακολουθούν την εξέλιξη της τεχνολογίας των κινητήρων.

Ξεκινώντας από τα βασικά, θα πρέπει να γίνει εξ αρχής κατανοητό πως ο ρόλος του φίλτρου αέρα ακολουθεί πολύ στενά την εξέλιξη της τεχνολογίας των κινητήρων. Δηλαδή όσο εξελίσσεται η τεχνολογία των κινητήρων, τόσο εξελίσσεται και ο ρόλος που έχει το φίλτρο αέρα.

 

Οι πρώτοι κινητήρες δεν είχαν καν φίλτρο αέρα, για τον απλούστατο λόγο πως – έτσι κι αλλιώς - έπρεπε να τους κάνεις γενική επισκευή κάθε 100-200 χιλιόμετρα και είχαν τόσο μεγάλες ανοχές τα μηχανικά τους μέρη που ακόμα κι αν έμπαινε ολόκληρη πέτρα μέσα στον θάλαμο καύσης (που λέει ο λόγος…) δεν είχε καμία επίπτωση στη λειτουργία τους.

Με την πρόοδο που ακολούθησε στη μεταλλουργία, την ανάγκη για υψηλότερες επιδόσεις και με στόχο τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής των κινητήρων εσωτερικής καύσης, η χρήση φίλτρων αέρα έγινε απαραίτητη, διότι τα μικροσωματίδια άρχισαν να αποτελούν έναν μεγάλο εχθρό για τους νέους κινητήρες, που πλέον αποκτούν όλο και μικρότερες ανοχές στα μηχανικά τους μέρη, όπως επίσης και πολύ πιο ευαίσθητα και μαλακά κράματα αλουμινίου για μείωση του βάρους.

Όμως όπως ξέρουμε, κάθε κινητήρας εσωτερικής καύσης δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια περίπλοκη αντλία αέρα, όπου ρουφά αέρα από τους αυλούς εισαγωγής και βγάζει αέρα από την εξάτμιση. Όσο περισσότερος είναι ο όγκος του αέρα στη μονάδα χρόνου που μπαίνει και βγαίνει προς και από τον κινητήρα μας, τόσο πιο αποδοτικός είναι.

Βάζοντας λοιπόν ένα φίλτρο αέρα πριν την εισαγωγή του κινητήρα, αυτομάτως περιορίζουμε τη δυνατότητα του αέρα να κινηθεί ελεύθερα προς τον θάλαμο καύσης, κάτι που μειώνει την απόδοση του κινητήρα. Έτσι στους αγώνες για πολλά χρόνια (σε κάποιες κατηγορίες αγώνων όπως τα Dragster ακόμα και σήμερα) είτε δεν είχαν καθόλου φίλτρα αέρα, είτε είχαν απλώς κάποιου είδους σίτα για να μην μπαίνουν μέσα χαλίκια.

Προφανώς στους αγώνες δεν σε ενδιαφέρει η μακροζωία του κινητήρα, σε αντίθεση με την καθημερινή χρήση μιας μοτοσυκλέτας που το τελευταίο πράγμα που θέλεις είναι να καταστραφεί ο κινητήρας σου μετά από μερικές χιλιάδες χιλιόμετρα ή έστω να πέσει κατακόρυφα η απόδοσή του λόγω της πρόωρης φθοράς των μηχανικών μερών του.

Αν λοιπόν θέλεις μόνο την μέγιστη απόδοση από τον κινητήρα σου για μερικά δευτερόλεπτα και δεν σε νοιάζει αν καταστραφεί μετά ή χάσει την απόδοσή του, κάνε ό,τι κάνουν στα Dragster και βγάλε εντελώς το φίλτρο αέρα ή βάλε απλώς μια σίτα να μην μπαίνουν τα πουλιά μέσα…

 

Μάλλον δεν θέλεις να συμβεί κάτι τέτοιο, οπότε ας δούμε έναν-έναν τους λόγους που θα πρέπει το φίλτρο αέρα της μοτοσυκλέτας μας να κάνει σωστά της δουλειά του, αλλά και πως γίνεται να κερδίσουμε άλογα χωρίς να επηρεαστεί η αξιοπιστία του κινητήρα μας.

 Όπως είπαμε στην αρχή, οι σύγχρονοι κινητήρες έχουν πολύ μικρότερες ανοχές στα μηχανικά τους μέρη και χρησιμοποιούν πιο μαλακά κράματα αλουμινίου με στόχο την αύξηση της απόδοσης, τη μείωση των τριβών και την μείωση των ρύπων και του θορύβου.

Όσο πιο αυστηρές γίνονται οι προδιαγραφές ρύπων και θορύβου, τόσο μικρότερες πρέπει να γίνουν οι ανοχές των μηχανικών μερών, αλλά και να παραμείνουν μικρές σε όλη τη διάρκεια ζωής του κινητήρα, διότι ο περίπλοκος εξοπλισμός διαχείρισης των ρύπων που έχουν οι σύγχρονοι κινητήρες μπορεί να καταστραφεί ή να προκληθούν δυσλειτουργίες και να χρειαστούν πανάκριβες επισκευές.

