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…       

Βιοκαύσιμα: Υπέρ και κατά

Δεν είναι όλα ρόδινα…
Από τον

Λάζαρο Μαυράκη

3/11/2017

Τα βιοκαύσιμα είναι το νέο… trend στο λεξικό της καθημερινότητάς μας ως αναβατών και οδηγών, ειδικά μετά την πρόσφατη ανακοίνωση του υπουργείου ότι από την 1/1/19 θα είμαστε υποχρεωμένοι ως χώρα να αυξήσουμε το ποσοστό της μίξης των βιοκαυσίμων με την βενζίνη, προκειμένου να εναρμονιστούμε με την ευρωπαϊκή οδηγία περί της μείωσης εκπομπής καυσαερίων.

Τα βιοκαύσιμα δεν είναι μια καινούργια έννοια και αποτελούν πεδίο δοκιμών των επιστημόνων που ασχολούνται με τις εναλλακτικές πηγές ενέργειας και δη των ανανεώσιμων. Η παραγωγή τους γίνεται από φυτικά προϊόντα, όπως το καλαμπόκι και τα ζαχαρότευτλα και σε πολλές χώρες –γι' αυτό άλλωστε μπορούν να χαρακτηριστούν ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας- και τα πιο συνηθισμένα είναι η βιοαιθανόλη (ή αλλιώς αιθανόλη) και το βιοντίζελ. Η χρήση τους γίνεται με την πρόσμιξη με βενζίνη και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικά καύσιμα για τους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Όπως οποιοδήποτε άλλο είδος καυσίμου, συνοδεύονται από πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που θα πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψιν, και να αξιολογηθούν με ψυχραιμία χωρίς τον πανικό που προσπαθούν κάποιοι να φέρουν, είτε ανακηρύσσοντάς τα ως την σωτηρία του κόσμου, είτε χαρακτηρίζοντάς τα ως ό,τι χειρότερο θα μπορούσε να μας συμβεί!
Ξεκινώντας λοιπόν από τα πλεονεκτήματα, έχουμε το προφανές όφελος της λύσης ενός μεγάλου μέρους της ενεργειακής κρίσης που διαφαίνεται στο μέλλον από τα ορυκτά καύσιμα και της σαφώς μικρότερης ρύπανσης που προκαλεί στο περιβάλλον η καύση τους, αν και αυτό είναι κάτι που όπως θα αναλύσουμε παρακάτω στα μειονεκτήματα, επηρεάζεται από πολλές παραμέτρους.


Το χαμηλότερο κόστος τους είναι κάτι που σαφώς προστίθεται στα συν, ενώ η ευρεία γκάμα φυτικών προϊόντων από τα οποία μπορούν να εξαχθούν το βιοκαύσιμα και η ευκολία της καλλιέργειάς τους, τα καθιστούν σαφώς πιο ελκυστικά από τους περιορισμένους πόρους του πετρελαίου. Τα επιπρόσθετα οφέλη στις οικονομίες των χωρών που τα παράγουν είναι αυτονόητα, καθώς και η σημασία της απεξάρτησής τους από τις πετρελαιοπαραγωγές χώρες.
Σε ό,τι αφορά τη χρήση τους, κι αυτό είναι κάτι που μας αφορά πιο άμεσα ως καταναλωτές, αρκετοί από τους ειδικούς ισχυρίζονται ότι λόγω της έλλειψης θείου επεκτείνουν την διάρκεια ζωής των καταλυτών, όπως και ότι οι λιπαντικές ιδιότητες που διαθέτουν κάνουν καλό στα κινούμενα μέρη του κινητήρα.
Τι λέει όμως η πρακτική εφαρμογή τους όλα αυτά τα χρόνια σε αγορές που τα χρησιμοποιούν ήδη; Πολλές μελέτες που έχουν διεξαχθεί από το 2000 κι έπειτα, δίνουν μια άλλη διάσταση σε ό,τι αφορά τα μειονεκτήματα των βιοκαυσίμων, ενώ και οι αναφορές των οδηγών και των αναβατών που έχουν χρησιμοποιήσει βιοκαύσιμα, δεν μεταφέρουν και μια τόσο ευοίωνη εικόνα.


