ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ ΕΙΔΗ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΩΝ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Αρχιτεκτονική των κινητήρων και ομαλότητα λειτουργίας Οι περισσότεροι σύγχρονοι 4χρονοι βενζινοκινητήρες χαρακτηρίζονται από την ομαλή, σχετικά αθόρυβη και απροβλημάτιστη λειτουργία. Αυτό ωστόσο δεν ίσχυε πάντα. Παλαιότερα τα κινούμενα μέρη των κινητήρων είχαν μεγάλες ανοχές αλλά ταυτόχρονα ανέπτυσσαν και μεγάλα ποσοστά τριβών μεταξύ τους, με αποτέλεσμα την ελάττωση της απόδοσης των κινητήρων και τη δημιουργία μηχανικών θορύβων. Ωστόσο η αθόρυβη και ομαλή λειτουργία ενός κινητήρα δεν εξαρτάται μόνο από την αντιτριβική του προστασία και την ποιότητα κατασκευής. Πρωταρχικό ρόλο παίζει και η αρχιτεκτονική του κινητήρα. Έως τώρα έχουν δημιουργηθεί διάφορα είδη εμβολοφόρων κινητήρων τα οποία παρουσιάζουν πλεονεκτήματα αλλά και μειονεκτήματα σχετικά με τη λειτουργία τους. Ομαλή παροχή ισχύος Όπως είναι γνωστό, για να ολοκληρώσει ένας κύλινδρος μιας 4χρονης βενζινομηχανής έναν πλήρη κύκλο, απαιτεί γωνία στροφής 720ο του στροφαλοφόρου άξονα. Με άλλα λόγια έχουμε ανάφλεξη κάθε 2 περιστροφές του στροφάλου. Επίσης αξίζει να σημειωθεί ότι μόνο η φάση της εκτόνωσης παράγει έργο, ενώ οι φάσεις της εισαγωγής, της συμπίεσης και τις εξαγωγής απορροφούν έργο. Συνεπώς ένας κινητήρας που αποτελείται από έναν κύλινδρο (μονοκύλινδρος), παράγει ισχύ με μορφή περιοδικού παλμού. Για να εξομαλυνθεί η παροχή ισχύος των Μ.Ε.Κ τοποθετείται ένα βαρύ βολάν. Το βολάν είναι ένας μεταλλικός δίσκος με σχετικά μεγάλη μάζα ο οποίος συνδέεται ακλόνητα στο στροφαλοφόρο άξονα. Το βολάν έχει την ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ ιδιότητα να διατηρεί σχεδόν σταθερή την ταχύτητα περιστροφής της μηχανής λόγω της αδράνειάς του. Συνεπώς, όσο μεγαλύτερο βολάν τοποθετείται σε έναν κινητήρα, τόσο ομαλότερη γίνεται η λειτουργία του. Ωστόσο με την αύξηση του βάρους του βολάν μειώνεται και η απόκριση του κινητήρα στο πάτημα του γκαζιού. Στην πραγματικότητα λοιπόν θυσιάζεται ένα ποσοστό της ομαλότητας λειτουργίας για χάρη της απόκρισης. Ύστερα από τα παραπάνω, συμπεραίνει κανείς πως για την επίτευξη ομαλότερης λειτουργίας απαιτείται η κατασκευή κινητήρων με περισσότερους κυλίνδρους. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, η φάση της ανάφλεξης του μονοκύλινδρου επαναλαμβάνεται κάθε 2 περιστροφές του στροφάλου. Έτσι ανάλογα υπολογίζουμε ότι ένας δικύλινδρος κινητήρας αναφλέγει κάθε 1 περιστροφή του στροφάλου, ένας 3κύλινδρος μια φορά κάθε 270ο γωνίας στροφής του στροφάλου, ένας 4κύλινδρος μια φορά κάθε 180ο γωνίας στροφή του στροφάλου κ.ο.κ. τελικά καταλήγουμε στον 12κύλινδρο κινητήρα όπου για κάθε 60ο γωνιακής περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα, παρουσιάζεται και ανάφλεξη σε έναν από τους 12 κυλίνδρους. Συνεπώς, όσους περισσότερους κυλίνδρους έχει ένας κινητήρας, τόσο ομαλότερη γίνεται η λειτουργία του. Βέβαια οι περισσότεροι κινητήρες αυτοκινήτων, μοτοσικλετών κ.λ.π έχουν πολύ λιγότερους κυλίνδρους. Το γεγονός αυτό οφείλεται στα διάφορα μειονεκτήματα των κινητήρων με πολλούς κυλίνδρους, τα οποία θα αναλυθούν διεξοδικά παρακάτω. Οι κραδασμοί του κινητήρα Πριν την ανάλυση της αρχιτεκτονικής του κάθε κινητήρα, είναι σκόπιμο να γίνει μια μικρή αναφορά στους κραδασμούς των κινητήρων, από την ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ ύπαρξη ή την απουσία των οποίων χαρακτηρίζεται ένας κινητήρας ομαλός ή τραχύς. Οι κραδασμοί οφείλονται στην κίνηση των εσωτερικών παλινδρομικά κινούμενων μερών του κινητήρα και ειδικότερα των εμβόλων και των διωστήρων τους. Τα έμβολα με τους διωστήρες τους κινούνται παλινδρομικά και περιοδικά χωρίς να εξισορροπούνται από την ανάλογη κίνηση άλλων μηχανικών μερών. Το αποτέλεσμα αυτής της κίνησης σε έναν μονοκύλινδρο κινητήρα είναι ο εντονότατος κραδασμός που πολλές φορές εξελίσσεται σε αναπήδηση όλου του κινητήρα. Στην πραγματικότητα ωστόσο ο άξονας του κραδασμού δεν είναι ακριβώς κάθετος, διότι οι διωστήρες δεν ανεβοκατεβαίνουν μόνο όπως τα έμβολα, αλλά κινούνται και αριστερά – δεξιά. Έτσι λοιπόν δημιουργείται κραδασμός και ως προς τον οριζόντιο άξονα του κινητήρα. Η μάζα όμως των διωστήρων είναι πολύ μικρότερη από αυτή των εμβόλων, άρα οι κραδασμοί στον κάθετο άξονα είναι πολύ πιο ισχυροί από τους αντίστοιχους στον οριζόντιο άξονα. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ Κινητήρας Δικύλινδρος «σε σειρά» Στον κινητήρα αυτό, οι κύλινδροι είναι παραταγμένοι σε μια ευθεία. Τα έμβολα των δυο αυτών κυλίνδρων βρίσκονται ακριβώς στην ίδια θέση την ίδια χρονική στιγμή. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, στους δικύλινδρους κινητήρες έχουμε ανάφλεξη (σε διαφορετικό κύλινδρο) σε κάθε περιστροφή του στροφάλου. Αυτό χονδρικά σημαίνει ότι ο συνολικός κραδασμός είναι διπλάσιος του κραδασμού του μονοκύλινδρου κινητήρα. Επίσης το ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ μεγαλύτερο ποσοστό του κραδασμού αυτού εμφανίζεται στον κάθετο άξονα του κινητήρα. Η παραπάνω λοιπόν αρχιτεκτονική είναι η χειρότερη σχετικά με την ομαλότητα λειτουργίας. Ωστόσο η κατασκευή ενός τέτοιου κινητήρα είναι σχετικά απλή και οικονομική, καθώς επίσης και οι διαστάσεις του κινητήρα ιδιαίτερα μικρές. Τα παραπάνω πλεονεκτήματα οδήγησαν στο παρελθόν μερικές αυτοκινητοβιομηχανίες στην υιοθέτηση τέτοιων κινητήρων για τα πιο φτηνά τους αυτοκίνητα. Τέτοια ήταν τα πρώτα Fiat 128 και Cinquecento 500 καθώς και το Honda Today. Στην εποχή μας βέβαια ακόμα και στα μικρά αυτοκίνητα πόλης των οποίων ο κυβισμός δεν ξεπερνά τα 600 – 700cc χρησιμοποιούνται κινητήρες με περισσότερους κυλίνδρους για την επίτευξη πιο πολιτισμένης λειτουργίας. Κινητήρας Δικύλινδρος σε διάταξη V Πολλές σύγχρονες μοτοσικλέτες κάνουν χρήση κινητήρων V2. Οι κινητήρες αυτοί είναι δικύλινδροι, όμως οι κύλινδροί τους σχηματίζουν μεταξύ ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ τους γωνία. Η γωνία των κυλίνδρων διαφέρει στη σχεδίαση του κάθε κατασκευαστή, ωστόσο οι πιο συνηθισμένες γωνίες είναι των 90ο και των 72ο. Με την αρχιτεκτονική αυτή οι κατασκευαστές έχουν καταφέρει να διατηρήσουν τα πλεονεκτήματα του δικύλινδρου κινητήρα, εξαλείφοντας σε μεγάλο βαθμό την τραχύτητα και τη μη πολιτισμένη λειτουργία της «εν σειρά» διάταξης. Οι κινητήρες V2 χρησιμοποιούνται σε μοντέλα μοτοσικλετών των περισσότερων εταιριών, όπως Honda VTR, Ducati 996 κ.