4 troxoi website home 4 troxoi forum

Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΣΗΣ, ΜΕΣΑ ΑΠΟ ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΑ ΑΡΘΡΑ ΤΟΥ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΥ 4ΤΡΟΧΟΙ

Βye-bye, butterfly

Ένα από τα εξαρτήματα που οι κατασκευαστές κινητήρων απεχθάνονται είναι η πεταλούδα γκαζιού και, φυσικά, μιλάμε για τον κινητήρα βενζίνης. Ο ντίζελ δεν έχει πεταλούδα, αφού ο έλεγχος της καύσης, της απόδοσης, της κατανάλωσης και των εκπομπών γίνεται μέσω της ποσότητας και των χαρακτηριστικών του ψεκασμού. Στο βενζινοκινητήρα, αντίθετα, επιτυγχάνεται ελέγχοντας την πλήρωση των κυλίνδρων με αέρα. Συνήθως αφήνοντας τις βαλβίδες εισαγωγής ανοιχτές για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και τη ροή του αέρα εισαγωγής να ρυθμίζεται μέσω της πεταλούδας γκαζιού: Τέρμα ανοιχτή στο τέρμα γκάζι, κλειστή χωρίς γκάζι.

Στις ενδιάμεσες, όμως, θέσεις της η μισάνοικτη ή μισόκλειστη πεταλούδα αντιστέκεται στο έργο «άντλησης» του αέρα. Αυτό συμβαίνει γιατί τα έμβολα εξακολουθούν να «ρουφούν» αέρα από τον αυλό εισαγωγής, ωστόσο σε αυτόν -και συγκεκριμένα μεταξύ πεταλούδας και θαλάμου καύσης- δημιουργείται, λόγω της θέσης της πεταλούδας, μερικό κενό. Αυτό, φυσικά, αντιστέκεται στο έργο άντλησης των εμβόλων, σπαταλώντας ενέργεια και προκαλώντας απώλειες που φτάνουν έως και το 10% σε μικρά ανοίγματα της πεταλούδας (λίγο γκάζι). Η σχεδίαση ενός δυνατού, οικονομικού και σύγχρονου κινητήρα που προϋποθέτει την ελαχιστοποίηση των εσωτερικών απωλειών κάθε μορφής (τριβών, θερμοδυναμικής κ.ά.) δε θα μπορούσε, λοιπόν, να μη στοχεύει και στην εξεύρεση μιας λύσης προς αντικατάσταση της καταραμένης πεταλούδας!
Για να καταστεί κάτι τέτοιο δυνατό θα πρέπει η εισαγωγή αέρα να έχει σταθερή ροή, χωρίς καμία διακοπή, και ο έλεγχος της μάζας αέρα να γίνεται στους αυλούς εισαγωγής των κυλίνδρων, μέσω ενός «έξυπνου» συστήματος διαχείρισης των βαλβίδων εισαγωγής.

Μια λύση είναι η υιοθέτηση βαλβίδων μεταβλητού βυθίσματος που συνήθως συνδυάζεται με μεταβλητό χρονισμό. Γνωστή και δοκιμασμένη. Όχι, όμως, και ιδανική. Αυτά τα συστήματα έχουν περιορισμένη δυναμική απόκριση και δε διακρίνονται για την ευελιξία τους, όσον αφορά την εκτέλεση διάφορων προγραμμάτων ελέγχου των βαλβίδων. Για παράδειγμα, όλοι οι κύλινδροι μιας σειράς ενεργοποιούνται ταυτόχρονα, αποκλείοντας κάθε δυνατότητα επιλεκτικής παρέμβασης σε συγκεκριμένους κυλίνδρους. Δεν είναι, λοιπόν, τυχαίο ότι η BMW, η οποία εξέλιξε μια ολόκληρη γκάμα κινητήρων με βαλβίδες μεταβλητού βυθίσματος (Valvetronic), την αντικατέστησε με εκείνη των συνόλων άμεσου ψεκασμού δεύτερης γενιάς. Τα συνολικά κέρδη σε οικονομία καυσίμου (και χρήματος) ήταν τέτοια ώστε να προκρίνουν τα Valvetronic, έναντι των κινητήρων πρώτης γενιάς άμεσου ψεκασμού, όχι όμως και της δεύτερης, ακόμα και αν αυτή έχει συμβατικές πεταλούδες.

Καλύτερη λύση φαίνεται να είναι -και είναι- αυτή των ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων. Εδώ για το άνοιγμα και το κλείσιμο των βαλβίδων φροντίζουν ηλεκτρομαγνήτες, προσφέροντας το μέγιστο σε απόκριση και ευελιξία ελέγχου, σε κέρδος βάρους και απλότητας κατασκευής. Το κακό, όμως, με το συγκεκριμένο σύστημα είναι οι μεγάλες απαιτήσεις σε ενέργεια, και μάλιστα τόση ώστε να καθιστά απαραίτητη τη μετάβαση στo ηλεκτρικό σύστημα των 42 Volt, πράγμα που στο παρελθόν πολλοί κατασκευαστές θεωρούσαν ως δεδομένο ή αναπόφευκτο, όμως ποτέ δεν είδαμε να υλοποιείται. Και ακόμη αναμένουμε... Πέρα από αυτό, και παρά την τουλάχιστον μια δεκαετία εξέλιξής τους, οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες σίγουρα δεν μπορούν να θεωρηθούν απόλυτα αξιόπιστες για μαζική παραγωγή.

