Πέμπτη, 5 Μαρτίου 2009

Ανάπτυξη στρεπτικής ροπής σε θερμικούς κινητήρες

Η ροπή είναι ένα αδικημένο φυσικό μέγεθος σε ότι αφορά τη σημαντικότητά της για έναν θερμικό κινητήρα αφού σχεδόν όλοι αναφερόμαστε συνήθως στην μέγιστη συγκέντρωση ισχύος που αποδίδει ένας κινητήρας και σπανίως στη ροπή.



Η πραγματικότητα είναι ότι η ροπή είναι αρκετά πιο σημαντική από τη μέγιστη ισχύ ενός οχήματος τουλάχιστον για τη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων που αντιμετωπίζει ο μέσος οδηγός στο δρόμο.


Σε μια προσπέραση ή στο ξεκίνημα στην ανηφόρα η ισχύς του οχήματος μας είναι σχεδόν αδιάφορη αφού η ροπή στρέψεως αναλαμβάνει την πρωτοβουλία σε αυτές τις περιπτώσεις. Το μέγεθος της ροπής σε απόλυτα νούμερα καθώς και ο τρόπος που παρίσταται αυτή διαγραμματικά μπορεί να κολακέψει ή να αδικήσει ένα όχημα.

Ως φυσικό μέγεθος η ροπή αναφέρεται στην ευκολία με την οποία τείνει να περιστραφεί ο στροφαλοφόρος άξονας και ακολούθως οι τροχοί του οχήματος. Διαισθητικά σκεπτόμενοι η στρεπτική ροπή είναι το "όχημα" που θα μας οδηγήσει στη μέγιστη ισχύ του κινητήρος.

Όσο πιο μεγάλη είναι σε απόλυτο μέγεθος και όσο πιο χαμηλά αποδίδεται στο εύρος στροφών του κινητήρα τόσο πιο "ισχυρό" δείχνει το όχημα.

Πως μπορούμε να έχουμε ροπή υψηλή σε απόλυτα μεγέθη καθώς και χαμηλά αποδιδόμενη ;

Υπάρχουν 2 τρόποι. Ο πρώτος τρόπος είναι η αύξηση της χωρητικότητας του κινητήρα και ο δεύτερος είναι η χρήση υπερπλήρωσης. Υπάρχει ασφαλώς και η βέλτιστη λύση που είναι η χρήση εξαναγκασμένης αναπνοής ταυτόχρονα με μεγάλη χωρητικότητα αλλά αφορά πολύ μικρό ποσοστό κινητήρων.


Ασφαλώς η ευχερέστερη λύση που χρησιμοποιείται σήμερα είναι η υπερπλήρωση σε χαμηλές και μέσες χωρητικότητες που αφορούν και τη συντριπτική πλειοψηφία των οδηγών. Η υπερπλήρωση μπορεί να είναι είτε μηχανική είτε καυσαερίων με την πρωτοκαθεδρία αυτή τη στιγμή να την έχει η υπερπλήρωση καυσαερίων κυρίως λόγω της απόλυτης εφαρμογής της στους πετρελαιοκινητήρες. Η ανάλυση των τύπων υπερπληρώσεως εκφεύγει των αναγκών του συγκεκριμένου άρθρου.


Ωστόσο από όλους τους υπερπληρωμένους κινητήρες που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα σήμερα τα πιο εξελιγμένα συστήματα υπερπλήρωσης τα έχουν οι πετρελαιοκινητήρες που είναι και οι μοναδικοί που χρησιμοποιούν μεταβλητές γεωμετρίες πτερύγωσης στους στροβίλους,σειραϊκή σύνδεση στροβίλων ακόμα και σε κινητήρες με 4 θαλάμους καύσεως και πολύ υψηλούς βαθμούς απόδοσης που συνεπάγονται χαμηλή κατανάλωση.