α. Κινητήρας Τρικύλινδρος «σε σειρά» Στους κινητήρες αυτού του τύπου, βρίσκουμε τρεις κυλίνδρους παραταγμένους σε μία ευθεία. Εδώ έχουμε ανάφλεξη κάθε 240ο γωνιακής περιστροφής του στροφάλου (720ο / 3 =240ο), ενώ ανάφλεξης η είναι: ακολουθία κύλινδρος της 1 – κύλινδρος 3 – κύλινδρος 2 (1 – 3 – 2 ). Παρατηρώντας την αρχιτεκτονική του κινητήρα αυτού, βλέπουμε πως ο στροφαλοφόρος άξονας δείχνει απόλυτα ζυγισμένος. Ασχέτως δηλαδή της θέσης των εμβόλων, το κέντρο μάζας όλων των κινούμενων μερών παραμένει στο ίδιο σημείο. Συνεπώς δεν έχουμε εμφάνιση κραδασμών. Τα παραπάνω ισχύουν σε ένα βαθμό, αλλά όχι απόλυτα. Αυτό διότι ο στροφαλοφόρος άξονας δεν είναι σημείο, αλλά έχει μήκος και μάλιστα σημαντικό. Επίσης οι διωστήρες και τα ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ έμβολα είναι συνδεδεμένα με τον στρόφαλο στα άκρα και όχι στο κέντρο αυτού, άρα οι δυνάμεις που ασκούν στα 3 σημεία σύνδεσής τους με τον στρόφαλο δημιουργούν παλινδρομική κίνηση. Ειδικότερα, όταν π.χ. το έμβολο 1 κατεβαίνει, ωθεί το ένα άκρο του στροφάλου προς τα κάτω. Την ίδια όμως χρονική στιγμή το έμβολο 3 ανεβαίνει και λόγω της αδράνειάς του ωθεί το άλλο άκρο του στροφάλου προς τα πάνω. Τελικά λοιπόν στους κινητήρες αυτού του τύπου δεν εμφανίζονται κραδασμοί και αναπηδήσεις στον κάθετο άξονα του κινητήρα αλλά δονήσεις των άκρων ως προς το κέντρο συμμετρίας του κινητήρα που είναι περίπου στο μέσο του στροφάλου. Οι κινητήρες αυτοί λοιπόν τείνουν να περιστραφούν γύρω από έναν άξονα και όχι να αναπηδήσουν. Η λύση στο πρόβλημα των κραδασμών του τρικύλινδρου κινητήρα Για την εξάλειψη του παραπάνω φαινομένου, αλλά και γενικότερα των κραδασμών κάθε είδους, οι σχεδιαστές κινητήρων επινόησαν τους αντικραδασμικούς άξονες. Οι άξονες αυτοί τοποθετούνται σε συγκεκριμένες θέσεις παράλληλα με τον στροφαλοφόρο άξονα και είναι εφοδιασμένοι με αντίβαρα. Τα αντίβαρα είναι τοποθετημένα σε αντιστοιχία με την τοποθέτηση των διωστήρων και των εμβόλων στον στρόφαλο. Οι αντικραδασμικοί λοιπόν άξονες παίρνουν κίνηση από το στρόφαλο και κινούνται με τέτοιο τρόπο ώστε τα αντίβαρά τους να κινούνται αντιδιαμετρικά με τα παλινδρομούντα μέρη του στροφάλου. Με αυτόν τον τρόπο σχεδόν «μηδενίζονται» οι κραδασμοί. Ωστόσο, για να κινηθεί ο ένας ή οι περισσότεροι αντικραδασμικοί άξονες που απαιτούν οι διάφοροι κινητήρες απαιτείται η κατανάλωση μέρους της ισχύος που δημιουργεί ο κινητήρας. Συνεπώς όσο πιο ομαλή είναι η ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ λειτουργία του κινητήρα τόσο λιγότεροι και ελαφρύτεροι αντικραδασμικοί άξονες χρειάζονται. Για το λόγο αυτό η αρχιτεκτονική των κινητήρων έχει προχωρήσει πολύ περισσότερο από τη σχεδίαση 3κύλινδρων κινητήρων, με σκοπό τη δημιουργία κινητήρων με πολύ ομαλή και αθόρυβη λειτουργία. Κινητήρας Τετρακύλινδρος «σε σειρά» Ο τετρακύλιδρος κινητήρας είναι κινητήρας στην ο «σε πιο σειρά» διαδεδομένος αυτοκινητοβιομηχανία αλλά και ένας από τους δημοφιλέστερους στη βιομηχανία των δίτροχων οχημάτων. Οι κύλινδροι των κινητήρων αυτής της κατηγορίας παρατάσσονται σε σειρά κατά μήκος του στροφάλου. Επίσης όπως έχει προαναφερθεί κάθε μισή περιστροφή του στροφάλου συμβαίνει και μια ανάφλεξη σε έναν από τους κυλίνδρους του κινητήρα. Άρα δυο από τα τέσσερα έμβολα του κινητήρα βρίσκονται στην ίδια θέση την ίδια στιγμή και κινούνται στην ίδια κατεύθυνση ενώ τα άλλα δυο δημιουργούν επίσης ένα ζευγάρι. Για να αποφύγουν την παλινδρομική κίνηση από άκρο σε άκρο του στροφάλου (όπως στον 3κύλινδρο κινητήρα), οι σχεδιαστές τοποθέτησαν τα έμβολα σύμφωνα με τη διάταξη του διπλανού σχήματος. Η διάταξη αυτή είναι απόλυτα συμμετρική και για να επιτευχθεί, τα έμβολα 1 και 4 δημιούργησαν ένα ζεύγος και άλλο ένα ζεύγος τα 2 – 3. Με αυτόν τον τρόπο η κίνηση του εμβόλου 1 ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ εξισορροπείται από τη συμμετρική κίνηση του εμβόλου 4. Όμοια και για τα έμβολα 2 και 3. Με την παραπάνω διάταξη έχουμε πρακτικά εξάλειψη της παλινδρόμησης των άκρων του κινητήρα. Όμως παραμένει το πρόβλημα των κραδασμών στον κάθετο άξονα. Εκ πρώτης όψεως φαίνεται πως η κίνηση του εμβόλου 1 στον κάθετο άξονα εξισορροπείται από την κίνηση του εμβόλου 2, ωστόσο αυτό δεν ισχύει απόλυτα. Στην πραγματικότητα και όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα η διάταξη των περιστρεφόμενων και παλινδρομούμενων μαζών δεν είναι τελείως συμμετρική ως προς τον άξονα περιστροφής του στροφάλου (σε αντίθεση με τον επίπεδο κινητήρα που παρουσιάζεται ως μέτρο σύγκρισης). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση κραδασμών, οι οποίοι μάλιστα εντείνονται όσο μεγαλώνει ο ρυθμός περιστροφής και τη χωρητικότητα (κυλινδρισμός) των κινητήρων. Επάνω: Σχέδιο τομής επίπεδου (Boxer) κινητήρα στο οποίο φαίνεται καθαρά η ιδανική συμμετρία που προσφέρει αυτή η αρχιτεκτονική. Αριστερά: Σχέδιο τομής 4κύλινδρου σε σειρά με εμφανή τη συγκέντρωση μαζών μη συμμετρικά ως προς τον άξονα περιστροφής. Όπως φαίνεται λοιπόν στα παραπάνω σχήματα, στον επίπεδο κινητήρα, τα ζεύγη εμβόλων βρίσκονται πάντα σε αντίθετες θέσεις, κατευθύνσεις και με αντίθετες ταχύτητες. Συνεπώς όλες οι δυνάμεις ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ αλληλοεξουδετερώνονται. Αντίθετα στον «εν σειρά» κινητήρα τα ζεύγη των εμβόλων δεν αλληλοεξουδετερώνουν τις δυνάμεις τους λόγω της μικρής διαφοράς που εμφανίζουν στην παλινδρόμηση. Ειδικότερα, το έμβολο που βρίσκεται ψηλότερα, για την ίδια γωνιακή περιστροφή του στροφάλου μετακινείται λίγο περισσότερο από το έμβολο που βρίσκεται κοντά στο κατώτερο άκρο του μπλοκ του κινητήρα. Αυτό οφείλεται στη διαφορά που σχηματίζουν οι γωνίες των διωστήρων στις αντιδιαμετρικές τους θέσεις. Τα προηγούμενα φαίνονται καλύτερα στο προηγούμενο σχήμα, συγκρίνοντας τα μεγέθη a και b. Η λύση στο πρόβλημα των κραδασμών του τετρακύλινδρου κινητήρα Τη λύση στο παραπάνω πρόβλημα έδωσε η χρήση των δίδυμων αντικραδασμικών αξόνων. Οι άξονες αυτοί εφευρέθηκαν από τον μηχανικό της Βρετανικής Αεροπορίας Dr. Frederick Lanchester στις αρχές του 20ου αιώνα. Στους κινητήρες των αυτοκινήτων χρησιμοποιήθηκαν πρώτη φορά το 1976 από τη Mitsubishi η οποία αγόρασε την πατέντα των αντικραδασμικών αξόνων από τον βρετανό μηχανικό. Οι άξονες αυτοί τοποθετούνται στο πλάι του κινητήρα σε δυο διαφορετικά σημεία και περιστρέφονται αντίθετα ο ένας ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ σε σχέση με τον άλλο. Η ταχύτητα περιστροφής των αντικραδασμικών αξόνων είναι διπλάσια της ταχύτητας περιστροφής του στροφάλου. Στα παραπάνω σχήματα παρουσιάζεται η διάταξη κινητήρα με 2 αντικραδασμικούς άξονες καθώς και διάγραμμα που δείχνει την αρχή λειτουργίας τους. Το πρώτο αυτοκίνητο που έκανε χρήση των