Tune it Σχέση Συμπίεσης

Για να δούμε ποιοι ήταν καλοί μαθητές… Στην τελευταία παράγραφο του προηγούμενου tune it είχα αναφέρει κάποια νούμερα, που μπορούμε να δούμε στο συμπιεσόμετρο για την καλύτερη δυνατή απόδοση. Να ξαναπώ ότι ο στόχος είναι να μετράμε πάνω από 205-210psi, αλλά να έχουμε υπόψη ότι μεγάλο ρόλο παίζει και η ποιότητα των καυσίμων. Για κάθε μονάδα οκτανίου λιγότερη από 94, πρέπει να μειώνουμε το στόχο κατά περίπου 5psi, για να αποφύγουμε τα πολύ εκνευριστικά πειράκια -αν έχετε τούρμπο δεν είναι μόνο εκνευριστικά, αλλά άκρως καταστροφικά- και βέβαια, το συμπιεσόμετρο δεν βγάζει ούτε κατά διάνοια παρόμοια νούμερα σε τουρμπάτα.

 

Θερμοκρασία εισερχόμενου αέρα

Πρέπει, λοιπόν, να απομακρύνουμε τους παράγοντες, που οδηγούν στην αυτανάφλεξη και σαν πρωταρχικό τέτοιο παράγοντα θεωρώ τη θερμοκρασία. Η συντριπτική πλειοψηφία των αυτοκινήτων λειτουργεί με θερμοστάτες, που ανοίγουν πάνω από τους 89-90⁰ και πολλά φτάνουν και τους 95⁰! Όχι, ο κατασκευαστής δεν είναι άσχετος -ποτέ δεν είναι και είναι τουλάχιστον αφελές να το υποθέσει κανείς- αλλά υπάρχουν αρκετοί λόγοι, που οδηγούν σε αυτή την επιλογή. Η ψηλότερη θερμοκρασία λειτουργίας έχει σαν αποτέλεσμα -μεταξύ άλλων- μικρότερη κατανάλωση καυσίμου, καλύτερο καλοριφέρ στα κρύα κλίματα και -πιο σημαντικό για το περιβάλλον- λιγότερες εκπομπές ρύπων. Το Power Automotive Magazine είναι βέβαια περιοδικό αυτοκινήτου και συμμερίζεται πλήρως τις περιβαλλοντικές ανησυχίες, αλλά σε θέματα, που αφορούν τις επιδόσεις, καταλαβαίνουμε ότι γίνονται πάντα μερικές υποχωρήσεις και συμβιβασμοί. Αλλιώς, δεν θα υπήρχαν ούτε αγώνες, ούτε δίχρονα, ούτε …anti-lag κλπ. Αλήθεια, πόσο μουντός θα ήταν ο κόσμος, αν δεν βρωμούσαν τα …νιτρομεθάνια? Μα είναι λογικό να αγκομαχάει το Scania στην ανηφόρα και να βγάζει τριαντάφυλλα η μπούκα? Επειδή, λοιπόν, αυτά είναι πράγματα παράλογα, να βάλουμε κι’ εμείς το χεράκι μας και να χαμηλώσουμε λίγο τη θερμοκρασία λειτουργίας του μοτέρ. Πριν κάποια …εκατομμύρια χρόνια, βρέθηκε ότι η καλύτερη θερμοκρασία για επιδόσεις είναι 76-78⁰. Βίδωσαν μερικά μοτέρ στο δυναμόμετρο και τους άλλαξαν τα φώτα, κάθε φορά με διαφορετικό θερμοστάτη. Απλό το τεστ και κατηγορηματικό το πόρισμα. Θες άλογα? Μέχρι το πολύ 80 βαθιμούς (όπως τους λέει κι’ ένας φίλος). Και το καλοριφέρ θα δουλεύει καλά για τους κρυόκωλους και άντε να πίνει το εργαλείο 2-3 Ευρά την εβδομάδα παραπάνω νέκταρ, σιγά τη χρεοκοπία! Η χαμηλότερη θερμοκρασία επιτρέπει να δουλέψουμε και με λίγο παραπάνω αβάνς για καλύτερο αποτέλεσμα. Αν μιλήσουμε δε για τούρμπο… εδώ γίνεται κοσμογονία. Όλη η φασαρία είναι να μειώσουμε τις θερμοκρασίες του εισερχόμενου πιεσμένου μείγματος με τα τεράστια intercooler, οπότε έχει τεράστια επίδραση η μείωση της θερμοκρασίας στους 80⁰. Ο φίλος μου ο Οδυσσέας δεν με άκουσε και πήγε το τουρμπάκι του στα Μέγαρα με το ρολόι να δείχνει 95⁰ και βάλε… Πήγε με 4 κυλίνδρους και γύρισε με 3 -κατάφερε να ελαφρώσει το ένα έμβολο κατά 100 περίπου γραμμάρια-… ΕΙΔΙΚΑ στα τούρμπο, η μείωση της θερμοκρασίας κάνει τεράστια διαφορά, κάτι με το οποίο συμφωνεί τώρα απόλυτα και ο …Οδυσσέας!  