Oι περισσότερες προσπάθειες ενσωμάτωσης turbo μεταβλητής γεωμετρίας σε βενζινοκινητήρες έχει κατά κανόνα αποτύχει διότι η θερμοκρασία των καυσαερίων σε κινητήρες βενζίνης είναι κατά κανόνα υψηλότερη από ότι σε Diesel και απαιτούνται εξωτικά υλικά ώστε να ανθέξει τη θερμική καταπόνηση ο στρόβιλος.

Παρ' όλα αυτά όμως η Porsche 997 Turbo ενσωματώνει στρόβιλο με μεταβλητή γεωμετρία πτερυγώσεως στον οποίο μπορώ με σχετική βεβαιότητα να εικάσω ότι έχουν χρησιμοποιηθεί εξωτικά και πανάκριβα συνθετικά υλικά, τέτοια που θα ήταν δύσκολο να εφαρμοστούν σε κάτι άλλο εκτός από υπεραυτοκίνητο σε κινητήρα OTTO.






Στο βίντεο που ακολουθεί μια επίδειξη ενδιάμεσης επιτάχυνσης σε μια 997.2 turbo η οποία εφοδιάζεται με τον ανωτέρω αναφερόμενο κινητήρα 3.8 λίτρων 6 θαλάμων καύσεως σε παραδοσιακά επίπεδη διάταξη, άμεσου ψεκασμού με διπλή υπερπλήρωση ο οποίος αποδίδει 500 ίππους και 650 Nm ροπής (στιγμιαία 700 Nm).








Ο άλλος τρόπος για αύξηση της ροπής είναι η υψηλή χωρητικότητα. Αυξάνοντας τα κυβικά μπορούμε να έχουμε αύξηση της ροπής σε απόλυτα μεγέθη και πολύ καλή συμπεριφορά του κινητήρα σε κλασματικά φορτία που είναι εξάλλου και η πιο συχνή χρησιμοποίησή του. Ίσως ένας κινητήρας φυσικής αναπνοής και πολύ υψηλής χωρητικότητας να υπερτερεί σε σχέση με έναν υπερπληρωμένο αντίστοιχων στρεπτικών μεγεθών ωστόσο τέτοιου είδους κινητήρες χρησιμοποιούνται μόνο στα supercars και δεν απευθύνονται στο ευρύ κοινό.



Γενικά κατά τον σχεδιασμό των κινητήρων είναι πολύ πιο εύκολο σε δεδομένο κινητήρα για τους μηχανικούς να αυξήσουν την μέγιστη συγκέντρωση ισχύος παρά την συγκέντρωση ροπής. Η συγκέντρωση ισχύος μπορεί να αυξηθεί ευχερώς μέχρι ένα όριο αυξάνοντας το εύρος περιστροφής του κινητήρα.Η ροπή όμως μένει ανεπηρέαστη από αυτήν την αύξηση της ισχύος.

Γενικά ισχύει για τους κινητήρες φυσικής αναπνοής ότι όσο πιο υψηλή είναι η ειδική ισχύς δηλαδή η σχέση ισχύς/λίτρο χωρητικότητας τόσο συμπιέζεται το αντίστοιχο μέγεθος της ροπής σε απόλυτο μέγεθος και διαγραμματική συμπεριφορά σε κλασματικά φορτία.


Η ροπή έχει καθοριστική σημασία στα αυτοκίνητα λόγω της μεγάλης μάζας τους που εσχάτως έχει φτάσει σε δυσθεώρητα ύψη λόγω των αναγκών που επιτάσσει η παθητική ασφάλεια καθώς και ο εξοπλισμός άνεσης αυτών.



Οι περιπτώσεις που η ροπή δεν είναι τόσο σημαντική αφορά οχήματα χαμηλής μάζας όπως οι μοτοσυκλέτες που συνήθως έχουν κλασματικό βάρος σε σχέση με ένα αυτοκίνητο. Εκεί οι μηχανικοί δίνουν βάρος στη συγκέντρωση ισχύος όπου αυτή επιτυγχάνεται με υψηλότατους ρυθμούς περιστροφής των κινητήρων, ρυθμούς αδιανόητους για κινητήρες αυτοκινήτων παραγωγής.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου