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.

Συστήματα κίνησης εκκεντροφόρων και βαλβίδων: Η ανωτερότητα των γραναζιών και η απόλυτη κυριαρχία της αλυσίδας

Όταν τα μέταλλα συμπεριφέρονται ως λάστιχα
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

7/9/2022

Σε έναν τετράχρονο κινητήρα, για κάθε δύο πλήρεις περιστροφές του στροφάλου πρέπει να έχουμε μια πλήρη περιστροφή του εκκεντροφόρου (2:1). Για να το πετύχουμε αυτό χρειαζόμαστε ένα σύστημα υποπολλαπλασιασμού, δηλαδή έναν μηχανισμό που να μειώνει στο μισό τις στροφές που περιστρέφεται ο εκκεντροφόρος σε σχέση με τον στρόφαλο.

Η απλούστερη λύση είναι να βάλουμε στην άκρη του στροφάλου ένα μικρό γρανάζι και στην άκρη του εκκεντροφόρου ένα γρανάζι με διπλάσιο μέγεθος από εκείνο του στροφάλου.

Αυτό θα ήταν πολύ εύκολο να γίνει αν η απόσταση μεταξύ στροφάλου και εκκεντροφόρου ήταν πολύ μικρή, ώστε τα δύο γρανάζια να έχουν άμεση επαφή μεταξύ τους.

Στην πραγματικότητα όμως η απόσταση που χωρίζει τον εκκεντροφόρο από τον στρόφαλο είναι πολύ μεγαλύτερη απ’ όσο θα μας βόλευε για να κάνουμε την δουλειά μας μόνο με δύο γρανάζια.

Έτσι οι σχεδιαστές κινητήρων είναι αναγκασμένοι να φτιάξουν έναν πιο περίπλοκο μηχανισμό για την μεταφορά της κίνησης από τον στρόφαλο προς τον εκκεντροφόρο.

Έως σήμερα, έχουμε δει στον κόσμο της μοτοσυκλέτας κινητήρες με ωστήρια, κινητήρες με άξονα, κινητήρες με ιμάντα, κινητήρες με αλυσίδα, κινητήρες με γρανάζια και κινητήρες που έχουν και αλυσίδα και γρανάζια ταυτόχρονα!

Από όλα αυτά τα διαφορετικά συστήματα κίνησης των εκκεντροφόρων, η αλυσίδα έχει κυριαρχήσει απόλυτα στους κινητήρες παραγωγής μοτοσυκλετών, με τους ιμάντες, τα γρανάζια και τα ωστήρια να αποτελούν σπάνιες εξαιρέσεις του κανόνα σε έναν σύγχρονο κινητήρα παραγωγής.

 

Κατασκευαστικά, ο φτηνότερος και ταχύτερος τρόπος για να μεταφέρεις την κίνηση από τον στρόφαλο στον εκκεντροφόρο και τις βαλβίδες είναι η χρήση ωστηρίων.

Τοποθετώντας τον εκκεντροφόρο πολύ κοντά στο στρόφαλο (μέσα στα κάρτερ) μεταφέρεις την κίνηση με τη βοήθεια μιας μικρής αλυσίδας. Από τον εκκεντροφόρο στα κάρτερ, μεταφέρεις την παλινδρομική πλέον κίνηση στην κεφαλή του κινητήρα χρησιμοποιώντας μεταλλικές ράβδους (ωστήρια). Εκεί στην κεφαλή έχεις μία “τραμπάλα” δηλαδή ένα “κοκκοράκι” όπου στη μία άκρη το σπρώχνει προς τα πάνω το ωστήριο και στην άλλη άκρη πιέζει προς τα κάτω την βαλβίδα και το ελατήριο επαναφοράς.

Τα βασικά μειονεκτήματα αυτού του είδους μηχανισμού έχει να κάνει κυρίως με το φαινόμενο διαστολής των μετάλλων όταν ζεσταίνονται και το βάρος των μεγάλων εξαρτημάτων που παλινδρομούν.  