αξόνων αυτών ήταν το Mitsubishi Colt Celeste 2000. Στη συνέχεια οι δίδυμοι αντικραδασμικοί άξονες χρησιμοποιήθηκαν από τη Fiat, τη Lancia και την Porsche. Ωστόσο όλοι οι παραπάνω πλήρωναν για τη χρήση της πατέντας στη Mitsubishi. Το παραπάνω φαινόμενο κραδασμών των 4κύλινδρων κινητήρων ενισχύεται από την αύξηση του κυβισμού αλλά εξαρτάται και από τη διαδρομή των εμβόλων. Όσο μεγαλώνει ο κυλινδρισμός ενός κινητήρα, μεγαλώνει και το βάρος των παλόμενων μερών (έμβολα, διωστήρες), άρα επιβαρύνεται το κραδασμικό φαινόμενο. Επίσης όσο μεγαλώνει η διαδρομή, τόσο αυξάνεται η γραμμική ταχύτητα των εμβόλων άρα και η ορμή αυτών. Συνεπώς και η αύξηση της διαδρομής επηρεάζει αρνητικά την εμφάνιση κραδασμών. Οι κατασκευαστές κινητήρων έχουν πλέον αποκτήσει τεράστια εμπειρία από τη μελέτη των προηγούμενων κατασκευών, έτσι έχουν καταλήξει σε έναν «άγραφο νόμο» σχετικά με την κατασκευή 4κύλινδρων κινητήρων. Ο κανόνας αυτός ορίζει ότι είναι επιβεβλημένη η χρήση δίδυμων αντικραδασμικών αξόνων στους 4κύλινδρους εν σειρά κινητήρες με κυβισμό άνω των 2 λίτρων. Για τους κινητήρες μικρότερου κυβισμού είναι άσκοπη η χρήση των αντικραδασμικών αξόνων, αφού και οι κραδασμοί των κινητήρων αυτών είναι σημαντικά λιγότεροι και η απώλεια από τη μετάδοση κίνησης στους αντικραδασμικούς άξονες είναι μειώνει την απόδοση του κινητήρα. Σε αυτούς ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ λοιπόν τους κινητήρες χρησιμοποιούνται ελαφρύτερα κινούμενα μέρη (αλουμινένια έμβολα), ενισχύεται ο κορμός (μπλόκ) του κινητήρα και χρησιμοποιούνται υδραυλικές βάσεις για την έδραση αυτού στο αμάξωμα. Ο μεγαλύτερος σύγχρονος τετρακύλινδρος εν σειρά κινητήρας ήταν αυτός της Porsche 944 S2 και είχε κυβισμό 3000 κυβικών εκατοστών. Ο κινητήρας αυτός θα ήταν αδύνατον να κατασκευαστεί χωρίς τη χρήση των δίδυμων αντικραδασμικών αξόνων. Τελικά το ερώτημα που προκύπτει από τα παραπάνω είναι «Γιατί οι κατασκευαστές επιμένουν στο σχεδιασμό και τη χρήση τετρακύλινδρων σε σειρά κινητήρων;». Η απάντηση είναι απλή, τα πλεονεκτήματα του κινητήρα αυτού είναι τόσα πολλά που είναι προτιμότερο να επιλυθεί το προβλημα των κραδασμών με διάφορες τεχνικές παρά να αλλαχτεί όλη η φιλοσοφία κατασκευής κινητήρων και μέσων μεταφοράς. Πράγματι ο 4κύλινδρος σε σειρά είναι ιδιαίτερα συμπαγής στην κατασκευή του, αρκετά εύκολος στην παραγωγή του σε μαζικό επίπεδο και η συμμετρική φιλοσοφία κατασκευής του, επιτρέπει τη λειτουργία του σε μεγάλο αροιθμό στροφών. Τέλος είναι ίσως ο ιδανικότερος για την κάθετη (εγκάρσια) τοποθέτησή του σε εμπροσθιοκίνητα αυτοκίνητα. Κινητήρας Πεντακύλινδρος «σε σειρά» Οι πεντακύλινδροι σε σειρά κινητήρες δεν είναι ιδιαίτερα διαδεδομένοι στην αυτοκινητοβιομηχανία. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα τελευταία 20 χρόνια οι μόνες εταιρείες κατασκευής αυτοκινήτων και κινητήρων που είχαν πεντακύλινδρο σύνολο στη γκάμα τους ήταν: η Honda, η Audi, η Fiat, η Volvo και η Mercedes η οποία μάλιστα χρησιμοποίησε πεντακύλινδρο σύνολο μόνο σε κινητήρα Diesel. ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Στον πεντακύλινδρο σε σειρά κινητήρα παρατηρούμε μια ανάφλεξη κάθε 144ο γωνιακής περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα. Η ακολουθία ανάφλεξης είναι: 1 – 3 – 5 – 4 – 2. Τα παρακάτω σχήματα δείχνουν τη γεωμετρική κατανομή των εμβόλων καθώς και την αρχιτεκτονική του στροφάλου. Ωστόσο η αρχιτεκτονική του πεντακύλινδρου κινητήρα έχει τα δικά της σημαντικά πλεονεκτήματα αλλά και μερικά μειονεκτήματα. Βασικό πλεονέκτημα των κινητήρων του τύπου είναι το γεγονός πως γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ των τετρακύλινδρων και των εξακύλινδρων μηχανικών συνόλων. Συγκρίνοντας τώρα τον 5κύλινδρο με τον 4κύλινδρο κινητήρα παρατηρούμε την έλλειψη ενός εκ των δύο αντικραδασμικών αξόνων. Αυτό οφείλεται στο ότι δεν παρουσιάζει τη συγκέντρωση περιστρεφόμενων μαζών μακριά από τον άξονα περιστροφή του στροφάλου. Συγκρίνοντας τον με τον 6κύλινδρο σε σειρά παρατηρούμε πιο συμπαγείς διαστάσεις που οριακά επιτρέπουν την τοποθέτησή του εγκάρσια σε εμπροσθιοκίνητα αυτοκίνητα, κάτι που δεν συμβαίνει με τον 6 κύλινδρο. Τέλος οι περισσότεροι 5κύλινδροι που έχουν τοποθετηθεί σε αυτοκίνητα παραγωγής προέρχονται από 4κύλυνδρους ή 6κύλινδρους με προσθήκη ή αφαίρεση ενός κυλίνδρου. Αυτό ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ είναι πάρα πολύ σημαντικό, αφού δεν χρειάζεται ούτε σχεδιασμό εξ’ αρχής, αλλά ούτε και αλλαγή της γραμμής παραγωγής. Η λύση στο πρόβλημα των κραδασμών του πεντακύλινδρου κινητήρα Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο πεντακύλινδρος κινητήρας διατηρεί έναν αντικραδασμικό άξονα. Αυτό γίνεται για τον μηδενισμό της παλινδρομικής κίνησης των άκρων του. Παρουσιάζει λοιπόν παλινδρόμηση των άκρων του κατά τον κατακόρυφο άξονα, όπως ακριβώς και ο 3κύλινδρος. Αυτό οφείλεται στη διαφορά θέσης του εμβόλου 1 με το έμβολο 5 και αντίστοιχα του εμβόλου 2 με το έμβολο 4. Η λύση του παραπάνω προβλήματος είναι η ίδια με αυτή στον 3κύλινδρο, ωστόσο στην περίπτωση του 5κύλινδρου κινητήρα λόγω του μεγέθους υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί. Ειδικότερα, η ιδανική θέση του αντικραδασμικού άξονα είναι πάνω ή κάτω από το στρόφαλο, στην ίδια όμως κατακόρυφο με αυτόν. Όμως κάτι τέτοιο είναι αδύνατο να γίνει αφού κάτω από το στρόφαλο είναι το κάρτερ, ενώ αν ο άξονας τοποθετηθεί από επάνω θα γίνει πολύ ογκώδης η κατασκευή. Τελικά ο άξονας τοποθετείται στο πλάι του μπλόκ και το αποτέλεσμα αυτού του «συμβιβασμού» είναι η ελλιπής αντιμετόπιση των κραδασμών. Κινητήρας Εξακύλινδρος «σε σειρά» ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Όπως φαίνεται και στην προηγούμενη εικόνα ο 6κύλινδρος σε σειρά αποτελείται απλά από δυο 3κύλινδρους σε σειρά ενωμένους συμμετρικά μεταξύ τους. Έτσι παρατηρούμε ότι το έμβολο 1 είναι πάντα στην ίδια θέση με το έμβολο 6, το έμβολο 2 με το έμβολο 5 κ.ο.