Ιστορίες Γνώσης και Πάθους
Η... εκδίκηση του ντίζελ!O L. J. K. Setright εξετάζει μια νέα τεχνική κατασκευής πετρελαιοκινητήρων.
ΤI ήταν αυτό που έκανε ένα αμερικανικό πλυντήριο να ξεχωρίζει από ένα βρετανικό ή ευρωπαϊκό πριν από 75 χρόνια; Η απάντηση βρισκόταν στο εύρος της αμερικανικής αγοράς: ήταν οικονομικό να κατασκευαστεί ένας άξονας στον κάδο από χυτοσίδηρο, αντί για μια άτεχνη κατασκευή.
Επιπλέον, ήταν συχνό φαινόμενο στην Αμερική, την εποχή εκείνη, οι μέθοδοι μαζικής παραγωγής να δίνουν καλύτερο προϊόν.
Την πρώιμη εκείνη περίοδο, χρησιμοποιούσαν για τα μέρη του κινητήρα που δε δέχονταν υψηλές καταπονήσεις χυτά τμήματα από ελαφρά κράματα, κυρίως από αλουμίνιο και ψευδάργυρο. Σύντομα, η ανακάλυψη αυτή πήρε το δρόμο της προς το χώρο των αυτοκινητοβιομηχανιών, αφού χρησιμοποιήθηκε κυρίως για μέρη όπως χερούλια πόρτας και μεντεσέδες, αλλά και για «καλλωπιστικούς» λόγους, όπως, π.χ., για κάποιες... πινελιές επιχρωμίωσης.
Στη συνέχεια, εμφανίστηκαν νέες ποικιλίες. Αντί για απλά κράματα, τα οποία τοποθετούνταν σε ανάλογα καλούπια (συνήθως μεταλλικά, επειδή κόστιζαν λιγότερο από καθετί άλλο), εισήγαγαν πιο σύνθετα κράματα. Σήμερα, το μεγαλύτερο μέρος των κινητήρων κατασκευάζεται από τέτοιου είδους κράματα, αν και ακόμα υπάρχουν περιορισμοί.
Όλα αυτά προκάλεσαν το ενδιαφέρον των μηχανικών της Honda, oι οποίοι βάλθηκαν να φτιάξουν έναν... αξιοπρεπή κινητήρα ντίζελ. Bέβαια, παρ’ ότι θαυμάζω τους κινητήρες της Honda, δύσκολα θα πίστευα ότι ένας ντίζελ μπορεί να είναι ικανοποιητικός. Όμως, οι καιροί είναι δύσκολοι.
Τη δεκαετία του ’90, η Honda παραδέχτηκε ότι οι πωλήσεις της στην Ευρώπη δε θα μπορούσαν να προοδεύσουν, εάν δεν πρόσθετε στη σειρά της ένα πετρελαιοκίνητο αυτοκίνητο, ώστε να απευθυνθεί σε όλους αυτούς τους αδιάφορους, αναίσθητους και, πιθανώς, κακοπροαίρετους Ευρωπαίους που αυστηρά απορρίπτουν κάθε αυτοκίνητο που δε φέρει κινητήρα ντίζελ. Ως προσωρινό μέτρο, η Honda είπε ότι θα εξόπλιζε ένα από τα αυτοκίνητά της με κινητήρα ντίζελ της Isuzu, ενώ, παράλληλα, θα προχωρούσε στην κατασκευή ενός κινητήρα που θα άγγιζε τα δεδομένα της Honda...