Καθώς τα ωστήρια έχουν μεγάλο μήκος για να καλύψουν την απόσταση από τα κάρτερ έως την κεφαλή, το μήκος τους μεταβάλλεται έντονα όταν ο κινητήρας έρχεται σε θερμοκρασία λειτουργίας. Οπότε σχεδιάζοντας έναν κινητήρα με ωστήρια για την κίνηση των βαλβίδων, θα πρέπει να υπολογίσεις πολύ μεγάλα διάκενα.

Τα πολύ μεγάλα διάκενα δημιουργούν έντονους μηχανικούς θορύβους μέχρι να έρθει σε θερμοκρασία λειτουργίας ο κινητήρας. Έτσι στους κινητήρες με ωστήρια που προορίζονται για καθημερινή χρήση, χρησιμοποιούν μεταξύ του εκκεντροφόρου και του ωστηρίου “μεταλλικές κάψουλες” που περιέχουν λάδι κινητήρα ή για να είμαστε πιο ακριβείς στην περιγραφή θα μπορούσαμε να τα αποκαλέσουμε φυσίγγια με λάδι.

Η πίεση λαδιού (η οποία μεταβάλλεται από τις στροφές του κινητήρα και ελαφρώς από την θερμοκρασία, η οποία επηρεάζει και την ρευστότητα του λαδιού) μέσα σε αυτές τις μεταλλικές κάψουλες/φυσίγγια δημιουργεί ένα “μαξιλαράκι” που “μαζεύει” τα διάκενα σε όλο το φάσμα των στροφών. Τέτοιες “κάψουλες” χρησιμοποιούνται και σε κινητήρες με επικεφαλής εκκεντροφόρους, οπότε όπου διαβάζετε πως ένας κινητήρας έχει “υδραυλικές, αυτορυθμιζόμενες βαλβίδες” σημαίνει πως τα διάκενα μεταξύ εκκεντροφόρου και βαλβίδας διατηρούνται στο επιθυμητό επίπεδο χάρη σε αυτές τις κάψουλες με λάδι (hydraulic lifters).

Όλα σχεδόν τα σύγχρονα αυτοκίνητα έχουν τέτοιες “κάψουλες”, ενώ στις μοτοσυκλέτες τις χρησιμοποίησε η Honda στις αρχές των 90ies στο Pacific Coast 800 (V2 κινητήρας βασισμένος στον κινητήρα του XLV 750) και τώρα η Harley Davidson στον νέο υγρόψυκτο κινητήρα του Panamerica 1250.

Πρακτικά αυτοί οι κινητήρες δεν χρειάζονται ποτέ ρύθμιση βαλβίδων, όμως καλό είναι να γίνεται ένας έλεγχος, διότι πάντα υπάρχει η πιθανότητα κάποια από αυτές τις κάψουλες να μην μπορεί να διατηρήσει τη σωστή πίεση λαδιού.

Οι κινητήρες με ωστήρια και υδραυλικά αυτορυθμιζόμενες βαλβίδες μπορούν να ανεβάσουν χωρίς ιδιαίτερο πρόβλημα έως και τις 8.000 στροφές. Όμως στους αγωνιστικούς κινητήρες με ωστήρια που χρησιμοποιούνται στους αμερικάνικους αγώνες dragster και NASCAR (οι κανονισμοί επιβάλουν τη χρήση ωστηρίων) οι οποίοι έχουν κόφτη στις 10.000-11.000 στροφές, οι σχεδιαστές χρησιμοποιούν συμπαγείς “καψουλες” με καπελότα ή συμπαγείς “κάψουλες” με τη ρύθμιση του διάκενου να γίνεται πάνω στην κεφαλή μεταξύ κοκκοράκι/βαλβίδας με κόντρα-παξιμάδι.