κ. Με άλλα λόγια ο κινητήρας δεν χρειάζεται αντικραδασμικό άξονα για την εξισορρόπηση των παλινδρομήσεων των άκρων αφού αυτές απλά δεν υφίστανται. Σχετικά τώρα με τους κάθετους κραδασμούς, όπως και στους 3κύλινδρους, οι δυνάμεις αλληλοεξουδετερώνονται απόλυτα λόγο της συμμετρίας του κινητήρα ως προς τον άξονα περιστροφής του στροφάλου. Το αποτέλεσμα των παραπάνω είναι σχεδόν μηδενικοί παντώς είδους κραδασμοί. Μπορεί δηλαδή να πει κανείς πως η διάταξη 6 κυλίνδρων σε σειρά είναι η ιδανική από πλευράς ομαλότητας λειτουργείας. Ο 6κύλινδρος σε σειρά κινητήρας είναι ο πιο συμπαγής κινητήρας που επιτυγχάνει σχεδόν μηδενικό επίπεδο κραδασμών. Αξίζει να σημειωθεί πως υπάρχουν και άλλοι τύποι κινητήρων που επιτυγχάνουν τέλεια κατανομή δυνάμεων, άρα και μηδενικούς κραδασμού όπως οι Boxer και οι 12κύλινδροι το κόστος κατασκευής τους, τους καθιστά σπάνιους στην σύγχρονη αυτοκινητοβιομηχανία. Αντίθετα ο 6κύλινδρος σε σειρά χρησιμοποιείται κατά κόρων σε πολυτελείς ή και σπορ κατασκευές όπως: η Rolls-Royce Silver Ghost, η Bentley Speed Six, η Mercedes SSK, η Jaguar XK- και σε αρκετά μοντέλα της BMW. Κινητήρας Εξακύλινδρος σε διάταξη V (V6) Οι V6 κινητήρες δεν κατασκευάζονται με τη μέθοδο του διαχωρισμού ενός 6κύλινδρου σε σειρά έτσι ώστε να δημιουργηθούν 2 σειρές κυλίνδρων σε ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ σχήμα V. Ένας κινητήρας V6 έχει πολύ διαφορετικό στροφαλοφόρο άξονα από έναν κλασικό 6κύλινδρο σε σειρά. Η βασική διαφορά των 2 στροφάλων έγκειται στον αριθμό των ρουλεμάν, όπου ο V6 έχει 4 ενώ ο «εν σειρά» έχει 7. Με άλλα λόγια, μεταξύ δυο ρουλεμάν υπάρχουν στο στρόφαλο κομβία για 2 πιστόνια, από τα οποία το καθένα αντιστοιχεί σε μια σειρά κυλίνδρων. Ωστόσο υπάρχουν 2 διαφορετικά ελαφρά μετατοπισμένα κομβία για τον κάθε κύλινδρο, και όχι ένα διπλό όπως στην αρχιτεκτονική του V8 κινητήρα. Στα παρακάτω σχήματα παρουσιάζεται η γωνία που σχηματίζουν μεταξύ τους οι δυο σειρές των κυλίνδρων καθώς και η γωνία που σχηματίζουν τα δυο κομβία. Για την επίτευξη καλύτερης ισορροπίας οι περισσότεροι V6 κινητήρες είναι διαταγμένοι με τέτοιο τρόπο ώστε οι δυο σειρές των κυλίνδρων να σχηματίζουν μεταξύ τους γωνία 60ο ή 90ο. Με τον τρόπο αυτό, η κίνηση των κυλίνδρων της πλευράς Α συμβαδίζει με την κίνηση των κυλίνδρων της πλευράς Β. Έτσι δεν υπάρχει δημιουργία κραδασμών μεταξύ των δυο σκελών του κινητήρα. Επιπλέον λόγω της 3κύλινδρης φύσης του ο V6 δεν εμφανίζει κανένα άλλο είδος κραδασμού, παρά μόνο τον «από άκρο σε άκρο κραδασμό» με κέντρο περιστροφής το κέντρο του κινητήρα. Έτσι στη διάταξη των 90ο αλλά και των 60ο χρησιμοποιείται μονός αντικραδασμικός άξονας ο οποίος περιστρέφεται αντίστροφα προς το στρόφαλο με την ίδια γωνιακή ταχύτητα και ελαχιστοποιεί την εμφανιζόμενη ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ παλινδρόμηση των άκρων του κινητήρα. Ο αντικραδασμικός άξονας τοποθετείται στη βάση του V από την πάνω μεριά του στροφάλου όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα. Κατασκευαστικά στοιχεία κινητήρων V6 Ο V6 με γωνία σκελών 90ο παρουσιάζει ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε σχέση με τους υπόλοιπους κινητήρες της ίδιας φιλοσοφίας, μπορεί να κατασκευαστεί στην ίδια γραμμή παραγωγής που κατασκευάζονται οι V8 κινητήρες. Αυτό γίνεται διότι, οι V8 λειτουργούν μόνο με γωνία σκελών 90ο. έτσι πολλοί κατασκευαστές διευρύνουν την γκάμα των κινητήρων τους με κάποιο V6 χωρίς να αλλάξουν το μηχανολογικό εξοπλισμό του εργοστασίου τους. Με τον τρόπο αυτό είναι κατασκευασμένοι οι κινητήρες 2.4 και 3.2 λίτρων της Mercedes. Κινητήρας V6 60o εναντίων Εξακύλινδρου σε σειρά Καθώς η εξοικονόμηση χώρου αποκτά όλο και μεγαλύτερη σημασία στη σύγχρονη αυτοκινητοβιομηχανία, οι περισσότεροι κατασκευαστές αυτοκινήτων κάνουν χρήση κινητήρων V6 στην κατηγορία των ¨πολλών¨ κυβικών (πάνω από 2.000cc). Την αρχή έκανε η Alfa Romeo με την τοποθέτηση του V6 60o 2.5 λίτρων κινητήρα της στην GTV. Δημιουργήθηκε λοιπόν ένας μύθος γύρω από τους κινητήρες αυτού του είδους, οι οποίοι ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ θεωρήθηκαν ιδανική επιλογή όταν το ζητούμενο ήταν η συμπαγής κατασκευή, η δύναμη και η ομαλότητα λειτουργίας. Οι κατασκευαστές λοιπόν εκμεταλλεύθηκαν τις σχετικά μικρές διαστάσεις των V6 κινητήρων και δημιούργησαν αυτοκίνητα επιδόσεων με σχετικά μικρές διαστάσεις και κίνηση στους μπροστινούς τροχούς. Κάτι τέτοιο θα ήταν αδύνατο με χρήση κινητήρα 6κύλινδρου σε σειρά. Ελάχιστα λοιπόν αυτοκίνητα κάνουν χρήση 6κύλινδρων σε σειρά κινητήρων και σχεδόν κανένα από αυτά δεν είναι προσθιοκίνητο. Ακόμα και το τεραστίων διαστάσεων Volvo S80 εφοδιάστηκε αναγκαστικά με το πιο συμπαγές κιβώτιο ταχυτήτων στον κόσμο (ειδικά κατασκευασμένο για το αυτοκίνητο αυτό) έτσι ώστε να χωρέσει εγκάρσια ο 6κύλινδρος σε σειρά κινητήρας των 2.9 λίτρων. Ακόμα όμως και στην διαμήκη τοποθέτηση των κινητήρων αυτών, χάνεται πολύτιμος χώρος από την καμπίνα των επιβατών και δημιουργείται αντίστοιχα πολύ μεγάλο διαμέρισμα κινητήρα (π.χ. BMW 325, 528, M3, M5). Κινητήρας Οκτακύλινδρος σε διάταξη V (V8) Οι κινητήρες αυτής της κατηγορίας παρά το γεγονός πως είναι πολύ ογκώδεις είναι αρκετά διαδεδομένοι ειδικότερα στις Η.Π.Α αλλά και γενικότερα στα ακριβά σπορ ή πολυτελή αυτοκίνητα. Αρχικά αξίζει να σημειωθεί ότι όλοι οι V8 που παράγονται τα τελευταία χρόνια έχουν γωνία σκελών 90ο. Αυτό γίνεται γιατί η διάταξη των 90ο είναι η μόνη που επιτυγχάνει ισορροπία και ομαλότητα στους V8 κινητήρες. Ωστόσο υπάρχουν 2 δυνατές διατάξεις του στροφαλοφόρου στους V8 των 90ο. Διακρίνουμε λοιπόν τις διατάξεις των στροφάλων σε σταυροειδείς (cross- ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ plane) και σε επίπεδες (flat-plane). Οι δυο αυτές διατάξεις προσδίδουν τελείως διαφορετικά χαρακτηριστικά στους κινητήρες. Οι περισσότεροι V8 κινητήρες σε όλο τον κόσμο (και όλοι οι V8 των Η.Π.Α) είναι σταυροειδείς. Οι μόνοι V8 κινητήρες με επίπεδη διάταξη στροφάλου είναι αυτοί ορισμένων εξωτικών Ευρωπαϊκών υπεραυτοκινήτων, όπως οι V8 των Ferrari, Lotus και TVR. Η αρχιτεκτονική του στροφάλου στους V8 κινητήρες ανεξάρτητα με τη διάταξη τους (cross- plane ή flat-plane) είναι περίπου ίδια. Είναι λοιπόν εφοδιασμένοι με 5 κύρια κομβία. Ο κάθε κύλινδρος του Α σκέλους, μοιράζεται ένα κύλινδρο σκέλους. του Β κομβίο με έναν Συνεπώς η κατασκευή του στροφάλου του V8 είναι πιο απλή από του V6. Τέλος βασικό γνώρισμα των κινητήρων αυτών είναι ότι δεν παρουσιάζουν κάθετους ή οριζόντιους κραδασμούς, αλλά ούτε και ταλάντωση από σκέλος σε σκέλος. Σταυροειδής V8 (Cross-plane) Τον οκτακύλινδρο V κινητήρα σταυροειδούς διάταξης στροφαλοφόρου άξονα τον συναντάμε σε όλα σχεδόν τα Αμερικάνικα αυτοκίνητα μεγάλου κυβισμού. Η επιλογή του κινητήρα αυτού γίνεται με γνώμονα αρχικά την ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ ομαλότητα λειτουργίας. Ωστόσο οι σταυροειδείς οκτακύλινδροι παρουσιάζουν ελαφρά ταλάντωση από άκρο σε άκρο. Αυτό οφείλεται στο ότι το πρώτο πιστόνι του Α σκέλους δεν βρίσκεται στην ίδια θέση την ίδια στιγμή με το τελευταίο πιστόνι του σκέλους αυτού (το ίδιο συμβαίνει και στο σκέλος Β). Το πρόβλημα αυτό όμως λύνεται σχετικά εύκολα τοποθετώντας ένα εξισορροπητικό βάρος σε κάθε κύλινδρο. Το