Το φιλτροκούτι μιας σύγχρονης μοτοσυκλέτας δεν έχει καμία απολύτως σχέση με το φιλτροκούτι που είχε μια μοτοσυκλέτα πριν δέκα, είκοσι ή τριάντα χρόνια.

 

Οι ψεκασμοί Ride By Wire χρησιμοποιούν πολύ ευαίσθητους (και πανάκριβους…) αισθητήρες που μετράνε την ποσότητα, την ταχύτητα ΚΑΙ την ποιότητα του αέρα.

 

Στους κινητήρες υψηλής απόδοσης, οι αυλοί εισαγωγής είναι μεταβλητοί και μετακινούνται πάνω-κάτω αλλάζοντας το μήκος τους ή έχουν πτερύγια μέσα στο φιλτροκούτι που αλλάζουν θέση ώστε να μεταβάλουν τη ροή και την ταχύτητα του αέρα αναλόγως τις στροφές του κινητήρα.  

 

Όλοι αυτοί οι ευαίσθητοι, περίπλοκοι και πανάκριβοι ηλεκτρονικοί μηχανισμοί και αισθητήρες θα πρέπει να προστατευθούν από τα μικροσωματίδια που εισέρχονται μαζί με τον αέρα μέσα στο φιλτροκούτι και από εκεί στο εσωτερικό του κινητήρα. Αυτή φυσικά είναι μια δουλειά που πρέπει να κάνει το φίλτρο αέρα.

Έτσι ενώ τις προηγούμενες δεκαετίες, το φίλτρο αέρα προστάτευε μόνο τα μηχανικά μέρη του κινητήρα, τώρα θα πρέπει να προστατεύει και τα ηλεκτρονικά, τα οποία έχουν κυρίαρχο ρόλο στην απόδοση των σύγχρονων κινητήρων.

Αν δηλαδή τα προηγούμενα χρόνια έχανες 4-5 άλογα από ένα βρώμικο ή λάθος φίλτρο αέρα και οι ζημιές που προκαλούσε στο εσωτερικό του κινητήρα άρχιζαν να φαίνονται μετά από 20.000-30.000 χιλιόμετρα, τώρα μπορεί να προκαλέσει ακόμα και το ξαφνικό σβήσιμο του κινητήρα ή την ολική καταστροφή του μέσα σε μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα.

Οπότε η ανάγκη για ένα φίλτρο αέρα που προστατεύει τα ηλεκτρονικά μέσα στο φιλτροκούτι και προστατεύει τα μαλακά κράματα αλουμινίου μέσα στον κινητήρα είναι αδιαπραγμάτευτη προτεραιότητα σε έναν σύγχρονο κινητήρα.

 

Και σε αυτό το σημείο ήρθε επιτέλους η ώρα να απαντήσουμε στο μεγάλο ερώτημα, δηλαδή στην αντικατάσταση του εργοστασιακού φίλτρου αέρα με ένα φίλτρο “ελευθέρας ροής” για να πάρουμε άλογα.

 

Θα είμαστε σαφείς από την αρχή: Τα φίλτρα “ελεύθερης ροής” ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ όλα ίδια και ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ όλα σχεδιασμένα για γενική χρήση. Επίσης ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ για όλους…

 

 

Γιατί δεν είναι όλα ίδια;

 

Οι περισσότερες εταιρείες κατασκευής φίλτρων αέρα “ελευθέρας ροής” έχουν καταλάβει πως το μόνο που ενδιαφέρει τον κόσμο είναι “να πάρουν όσα περισσότερα άλογα γίνεται” και πως αν ξοδέψουν χρόνο, χρήμα και τεχνογνωσία για να σχεδιάσουν ένα φίλτρο που προσφέρει προστασία αντίστοιχη ή καλύτερη του εργοστασιακού φίλτρου και ταυτόχρονα βελτιώνει την απόδοση του κινητήρα, δεν πρόκειται να το εκτιμήσει κανείς, αφού στο τέλος θα πάει να αγοράσει εκείνο που του είπαν πως “βγάζει τα περισσότερα άλογα”. Οπότε φτιάχνουν φίλτρα που επιτρέπουν να μπουν βατράχια μέσα στον κινητήρα και πάει ο κόσμος και τα αγοράζει.

Εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα είναι οι εταιρείες κατασκευής φίλτρων “ελευθέρα ροής” που ανακοινώνουν με λεπτομέρεια τις τεχνικές προδιαγραφές κάθε φίλτρου που κατασκευάζουν.

