Οι παλιοί βρετανικοί κινητήρες ήταν σχεδιασμένοι να στάζουν λάδια! Πως έλυσαν το πρόβλημα οι Ιάπωνες

Ο σχεδιασμός που έκανε τη διαφορά
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

19/7/2022

Όταν τα Ιαπωνικά εργοστάσια μπήκαν στο χώρο της βιομηχανίας μοτοσυκλετών και έκαναν μαζικά εξαγωγές στις χώρες της δύσης, οι πρώτες μοτοσυκλέτες που κατασκεύαζαν έμοιαζαν υπερβολικά ίδιες με τις δικύλινδρες εν σειρά μοτοσυκλέτες των βρετανών, δηλαδή τις Triumph, τις Norton και τις BSA. Η επιλογή των βρετανικών εν σειρά κινητήρων ως “πρότυπο” για τις δικές τους μοτοσυκλέτες δεν έγινε τυχαία από τους Ιάπωνες.

Ο δικύλινδρος εν σειρά είναι πολύ πιο απλός σχεδιαστικά από οποιασδήποτε άλλης αρχιτεκτονικής δικύλινδρο κινητήρα (π.χ. τους περίπλοκους ιταλικούς και γερμανικούς V2 και Boxer οι οποίοι απαιτούν διπλάσια εξαρτήματα) και αυτό παίζει τεράστιο ρόλο στο κατασκευαστικό κόστος και στην ταχύτητα των γραμμών παραγωγής. Οι Ιάπωνες ήθελαν να επιτύχουν όσο το δυνατόν χαμηλότερη τιμή (ανταγωνιστική) και να επεκταθούν όσο πιο γρήγορα γίνεται σε όλες τις αγορές του κόσμου.

Ο δικύλινδρος εν σειρά των βρετανών είχε όλα τα χαρακτηριστικά για να πετύχουν  το στόχο τους και ακριβώς για τους ίδιους λόγους είναι ο πιο δημοφιλής κινητήρας αυτή την εποχή στους μικρομεσαίους κυβισμούς και έχει κυριαρχήσει έναντι των V2 στα μοντέλα όπου η τιμή παίζει καθοριστικό ρόλο.

Αυτή η υπερβολική ομοιότητα στην εμφάνιση και στις προδιαγραφές των ιαπωνικών δικύλινδρων εν σειρά με τις βρετανικές μοτοσυκλέτες, έκανε πολλούς να λένε υποτιμητικά ότι οι Ιάπωνες απλώς φτιάχνουν “αντίγραφα” χρησιμοποιώντας τις κονσέρβες που άφησε ο στρατός της δύσης μετά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο.

Η αλήθεια όμως είναι κάπως διαφορετική, διότι οι Ιάπωνες γνώριζαν τις βασικές αδυναμίες των βρετανικών δικύλινδρων εν σειρά πριν ξεκινήσουν την κατασκευή μοτοσυκλετών για εξαγωγή σε όλο τον κόσμο.

Τα βρετανικά εργοστάσια μοτοσυκλετών χρησιμοποιούσαν στροφάλους με χρονισμό 360⁰, όπου τα δύο έμβολα παλινδρομούσαν μαζί δίπλα-δίπλα σαν μονοκύλινδρος. Η επιλογή αυτή έγινε λόγω της δυνατότητας που σου δίνει να χρησιμοποιείς ένα κοινό καρμπυρατέρ και για τους δύο κυλίνδρους, αλλά και τη δυνατότητα να χρησιμοποιείς το ίδιο σύστημα ανάφλεξης με εκείνο των μονοκύλινδρων. Σήμερα με τους ηλεκτρονικούς ψεκασμούς και τις ECU ακούγεται αστείο, όμως τότε ήταν πάρα πολύ σημαντικό διότι η τεχνολογία ήταν ακριβή και τα εργατικά χέρια φτηνά.

Από καθαρά κατασκευαστική άποψη, οι βρετανικοί δικύλινδροι εν σειρά ήταν οι πιο απλοί και οι πιο φτηνοί στην κατασκευή από κάθε άλλο δικύλινδρο εν σειρά έχουμε δει έως σήμερα στην παραγωγή.

Μάλιστα για να απλοποιήσουν ακόμα περισσότερο τη διαδικασία παραγωγής, τα κάρτερ στις βρετανικές δικύλινδρες εν σειρά ήταν κάθετα χωρισμένα, κάνοντας πολύ εύκολη και γρήγορη τη συναρμολόγησή τους.

Όλα αυτά τα πλεονεκτήματα για τα βρετανικά εργοστάσια είχαν όμως και κάποια σοβαρά μειονεκτήματα για τους ιδιοκτήτες των βρετανικών μοτοσυκλετών.

Το πρώτο μειονέκτημα ήταν φυσικά οι κραδασμοί πρώτης τάξης λόγω της ταυτόχρονης κίνησης πάνω-κάτω των δύο εμβόλων μαζί. Πέρα από ενοχλητικοί στην οδήγηση, οι κραδασμοί πρώτης τάξης είναι “επώδυνοι” για τον ίδιο τον κινητήρα και βάζουν σε κίνδυνο την υγεία του στις υψηλές στροφές.

 

Το δεύτερο πρόβλημα ήταν οι τεράστιοι λεκέδες από λάδια που άφηναν σε όποιο σημείο τις παρκάριζες.

 

Το πρόβλημα αυτό δεν είχε καμία σχέση με την ποιότητα κατασκευής ή την ποιότητα υλικών των βρετανικών μοτοσυκλετών εκείνης της εποχής. Ίσα-ίσα που ήταν πολύ ανώτερη από των ιαπωνικών μοτοσυκλετών.

 

Το πρόβλημα ήταν ξεκάθαρα σχεδιαστικό, γι΄αυτό και παραμένει άλυτο μέχρι σήμερα και ακόμα και η πιο τέλεια ανακατασκευασμένη βρετανική μοτοσυκλέτα του ’60 και του ’70 θα αρχίσει να σουρώνει λάδια μετά από μερικά χιλιόμετρα χρήσης, όποιο σύγχρονο διαστημικό υλικό στεγανοποίησης κι αν χρησιμοποιήσεις.

 

Υπάρχουν δύο αιτίες που δημιουργούν το πρόβλημα. Την πρώτη μάλλον την έχετε ήδη βρει, αφού είναι αρκετά εύκολο να καταλάβεις πως τα κάθετα χωρισμένα τμήματα των κάρτερ μεταβάλουν διαρκώς τη δύναμη που τα κρατά ενωμένα λόγω της διαστολής και συστολής των μετάλλων όταν ο κινητήρας είναι ζεστός ή κρύος.

 

Τα πράγματα γίνονται ακόμα χειρότερα, λόγω της εσωτερικής πίεσης αέρα που δημιουργεί ο χρονισμός του στροφάλου των 360⁰, αφού τα δύο έμβολα συμπιέζουν τον αέρα μέσα στα κάρτερ όταν κατεβαίνουν ταυτόχρονα προς τα κάτω, πιέζοντας τα λάδια να βγουν έξω από τα κάρτερ.

 

Αυτή η εσωτερική πίεση αέρα μέσα στα κάρτερ που δημιουργούν τα έμβολα είναι που κάνουν τις παλιές βρετανικές δικύλινδρες εν σειρά να σουρώνουν ακόμα περισσότερο λάδια όταν ο κινητήρας αρχίζει να κρυώνει, τα μέταλλα συστέλλονται και τα λάδια βρίσκουν πιο εύκολο δρόμο διαφυγής.

Βέβαια και όταν ο κινητήρας είναι ζεστός και τα μέταλλα διαστέλλονται η κατάσταση δεν βελτιώνεται πολύ, αφού η λειτουργία του κινητήρα σε υψηλότερες στροφές αυξάνει ακόμα περισσότερο την εσωτερική πίεση.

 

Οι Ιάπωνες έλυσαν αυτά τα προβλήματα των βρετανικών δικύλινδρων εν σειρά χρησιμοποιώντας στους δικούς τους κινητήρες στρόφαλο 180⁰, όπου όταν το ένα έμβολο ανεβαίνει, το άλλο κατεβαίνει, εξισορροπώντας την πίεση του αέρα μέσα στα κάρτερ και εξουδετερώνοντας με επιτυχία τους κραδασμούς πρώτης τάξης.

 

Ταυτόχρονα, οι Ιάπωνες χώρισαν οριζόντια τα κάρτερ, οπότε το κάτω τμήμα τους αποτελεί λεκάνη και δεν υπάρχουν ενώσεις μεταλλικών επιφανειών που να επιτρέπουν διαρροές λαδιού.  

Έτσι παρά το γεγονός πως η ποιότητα μετάλλων στις ιαπωνικές μοτοσυκλέτες της εποχής δεν ήταν καλύτερη των βρετανικών, εν τούτοις λόγω της διαφορετικής επιλογής χρονισμού του στροφάλου, οι Ιάπωνες κατάφεραν να λύσουν όλα τα προβλήματα που είχαν οι βρετανικές μοτοσυκλέτες επί δεκαετίες!

 

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!