TUNE-IT: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12

Αν ρίξουμε μια γρήγορη ματιά στην ιστορία και… προϊστορία, θα διαπιστώσουμε ότι τα πρώτα αυτοκίνητα είχαν μεν το βασικό κύκλωμα ψύξης με νερό, αλλά δεν υπήρχε αντλία και η όποια κυκλοφορία επαφιόταν στη φυσική ροή που δημιουργούσε η θερμοκρασιακή διαφορά, που για να μάθετε και μια λεπτομέρεια, λέγεται θερμοσίφωνας (και όχι … «θερμοσίφουνας» όπως την κλασσική πια ελληνική ταινία με τον Αντωνάκη!). Το κρύο νερό έχει μεγαλύτερο ειδικό βάρος από το ζεστό και κινείται προς το χαμηλότερο μέρος του μπλοκ, ενώ το θερμότερο ανεβαίνει προς τα επάνω και περνώντας από το ψυγείο, ψύχεται. Το κύκλωμα αυτό δεν ήταν υπό πίεση και φυσικά, η θερμοκρασία βρασμού ήταν 100⁰C. Η απόδοση όμως των τότε κινητήρων ήταν πολύ μικρή, οπότε δεν υπήρχε πρόβλημα. Όταν ζοριζόταν, το νερό έβραζε και είχαμε το γνωστό σε πολλούς (από τις παλιές ταινίες) θέαμα να βγαίνουν ατμοί από το στόμιο του δοχείου πλήρωσης. Η επόμενη βελτίωση ήταν η τοποθέτηση αντλίας, που βοήθησε στην αύξηση της ισχύος, αλλά και της αξιοπιστίας. Το σημείο βρασμού όμως συνέχισε να αποτελεί σοβαρό περιορισμό στην απόδοση, παρά τις προσπάθειες να χρησιμοποιήσουν μεγαλύτερα δοχεία νερού τα οποία βελτίωσαν κάπως τα πράγματα. Ήρθε λοιπόν η Φυσική να λύσει το πρόβλημα και να δώσει μια τεράστια ώθηση στον τομέα επιδόσεων.

Ολίγη Φυσική

Το νερό βράζει στους 100⁰C σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Όταν όμως αυξηθεί η πίεση του άμεσου περιβάλλοντος, το σημείο βρασμού αυξάνεται αντίστοιχα. Έτσι δημιουργήθηκε το κλειστό κύκλωμα ψύξης στην προτελευταία του μορφή, που κράτησε μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του ’60. Τώρα, μπορούσε η θερμοκρασία του ψυκτικού να φθάσει και τους 105⁰C και να μη βράσει! Βέβαια, το καθαρό νεράκι είχε εμπλουτισθεί εν τω μεταξύ με διάφορα πρόσθετα για αντιδιαβρωτική προστασία, λιπαντικά για την αντλία και πρόσθετα που ανεβάζουν ακόμα ψηλότερα το σημείο βρασμού, ίσως και στους 125⁰C. Το βασικότερο από αυτά είναι η αιθυλική αλκοόλη, με έντονη βέβαια γεύση από οινόπνευμα. Το τελευταίο αυτό χαρακτηριστικό, αποδείχθηκε μεγάλο πρόβλημα σε κρύες χώρες όπως ο Καναδάς, βόρειες ΗΠΑ, Ρωσία κλπ, όπου οι… μπατίρηδες μπεκρήδες άδειαζαν τα ψυγεία των αυτοκινήτων τους μόλις άδειαζαν και οι τσέπες τους, με αποτέλεσμα να παρατηρούνται πολλές περιπτώσεις τύφλωσης από την κατανάλωση αυτών των χημικών! Σ’ αυτό το άγνωστο σε πολλούς πρόβλημα, η βιομηχανία ανταποκρίθηκε προσθέτοντας μερικά πολύ πικρά συστατικά στα αντιψυκτικά, πράγμα που τα έκανε τελείως ακατάλληλα για σφηνάκια…                                                         

Συνεχίζουμε λοιπόν. Όταν και σ’ αυτό το κλειστό κύκλωμα είχαμε διαστολή, δηλαδή αύξηση του όγκου λόγω θέρμανσης, το υπερβάλλον αντιψυκτικό χυνόταν έξω από το σωληνάκι υπερχείλισης. Τελευταία βελτίωση που μας φέρνει στις μέρες μας, είναι η τοποθέτηση του δοχείου διαστολής, που ενεργεί ως δεξαμενή στο κύκλωμα. Όταν διαστέλλεται το υγρό, αποθηκεύεται στο δοχείο διαστολής και όταν συσταλεί πάλι –όταν δεν λειτουργήσει το μοτέρ για κάποιες ώρες- αναρροφάται πάλι στο κυρίως κύκλωμα. Αυτό λοιπόν είναι το πλήρες κλειστό κύκλωμα ψύξης.