 

Temp Threshold

Στην προσπάθειά μας να αυξήσουμε το λόγο συμπίεσης, κολλάμε λοιπόν στο φαινόμενο της αυτανάφλεξης. Μήπως να εξηγήσουμε τι είναι σε σχέση με την προανάφλεξη? Δράττομαι της ευκαιρίας για τη διευκρίνιση αυτή, διότι οι περισσότεροι μπερδεύουν τις δύο έννοιες ή τις ταυτίζουν σε μία –ίσως όχι και άδικα. Αυτανάφλεξη έχουμε, όταν ο συνδυασμός μεγάλης πίεσης και θερμοκρασίας στο θάλαμο καύσης προκαλούν αυτόματη ανάφλεξη του μείγματος, χωρίς την αναγκαία παρουσία σπινθήρα. Αποτέλεσμα είναι η δημιουργία πολλών μετώπων καύσης, τα οποία - συγκρουόμενα μεταξύ τους- παράγουν τεράστιες πιέσεις, οι οποίες μπορούν να καταστρέψουν έμβολα, ελατήρια, φλάντζες και γίνονται αντιληπτές από το χαρακτηριστικό μεταλλικό ήχο. Προανάφλεξη έχουμε, όταν κάποιο υπέρθερμο σημείο στο θάλαμο καύσης προκαλεί την ανάφλεξη του συμπιεζόμενου μείγματος πριν από το σπινθήρα. Η εμφάνιση του φαινομένου γίνεται αντιληπτή με τον ίδιο ήχο της αυτανάφλεξης, καθώς πρόκειται πάλι για κρουστικό μέτωπο. Βλέπουμε, λοιπόν, ότι η προανάφλεξη έχει να κάνει μόνο με θερμοκρασία, ενώ η αυτανάφλεξη χρειάζεται συνδυασμό πίεσης και θερμοκρασίας για να εκδηλωθεί. Το κλειδί, λοιπόν, στην ιστορία φαίνεται να είναι η μείωση της θερμοκρασίας, όπως είδαμε και έχει διαπιστωθεί πειραματικά ότι κάθε 4-5⁰ μείωση της θερμοκρασίας, ισοδυναμεί με περίπου ένα βαθμό οκτανίου παραπάνω στο καύσιμο. 2-2.5% παραπάνω άλογα και η δυνατότητα για λίγο μεγαλύτερο λόγο συμπίεσης δεν είναι και ασήμαντη υπόθεση, πόσο μάλλον όταν μπορούν να επιτευχθούν με μόνη την αλλαγή του θερμοστάτη σε 78⁰! Η σωστή μελέτη/διευθέτηση της εισαγωγής αέρα στο μοτέρ έχει αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση της θερμοκρασίας του εισερχόμενου αέρα και την απομάκρυνση της αυτανάφλεξης, αλλά πιο σημαντικό, την αύξηση της ισχύος κατά 5 τουλάχιστον άλογα λόγω της αυξημένης πυκνότητας του αέρα! Ο πραγματικός μας στόχος, με τη μείωση της θερμοκρασίας του μοτέρ, είναι η μείωση της θερμοκρασίας του εισερχόμενου αέρα και τελικά η χαμηλότερη θερμοκρασία του μείγματος πριν την εκδήλωση του σπινθήρα. Σημείο εκκίνησης είναι η παροχή εξωτερικού (κρύου) αέρα στην πολλαπλή εισαγωγής. Η χαμηλότερη θερμοκρασία εισερχόμενου αέρα δεν αυξάνει μόνο την πυκνότητά του, αλλά θα μας ανοίξει την πόρτα για την αύξηση του λόγου συμπίεσης, αφού σπρώχνει πιο μακριά τον κίνδυνο αυτανάφλεξης! Εδώ αρχίζουν τώρα τα δύσκολα… Αφού βρήκαμε τρόπο να βάλουμε «κρύο» αέρα στο μοτέρ, πρέπει να βρούμε και τον τρόπο να τον διατηρήσουμε σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Ίσως ο σημαντικότερος παράγοντας στη θέρμανση του εισερχόμενου μείγματος είναι