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…       

Η ιπποδύναμη το πρώτο κόλπο του marketing στην ιστορία: Ο απίστευτος Watt!

Γιατί ένας ίππος δεν ισούται με την πραγματική δύναμη που έχει ένα άλογο
Η ιπποδύναμη το πρώτο κόλπο του marketing στην ιστορία: Ο απίστευτος Watt!
Θάνο Αμβρ. Φελούκα
Από τον

Θάνο Αμβρ. Φελούκα

4/3/2024

Η παγκόσμια ιστορία των κινητήρων και το πώς θα φτάσουν αυτοί στον τελικό ιδιοκτήτη, πείθοντάς τον να επενδύσει σε κάτι θορυβώδες με αμφιλεγόμενη αξιοπιστία -όπως ήταν τότε οι ατμομηχανές- ξεκινά με ένα φανταστικό κόλπο marketing που το λουζόμαστε ακόμη και σήμερα. Ο μεγάλος Σκοτσέζος εφευρέτης James Watt είναι ο άνθρωπος που μας έδωσε τον όρο ιπποδύναμη και καθόλου περίεργα, από το όνομά του έρχεται και το γνωστό σε όλους μας Watt. Και επειδή η ιπποδύναμη πάντα λάθος μετρούνταν και ακόμη λάθος παραμένει, είναι περίεργο που ήδη το 1889, 70 χρόνια μετά τον θάνατό του, δεν άλλαξαν τον συσχετισμό ώστε ένα Watt να ισούται με έναν ίππο, καθώς όπως θα δούμε στην πιο λεπτομερή αναφορά σχετικά με την προέλευση του όρου ιπποδύναμη, αυτό που τελικά μετράμε δεν έχει και μεγάλη συγγένεια με την πραγματικότητα.

Η πλέον βολική πρακτική για όλους μας θα ήταν κάθε μονάδα μέτρησης να είναι αυτό-επεξηγηματική ώστε πολύ γρήγορα να καταλαβαίνουμε τι έχουμε μπροστά μας. Διαφορετικά να είναι και κάτι απλό με το οποίο θα είναι εύκολο να γίνει η εμπειρική συσχέτιση πολύ εύκολα, όπως για παράδειγμα το κιλό, που πολύ γρήγορα μαθαίνει κανείς να σχηματίζει στο μυαλό του την εικόνα του πόσο βαρύ είναι ένα αντικείμενο που ζυγίζει δέκα κιλά. Έτσι και τώρα ξέρουμε εμπειρικά τι σημαίνει μία μοτοσυκλέτα με κινητήρα 100 ίππων και πώς ακριβώς θα διαφέρει από μία άλλη των 87 και μπορούν μάλιστα να φανταστούν όσοι δεν έχουν την εμπειρία για το πώς είναι μία μοτοσυκλέτα 200 ίππων, ωστόσο κανείς δεν έχει ιδέα τι σημαίνει ένας ίππος και τι είναι αυτό που τελικά μετράμε.

Η ιπποδύναμη το πρώτο κόλπο του marketing στην ιστορία: Ο απίστευτος Watt!
η πρώτη αναφορά που σχετίζει άλογα και μηχανές πηγαίνει πίσω στο 1702

Πολύ νωρίς στην ιστορία των κινητήρων με πρώτη αναφορά το βιβλίο του Thomas Savery  “The Miners Friend or an ENGINE to raise WATER by FIRE” που τυπώθηκε για πρώτη φορά στο Λονδίνο το 1702, περιεγράφηκε ο συσχετισμός του έργου του κινητήρα σε αναφορά με τα άλογα. Ο Savery ήταν μάλιστα και ο πρώτος που προσπάθησε να εμπορευτεί την ατμομηχανή. Ωστόσο η πρώτη εμπορικά διαθέσιμη σε εύρος ατμομηχανή ήταν του Thomas Newcomen το 1712 και ήταν καλή μόνο για αντλιοστάσια, δεν θα μπορούσε ποτέ να δουλέψει σε οχήματα.