Ο βασικός λόγος που ακόμα και σήμερα χρησιμοποιούν ωστήρια σε σύγχρονους κινητήρες (αμερικάνικης σχεδίασης και κατασκευής στην πλειοψηφία τους) είναι πως αυτού του τύπου το σύστημα κίνησης εκκεντροφόρου/βαλβίδας “συγχωρεί” πολλές ατέλειες στην κατασκευή των εξαρτημάτων ενός κινητήρα και μπορείς να έχεις υψηλό ρυθμό παραγωγής και “χαλαρό” ποιοτικό έλεγχο. Αντιθέτως όλα τα υπόλοιπα συστήματα κίνησης εκκεντροφόρου/βαλβίδας απαιτούν πολύ πιο αυστηρό ποιοτικό έλεγχο, διότι το παραμικρό κατασκευαστικό σφάλμα θα έχει καταστροφικές συνέπιες για τον κινητήρα.

Είναι πολύ σημαντικό να καταλάβουμε πως στις γραμμές παραγωγής οι άνθρωποι και τα ρομπότ δεν ελέγχουν ένα-ένα τα εξαρτήματα ενός κινητήρα. Αυτό υποτίθεται πως έχει γίνει πριν, δηλαδή κατά την διαδικασία κατασκευής των εξαρτημάτων. Τα συστήματα κίνησης των βαλβίδων με ωστήρια, αφήνουν πολύ μεγάλα περιθώρια ρύθμισης στις γραμμές συναρμολόγησης ενός κινητήρα και μπορείς να φτιάξεις έναν απόλυτα λειτουργικό κινητήρα που θα αντέξει εκατοντάδες χιλιάδες χιλιόμετρα, ακόμα κι αν το μήκος των ωστηρίων δεν είναι ακριβώς ίδιο!

Άλλο ένα πλεονέκτημα των συστημάτων κίνησης των βαλβίδων με ωστήρια είναι το πολύ μικρότερο ύψος της κεφαλής. Αυτό μπορεί να μην έχει σχέση με την απόδοση του κινητήρα, όμως έχει σχέση με την χωροταξία και την αισθητική των μοτοσυκλετών. Ποτέ δεν πρόκειται να πετύχεις τη χαμηλή και μακριά σιλουέτα μιας Brough Superior ή μιας Indian του 1930 χρησιμοποιώντας κινητήρα με εκκεντροφόρο επικεφαλής.

Τι γίνεται όμως όταν θέλεις να φτιάξεις έναν κινητήρα που έχει κόφτη πάνω από τις 10.000 στροφές; Σε αυτή την περίπτωση η ακρίβεια στη μεταφορά της κίνησης είναι κρίσιμη και τα ωστήρια δεν μπορούν να την προσφέρουν.

Όσο παράξενο κι αν ακούγεται, η συμπεριφορά των κινούμενων και περιστρεφόμενων μετάλλων ενός κινητήρα στις υψηλές στροφές θυμίζει περισσότερο λάστιχο παρά κάποιο συμπαγές και άκαμπτο υλικό.

Πέρα από τη διαστολή των μετάλλων όταν ζεσταίνονται, τα ίδια τα μέταλλα παρουσιάζουν ελαστικότητες λόγω των ισχυρών δυνάμεων που τους ασκούνται.

Καθώς η συμπίεση του μείγματος μέσα στο θάλαμο καύσης έχει πρωταγωνιστικό ρόλο στην ταχύτητα και την ποιότητα της καύσης στις υψηλές στροφές, οι βαλβίδες θα πρέπει να σφραγίζουν τον θάλαμο καύσης τη στιγμή που έχουν σχεδιαστεί να το κάνουν με όσο το δυνατόν μικρότερη απόκλιση.

Απόκλιση πάντα θα υπάρχει διότι όλα τα ζωτικά κινούμενα εξαρτήματα ενός κινητήρα θα πρέπει να έχουν μεταξύ τους διάκενα, ώστε να περνά το λάδι ανάμεσά τους και να αποφεύγεται η καταστροφική επαφή μεταξύ τους. Όμως όσο μεγαλύτερη είναι η απόκλιση, τόσο μεγαλύτερη η πτώση της συμπίεσης στις υψηλές στροφές, οπότε… αντίο ιπποδύναμη!