η βαλβίδα εισαγωγής. Λόγω του μεγέθους της, μπορεί να απορροφήσει περισσότερη θερμότητα ακόμα και από τη βαλβίδα εξαγωγής κατά τον κύκλο της καύσης και εκτόνωσης. Το γεγονός, βέβαια, ότι δεν έχει ψηλότερη θερμοκρασία οφείλεται στην ψύξη της από το εισερχόμενο μείγμα –ακριβώς αυτό που θέλουμε να αποφύγουμε! Η εύκολη λύση είναι να γυαλίσουμε τέλεια το πρόσωπο της βαλβίδας (την πλευρά που βρίσκεται στο θάλαμο καύσης). Καλή η προσπάθεια, αλλά δεν θα κρατήσει πολύ, σύντομα θα λερωθεί και δεν θα είναι πια αποτελεσματικό το …κόλπο. Η σωστή δουλειά είναι να γίνει κεραμική επίστρωση στο πρόσωπο της βαλβίδας, καθιστώντας τη δυσθερμαγωγή, οπότε και μεταδίδεται πολύ μικρότερη θερμοκρασία στο σώμα της από το θάλαμο καύσης. Αν η τσέπη σας είναι σχετικά βαθιά, μπορείτε να καλύψετε με κεραμική επίστρωση τους αυλούς στην πολλαπλή εισαγωγής και στο καπάκι. Δεν είναι, όμως, κάτι που κάνετε μόνοι σας ή στο συνεργείο. Στην Ελλάδα υπάρχει η ΕΒΕΤΑΜ και πιο γνωστή έξω είναι η Zircotech στην Αγγλία. Μπορούμε να μιλήσουμε για πιθανή αύξηση 2-3% της ισχύος και αυτό χωρίς το κέρδος, που μπορούμε να έχουμε από τον ακόμα μεγαλύτερο λόγο συμπίεσης, αφού κάθε φορά που απομακρύνεται ο κίνδυνος αυτανάφλεξης, μπορούμε να ανεβάσουμε λίγο ακόμα το λόγο αυτό. Στην προσπάθεια να εντοπίσουμε τις πηγές, που συμβάλλουν στη θέρμανση του εισερχόμενου μείγματος, φθάνουμε στη βαλβίδα εξαγωγής -τι πρωτότυπο! Είναι το θερμότερο σημείο του θαλάμου καύσης και μπορούμε να πούμε ο παράγοντας στην εξίσωση, που περιορίζει τελικά την αύξηση του λόγου συμπίεσης. Και εδώ, είναι πολύ σημαντική η θερμική επικάλυψη της βαλβίδας για να περιορίσουμε -στο μέτρο του εφικτού- τη θερμοκρασία, που αναπτύσσει. Ακόμα καλύτερα αποτελέσματα έχουμε χρησιμοποιώντας βαλβίδες Νατρίου, οι οποίες έχουν την ικανότητα να αποβάλλουν τη θερμοκρασία προς τον οδηγό αρκετά πιο γρήγορα από τις κλασσικές. Ταυτόσημη σημασία με τις βαλβίδες εξαγωγής έχουν και οι αυλοί εξαγωγής, ιδιαίτερα στα καπάκια, όπου μοιράζονται κοινό τοίχωμα με τους αυλούς εισαγωγής, χωρίς μάλιστα να υπάρχει στο σημείο υδροθάλαμος! Έτσι, γίνεται τεράστια μεταφορά θερμότητας από την εξαγωγή στην εισαγωγή. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις μόνο ακριβές λύσεις υπάρχουν, όπως κεραμική επίστρωση του εσωτερικού των αυλών ή λεπτά δυσθερμαγωγά «μανίκια» από τιτάνιο, που τοποθετούνται εφαρμοστά στο εσωτερικό των αυλών, όταν το καπάκι φτάσει να κάνει όσο 3 φορές το χρέπι…. Η κεραμική επίστρωση στα έμβολα δεν κάνει κακό, αντίθετα τα προστατεύει από τις μεγάλες θερμοκρασίες, που μπορούν να κάνουν ζημιά στο κράμα, αν «ξεφύγουν» οι συνθήκες στο θάλαμο καύσης.