Για αυτό και πατέρας των κινητήρων αυτών καθώς και του όρου ιπποδύναμη, ήταν ο Watt που στα τέλη του 1760 παρουσίασε μία εξαιρετικά βελτιωμένη ατμομηχανή πάνω στα σχέδια του Newcomen μηδενίζοντας τον κενό χρόνο στους κύκλους ψύξης – καύσης. Ο Watt ήταν ιδανική περίπτωση εφευρέτη γιατί κατείχε κάτι που στην ιστορία της ανθρωπότητας έχει υπάρξει ελάχιστες φορές. Εφευρέτες υπάρχουν άπειροι, αντίθετα από αυτό που πιστεύει ο κόσμος είναι το μόνο που δεν σπανίζει. Έμποροι και διαφημιστές επίσης σε πλεονάζοντα βαθμό. Αυτά τα δύο σε έναν άνθρωπο όμως, είναι σπάνιο. Διότι μία εφεύρεση στην απαρχή της έχει μόνο έναν πιστό, εκείνον που την κατασκεύασε. Για να ξεκινήσει η εμπορική της επιτυχία πρέπει να είναι τυχερός να βρει κάποιον που θα την προωθήσει σωστά και θα επενδύσει μέχρι να την μάθει περισσότερος κόσμος. Ακόμη πιο σπάνιο ο εφευρέτης να είναι και πλούσιος για να τα κάνει όλα μόνος του, συνήθως εκείνος που έχει τους πόρους δεν κάθεται να σπάσει το κεφάλι του με εφευρέσεις. Ο James Watt ήταν μία εξαιρετική περίπτωση γιατί είχε τον τρόπο να σκεφτεί εμπορικά, να κυνηγήσει την πώληση με τακτικές marketing αντί να γκρινιάζει δεξιά και αριστερά πως δεν τον βοηθά η πολιτεία…

Στο αχνό μονοπάτι που είχε ήδη χαραχθεί πριν από 60 χρόνια, πάτησε να ανοίξει δρόμο προσπαθώντας να τονώσει τις πωλήσεις της εφεύρεσης του και έτσι απευθύνθηκε και αυτός στα ορυχεία όπως είχε γίνει στο παρελθόν. Γρήγορα βρέθηκε να πρέπει να εξηγήσει γιατί η δική του μηχανή άξιζε τα περισσότερα χρήματα που ζητούσε έναντι των υπολοίπων και ανακάλυψε πως ήταν εξαιρετικά δύσκολο να δώσει τους ιδιοκτήτες ορυχείων να καταλάβουν τα τεχνικά χαρακτηριστικά.

Άλλαξε λοιπόν στρατηγική και στον επόμενο υποψήφιο πελάτη πήγε και του είπε πως η δική του μηχανή είναι η πρώτη στον κόσμο με δύναμη 10 αλόγων. Εξηγώντας του πως με μία μηχανή που δεν χρειάζεται διάλλειμα, δεν σταματά για τροφή και δεν κουράζεται, αντικαθιστά αμέσως δέκα άλογα. Επειδή ο Watt ήταν πρώτα από όλα ένας εφευρέτης και επιστήμονας, δεν σκόπευε να είναι αβάσιμος ο ισχυρισμός του, ήταν όμως εξαιρετικά χοντρο-υπολογισμένος υπερτονίζοντας το πόσα άλογα κέρδιζε ενώ και η ίδια η μονάδα μέτρησης ήταν παραπάνω από αυτό που στην πράξη μπορούσε να κάνει ένα άλογο.

Μιας και ο στόχος της εποχής ήταν τα ορυχεία ο Watt έβαλε δύο Shetland Πόνι, μία Σκωτσέζικη ράτσα που χρησιμοποιούσαν για αυτή την δουλειά, να τραβήξουν βάρος 100lb (45kg) από ένα πηγάδι βάθους 220 foot (67m) με ταχύτητα 2.5 μίλια την ώρα. Αυθαίρετα τελείως μετά από αυτό διπλασίασε τα μεγέθη κατά 50% θεωρώντας πως τα άλογα είναι πολύ πιο δυνατά από τα Σκωτσέζικα Πόνι ενώ σήμερα ξέρουμε πως στην πράξη δεν απέχουν πολύ και πως τα Πόνι αυτά έχουν την δύναμη 0,7 ενός αλόγου.