Αυτές οι συγκεκριμένες εταιρείες έχουν την τεχνογνωσία να κατασκευάσουν φίλτρα αέρα που προσφέρουν την ίδια ή ακόμα και μεγαλύτερη προστασία στον κινητήρα, ενώ την ίδια στιγμή βελτιώνουν την απόδοσή του. Αυτό το καταφέρνουν διότι τα δικά τους φίλτρα σε σχέση με τα εργοστασιακά φίλτρα έχουν ακριβότερα υλικά κατασκευής και πιο χρονοβόρες και περίπλοκες μεθόδους κατασκευής σε σχέση με ένα συμβατικό φίλτρο αέρα, διότι η σχεδίασή τους είναι πιο περίπλοκη. Συνήθως η αύξηση της ιπποδύναμης που προσφέρουν δεν είναι ίδια με ένα φίλτρο που έχει σχεδιαστεί για εξειδικευμένη αγωνιστική χρήση, αλλά είναι η μοναδική εναλλακτική επιλογή που έχεις αν θέλεις να βελτιώσεις την απόδοση του κινητήρα χωρίς να θυσιάσεις την υγεία του κινητήρα σου (θα ξαναπούμε για άλλη μια φορά, πως κάποιες εταιρείες φίλτρων αέρα “ελευθέρας ροής” φτιάχνουν προϊόντα που προσφέρουν μεγαλύτερη προστασία από τα κοινά εργοστασιακά φίλτρα).

 

Γιατί δεν είναι όλα για γενική χρήση;

Κανονικά δεν θα έπρεπε να επαναλάβουμε αυτή την ερώτηση, διότι όλο το κείμενο έως τώρα προσπαθεί να απαντήσει με κάθε λεπτομέρεια σε αυτήν. Επειδή όμως είναι πάντα καλό να συνοψίζουμε: Για γενική χρήση είναι μόνο τα εργοστασιακά φίλτρα αέρα και όσα φίλτρα “ελευθέρας ροής” αναγράφουν στα τεχνικά χαρακτηριστικά τους πως προσφέρουν αντίστοιχη προστασία στον κινητήρα. Όλα τα υπόλοιπα είτε θα θυσιάζουν ένα μέρος ή ολοκληρωτικά την προστασία του κινητήρα για να επιτύχουν υψηλότερη απόδοση, είτε δεν θα κάνουν απολύτως τίποτα καλύτερο σε σχέση με τα εργοστασιακά φίλτρα αέρα….

 

Γιατί δεν είναι για όλους;

Τα φίλτρα “ελευθέρας ροής” δεν τα πετάς και μπορείς να τα χρησιμοποιείς για μια ζωή, ΟΜΩΣ χρειάζονται ΤΑΚΤΙΚΗ συντήρηση. Αν λοιπόν είσαι από εκείνους που δεν έχεις ανοίξει ποτέ το φιλτροκούτι της μοτοσυκλέτας σου ή είσαι από εκείνους που πιστεύουν πως η αλλαγή του φίλτρου αέρα ή ο καθαρισμός του φίλτρου αέρα “ελευθέρας ροής” πάει με τα χιλιόμετρα που έχεις κάνει και όχι με τις συνθήκες που έχεις οδηγήσει τη μοτοσυκλέτα σου, τότε ΜΗΝ βάλεις φίλτρο “ελευθέρας ροής”. Τα φίλτρα αυτού του τύπου που χρειάζονται πλύσιμο και λάδωμα, απευθύνονται σε ανθρώπους που ακολουθούν με ευλάβεια τις οδηγίες χρήσης τους και φυσικά καταλαβαίνουν πως είναι άλλο πράγμα οδήγησης 100 χιλιομέτρων σε άσφαλτο και άλλο πράγμα οδήγηση 100 χιλιομέτρων στο χώμα, όπως επίσης είναι άλλο πράγμα να οδηγείς όταν έχει η ατμόσφαιρα Αφρικανική Σκόνη ή στο κέντρο της Αθήνας με την ατμοσφαιρική ρύπανση στο κόκκινο κι άλλο πράγμα μια χαλαρή βόλτα στην εξοχή.

 

Συμπέρασμα

Δύο είναι τα σημαντικότερα στοιχεία για την σωστή συντήρηση ενός κινητήρα και πολύ περισσότερο ενός σύγχρονου κινητήρα: Η τακτικές αλλαγές λαδιών και η άψογη κατάσταση του φίλτρου αέρα. Μάλιστα το φίλτρο αέρα και η κατάσταση που βρίσκεται, επηρεάζει άμεσα την διάρκεια ζωής και την απόδοση των λαδιών του κινητήρα, όπως έχουμε ήδη αναφέρει στο αντίστοιχο άρθρο που αφορούσε τα λάδια.

Τα διαστήματα αντικατάστασης του φίλτρου αέρα ή τα διαστήματα συντήρησης των φίλτρων αέρα “ελευθέρας ροής” ΔΕΝ ΠΑΝΕ με τα χιλιόμετρα χρήσης, αλλά εξαρτώνται ΜΟΝΟ από τις συνθήκες χρήσης.