Θερμοκρασίες

Οι περισσότεροι σύγχρονοι κινητήρες λειτουργούν μεταξύ 90 και 100 βαθμών. Σ’ αυτή τη θερμοκρασία, λειτουργεί άριστα το λιπαντικό, η θερμοδυναμική απόδοση είναι μεγαλύτερη και οι εκπομπές καυσαερίων μέσα στα αυστηρά όρια που έχουν θεσπισθεί διεθνώς. Το μεγαλύτερο όμως ποσοστό των αγωνιστικών ή σπορ κινητήρων αποδίδει καλύτερα με θερμοκρασίες από 80 έως 90 βαθμούς, αν και οι περισσότεροι θεωρούν ότι η καλύτερη θερμοκρασία για τέτοια μοτέρ είναι 74-78 βαθμοί. Αυτοί οι 10-15 περίπου βαθμοί διαφοράς μπορεί να φαίνονται λίγοι, αλλά στην μεγάλη θερμοκρασία, οι ανοχές λειτουργίας πρέπει να είναι μεγαλύτερες και το λάδι πρέπει να έχει μεγαλύτερο ιξώδες, οπότε η αντλία «δουλεύει» πιο πολύ για να το διανείμει στο μοτέρ. Το σημαντικότερο όμως πρόβλημα της μεγαλύτερης θερμοκρασίας είναι ότι αυξάνεται η πιθανότητα αυταναφλέξεων στους θαλάμους καύσης, καθιστώντας επιτακτική την προληπτική μείωση του αβάνς (προπορεία σπινθήρα). Κατά μέσο όρο, μπορούμε να πούμε ότι για κάθε βαθμό πάνω από την «ιδανική» θερμοκρασία λειτουργίας, χάνεται τουλάχιστον ένα 0,2-0,5% της ισχύος και η κύρια αιτία είναι ότι η μεγαλύτερη θερμοκρασία στον θάλαμο καύσης προκαλεί επιτάχυνση (πιο γρήγορη) της καύσης. Γίνεται έτσι επιτακτική η ανάγκη για καθυστέρηση του αβάνς από το σημείο εκείνο που θεωρείται το ιδανικό για να έχουμε πλήρη καύση. Αντί γι’ αυτό, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε καύσιμο με περισσότερα οκτάνια που επιτρέπει περισσότερο αβάνς, αλλά το εργοστασιακό πρόγραμμα των εγκεφάλων δεν έχει συνήθως τέτοια ευελιξία.

Αν ένα γρήγορο ή αγωνιστικό μοτέρ λειτουργεί σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες, κάπου υπάρχει πρόβλημα! Μεγάλες τριβές, μικρή παροχή αντλίας/θερμοστάτη, απώλειες/μείωση ροής στη φλάντζα κεφαλής, μικρό ψυγείο/βεντιλατέρ, ανεπαρκής αερισμός χώρου κινητήρα, λάθος αβάνς, φτωχό μίγμα… Φτάνουν αυτά?

…Παρένθεση: Τα αερόψυκτα μοτέρ σίγουρα έχουν μεγαλύτερες απαιτήσεις ψύξης και δεν είναι τυχαίο που η Porsche χρησιμοποίησε κεραμικές επενδύσεις στο εσωτερικό των αυλών εξαγωγής, σε μια ομολογουμένως αποτελεσματική (και πολύ ακριβή) προσπάθεια να μειώσει δραστικά τη μετάδοση της θερμότητας στις κεφαλές. Κατά τα άλλα, χρησιμοποιούνται τεράστια βεντιλατέρ, αγωγοί αέρα και κατευθυντήρες για τέτοιες περιπτώσεις αφού έχει προηγηθεί διεξοδική/εξουθενωτική μελέτη των απαιτήσεων σε κάθε πιθανή ή και απρόβλεπτη κατάσταση λειτουργίας. Βέβαια, είδαμε ότι και αυτή η εταιρία αναγκάστηκε να σχεδιάσει και να χρησιμοποιήσει υδρόψυκτες κεφαλές στα… θηρία της, αγωνιστικά και μη –παρένθεση τέλος.             