Η ιπποδύναμη το πρώτο κόλπο του marketing στην ιστορία: Ο απίστευτος Watt!
οι πρώτοι υπολογισμοί

Έτσι και αλλιώς κανένα άλογο δεν είναι ίδιο με όλα τα υπόλοιπα και εξ αρχής αυτή η μονάδα μέτρησης είναι λιγότερο βασισμένη στην επιστήμη από αυτό που θα έπρεπε, όμως ο στόχος δεν ήταν να μετρήσουν σωστά την δύναμη της ατμομηχανής αλλά να καταφέρουν να μαζέψουν παραγγελίες.

Ο James Watt τα κατάφερε εξαιρετικά σε αυτό τον τομέα ορίζοντας την ιπποδύναμη και δίνοντας έναν λόγο σε κάθε ιδιοκτήτη να κάνει την κίνηση αυτή και να απαλλαγεί από τα άλογα, που σε σύντομο χρονικό διάστημα οι ανταγωνιστές του μιλούσαν και εκείνοι για ιπποδύναμη καθιερώνοντας τον όρο.

Όχι μόνο αυτό αλλά η πρώτη μάχη της ιπποδύναμης έγινε ήδη από τα μέσα του 1770 με σχετικές δηλώσεις σχετικά, καθώς δεν ήταν εύκολο να μετρηθεί στην πράξη η αλήθεια, φανερώνοντας από πολύ νωρίς την πορεία που θα ακολουθούσε η ανθρωπότητα με τα νούμερα της ιπποδύναμης.

Η ιπποδύναμη το πρώτο κόλπο του marketing στην ιστορία: Ο απίστευτος Watt!
Λειτουργικό αντίγραφο της πρώτης μηχανής του Watt από Πανεπιστήμιο της Σκωτίας

Ευτυχώς όπως είπαμε ο James Watt ήταν αυτή η σπάνια περίπτωση εφευρέτη, επιστήμονα, εμπόρου και διαφημιστή, οπότε οι ισχυρισμοί του είχαν πραγματικό αντίκτυπο. Η δική του ατμομηχανή ήταν πράγματι πολύ καλύτερη παρότι οι αρχικές δοκιμές σε τραίνα που έγιναν αρκετά αργότερα, αποδείχτηκαν μια δύσκολη διαδικασία και κάπως επικίνδυνη για να μετακινείς επιβάτες. Στις αρχές του 1830 όμως μία τέτοια ατμομηχανή με σχετικά λίγες διαφορές και σωληνώσεις για το καζάνι που ήταν κάνες τουφεκίων έπιασε δουλειά στις ΗΠΑ ως το πρώτο δρομολόγιο με τραίνο με το marketing να διοργανώνει και αγώνα ενάντια σε άμαξα. Τα πάντα πήγαιναν βάση σχεδίου μέχρι που το καζάνι της ατμομηχανής ράγισε και χάνοντας πίεση έχασε λίγα μέτρα πριν, όμως αυτή η αρχική αποτυχία δεν στάθηκε εμπόδιο και οι ατμομηχανές επικράτησαν. Εξαιτίας τους ο κόσμος έμαθε την αξία των κινητήρων και αργότερα έδωσε βάση στα αυτοκίνητα με τον όρο ιπποδύναμη να συνεχίζει ακέραιος την πορεία του και να περνά και στις πρώτες μοτοσυκλέτες.

Πατέρας λοιπόν του όρου ο James Watt και ξεκίνημα της χρήσης του από την πρώτη στιγμή ανταγωνιστικά και με λίγο «τσίμπημα» προς τα πάνω σε σχέση με την πραγματικότητα. 264 χρόνια μετά και σχεδόν σε όλη την πορεία των 120 ετών που έχει γράψει η ιστορία των μοτοσυκλετών, οι παραπάνω βασικές αρχές για τον όρο «ιπποδύναμη» παραμένουν αμετάβλητες.