Για να ξεκινήσουμε από την πιο γενική εικόνα, το θέμα της οικονομίας σηκώνει πολύ συζήτηση. Όπως αποδείχθηκε από μία εμπεριστατωμένη μελέτη του 2005, μια έκταση που καλλιεργεί φυτά για να παράγει βιοκαύσιμα, απαιτεί από 28% ως 118% περισσότερη ενέργεια από αυτή που θα παραχθεί. Για να το κάνουμε πιο παραστατικό, σκεφτείτε ότι για να παραχθούν 100 λίτρα βιοκαυσίμων θα πρέπει τα γεωργικά μηχανήματα να καταναλώσουν 75 λίτρα, άλλα 20 τα φορτηγά που θα μεταφέρουν τα φυτά, ενώ τα μηχανήματα που θα κάνουν την κατεργασία θα χρειαστούν άλλα 40 λίτρα. Αν προσθέσουμε μέσα σε όλα αυτά και την κατανάλωση νερού που απαιτείται, μαζί με τα προϊόντα που χρειάζονται τα φυτά για να προστατευθούν, τότε αρχίζει να προβληματίζει το κατά πόσο αντιρρυπαντικά και ενεργειακά οφέλη έχουν τα βιοκαύσιμα στο σύνολό τους. Είναι κάτι αντίστοιχο με την ηλεκτρική ενέργεια, της οποίας η κατανάλωση μπορεί να έχει μηδενική εκπομπή ρύπων, αλλά για την παραγωγή της απαιτούνται ιδιαίτερα ρυπογόνες διαδικασίες που έχουν τελικά αρνητικό ισοζύγιο σε ό,τι αφορά την περιβαλλοντική ευαισθησία, ενώ επιδρούν και στο κόστος της παραγωγής.
Προσπερνώντας άλλα επί μέρους μειονεκτήματα, όπως τις επιπτώσεις στο έδαφος που έχει η μονοκαλλιέργεια και στην παγκόσμια παραγωγή τροφίμων η χρήση συγκεκριμένων προϊόντων σε μεγάλες εκτάσεις, περνάμε στα πιο ουσιαστικά μειονεκτήματα της χρήσης. Έχουν αναφερθεί πολλές περιπτώσεις που τα βιοκαύσιμα έχουν κάνει ζημιά στις σωληνώσεις από λάστιχο, ενώ λόγω τις ιδιότητάς τους να απομακρύνουν τα κατάλοιπα από τους κινητήρες, αυτά τα κατάλοιπα μαζεύονται στο φίλτρο της βενζίνης και το μπουκώνουν, με αποτέλεσμα να χρειάζεται καθάρισμα ή αλλαγή μετά τις πρώτες ώρες χρήσης βιοκαυσίμου. Επιπλέον, επειδή η πυκνότητα των βιοκαυσίμων είναι διαφορετική (ψηλότερη) από αυτή της βενζίνης, ενδεχομένως να χρειάζονται μετατροπές στους κινητήρες με μπεκ που διαθέτουν πιο μεγάλες οπές (αυτό αφορά κυρίως κινητήρες που χρησιμοποιούν καύσιμα με ελάχιστη πρόσμιξη βενζίνης ή αποκλειστικά βιοκαύσιμα), ενώ τα βιοκαύσιμα που περιέχουν αλκοόλες είναι πιθανό να προξενήσουν οξειδώσεις σε μεταλλικά μέρη των κινητήρων και του συστήματος τροφοδοσίας. Αυτό μάλιστα ήταν κάτι που τόνισε σε ιδιαίτερο ύφος και ο γνωστός δημοσιογράφος-παρουσιαστής και ένας από τους μεγαλύτερους συλλέκτες αυτοκινήτων και μοτοσυκλετών, Jay Leno, λέγοντας πως τα βιοκαύσιμα του έχουν καταστρέψει πολλούς κινητήρες από τη συλλογή του.


Μάλιστα, στην Αμερική, επέβαλαν τα καύσιμα Ε10 και Ε15 (δηλαδή με πρόσμιξη αιθανόλη 10% και 15% αντίστοιχα) και μετά από μελέτες και έρευνες η EPA (η Υπηρεσία Προστασία του περιβάλλοντος στην Αμερική) δημοσίευσε μια λίστα με τα οχήματα που ΔΕΝ πρέπει να εφοδιάζονται με τέτοια καύσιμα. Μέσα σ' αυτή συμπεριλαμβάνονταν ΟΛΕΣ οι μοτοσυκλέτες, μαζί με τα βαρέως τύπου οχήματα, τα σχολικά λεωφορεία, και οποιοδήποτε επιβατικό αυτοκίνητο κατασκευής πριν το 2000.
Ο κύριος λόγος είναι ότι επειδή η αιθανόλη περιέχει κατά ένα τρίτο λιγότερη ενέργεια ανά γαλόνι (3,7 λίτρα) απ' ό,τι η βενζίνη, όταν προστίθεται στην βενζίνη φτωχαίνει σημαντικά το μείγμα με αποτέλεσμα να προκληθούν ζημιές στον κινητήρα. Πολλές αυτοκινητοβιομηχανίες, αλλά και κατασκευαστές μοτοσυκλετών όπως η Honda που παράγει μοτοσυκλέτες στην Βραζιλία όπου χρησιμοποιείται καύσιμο με 85% περιεκτικότητα αιθανόλης, έχουν κατασκευάσει κινητήρες που τους ονομάζουν "Flex Fuel" ή "Mix Fuel" οι οποίοι ρυθμίζουν αυτόματα τον ψεκασμό προκειμένου να συμβαδίσουν με τις ιδιότητες του συγκεκριμένου καυσίμου. Αυτομάτως γίνεται κατανοητό, ότι στην λίστα με τα οχήματα που δεν πρέπει να καταναλώσουν βιοκαύσιμα είναι και όλες οι μοτοσυκλέτες που διαθέτουν καρμπυρατέρ ή μηχανικούς ψεκασμούς…

 

Ένας ακόμη λόγος είναι πως μεταλλικά εξαρτήματα του συστήματος τροφοδοσίας μπορεί να οξειδωθούν –όπως γράψαμε και παραπάνω- όταν έρθουν σε επαφή με την αλκοόλη. Υπάρχουν κάποια πρόσθετα που λύνουν αυτό το πρόβλημα, αλλά δεν μπορούν να βοηθήσουν τα εξαρτήματα του κυκλώματος που είναι φτιαγμένα από πλαστικό ή ελαστικό, όπως οι τσιμούχες στεγανοποίησης. Επίσης όταν το καύσιμο μείνει για καιρό μέσα στο ρεζερβουάρ, η αλκοόλη τραβάει όλο το νερό και διαχωρίζεται λόγω διαφοράς ειδικού βάρους από την βενζίνη, μένοντας στο κάτω μέρος. Αν αυτό το μείγμα περάσει μέσα στο κύκλωμα της τροφοδοσίας, καταλαβαίνουμε όλοι την ζημιά που μπορεί να προκληθεί…
Στην Αυστραλία επίσης, όπου το Ε10 είναι πολύ περισσότερο διαδεδομένο, το Ομοσπονδιακό Επιμελητήριο Αυτοκινητοβιομηχανίας, μπορούν να χρησιμοποιήσουν το συγκεκριμένο καύσιμο ATV και μοτοσυκλέτες που κατασκευάστηκαν μετά το0 1986 από την BMW, την Harley-Davidson, την Polaris και την Victory. Καμία ιαπωνικής κατασκευής μοτοσυκλέτα ή Piaggio δεν μπορεί να το χρησιμοποιήσει, χωρίς να αναφέρεται κάποια άλλη μάρκα, αλλά γίνεται εύκολα κατανοητό ότι το Ε10 δεν είναι κατάλληλο για όλα τα υπόλοιπα.


Για όλους τους παραπάνω λόγους, η αμερικάνικη μοτοσυκλετιστική ομοσπονδία δίνει μεγάλες μάχες ώστε να μην διαδοθεί το καύσιμο Ε15, έχοντας ως όπλο και την γνωμάτευση της EPA ότι η χρήση του μακροπρόθεσμα μπορεί να καταστρέψει και τους καταλύτες των μοτοσυκλετών και κατ' επέκταση να πάει περίπατο οποιαδήποτε προδιαγραφή ελέγχου των εκπομπών ρύπων.
Σίγουρα η εξέλιξη της τεχνολογίας και οι νέες ανακαλύψεις θα βελτιώσουν, ή και θα εξαλείψουν πολλές από αυτές τις αρνητικές επιπτώσεις, και μένει να δούμε αν τελικά το μέλλον βρίσκεται… στο ποπ κορν!

Ετικέτες