Ύστερα, λοιπόν, από τα προσγειωμένα ηλεκτρομηχανικά και τα φουτουριστικά ηλεκτρομαγνητικά concept, σειρά έχουν τα ηλεκτροϋδραυλικά, και η Fiat είναι η πρώτη που εξελίσσει ένα σύστημα έτοιμο προς παραγωγή, το οποίο ονομάζει «Multiair». Εδώ το απαραίτητο εύρος στο χρονισμό των βαλβίδων εξασφαλίζεται από το εξής «τρικ»: Υπάρχει μόνο ένας εκκεντροφόρος, εκείνος από την πλευρά των βαλβίδων εξαγωγής. Φέρει, ωστόσο, τόσο τα έκκεντρα για την κίνηση των βαλβίδων εξαγωγής (που επενεργούν άμεσα σε αυτές) όσο και τα έκκεντρα για το χρονισμό των βαλβίδων εισαγωγής. Τα τελευταία κινούν ένα μικρό έμβολο, συνδεδεμένο με τις βαλβίδες εισαγωγής μέσω ενός υδραυλικού θαλάμου, ο οποίος ελέγχεται από μία σωληνοειδή βαλβίδα. Όταν η σωληνοειδής βαλβίδα είναι κλειστή, το λάδι στον υδραυλικό θάλαμο συμπεριφέρεται σαν στερεό σώμα, μεταφέροντας στις βαλβίδες εισαγωγής το χρονισμό που προκύπτει από τον εκκεντροφόρο. Όταν ανοίγει ο θάλαμος και οι βαλβίδες απεμπλέκονται, οι τελευταίες δεν ακολουθούν την κίνηση του εκκεντροφόρου και κλείνουν μόνο λόγω της δράσης των ελατηρίων επαναφοράς τους. Το τελικό στάδιο του κλεισίματος των βαλβίδων ελέγχεται από ένα ειδικό υδραυλικό αποσβεστήρα, που εγγυάται μια μαλακή και ισόχρονη επαναφορά σε κάθε περιοχή λειτουργίας του κινητήρα.

Τι επιτυγχάνει αυτή η διάταξη στην πράξη; Σε χαμηλές στροφές λειτουργίας του κινητήρα η σωληνοειδής βαλβίδα ανοίγει κοντά στο τέλος του προφίλ του έκκεντρου, προσφέροντας πρόωρο κλείσιμο των βαλβίδων εισαγωγής. Αυτό αποτρέπει την επιστροφή του αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής και μεγιστοποιεί τη μάζα αέρα που παραμένει στους κυλίνδρους. Στις υψηλές στροφές λειτουργίας, η σωληνοειδής βαλβίδα παραμένει κλειστή, έτσι ώστε οι βαλβίδες εισαγωγής να ακολουθούν πλήρως τον εκκεντροφόρο (μένοντας ανοιχτές για το μέγιστο δυνατό χρόνο), αφού αυτός είναι σχεδιασμένος για μέγιστη απόδοση στο συγκεκριμένο φάσμα στροφών. Σε μερικό φορτίο η βαλβίδα μπορεί είτε να ανοίξει ακόμα νωρίτερα από ό,τι στις χαμηλές στροφές (ελέγχοντας τον αέρα σε συνάρτηση με την απαιτούμενη ροπή) είτε να κλείσει, αφού το έμβολο έχει αρχίσει να ακολουθεί την κίνηση του έκκεντρου. Σε αυτήν την περίπτωση, η εισαγωγή αέρα στον κύλινδρο είναι ταχύτερη και έχει μεγαλύτερη κινητική ενέργεια. Οι δύο τελευταίες λειτουργίες μπορούν, μάλιστα, να συνδυαστούν στην ίδια φάση εισαγωγής, σε αυτό που η Fiat απoκαλεί «Multilift mode».

Με αυτά το νέο σύστημα επιτυγχάνει, πέραν της εξάλειψης των απωλειών άντλησης -που μεταφράζεται σε 10% μικρότερη κατανάλωση και ανάλογα οφέλη στην εκπομπή ρύπων-, 15% βελτίωση της ροπής στις χαμηλές στροφές και 10% αύξηση της μέγιστης ισχύος. Το ακόμα καλύτερο είναι πως το σύστημα μπορεί να τοποθετηθεί χωρίς πρόβλημα σε κάθε υπάρχοντα κινητήρα αλλά και να συνδυαστεί με κάθε είδος κινητήρα εσωτερικής καύσης. Από την άλλη, οι τεχνικοί μιλούν για μείωση κατανάλωσης έως και 25% σε ειδικά εξελιγμένους, μικρούς υπερτροφοδοτούμενους βενζινοκινητήρες άμεσου ψεκασμού (ένας 2κύλινδρος 900 κ.εκ. βρίσκεται ήδη στα σκαριά), μειώσεις εκπομπών NOx κατά 60% μέσω ανακύκλησης καυσαερίων και κατά 40% HC και CO μέσω σωστής διαχείρισης των βαλβίδων στις φάσεις εκκίνησης και προθέρμανσης σε κινητήρες ντίζελ. Προς το παρόν, ο πρώτος κινητήρας του είδους θα είναι ο Fire 1.400 κ.εκ. σε ατμοσφαιρική και υπερτροφοδοτούμενη έκδοση, όπως παρουσιάστηκε στην Έκθεση της Γενεύης_ Ν. Κ.