βάρος αυτό έχει αρκετή μάζα ώστε να είναι σε θέση να αντισταθμίσει το βάρος του εμβόλου, του διωστήρα και του κομβίου του κυλίνδρου, ελαχιστοποιώντας με αυτόν τον τρόπο την ταλάντωση. Αξίζει ωστόσο να επισημανθεί στο σημείο αυτό ότι το σύστημα εξισορρόπησης με τη χρήση αντίβαρων μπορεί να λειτουργήσει μόνο σε κινητήρες με γωνία σκελών 90ο, για το λόγο αυτό και υπάρχουν στους υπόλοιπους κινητήρες ράβδοι εξισορρόπησης και όχι αντίβαρα εξισορόπησης. Καταλήγουμε λοιπόν στη δημιουργία ενός κινητήρα με ιδιαίτερα ομαλή και αθόρυβη λειτουργία, στοιχεία πρωταρχικά για το σχεδιασμό και την κατασκευή μεγάλων οικογενειακών αυτοκινήτων αλλά και πολυτελών σεντάν. Τέλος οι κινητήρες αυτού του τύπου παρουσιάζουν ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα το οποίο λειτουργεί θετικά αλλά και αρνητικά σχετικά με την αξιοποίηση των κινητήρων αυτών. Παρουσιάζεται λοιπόν μεγάλη συγκέντρωση περιστρεφόμενων και παλινδρομούμενων μαζών οι οποίες είναι ¨τέλεια¨ ζυγισμένες, δεν παύουν όμως να έχουν μεγάλο βάρος. Κατά την περιστροφή των μαζών αυτών δημιουργείται πολύ μεγάλη ροπή στρέψης από πολύ χαμηλές στροφές λειτουργίας. Αυτό σημαίνει ότι ο κινητήρας είναι σε ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ θέση να παράγει μεγάλα ποσά ροπής με μικρή καταπόνηση των μηχανικών του μερών. Το χαρακτηριστικό αυτό των κινητήρων V8 χρησιμοποιούν οι αυτοκινητοβιομηχανίες για τον εφοδιασμό με κινητήρες των εκτός δρόμου οχημάτων (4Χ4), στα οποία υπάρχη ανάγκη για δύναμη και ¨τράβηγμα¨ από χαμηλές στροφές. Τα μειονεκτήματα των μεγάλων κινούμενων μαζών παρουσιάζονται και αντιμετωπίζονται με τη δημιουργία της επίπεδης διάταξης στροφάλου στους οκτακύλινδρους κινητήρες. Επίπεδος V8 (Flat-plane) Πρόκειται λοιπόν για κινητήρες οκτακύλινδρους σε σχήμα V με γωνία σκελών 90ο και επίπεδη διάταξη των κομβίων του στροφαλοφόρου. Όπως προαναφέρθηκε οι κινητήρες αυτού του τύπου αποτελούν τη μηχανολογική λύση στο πρόβλημα των μεγάλων κινούμενων μαζών του σταυροειδούς οκτακύλινδρου. Ας ξεκινήσουμε όμως την ανάλυση του προβλήματος από τα αρνητικά συμπτώματα που παρουσιάζουν οι μεγάλες κινούμενες μάζες στους κινητήρες. Αρχικά λοιπόν, οι μεγάλες κινούμενες μάζες αυξάνουν τη συνολική μάζα του κινητήρα άρα και του αυτοκινήτου περιορίζοντας σημαντικά τις επιδόσεις, επίσης δυσκολεύουν τη σωστά ζυγισμένη τοποθέτηση του κινητήρα στο αμάξωμα. Επηρεάζεται όμως και η λειτουργία του ίδιου του κινητήρα. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, οι σταυροειδείς V8 κινητήρες παρουσιάζουν μεγάλες τιμές ροπής στρέψη λόγω του βάρους των κινούμενων μερών, για τον ίδιο όμως λόγο δεν έχουν καθόλου καλή απόκριση στο πάτημα του πεντάλ του γκαζιού. Με άλλα λόγια ο ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ κινητήρας δεν επιταχύνει άμεσα αλλά παρουσιάζει κάποια καθυστέρηση και επίσης δεν είναι εύστροφος. Ωστόσο για την επίτευξη υψηλών επιδόσεων απαιτείται της περισσότερες φορές και υψηλή τιμή ιπποδύναμης, η οποία αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση του ρυθμού περιστροφής του κινητήρα. Έτσι λοιπόν όταν ένας κινητήρας δεν είναι σε θέση να επιτύχει υψηλό ρυθμό περιστροφής, δεν είναι σε θέση αν αποδώσει υψηλές τιμές ονομαστικής ισχύος. Τέλος τα ογκώδη αντίβαρα απαιτούν μεγάλο χώρο για την περιστροφή τους, συνεπώς μεγαλώνει το μέγεθος του κάρτερ (μέσα στο οποίο περιστρέφεται ο στρόφαλος) με αποτέλεσμα την ανύψωση ολόκληρου του κινητήρα με άμεσο αντίκτυπο στο κέντρο βάρους του οχήματος. Τα παραπάνω προβλήματα οδήγησαν τους σχεδιαστές σπόρ αυτοκινήτων υψηλών επιδόσεων στην υιοθέτηση της επίπεδης διάταξης στους V8 κινητήρες τους. Έτσι λοιπόν όλα τα V8 μοντέλα της Ferrari, η Lotus !Κινητήρας V8 TVR με επίπεδη διάταξη του στροφαλοφόρου άξονα (flat-plane) Esprit V8, το AJP V8 και το TVR Cerbera είναι εφοδιασμένα με κινητήρες αυτού του τύπου. Παρατηρώντας τη διάταξη των εμβόλων που δημιουργεί ο επίπεδος στρόφαλος παρατηρούμε την ομοιότητα που παρουσιάζει το κάθε σκέλος του ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ οκτακύλινδρου κινητήρα με τον κλασικό τετρακύλινδρο σε σειρά κινητήρα. !Κινητήρας V8 με επίπεδη διάταξη του στροφαλοφόρου άξονα (flat-plane) από Lotus Esprit V8 Κινητήρας V8 (flatplane) από Ferrari 360 Modena" Η διάταξη λοιπόν αυτή ουσιαστικά ¨ενώνει¨ δυο τετρακύλινδρους και δημιουργεί έναν οκτακύλινδρο. Έτσι λοιπόν εμφανίζονται όλα τα προτερήματα των τετρακύλινδρων σε σειρά κινητήρων και εξαλείφονται τα ελαττώματα τους. Υπάρχει λοιπόν απόλυτη ισορροπία των κινούμενων μαζών, αφού το πρώτο έμβολο του κάθε σκέλους είναι ακριβώς στην ίδια θέση με το τελευταίο. Το ίδιο εξάλλου ισχύει και για τα μεσαία έμβολα. Ωστόσο, όπως επισημάνθηκε στην ανάλυση του τετρακύλινδρου κινητήρα, εμφανίζονται δευτερογενείς κραδασμοί λόγω της μικρής διαφοράς της θέσης των παλινδρομούμενων μαζών. Το πρόβλημα αυτό του τετρακύλινδρου εμφανίζεται και στον οκτακύλινδρο (flat-plane). Όμως η ορθή γωνία που σχηματίζουν τα σκέλη του κινητήρα αυτού περιορίζει σε μεγάλο βαθμό αυτού του είδους τους κραδασμούς. Ειδικότερα, με κατά 100% αύξηση των κινούμενων μαζών (2 τετρακύλινδροι) παρατηρούμε αύξηση των κραδασμών κατά 41% σε σχέση με τον απλό τετρακύλινδρο. Το αποτέλεσμα αυτού του κραδασμού είναι η ελαφρά τραχιά λειτουργία του κινητήρα, η οποία όμως σχεδόν εξαλείφεται με τη χρήση ελαφρών κραμάτων μετάλλων για την κατασκευή εμβόλων και διωστήρων. ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Τελικά τα στοιχεία που μας βοηθούν να αναγνωρίσουμε αμέσως τη διάταξη του στροφαλοφόρου ενός V8 είναι ο ήχος και η ¨ποιότητα¨ λειτουργίας. Έτσι ο σταυροειδής V8 χαρακτηρίζεται από εξαιρετικά ομαλή λειτουργία και ο ήχος που εκπέμπει είναι ένα μπάσο ¨γουργουρισμα¨. Από την άλλη ο (flat-plane) V8 χαρακτηρίζεται από την πιο τραχιά λειτουργία του και από το χαρακτηριστικό ουρλιαχτό του καθώς επιταχύνει ακαριαία σε πολύ υψηλούς ρυθμούς περιστροφής. Ωστόσο αυτή η πιο ¨απολίτιστη¨ λειτουργία των κινητήρων αυτών σε συνδυασμό με τις τρομακτικές τιμές ιπποδύναμης που επιτυγχάνουν, τους έχουν κάνει αντικείμενα λατρείας για πολλούς από τους φανατικούς τις αυτοκίνησης. Κινητήρας Δεκακύλινδρος σε διάταξη V (V10) !Κινητήρας Formula 1. Κατασκευασμένος από τη Mugen Honda για το πρωτάθλημα Formula 1 του 2000. Έχει χωρητικότητα 3.000cc και αποδίδει περίπου 850PS στις 17.000rpm περίπου. Οι κινητήρες αυτού του τύπου είναι ιδιαίτερα σπάνιοι στα αυτοκίνητα παραγωγής και τοποθετούνται μόνο σε πρωτότυπα ή αυτοκίνητα αγώνων. Αποτελούνται από 2 ενωμένους πεντακύλινδρους σε σειρά κινητήρες. Η ιδανική γωνία των 2 σκελών είναι οι 72ο, ωστόσο η Renault έχει υιοθετήσει τη λύση των 111ο στον V10 κινητήρα του μονοθεσίου της στη Formula 1. ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Κύριο χαρακτηριστικό των V10 κινητήρων είναι η έλλειψη κραδασμών στον οριζόντιο και τον κατακόρυφο άξονα, αλλά η εμφάνιση ταλάντωσης από άκρο σε άκρο του κινητήρα η οποία για την εξάλειψή της απαιτεί αντικραδασμικό άξονα τοποθετημένο στο εσωτερικό του V. Ωστόσο οι κινητήρες αυτοί δεν εμφανίζουν καθόλου ταλαντώσεις μεταξύ των 2 σκελών τους. Το γεγονός αυτό τους καθιστά σχεδόν ιδανικούς για την επίτευξη υψηλών ρυθμών περιστροφής άρα και την παραγωγή πολύ υψηλών τιμών ειδικής ισχύος. Οι σύγχρονοι κινητήρες Formula 1 είναι όλοι V10 με χωρητικότητα 3,000cc. Οι κινητήρες αυτοί είναι σε θέση να λειτουργήσουν απροβλημάτιστα σε ρυθμούς περιστροφής της τάξης των 22.000rpm (στροφές ανά λεπτό) και έτσι μπορούν να παράγουν σε αυτούς τους ρυθμούς περιστροφής ισχύ 900 περίπου ίππων. Η διάταξη λοιπόν αυτή των κινητήρων είναι μια από τις ελάχιστες που μπορούν να λειτουργήσουν κάτω από οριακές συνθήκες καταπόνησης για την επίτευξη εξωπραγματικών τιμών ισχύος. Κινητήρας Δωδεκακύλινδρος σε διάταξη V (V12) Θεωρητικά ο δωδεκακύλινδρος V κινητήρας αποτελεί την ιδανική επιλογή κινητήρα. Επιτυγχάνει απόλυτα ζυγισμένη λειτουργία αφού αποτελείται από 2 εξακύλινδρους σε σειρά. Υιοθετεί λοιπόν την τέλεια (χωρίς ίχνος κραδασμών) λειτουργία των εξακύλινδρων σε σειρά, μόνο που στην περίπτωση του V12 η δύναμη αποδίδεται ακόμα πιο ομαλά. Αυτό οφείλεται στον μεγαλύτερο αριθμό κυλίνδρων, οι οποίοι απαιτούν διπλάσιο αριθμό αναφλέξεων, εξομαλύνοντας ακόμα περισσότερο την απόδοση ισχύος. Όπως προαναφέρθηκε παραπάνω, τα 2 σκέλη του V12 αποτελούν δυο εξακύλινδροι σε σειρά κινητήρες. Τα δυο σκέλη συνδέονται με τέτοιο τρόπο ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ ώστε οι διωστήρες των εμβόλων τους να μοιράζονται ανά δυο, ένα κομβίο του στροφαλοφόρου άξονα. Δηλαδή κάθε έμβολο του Α σκέλους μοιράζεται ένα κομβίο με το αντίστοιχο έμβολο του Β σκέλους. !Κινητήρας από Lamborghini Diablo GT. Έχει χωρητικότητα 6.000 κυβικών εκατοστών και αποδίδει 575PS στις 7300 στροφές ανά λεπτό. Ο V12 αυτός κατασκευάστηκε από τη BMW για να τοποθετηθεί στη McLaren F1. Έχει χωρητικότητα 6.000cc και απόδοση που αγγίζει τους 627 ίππους στις 7400rpm." Οι V12 δεν παρουσιάζουν διαφοροποιήσεις στην κατασκευή του στροφάλου. Έτσι π.χ. ο V12 της Mercedes 600SL είναι όμοιος σχεδιαστικά με αυτόν της Lamborghini Diablo GT, παρά το γεγονός πως το πρώτο αυτοκίνητο είναι μια πολυτελής λιμουζίνα ενώ το δεύτερο ένα υπεραυτοκίνητο εξαιρετικών επιδόσεων. Ωστόσο υπάρχουν ορισμένες διαφοροποιήσεις στην αρχιτεκτονική των V12 σχετικά με τη γωνία που σχηματίζουν τα δυο σκέλη του κινητήρα. Οι περισσότεροι κατασκευαστές υιοθετούν την λύση της γωνίας 60ο μεταξύ των σκελών, ωστόσο η Ferrari κατασκευάζει τους δικούς της V12 με γωνία σκελών 65ο. Παρά τα θετικά στοιχεία που εμφανίζουν οι V12 κινητήρες παρατηρούμε ότι δεν χρησιμοποιούνται παρά μόνο σε λίγες ακριβές εξωτικές κατασκευές. Αυτό οφείλεται στο ότι οι κινητήρες αυτοί έχουν τεράστιο κόστος ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ εξέλιξης και κατασκευής, καταλαμβάνουν πολύ μεγάλο χώρο και είναι ιδιαίτερα βαρείς. Επίπεδοι (Boxer) κινητήρες Όλοι οι επίπεδοι κινητήρες ανεξάρτητα από τον αριθμό των κυλίνδρων με τους οποίους είναι εφοδιασμένοι, επιτυγχάνουν ιδανική ισορροπία των κινούμενών τους μερών. Αυτό συμβαίνει διότι κάθε στιγμή, η κίνηση το κάθε εμβόλου εξισορροπείται από την κίνηση του απέναντι εμβόλου. Έτσι στους κινητήρες αυτούς παρατηρούμε μια απόλυτα ισορροπημένη λειτουργία και ισορροπία δυνάμεων η οποία επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί απροβλημάτιστα χωρίς να αναγκάζει τους σχεδιασκές κινητήρων να κατασκευάζουν αντίβαρα και αντικραδασμικούς άξονες. Ωστόσο οι επίπεδοι κινητήρες έχουν μεγάλες διαστάσεις και είναι δύσκολο να τοποθετηθούν σε μικρά αυτοκίνητα, καθώς επίσης έχουν αρκετά σημαντικό κόστος κατασκευής λόγω των πολλών κινουμένων μερών. Έτσι είναι χαρακτηριστικό το παράδειγμα κατασκευαστών κινητήρων οι οποίοι δεν έχουν υιοθετήσει ποτέ τη λύση του επίπεδου κινητήρα (π.χ. Citroen) σε αντίθεση με άλλους κατασκευαστές οι οποίοι ακολουθούν πιστά τη επίπεδη αρχιτεκτονική (π.χ. Porsche, Subaru). Αυτή τη στιγμή στην παραγωγή βρίσκονται πολύ λίγοι επίπεδοι κινητήρες, οι κυριότεροι από αυτούς είναι: ο δικύλινδρος Boxer της μοτοσικλέτας BMW R1150 GS, οι τετρακύλινδροι των 1.600cc, 2000cc και 2200cc της Subaru και όλη η γκάμα κινητήρων της ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Porsche. Παλαιότερα ωστόσο οι επίπεδοι κινητήρες είχαν χρησιμοποιηθεί κυρίως σε αγωνιστικές κατασκευές αρκετών εργοστασίων (π.χ. Ferrari). !Κινητήρας επίπεδος 4κύλινδρος από Subaru Impreza Turbo Sti. Η χωρητικότητα του είναι 2.000cc και με χρήση Turbo αποδίδει 280PS στις 6400rpm Τετρακύλινδρος επίπεδος κινητήρας 1300 κυβικών εκατοστών με απόδοση περίπου 60 ίππων. Πρόκειται για τον κλασικό αερόψυκτο κινητήρα που κινούσε τον θρυλικό σκαραβαίο της VW.# !Ο επίπεδος 6κύλινδρος Turbo κινητήρας της νέα Porsche 911 Turbo. Έχει χωρητικότητα 6.000cc και απόδοση 420PS στις 6000prm. Αποτελεί μακρινό συγγενή του πρώτου Boxer των Porsche 911 του 1978. Ο επίπεδος δωδεκακύλινδρος της φωτογραφίας εφοδίασε τα αγωνιστικά αυτοκίνητα Formula 1, Ferrari 312T του 1975. Είχε πολύ χαμηλό κέντρο βάρους και πολύ καλές επιδόσεις αλλά ήταν αναξιόπιστος. # ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Οι Κινητήρες VR6, W12 και W16 της Volkswagen Οι σχεδιαστές της Γερμανικής VW γνώριζαν πως ένας 6κύλινδρος κινητήρας (σε σειρά ή V) λειτουργούσε πολύ πιο ομαλά και αθόρυβα από έναν τετρακύλινδρο. Ωστόσο τα περισσότερα αυτοκίνητα της αγοράς δεν έχουν τις απαιτούμενες διαστάσεις ώστε να χωρέσουν μεγάλοι κινητήρες. Επιπλέον τα περισσότερα σύγχρονα μικρά και μεσαία αυτοκίνητα για εξοικονόμηση χώρου έχουν υιοθετήσει τη λύση μπροστά κινητήρας – μπροστά κίνηση, που σημαίνει ότι οι κινητήρες τοποθετούνται εγκάρσια στο αμάξωμα. Μαζί όμως με τον κινητήρα τοποθετούνται εγκάρσια, το κιβώτιο ταχυτήτων, ο συμπλέκτης, το διαφορικό, κ.