Ο καλύτερος τρόπος για να μειώσεις στο ελάχιστο την απόκλιση μεταξύ του θεωρητικού και του πραγματικού χρονισμού των βαλβίδων στις υψηλές στροφές είναι να φέρεις τον εκκεντροφόρο όσο πιο κοντά γίνεται στις βαλβίδες.  

Μειώνοντας το μέγεθος και τον αριθμό των μεταλλικών εξαρτημάτων μεταξύ εκκεντροφόρου και βαλβίδας, αυτομάτως μειώνεις τις επιπτώσεις από τη διαστολή των μετάλλων και μειώνεις τον αριθμό των διάκενων, οπότε η βαλβίδα ακολουθεί όσο πιο πιστά γίνεται τις εντολές του εκκεντροφόρου. Όλοι οι αγωνιστικοί κινητήρες έχουν εκκεντροφόρους επικεφαλής (εξαιρούνται τα αγωνιστικά Nascar και τα Dragster στις ΗΠΑ λόγω κανονισμών που επιβάλουν τα ωστήρια).

 

Όμως ανεβάζοντας τον εκκεντροφόρο στην κεφαλή, αυτομάτως τον απομακρύνεις από τον στρόφαλο.  

Σαφώς η μεταφορά της περιστροφικής κίνησης του στροφάλου προς τον εκκεντροφόρο ο οποίος επίσης περιστρέφεται είναι πιο απλή υπόθεση από την μεταφορά και μετατροπή της περιστροφικής κίνησης του εκκεντροφόρου σε παλινδρομική στις βαλβίδες, όμως το “πιο απλή” δεν σημαίνει πως είναι “απλή”.

Θυμάστε που είπαμε πιο πάνω πως τα μέταλλα συμπεριφέρονται σαν λάστιχα στις υψηλές στροφές; Ακριβώς αυτό συμβαίνει και με τη μεταφορά της κίνησης από τον στρόφαλο προς τον εκκεντροφόρο στην κεφαλή.

Η χρήση αλυσίδας είναι η πιο διαδεδομένη πρακτική στις μέρες μας, διότι είναι η δεύτερη φτηνότερη λύση κατασκευαστικά μετά τα ωστήρια και συγχωρεί κάποια μικρά κατασκευαστικά λάθη στις γραμμές παραγωγής.

Καθώς το μήκος της είναι αρκετά μεγάλο (μεγαλύτερο απ’ όσο πραγματικά χρειάζεται για να διευκολύνει τους εργάτες στη συναρμολόγηση), η χρήση τεντωτήρα και γλίστρας είναι απαραίτητη για να μαζεύει τα μπόσικα, κυρίως όμως για να μειώνει στο ελάχιστο τον θόρυβο στους κινητήρες παραγωγής.

Όσο καλές κι αν έχουν γίνει οι αλυσίδες σε ποιότητα σήμερα (χειρότερες έχουν γίνει αλλά αυτό είναι μια άλλη ιστορία…) οι αλυσίδες πάντα θα ξεχειλώνουν και πάντα θα καθυστερούν να μεταφέρουν την κίνηση του στροφάλου προς τον εκκεντροφόρο στις πολύ υψηλές στροφές, ρίχνοντας τη συμπίεση στο θάλαμο καύσης, οπότε και την ιπποδύναμη.

Μια εξίσου φτηνή λύση κατασκευαστικά που έχει λιγότερα προβλήματα από τη διαστολή των μετάλλων και τα διάκενα μεταξύ των μετάλλων, είναι η αντικατάσταση της αλυσίδας με ιμάντα.