 

Στοιχεία θαλάμων καύσης

Μπορεί η χαμηλότερη θερμοκρασία του εισερχόμενου αέρα να είναι ένα πρώτο βήμα για την αύξηση του λόγου συμπίεσης, αλλά μέσα στο θάλαμο γίνεται ένας πραγματικός πόλεμος, που κρίνει, αν θα έχουν επιτυχή ή όχι έκβαση οι προσπάθειές μας. Πρέπει πάντα να έχουμε υπόψη ότι όσο πιο γρήγορη είναι η καύση, τόσο πιο ψηλός μπορεί να είναι και ο λόγος συμπίεσης. Περιοχές, όπου η απόσταση θαλάμου/εμβόλου είναι μεταξύ 1.5-3mm, είναι οι πιο πρόσφορες για εκδήλωση αυτανάφλεξης. Η ανάδευση του μείγματος παίζει σημαντικότατο ρόλο και για να την βοηθήσουμε στο έπακρο, πρέπει να εξασφαλίσουμε ότι, όπου είναι δυνατόν, το έμβολο πρέπει να έρχεται πολύ, μα πολύ κοντά στο καπάκι. Όπως έχω ξαναπεί, στα καλύτερα μοτέρ, το έμβολο αφήνει τα σημάδια του στο καπάκι… Να και μια ιστοριούλα σχετική: έφτιαξα κάποτε ένα ωραίο 2λιτρο για κάποιο φίλο με -αν θυμάμαι καλά- 12.5:1 λόγο συμπίεσης. Σαν χονδροειδή δοκιμή και για να σιγουρέψω ότι δεν θα γίνει καμιά καταστροφή, δοκιμάζω πάντα να γυρίσω το μοτέρ πλήρεις περιστροφές και σωστά χρονισμένο, αλλά χωρίς τη φλάντζα, με το καπάκι βιδωμένο κανονικά. Όλα καλά, δεν «μάγκωνε» πουθενά άρα, είχα απόσταση βαλβίδες από έμβολα και έμβολα από καπάκι τουλάχιστον όσο το πάχος της φλάντζας -περίπου 1.3mm. Δέθηκε το μοτέρ, δούλεψε κάποια χιλιόμετρα και, ύστερα από καιρό, παρουσιάσθηκε μία διαρροή λαδιού από κάποιο τσιμουχάκι. Βγήκε, λοιπόν, ο κάπακας και το βλέπαμε με δυσπιστία. Όλοι οι θάλαμοι καύσης είχαν από μερικά γυαλισμένα σημεία και αντίστοιχα τα έμβολα! Άντε τώρα να πιστέψεις ότι οι Carrillo και τα σφυρήλατα Arias …μάκραιναν 1.3mm στις 7,800σαλ! Τέλος πάντων, το θέμα είναι ότι το εργαλείο ακόμα δουλεύει άριστα και ίσως αυτό οφείλεται -εν μέρει- στην τύχη, που είχαμε. Δεν θα μπορούσα να προβλέψω ούτε να υπολογίσω αυτό που έγινε. Οι σοβαροί όμως «μοτεράδες» του εξωτερικού είναι πάντα διατεθειμένοι να σπάσουν μερικά μοτέρ στο δυναμόμετρο για να βρουν ακριβώς που μηδενίζεται σχεδόν η απόσταση του …κινητού από το ακίνητο! Όταν το καταφέρουν, μπορούν να ανεβάσουν και το λόγο συμπίεσης στο μέγιστο δυνατό. Και αν δεν είδατε ακόμα το κερασάκι, για σκεφθείτε πόσο ανεβαίνει ο προσεκτικά μετρημένος λόγος συμπίεσης στο μοτέρ σας, όταν διαστέλλονται μπιέλες και έμβολα… Πληροφορίες, που είναι βέβαια θέμα ρουτίνας και με ακρίβεια γνωστές στους μοτεράδες της F1. Το έμβολο αποτελεί μέρος του θαλάμου καύσης και μπορεί τα «πομπέ» έμβολα να είναι εντυπωσιακά, αλλά τα επίπεδα είναι πάντα πιο αποδοτικά στο θέμα της ταχύτητας καύσης. Αν υπάρχει η δυνατότητα, είναι πάντα καλύτερο να κατεβαίνει το καπάκι, παρά να ανεβαίνει το έμβολο. Όσο πιο «καθαρός» και ρηχός είναι ο χώρος καύσης από προεξοχές και …καρούμπαλα, τόσο πιο αποδοτική είναι η καύση από κάθε άποψη.  Δεν πιστεύω να στενοχώρησα κανέναν σήμερα, έτσι? Οπότε λέω να το κλείσουμε εδώ και να τα ξαναπούμε στην τρίτη δόση του θέματος κατά Οκτώβρη μεριά. …Ά, και να ζήσει η κόρη, Φονσέ!