Ανατομία ενός συστήματος ψύξης

Ας μείνουμε όμως στα υδρόψυκτα μοτέρ, εξετάζοντας με κάποια λεπτομέρεια τα επιμέρους όργανα τους. Πριν αρχίσουμε, ας έχουμε υπόψη ότι το σύστημα λίπανσης καλύπτει κατά περίπου 25% τις απαιτήσεις για ψύξη και η θερμότητα απάγεται στο περιβάλλον επίσης από το κάρτερ, το βαλβιδοκάπακο κλπ. Γενικολογώντας, μπορούμε να πούμε ότι το 70% περίπου της ενέργειας που παράγεται από την καύση μετατρέπεται σε θερμότητα και το σύστημα ψύξης αποβάλλει το 15% περίπου, ενώ το υπόλοιπο «βγαίνει» από την εξάτμιση. Όσο αναβαθμίζουμε το μοτέρ μας, τόσο αυξάνεται και η απαίτηση για απαγωγή πρόσθετης θερμότητας. Να γιατί η βελτίωση του συστήματος ψύξης πρέπει να θεωρείται αναπόσπαστο κομμάτι της γενικότερης βελτίωσης του μοτέρ, ιδιαίτερα σε χώρες όπως η δική μας –πού όσο πάει, ζεσταίνεται και περισσότερο!

Αντλία νερού: Στην συντριπτική τους πλειονότητα είναι μηχανικού τύπου, φυγοκεντρικές. Ο σχεδιασμός της –στη θεωρία πάντα- στοχεύει πρώτιστα στην επαρκή ψύξη του μοτέρ στο ρελαντί και μάλιστα στις πιο δύσκολες περιβαλλοντικές συνθήκες με ψηλή θερμοκρασία. Αν θέλετε να δείτε… τι καπνό φουμάρει η δική σας αντλία, δεν έχετε παρά να αντικαταστήσετε το κολάρο που βγαίνει από το καπάκι με προορισμό το ψυγείο, με ένα διαφανές. Αν όταν αυξάνετε τις στροφές το κολάρο γεμίζει φυσαλίδες (λόγω του φαινομένου της σπηλαίωσης) η αντλία σας, και πιο συγκεκριμένα η φτερωτή, είναι για τα πανηγύρια! Αλλά μη στενοχωριέστε, είναι κάτι κοινό σε πολλά αυτοκίνητα –αν δεν το διαβάζατε εδώ εξ άλλου, δεν θα σας πείραζε! Αυτή η κατάσταση, ενώ δεν δημιουργεί πρόβλημα σε καθημερινά εργαλεία, είναι ανεπίτρεπτη σε μοτέρ επιδόσεων, όπου και εμφανίζεται καθαρά πλέον το πρόβλημα, καθόσον οι στροφές είναι αρκετά μεγαλύτερες και η σπηλαίωση είναι πιο έντονη. Έτσι η αντλία αποδεικνύεται ανεπαρκής για τη δουλειά της, ενώ «διορθωτικά» μέτρα, όπως η τοποθέτηση μεγαλύτερου ψυγείου δεν ωφελούν, αφού αλλού βρίσκεται η αιτία. Η μόνη έγκυρη διόρθωση είναι η αντικατάσταση της φτερωτής με άλλη, που γνωρίζουμε ότι δεν έχει το ίδιο θέμα.

Η αντλία, καταναλώνει περίπου 2-3% της συνολικής ισχύος για να λειτουργήσει και ιδιαίτερα στις ψηλές στροφές. Γι’ αυτό τα τελευταία χρόνια όλο και αυξάνεται ο αριθμός των αυτοκινήτων που χρησιμοποιούν ηλεκτρικές αντλίες νερού. Στην πιο απλή μορφή τους έχουν τροφοδοσία 12V, ενώ σε πιο ακριβά μοντέλα μεταβάλλεται η τάση ανάλογα με την επιδιωκόμενη θερμοκρασία.

Θερμοστάτης: Είναι ο πρώτος και συνήθης ύποπτος όταν «κάψουμε» φλάντζα, αν και τις περισσότερες φορές δεν είναι αυτός που πραγματικά φταίει. Είναι όμως καλή «προληπτική ιατρική» να τον αλλάζουμε μετά από μία τέτοια υπερθέρμανση. Η παλιά πρακτική να αφαιρούμε τον θερμοστάτη το καλοκαίρι ελπίζοντας σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, μόνο κακό κάνει. Αργεί πολύ το μοτέρ να φθάσει τη σωστή θερμοκρασία του και από εκεί και πέρα, δεν προλαβαίνει το ψυγείο να αποβάλλει τη θερμοκρασία λόγω της μεγάλης ταχύτητας ροής! Μπορείτε να αντικαταστήσετε τον θερμοστάτη με άλλον, που ανοίγει σε 5-10 βαθμούς χαμηλότερη θερμοκρασία, δηλαδή για παράδειγμα 75 αντί 85 βαθμών. Αν και το ψυγείο είναι επαρκές, θα δείτε μια γενική πτώση της θερμοκρασίας λειτουργίας, η οποία ιδιαίτερα σε μοτέρ turbo, έχει μόνο πολλαπλά και ευεργετικά αποτελέσματα.