Ο ιμάντας δεν μεταβάλει το μήκος του όταν ζεσταίνεται (οι περισσότεροι κατασκευάζονται από ίνες Kevlar ή carbon) και δεν “ξεχειλώνει” τόσο έντονα όσο η αλυσίδα στις πολύ υψηλές στροφές, όμως έχει περιορισμένη διάρκεια ζωής, διότι το λάστιχο που περιβάλει τις ίνες kavlar/carbon δεν αγαπάει καθόλου τις υψηλές θερμοκρασίες και καταστρέφεται.

Ιμάντες χρησιμοποίησε η Ducati στους V2 κινητήρες της από τις αρχές της δεκαετίας του ’80 με σκοπό για να μειώσει το κόστος κατασκευής και τον θόρυβο, αντικαθιστώντας το σύστημα με άξονα (Bevel) που χρησιμοποιούσε έως τότε.

Οι ιμάντες έγιναν δημοφιλείς και στους κινητήρες αυτοκινήτων, λόγω του χαμηλού θορύβου, όμως το ακριβό κόστος αντικατάστασής τους και η αμέλεια (ασχετοσύνη…) των οδηγών αυτοκινήτων για την ανάγκη αντικατάστασής τους (αυστηρά κάθε πέντε χρόνια ανεξαρτήτως χιλιομέτρων) έχει κάνει τους κατασκευαστές να επιστρέφουν στις αλυσίδες.

Στα μειονεκτήματα του ιμάντα θα πρέπει να προσθέσουμε και το μεγαλύτερο πλάτος του σε σχέση με την αλυσίδα. Αν μιλάμε για ένα στενό V2 δεν υπάρχει πρόβλημα, όμως αν μιλάμε για τετρακύλινδρο εν σειρά τότε το μειονέκτημα γίνεται πονοκέφαλος για τον σχεδιασμό του πλαισίου μιας σπορ μοτοσυκλέτας.

Η χρήση άξονα για την μεταφορά της κίνησης από τον στρόφαλο προς τον εκκεντροφόρο ήταν η πιο συνηθισμένη επιλογή για τους κινητήρες με επικεφαλής εκκεντροφόρο έως τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο και παρέμεινε αρκετά δημοφιλής στους αγωνιστικούς κινητήρες έως τη δεκαετία του ’60 διότι προσφέρει εξαιρετική ακρίβεια στη μεταφορά της κίνησης, ακόμα και στις πολύ υψηλές στροφές.

Το βασικό του μειονέκτημα είναι φυσικά το υψηλό κόστος κατασκευής, όχι μόνο λόγω των ακριβότερων και δύσκολων στην κατασκευή εξαρτημάτων του, αλλά και λόγω του χρόνου συναρμολόγησης που απαιτεί στις γραμμές παραγωγής. Εντελώς ακατάλληλο δηλαδή για μαζική παραγωγή σε οχήματα ευρείας κατανάλωσης.

Εξίσου σημαντικό πρόβλημα είναι και ο όγκος που προσθέτει στα κάρτερ και την κεφαλή το ζεύγος γραναζιών στις άκρες του άξονα, αλλά και το μεγάλο συνολικό βάρος του μηχανισμού για μια σπορ ή αγωνιστική μοτοσυκλέτα.

Αν θέλεις να έχεις έναν μικρών εξωτερικών διαστάσεων και ελαφρύ κινητήρα όπως εκείνοι που χρησιμοποιούν αλυσίδα, αλλά την ίδια στιγμή να έχεις το επίπεδο ακρίβειας του άξονα, τότε η μόνη λύση είναι να χρησιμοποιήσεις μια συστοιχία από γρανάζια υποπολλαπλασιασμού.

Πρόκειται για το σύστημα που χρησιμοποιούν όλοι οι κατασκευαστές κινητήρων στη Formula 1 και τα MotoGP, δηλαδή σε κινητήρες που δουλεύουν πάνω από τις 16.000 στροφές και παράγουν σοβαρές ιπποδυνάμεις έως και τις 20.000 στροφές.