Εάν αυτό σημαίνει κάτι, τότε σήμερα μπορούμε να πούμε ότι η Honda έφτασε τα πρότυπά της με τον καινούργιο κινητήρα i-CTDi, ο οποίος βρίσκεται κάτω από το καπό του Accord. Πρόκειται για έναν 4κύλινδρο κινητήρα 2,2 λίτρων και τα αρχικά που αναγράφονται πάνω του σημαίνουν Intelligent Common-rail Turbo Diesel με ψεκασμό, με τον όρο «Intelligent» (ευφυής) να υποδηλώνει μια σειρά από έξυπνες ιδέες. Πρέπει να γίνει σαφές, εδώ, το γεγονός ότι η επίδοση του κινητήρα ντίζελ αυξήθηκε σημαντικά με την πρόοδο της τεχνολογίας στην τροφοδοσία του καυσίμου, και κυρίως με το common rail. Οι αυξημένες επιδόσεις συνοδεύονται από την αύξηση της πίεσης στο θάλαμο καύσης και, βέβαια, από απαιτήσεις για αυξημένη αντοχή των δομικών μερών του κινητήρα, κυρίως του κορμού του. Η απαίτηση, όμως, για συμπαγείς και ελαφρύτερους κινητήρες έδωσε την ώθηση για χρήση κράματος από αλουμίνιο, το οποίο αντικατέστησε το χυτοσίδηρο. Θα ήταν λάθος, ωστόσο, εάν υποθέταμε ότι οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κορμού από ελαφρύ κράμα για τους βενζινοκινητήρες θα επαρκούσαν για τους ντίζελ.
Η Honda ακολουθεί το δικό της δρόμο, χρησιμοποιώντας βιομηχανικές τεχνικές τις οποίες δεν έχουμε δει πουθενά πριν. Αυτό που έχουν επιτύχει είναι να αναπτύξουν μια διαδικασία χύτευσης υψηλής πίεσης, όπου το αλουμίνιο και τα συστατικά από ελαφρά κράματα εισάγονται σε μια ημι-στερεά μορφή. Όμως, η βελτιστοποίηση δεν αφορά μόνο τη διαδικασία παραγωγής. Oι κύλινδροι είναι έτσι σχεδιασμένοι, ώστε να περιοριστεί ο θόρυβος και οι απώλειες από τις τριβές. Στις προδιαγραφές που τέθηκαν κατά το σχεδιασμό του κινητήρα περιλαμβάνεται και η προϋπόθεση ότι θα έπρεπε να χρησιμοποιείται για την κατασκευή του το μεγαλύτερο μέρος της γραμμής παραγωγής των βενζινοκινητήρων 2,0-2,4 λίτρων και να διαθέτει ανάλογες διαστάσεις με αυτούς.
Eντούτοις, οι απαιτήσεις στο σχεδιασμό ενός κινητήρα ντίζελ είναι διαφορετικές από εκείνες ενός βενζινοκινητήρα. Σε έναν 4κύλινδρο βενζινοκινητήρα, όπου ο στροφαλοφόρος άξονας στηρίζεται σε πέντε έδρανα, το μέγιστο φορτίο βρίσκεται στο μεσαίο σημείο στήριξης, λόγω αδράνειας. Σε έναν ντίζελ, η μεγαλύτερη καταπόνηση εντοπίζεται στα έδρανα 2 και 4, λόγω των δυνάμεων που προκαλεί η καύση.
Tα μπλοκ των βενζινοκινητήρων κατασκευάζονται με μια χαμηλού κόστους διαδικασία χύτευσης υψηλής πίεσης, που, όμως, δεν μπορεί να εξασφαλίσει κατασκευές με την αντοχή που απαιτεί ένας πετρελαιοκινητήρας. Mε χύτευση χαμηλής πίεσης, θα έπεφτε η παραγωγικότητα. Eπίσης, με τη συγκεκριμένη διαδικασία δεν είναι εφικτή η κατασκευή λεπτών τμημάτων. Έτσι, για παράδειγμα, η απόσταση ανάμεσα στους κυλίνδρους θα αυξανόταν, με ανάλογες επιπτώσεις στις συνολικές διαστάσεις και στο βάρος του κινητήρα.
Mε το ASCT (Advanced Semi-solid Casting Technique) αντιμετωπίζονται όλα αυτά τα προβλήματα. Εάν πιστεύετε ότι η λέξη «Advanced» (προηγμένη) είναι λίγο υπερβολική, θα πρέπει να γνωρίζετε ότι η Honda δουλεύει με ένα δικό της τρόπο, διά μέσου δύο διαδικασιών κατά τις οποίες ξεχωρίζουν το «thixo-casting», χρησιμοποιώντας αλουμίνιο σε ημιτετηγμένη φόρμα, και το «rheo-casting», που χρησιμοποιείται σε μια ημισυμπαγή φόρμα. To πιθανότερο είναι ότι τα... ιαπωνικά μπορούν να σας φανούν πιο κατανοητά από τους δύο αυτούς όρους.