Ψυγείο - βεντιλατέρ: Στα περισσότερα αυτοκίνητα τα εργοστασιακά ψυγεία μπορούν άνετα να «σηκώσουν» μια αύξηση ισχύος της τάξης του 25-35%. Ένας λόγος γι’ αυτό, είναι ο αρχικός σχεδιασμός τους για χώρες με πολύ ζεστό κλίμα -χειρότερο κι’ απ’ το δικό μας! Μερικές φορές όμως –ευτυχώς λίγες- η έλλειψη χώρου στο μηχανοστάσιο υποχρεώνει σε χρήση του «τι χωράει» και όχι του «τι πρέπει».                                                                          Η κατασκευή των ψυγείων μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους. Υπάρχουν ψυγεία εξ ολοκλήρου μεταλλικά, αλουμινίου ή σπανιότερα χαλκού και ψυγεία με συνδυασμό πλαστικού και μετάλλου που αποτελούν άλλωστε και την πλειοψηφία. Σήμερα σχεδόν όλα τα ψυγεία είναι οριζόντιας ροής, κάτι που γενικεύθηκε στις αρχές της δεκαετίας του ‘70. Τα κάθετης ροής έχουν εκλείψει και χρησιμοποιούνται για επισκευές στα πιο παλιά μοντέλα. Τα ψυγεία αλουμινίου είναι βέβαια ελαφρύτερα από τα χάλκινα, αλλά η επισκευή τους δεν είναι πάντοτε εφικτή/οικονομική. Κάτι που ίσως δεν είναι γνωστό, αφορά το σχέδιο της φτερωτής του βεντιλατέρ. Όταν πρόκειται για ψυγείο αλουμινίου, η ροή του αέρα πρέπει να είναι μικρότερη από εκείνη στα χάλκινα ψυγεία, διότι στα αλουμινίου οι ψήκτρες έχουν πολύ πυκνότερη διάταξη απ’ ο,τι στα χάλκινα. Θέλουμε επομένως συνεχή, αλλά πιο αργή ροή, για καλύτερη απαγωγή της θερμότητας.

Τα βεντιλατέρ (ή… βαμπιλατέρ για τα τσακάλια) λειτουργούν με σήμα από τη θερμοστατική βαλβίδα ή από τον εγκέφαλο (του αυτοκινήτου λέμε!). Οι επαφές της βαλβίδας πρέπει να είναι σφιχτές και καθαρές, αν δεν θέλετε να αλλάζετε φλάντζες για πλάκα! Η βαλβίδα γειώνει συνήθως ένα ρελέ, ο οποίος με τη σειρά του διαχειρίζεται το μεγάλο ρεύμα των βεντιλατέρ. Τα καλώδια πρέπει να είναι επαρκούς διατομής, θα έλεγα τουλάχιστον 2.5αρια για ένα βεντιλατέρ και 4αρια για δύο. Η θερμοκρασία της βαλβίδας σχετίζεται με αυτή του θερμοστάτη. Αν για παράδειγμα ο θερμοστάτης είναι 75αρης, η βαλβίδα των βεντιλατέρ μπορεί να είναι 82-77, που σημαίνει ότι ανάβουν στους 82 και σβήνουν στους 77 βαθμούς.

Τελειώνοντας με το σύστημα ψύξης, να αναφέρω ότι πριν περίπου 25 χρόνια, έγιναν επιτυχημένες δοκιμές για να λειτουργήσει ο κινητήρας στους… 250-300 βαθμούς (!), με τη λογική ότι θα είχε πολύ λιγότερες θερμικές απώλειες και θα μπορούσε να βελτιωθεί ο αεροδυναμικός σχεδιασμός της «μούρης» επειδή το απαιτούμενο ψυγείο θα είχε μέγεθος ψυγείου λαδιού! Φυσικά και το ψυκτικό υγρό δεν ήταν νερό, αλλά κάποιο ειδικό χημικό μίγμα, ενώ είχαν γίνει αλλαγές και στο κύκλωμα λίπανσης. Αφού έγιναν δοκιμές ακόμα και με αγωνιστικούς κινητήρες και όλα απέβησαν θετικότατα, με ευεργετικά αποτελέσματα στην οικονομία καυσίμου και άνοδο της ισχύος, το πρόγραμμα απορρίφθηκε από την αυτοκινητοβιομηχανία με την αιτιολογία της επικινδυνότητας σε περιπτώσεις βλάβης και την δυσκολία πρακτικής συντήρησης ενός κινητήρα όπου τα εξαρτήματα θα βρίσκονταν μονίμως σε θερμοκρασίες άνω των 250 βαθμών! Πράγματι, μπορούμε όλοι να φανταστούμε τα προβλήματα που θα είχαν να αντιμετωπίσουν τα συνεργεία! Εδώ με τους 80-90 βαθμούς και καιγόμαστε, οι 250-300 είναι αληθινά αδιανόητα νούμερα! Τέρμα εδώ, συνεχίστε λοιπόν με τα μπάνια σας και τα λέμε soon!