Είναι απόλυτα σημαντικό να καταλάβουμε τη διαφορά μεταξύ ενός κινητήρα που έχει κόφτη στροφών στις 18.000 στροφές/λεπτό και ενός κινητήρα που συνεχίζει να αυξάνει την ιπποδύναμή του έως τις 18.000 στροφές. Πρόκειται για δύο εντελώς διαφορετικά πράγματα.

Ώπα! Αφού είναι τόσο καλά τα γρανάζια γιατί δεν τα έχουν όλοι οι υψηλής απόδοσης κινητήρες παραγωγής; Για δύο βασικούς λόγους, τους οποίους μάλλον έχετε ήδη καταλάβει.

Κόστος και θόρυβος. Η Honda τα χρησιμοποίησε σε κάποια V4 μοντέλα της που είτε προορίζονταν για αγωνιστική χρήση όπως τα VF 1000 R, VFR 750 R και RVF 750 R (RC 30 / RC 45) είτε είχαν κινητήρα που βασιζόταν σε αυτά τα μοντέλα.

Τα τελευταία χρόνια όμως τα εγκατέλειψε και αυτή, διότι οι αυστηρότερες προδιαγραφές θορύβου, σε συνδυασμό με την ανάγκη μείωσης του κόστους παραγωγής δεν άφησαν περιθώρια για τέτοιου είδους πολυτέλειες. Ειδικά όταν μιλάμε για V2 ή V4 κινητήρες, όπου έχεις δυο ξεχωριστά συστήματα για τη μεταφορά της κίνησης στους εκκεντροφόρους και όχι ένα όπως στους μονοκύλινδρους και στους εν σειρά πολυκύλινδρους, το κόστος και ο θόρυβος είναι πολύ πιο σημαντικά μειονεκτήματα απ’ όσο φαίνεται αρχικά.

Μια λύση που βρήκε η Honda για να μειώσει το κόστος και τους μηχανικούς θορύβους στους V4 κινητήρες παραγωγής πριν τους καταργήσει εντελώς όταν μπήκαν σε εφαρμογή οι προδιαγραφές Euro 5, ήταν να χρησιμοποιήσει ένα υβριδικό σύστημα κίνησης που συνδύαζε τα γρανάζια με μια πολύ μικρού μήκους αλυσίδα.

Το πλεονέκτημα αυτής της λύσης είναι πως η μικρή αλυσίδα “λαστιχάρει” πολύ λιγότερο στις υψηλές στροφές σε σχέση με μια τριπλάσιου μήκους αλυσίδα που θα έπρεπε να χρησιμοποιήσουν και μειώνει αρκετά τους μηχανικούς θορύβους σε σχέση με ένα σύστημα που έχει μόνο γρανάζια. Το σπουδαιότερο όλων είναι πως διατηρεί σε λογικά επίπεδα το κόστος στη γραμμή παραγωγής, διότι η αλυσίδα απλοποιεί τη διαδικασία συναρμολόγησης ενός κινητήρα και δεν χρειάζεται να είσαι μηχανικός του HRC για να “κουμπώσεις” σωστά τα γρανάζια μεταξύ τους.

Ακριβώς αυτή τη λύση ακολούθησε και η Ducati στους δικούς της V4 κινητήρες παραγωγής, όχι όμως στους αγωνιστικούς των MotoGP.

Αν οι προδιαγραφές Euro 5 και Euro 5+ δεν ήταν τόσο αυστηροί με τον θόρυβο, να είστε σίγουροι πως όλα τα superbike παραγωγής της τελευταίας διετίας θα είχαν γρανάζια για την κίνηση των εκκεντροφόρων. Τα προηγούμενα χρόνια δεν χρειαζόταν διότι οι κανονισμοί των WSBK επέτρεπαν στους κατασκευαστές να κάνουν πολύ μεγάλες αλλαγές στο σχεδιασμό των κινητήρων που χρησιμοποιούσαν στους αγώνες.