Η αισθητή διαφορά μεταξύ του thixo και του rheo βρίσκεται, προφανώς, στο ότι το δεύτερο είναι ταχύτερο και πιο αποδοτικό ενεργειακά. Η δυσκολία στη χρήση του σε κορμό κινητήρα ντίζελ ήταν το γεγονός ότι το αλουμίνιο αναμειγνυόταν με ασυνήθιστες προσμείξεις, συμπεριλαμβανομένων των καλίου, χαλκού, μολυβδαινίου, σιλικόνης και μαγνησίου σε διάφορες ποσότητες. Όμως, στη θερμοκρασία εκείνη του μετάλλου, λίγο πριν πάρει τη μορφή του, μερικά από αυτά τα συστατικά είναι σε πιο συμπαγή μορφή απ’ ό,τι τα υπόλοιπα, γεγονός που δυσκολεύει την ομοιόμορφη ανάμειξή τους. Η Honda αντιμετώπισε τα παραπάνω, φτιάχνοντας ένα σύστημα ανάδευσης του ημισυμπαγούς μετάλλου, παρακολουθώντας, ταυτόχρονα, τη ρευστότητά του. Όταν η τελευταία αλλά και η θερμοκρασία ήταν σωστά, τότε το μέταλλο ήταν έτοιμο να μπει στο καλούπι, σε ρυθμό που θα εξασφάλιζε στρωτή και όχι τυρβώδη ροή.
Yπάρχει, όμως, και μια άλλη τεχνική παραγωγής, που χρησιμοποιήθηκε στη δημιουργία του i-CTDi και αξίζει να αναφερθεί. Η Honda είχε επίγνωση του μεγέθους της παραμόρφωσης των κυλίνδρων, όταν η κεφαλή δενόταν τόσο βίαια, όπως συμβαίνει σε έναν κινητήρα ντίζελ. Έτσι, κατασκεύασαν μια πρότυπη κυλινδροκεφαλή που βιδώνεται στο μπλοκ, πριν γίνει η τελική επεξεργασία του θαλάμου καύσης, ώστε να μην υπάρξουν μετέπειτα παραμορφώσεις, με αποτέλεσμα τα έμβολα και τα ελατήρια να εφαρμόζουν με μεγαλύτερη ακρίβεια, και μάλιστα στις πραγματικές λειτουργικές συνθήκες, και να περιορίζονται οι τριβές. Tο γεγονός αυτό μαζί με κάποιες άλλες βελτιώσεις συνέβαλαν ώστε ο συγκεκριμένος κινητήρας να είναι ο πιο αθόρυβος της κατηγορίας του.
Επιπλέον, φαίνεται να είναι ο πιο ελαφρύς. Θεωρώντας ότι η κατασκευή του αυτοκινήτου θα έπρεπε να ενισχυθεί, στην περίπτωση που ο κινητήρας ήταν τόσο βαρύς όσο κάποιων άλλων ντίζελ, η επανάσταση στις μεθόδους παραγωγής πράγματι άξιζε.
Eίναι πραγματικά κρίμα που η Honda χρησιμοποιούσε για κάποιο διάστημα αυτές τις τεχνικές, έστω και σε μικρή κλίμακα, χωρίς κανείς να γνωρίζει τα συγκεκριμένα επιτεύγματα. Το thixo-casting, για παράδειγμα, επινοήθηκε για μέρη του πλαισίου του υβριδικού Insight, το οποίο βγήκε στην αγορά το 1999. Το rheo-casting φαίνεται να έχει χρησιμοποιηθεί για πρώτη φορά για κάποιο μέρος μιας εξαιρετικής ανάρτησης, στο NSX του 1990. Πόσες ακόμη μαγικές λεπτομέρειες, άραγε, θα ανακαλυφθούν σε αυτό το τραγικά υποτιμημένο αυτοκίνητο;._ L. J. K. S.
«... τη δεκαετία του ’90, η Honda παραδέχτηκε ότι οι πωλήσεις της στην Ευρώπη δε θα μπορούσαν να προοδεύσουν, εάν δεν πρόσθετε στη σειρά της ένα πετρελαιοκίνητο αυτοκίνητο...»