α. Συνεπώς η παραγωγή μικρού αυτοκινήτου με 6κύλινδρο κινητήρα και κίνηση στους μπροστινούς τροχούς θεωρήθηκε απλά ουτοπία. Η λύση ωστόσο στο παραπάνω πρόβλημα βρέθηκε από τους γερμανούς μηχανικούς με τη δημιουργία του VR6 κινητήρα. Αρχικά λοιπόν απορρίφθηκε η ιδέα του 6κύλινδρου σε σειρά λόγω του μεγάλου μήκους του. Όμως και ο V6 παρουσίαζε πρόβλημα αφού, ενώ είχε μικρό μήκος, ήταν ιδιαίτερα πλατύς λόγω της γωνίας των 60 ή 90 μοιρών που δημιουργούσαν τα σκέλη του. Έτσι λοιπόν το 1991 η Volkswagen λανσάρισε έναν από τους πιο πρωτοποριακούς κινητήρες των VR6. Αυτός ο κινητήρας είχε χωρητικότητα 2.800 κυβικών εκατοστών και σχεδιαστικά ήταν ένας V6 ο οποίος όμως διέθετε την πιο μικρή γωνία σκελών που μπορούσε να επιτευχθεί. Οι δυο σειρές κυλίνδρων αυτού του κινητήρα σχημάτιζαν γωνία μόλις 15ο. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένας κινητήρας με μήκος λίγο μεγαλύτερο από αυτό των κλασικών V6 αλλά σημαντικά μικρότερο πλάτος από αυτούς. Οι ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ διαστάσεις του ήταν παρόμοιες ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ με αυτές ενός σχετικά μεγάλου τετρακύλινδρου (π.χ. 2.000 κυβικών). Το γεγονός αυτό επέτρεξε την τοποθέτησή του σε μικρά και μεσαία αυτοκίνητα όπως το Golf και το Corrado. Ακόμα και στο μικρό Polo τοποθετήθηκε με μορφή πρωτοτύπου, ενώ αγόρασε κινητήρες και η Mercedes για να τους τοποθετήσεις στη σειρά της Vclass η οποία δεν χωρούσε τους κλασικούς V6 τις εταιρίας. Στα σχήματα που ακολουθούν φαίνεται ξεκάθαρα η διάταξη των κυλίνδρων του VR6 (δεξιά), αλλά και το μέγεθός του σε σχέση με τον 4κύλινδρο αλλά και τον κλασικό V6. Μια άλλη καταπληκτική καινοτομία του VR6 είναι η διάταξη της πολλαπλής εισαγωγής και εξαγωγής. Στους κλασικούς V6 η πολλαπλή εισαγωγής βρίσκεται στο εσωτερικό του V και τροφοδοτεί με αέρα και τα δυο σκέλη κυλίνδρων. Αντίστοιχα υπάρχουν δυο πολλαπλές εξαγωγής οι οποίες βρίσκονται στο εξωτερικό του V. Έτσι κάθε σειρά κυλίνδρων έχει και μία πολλαπλή εξαγωγής από την πλευρά της. Το γεγονός αυτό αυξάνει ακόμα περισσότερο το πλάτος του V6 κινητήρα αφού οι πολλαπλές εξαγωγής έχουν σημαντικό πλάτος. Επιπλέον η εξαγωγή κάθε κινητήρα είναι ένα από τα πιο θερμά μέρη του, έτσι η πολλαπλή εξαγωγής πρέπει να βρίσκεται μακριά από ηλεκτρονικά και άλλα εύτηκτα συστήματα του αυτοκινήτου. Σε έναν V6 ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ κινητήρα, ο οποίος έχει 2 πολλαπλές εξαγωγής είναι αυτονόητο πως το πρόβλημα της θερμότητας θα είναι ακόμα μεγαλύτερο. Ο VR6 λοιπόν δίνει λύση ακόμα και σε αυτό το πρόβλημα. Υιοθετώντας μια έξυπνη ασύμμετρη σχεδίαση της κυλινδροκεφαλής, οι σχεδιαστές του τον κατασκεύασαν με τέτοιο τρόπο, ώστε να διαθέτει μόνο μια πολλαπλή εισαγωγής και μια πολ. εξαγωγής όπως ακριβώς οι ¨εν σειρά¨ κινητήρες. Τα παρακάτω σχήματα παρουσιάζουν αυτή ακριβώς την καινοτομία και ειδικότερα την ασύμμετρη σχεδίαση της κυλινδροκεφαλής του VR6 σε σχέση με τη συμμετρία που διέπει τον κλασικό V6. 12βάλβιδος VR6 Ο αρχικός VR6 ήταν εφοδιασμένος με δυο εκκεντροφόρους επικεφαλείς, έναν για κάθε σειρά κυλίνδρων. Έτσι κάθε εκκεντροφόρος ανοιγόκλεινε τις 3 βαλβίδες εισαγωγής και τις 3 εξαγωγής του ενός σκέλους. Ωστόσο όπως προαναφέρθηκε ο κινητήρας αυτός δεν διαθέτει τα δυο του σκέλη ξεχωριστά, αλλά σε ένα ενιαίο μπλόκ. Συνεπώς η διάταξη των εκκεντροφόρων έμοιαζε με αυτή των εξακύλινδρων σε σειρά με 2 εκκεντροφόρους επικεφαλείς και 4 βαλβίδες στον κάθε κύλινδρο (DOHC straight 6). Συνεπώς η νέα πρόκληση για τους σχεδιαστές ήταν η τοποθέτηση 24 βαλβίδων στον VR6. ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ 24βάλβιδος VR6 Φτάνουμε λοιπόν στον Ιούλιο του 1999, όπου παρουσιάζεται στο κοινό η νέα 24βάλβιδη έκδοση του VR6 του οποίου οι βαλβίδες κινούνται από δυο μόνο εκκεντροφόρους. μηχανολογικό είναι Το επίτευγμα πραγματικά καταπληκτικό και τρομερά πρωτοποριακό, όμως για ποιο λόγο καθυστέρησε 8 ολόκληρα χρόνια η πραγματοποίησή του; Η αλήθεια είναι πως υπήρχαν τεράστια κατασκευάστικά προβλήματα μέχρι τη στιγμή της έναρξης της παραγωγής του 24βάλβιδου μοτέρ. Ένα από τα βασικά προβλήματα των κινητήρων με μονό εκκεντροφόρο επικεφαλής (SOHC) είναι αυτό των ωστηρίων. Στους κινητήρες αυτούς τα έκκεντρα του εκκεντροφόρου άξονα δεν πιέζουν απευθείας τις βαλβίδες αλλά παρεμβάλλεται μια διάταξη μοχλισμού. Αυτή όμως η διάταξη έχει σημαντική μάζα, άρα υπάρχει το πρόβλημα της αδράνειας που εμποδίσει τους κινητήρες αυτούς να ανεβάσουν πολλές στροφές. Επιπλέον είναι ιδιαίτερα δύσκολη η διαδικασία του σχεδιασμού των ωστηρίων, αφού αυτά πρέπει να πιέζουν κάθετα τις βαλβίδες με τις ελάχιστες όμως απώλειες σε τριβές. Τα παραπάνω φαίνονται καλύτερα στο παρακάτω σχήμα. ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Από κινητήρα Honda SOHC Η λύση στα παραπάνω προβλήματα δόθηκε με μια τελείως ριζοσπαστική λύση. Στον 24βάλβιδο λοιπόν κινητήρα κάθε εκκεντροφόρος χρησιμοποιείται για να εκτελεί μια μόνο λειτουργία αλλά και για τις δυο σειρές κυλίνδρων. Αυτό σημαίνει ότι ο εκκεντροφόρος που ανοίγει τις βαλβίδες εισαγωγής στο ένα σκέλος, ανοίγει και τις βαλβίδες εισαγωγής του άλλου σκέλους. Αντίστοιχη είναι και η λειτουργία του εκκεντροφόρου εξαγωγής. Η λειτουργία αυτή είναι εφικτή χάρη στην ασύμμετρη αρχιτεκτονική του κινητήρα αλλά και την πολύ μικρή γωνία σκελών. Κατασκευάστηκε λοιπόν ένας 24βάλβιδος DOHC V6 κινητήρας ο οποίος διαθέτει ένα μπλοκ κυλίνδρων (αντί για 2), μια κυλινδροκεφαλή (αντί για 2) και δύο εκκεντροφόρους αντί για 4. Με τον τρόπο αυτό είναι αυτονόητο ότι το βάρος έχει κρατηθεί πάρα πολύ χαμηλα σε σχέση με όλους τους υπόλοιπους V6. ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Βέβαια η νέα κυλινδροκεφαλή, παρά το γεγονός ότι αποτελεί μια αντιγραφή της παλιάς - με προσθήκη 12 επιπλέον θυρίδων για τις 12 επιπλέον βαλβίδες – αποτελεί ένα μεταλλουργικό ¨θαύμα¨ αφού η στενότητα χώρου ανάγκασε τους σχεδιαστές να εκμεταλλευτούν και το τελευταίο χιλιοστό μετάλλου της κεφαλής. Αυτό φαίνεται καλύτερα στο παρακάτω σχήμα όπου παρουσιάζεται η 24βάλβιδη κεφαλή του VR6 αλλά και αυτή του κλασικού V6. Η πρωτοποριακή αυτή αρχιτεκτονική επέτρεψε στους σχεδιαστές να τοποθετήσουν στον νέο 24V VR6 και διάταξη μεταβλητού χρονισμού των βαλβίδων εισαγωγής. Η τοποθέτηση τέτοιας διάταξης δυνατή, μόνο όταν οι βαλβίδες εισαγωγής κινούνται από ξεχωριστό εκκεντροφόρο από αυτόν που χρησιμοποιούν οι βαλβίδες εξαγωγής. Επιπλέον η τοποθέτηση του συστήματος αυτού στον VR6 είναι οικονομικότερη από την τοποθέτηση αντίστοιχου συστήματος σε έναν κλασικό V6. Αυτό συμβαίνει διότι ο VR6 χρειάζεται μια μόνο μονάδα του συστήματος (ένας εκκεντροφόρος εισαγωγής και για τα δυο σκέλη) ενώ ο κλασικός V6 χρειάζεται δύο μονάδες, μία για κάθε εκκεντροφόρο. ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Κινητήρας W12 Η VW κατασκεύασε πριν από μερικά χρόνια ένα πρωτότυπο σπορ υπερ- αυτοκινήτου. Το αμάξωμα και οι αναρτήσεις αυτού του πρωτοτύπου πρωτοποριακά ωστόσο ήταν ιδιαίτερα έλειπε ο πρωτοποριακός, εξωτικός κινητήρας του θα κινούσε την πρωτότυπη αυτή κατασκευή. Ο πιο πρωτοποριακός κινητήρας του VW Group ήταν ο VR6, όμως ο κυβισμός και η απόδοση του κινητήρα αυτού δεν είναι αντάξια των απαιτήσεων ενός υπεραυτοκινήτου. Υπήρχε λοιπόν απαίτηση για την κατασκευή ενός άλλου δυνατού εξωτικού κινητήρα. Τη λύση έδωσε πάλι το σχεδιαστικό τμήμα της VW. Κατασκευάστηκε λοιπόν ένας 12κύλινδρος κινητήρας που οπτικά έμοιαζε με κλασικό V12. Ωστόσο το μήκος του κινητήρα αυτού ήταν ιδιαίτερα μικρό, συγκρίσιμο με αυτό ενός V8 και όχι με αυτό του κλασικού V12. Στην πραγματικότητα ο κινητήρας αυτός δεν είχε διάταξη κυλίνδρων σε σχήμα V αλλά W. Αποτελούνταν δηλαδή από δυο VR6 ενωμένους, γεγονός που επιβεβαιώθηκε και από τον κυβισμό του κινητήρα ο οποίος ήταν 5.600 κυβικά εκατοστά, όσο δηλαδή 2 κινητήρες των 2.8 λίτρων. Οι δύο VR6 σχημάτιζαν 2 σκέλη κυλίνδρων με τη μεταξύ τους γωνία να είναι 72ο. Επιπλέον ο W12 ήταν τετραβάλβιδες εφοδιασμένος κεφαλές που με τις νέες εμφανίστηκαν αργότερα στον VR6 παραγωγής. Το τελικό αποτέλεσμα ήταν πραγματικά ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ εντυπωσιακό. Ο κινητήρας είχε πολύ μικρές διαστάσεις σε σχέση με τους κλασικούς V12, παρόμοια ομαλή λειτουργία ενώ ήταν και ιδιαίτερα εύστροφος. Τελικά όμως το αυτοκίνητο και ο κινητήρας δεν μπήκαν στην γραμμή παραγωγής. Ωστόσο δεν αποκλείεται να κάνουν την εμφάνισή τους στο μέλλον. Η ιδέα του κινητήρα με διάταξη κυλίνδρων σε σχήμα W δεν είναι νέα. Η Audi έκανε έρευνες για πολλά χρόνια πάνω στους κινητήρες αυτού του είδους, όμως οι έρευνές της δεν απέφεραν καρπούς καθώς προσπαθούσε να δημιουργήσει κινητήρα W με τη μέθοδο της συνένωσης συμβατικών κινητήρων. Ειδικότερα το πιο μεγάλο πρόβλημα που αντιμετώπιζε ήταν η ανάπτυξη υψηλών τιμών θερμοκρασίας στην εισαγωγή κάποιων σκελών κυλίνδρων λόγω της μικρής απόστασης των πολλαπλών εισαγωγής και εξαγωγής μεταξύ σκελών. Αντίθετα στον W12 της VW το πρόβλημα αυτό δεν υφίσταται αφού η αρχιτεκτονική των πολλαπλών εισαγωγής και εξαγωγής είναι παρόμοια με αυτή ενός κλασικού V κινητήρα. Τελικά λοιπόν ο μόνος 12κύλινδρος κινητήρας με διάταξη κυλίνδρων σε σχήμα W που κατασκευάστηκε και λειτούργησε απροβλημάτιστα ήταν αυτός της VW. Κινητήρας W16 Η επιτυχής σχεδίαση του W12 έγινε η αφορμή για τη δημιουργία ενός πρωτότυπου 16κύλινδρου κινητήρα με την ίδια φιλοσοφία κατασκευής. Ο κινητήρας αυτός ονομάστηκε W16 και αποτελούνταν από την ένωση δυο κινητήρων VR8 με γωνία 72ο μεταξύ τους. Πρόκειται δηλαδή δια την προσθήκη δύο επιπλέον κυλίνδρων στον W12. Ο κινητήρας αυτός δεν κατασκευάστηκε για να βγει ποτέ στην παραγωγή, ωστόσο η κατασκευή ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ μερικών υπεραυτοκινήτων από ορισμένες θυγατρικές της VW εταιρίες οδήγησε τη μητρική εταιρία (VW) στην περιορισμένη παραγωγή του W16 ο οποίος θα κινεί την Bentley Hunaudieres στην ατμοσφαιρική του έκδοση των 490 ίππων. Η υπερτροφοδοτούμενη έκδοση του W16 αποδίδει 1000 ίππους και κινεί με εξωπραγματικούς ρυθμούς την Bugatti Veyron. Τέλος μια έκδοση αυτού του κινητήρα, από την οποία όμως λείπουν οι μισοί κύλινδροι (W8), ήδη εξοπλίζει το VW Passat W8 το οποίο και παράγεται σε σχετικά μικρό αριθμό της τάξης των 500 αυτοκινήτων το χρόνο. Η Bugatti Veyron των 1000 ίππων. Στην αριστερή φωτογραφία φαίνεται ο εξωτικός W16 υπερτροφοδοτούμεν ος κινητήρας της. ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ Κινητήρας W18 Καθώς ο αριθμός 18 δεν διαιρείται με τον αριθμό 4 συμπεραίνουμε εύκολα ότι ο κινητήρας αυτός δεν προέρχεται από την ένωση κάποιων VR κινητήρων. Στην πραγματικότητα ο κινητήρας αυτός είναι κατασκευασμένος σύμφωνα με τη φιλοσοφία της Audi για την κατασκευή κινητήρων με διάταξη των κυλίνδρων σε σχήμα W. Έτσι λοιπόν ο W18 αποτελείται από 3 σκέλη κυλίνδρων, όπου το κάθε σκέλος είναι ένας 6κύλινδρος σε σειρά κινητήρας. Τα 3 αυτά σκέλη ενώνονται στο κάτω μέρος του μπλοκ και μοιράζονται φυσικά τον στροφαλοφόρο άξονα. Τα 3 σκέλη του κινητήρα σχηματίζουν μεταξύ τους δυο ανοιχτά V και η γωνία μεταξύ των σκελών είναι 60ο. Έτσι λοιπόν η πρώτη σειρά κυλίνδρων σχηματίζει με την Τρίτη σειρά, γωνία 120ο. Συγκρίνοντας τον W18 με τον W12 παρατηρούμε ότι ο δεύτερος είναι πιο συμπαγής παρά το γεγονός ότι έχει 4 σειρές κυλίνδρων αντί για 3. Αυτό ισχύει διότι η γωνία μεταξύ 1ης και 4ης σειρά κυλίνδρων είναι μόλις 87ο αντί για τις 120ο του W18. Το μήκος του κινητήρα αυτού είναι περίπου όσο και το μήκος ενός 6κύλινδρου σε σειρά, ενώ –όπως σημειώθηκε παραπάνω- το πλάτος του κινητήρα είναι αρκετά μεγαλύτερο ακόμα και από του κλασικού V12. Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που παρουσιάστικαν στην κατασκευή ήταν αυτό της υπερθέρμανσης του εισερχόμενου αέρα από την πολλαπλή εξαγωγής. Ήταν ιδιαίτερα δύσκολο να χωρέσουν σε κάθε V, η πολλαπλή εξαγωγής του ενός σκέλους και η πολλαπλή εισαγωγής του άλλου, ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΠΕΧΛΙΒΑΝΟΓΛΟΥ ΓΙΩΡΓΟΣ χωρίς να υπερθερμαίνεται η εισαγωγή, αλλά και χωρίς μεγάλη σπατάλη χώρου, η οποία θα μεγάλωνε περισσότερο τις διαστάσεις του ήδη τεράστιου κινητήρα. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού επιστρατεύθηκαν ιδιαίτερες τεχνικές κατασκευής και εξωτικά υλικά, τα οποία ανέβασαν το κόστος κατασκευής σε δυσθεώρητα μεγέθη. Τελικά ο W18 χρησιμοποιήθηκε στο πρωτότυπο της Bugatti EB-218 αλλά δεν βγήκε ποτέ στην παραγωγή. Όπως φαίνεται και στην παραπάνω φωτογραφία, ο κινητήρας τοποθετήθηκε έτσι ώστε το ένα σκέλος κυλίνδρων να είναι οριζόντιο προς το έδαφος. Επίσης ο κινητήρας φαίνεται φοβερά πολύπλοκος παρά το γεγονός πως ο W18 της φωτογραφίας δεν διαθέτει τις πολλαπλές εξαγωγής για να μην φαίνεται ακόμα περισσότερο πολύπλοκος. Προφανώς η κατασκευή του W12 δεν είναι τόσο έξυπνη και πρωτοποριακή όσο του W12 ή του W16. Επίσης, παρά το γεγονός πως δεν υπήρξε πρόβλημα στην τοποθέτησή του στο τεράστιο πρωτότυπο της Bugatti, είναι προφανές πως ο κινητήρας αυτός μάλλον δεν χωράει σε κανένα άλλο σύγχρονο αυτοκίνητο παραγωγής. Επιπλέον δεν είναι ιδιαίτερα δυνατότερος από έναν κλασικό V12, αλλά ούτε και πιο απαλός στη λειτουργία του, αφού ο V12 έχει την πιο ομαλή λειτουργία που μπορεί να επιτευχθεί. Επιπλέον οι διαστάσεις του W18 είναι μεγαλύτερες από αυτές του V12 και είναι και πιο βαρύς. Τέλος η κατασκευή ενός W18 είναι ιδιαίτερα δαπανηρή, άρα ποιος ο λόγος της ύπαρξής του. Είναι μοναδικός και εξωτικός κατασκευασμένος σε ένα μεγάλο ποσοστό στο χέρι, άρα ο σωστός κινητήρας για ένα απίστευτα ακριβό και μοναδικό υπεραυτοκίνητο.