Οι κινητήρες βενζίνης είναι μαγικές μηχανολογικές κατασκευές, μέσα στις οποίες χιλιάδες εξαρτήματα λειτουργούν σε απόλυτη αρμονία, ώστε να παράγουν και να μεταδώσουν την κίνηση στον πίσω τροχό της μοτοσυκλέτας μας. Όλοι είμαστε εξοικειωμένοι με το άνοιγμα του γκαζιού, όμως δε γνωρίζουν όλοι τι συμβαίνει «στα παρασκήνια»: Δηλαδή, μέσα στον κινητήρα, στην καρδιά της μοτοσυκλέτας. Ας δούμε τι συμβαίνει εκείνη την μαγική στιγμή.
Από το γκριπ στον… εγκέφαλο!
Δυστυχώς ή ευτυχώς, οι μέρες που το γκριπ του γκαζιού ήταν απευθείας συνδεδεμένο με το σύστημα τροφοδοσίας της μοτοσυκλέτας, πέρασαν ανεπιστρεπτί. Πλέον, το γκριπ του γκαζιού είναι συνδεδεμένο ή τοποθετημένο σε έναν αισθητήρα ακριβείας, ο οποίος είναι σε θέση να διαβάζει τόσο την θέση του γκριπ, όσο και την ταχύτητα με την οποία κινείται. Φανταστείτε ένα ποτενσιόμετρο, σαν αυτό που ρυθμίζει την ένταση του ήχου στα ηχοσυστήματα, αλλά με διαφορετική κατασκευή και φιλοσοφία για να επιτυγχάνεται η επιθυμητή ακρίβεια. Ο αισθητήρας αυτός κωδικοποιεί τους χειρισμούς του αναβάτη σε ηλεκτρικό σήμα, το οποίο πηγαίνει στην συνέχεια στον εγκέφαλο ή την ECU – Electronic Control Unit, για το επόμενο στάδιο.
Εδώ βλέπουμε ένα τυπικό ride-by-wire γκάζι. Δεν βγαίνει πλέον ντίζα από αυτό, αλλά καλωδίωση, που πάει κατευθείαν στον εγκέφαλο.
Ο εγκέφαλος, η πεταλούδα και οι ρόλοι τους
Ο εγκέφαλος ή η κεντρική ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, παίρνει σήματα από δεκάδες αισθητήρες επί του κινητήρα αλλά και από την μοτοσυκλέτα και δουλειά του, είναι ο έλεγχος της τροφοδοσίας του κινητήρα με καύσιμο μίγμα. Οι κινητήρες βενζίνης εισπνέουν αέρα και καύσιμο, αναμεμειγμένα σε μια ακριβέστατη αναλογία, το οποίο πρέπει να πυροδοτηθεί από τον σπινθήρα του μπουζί για να παραχθεί ισχύς. Η ECU αναλαμβάνει να ελέγξει τους παράγοντες αυτούς. Διαβάζοντας τον χειρισμό του αναβάτη στο γκάζι και τα δεδομένα από τους αισθητήρες της μοτοσυκλέτας, που μετρούν π.χ. ταχύτητα κίνησης, θερμοκρασία αέρα και κινητήρα, θέσεις στροφαλοφόρου-εκκεντροφόρου και πολλά ακόμα δεδομένα, ο εγκέφαλος χειρίζεται την πεταλούδα του γκαζιού, το κύριο εξάρτημα ρύθμισης της ποσότητας αέρα που περνά στον κινητήρα.
Η πεταλούδα λειτουργεί πολύ απλά: Βρίσκεται μέσα στους αυλούς εισαγωγής του κινητήρα και, ανοίγοντας και κλείνοντας, ρυθμίζει την ποσότητα αέρα που περνά από αυτή. Μπορεί να είναι σχεδόν ή τελείως κλειστή (στο ρελαντί) ή τελείως ανοιχτή (με τέρμα γκάζι). Στα συστήματα ride-by-wire, η πεταλούδα ανοιγοκλείνει μέσω ενός ηλεκτρικού μοτέρ, ακολουθώντας τις εντολές του εγκεφάλου. Ταυτόχρονα, δουλειά της ECU, είναι και να υπολογίσει την ποσότητα του καυσίμου που χρειάζεται ο κινητήρας, την οποία θα απελευθερώσει μέσω των μπεκ ή εγχυτήρων.
Εδώ βλέπουμε τις πεταλούδες ενός κινητήρα V4. Διατεταγμένες σε ζευγάρια, χρειάζονται 2 ηλεκτρικά μοτέρ για να ανοιγοκλείνουν.
Πριν από την επικράτηση των συστημάτων ride-by-wire, στην εποχή του «παραδοσιακού» ψεκασμού αλλά και σε μοτοσυκλέτες με καρμπυρατέρ υποπίεσης, το γκριπ του γκαζιού συνδεόταν με ντίζες ακριβώς πάνω στην πεταλούδα ή τις πεταλούδες. Μέσω ενός αισθητήρα θέσης γκαζιού, ο εγκέφαλος των παλαιότερων συστημάτων διάβαζε την θέση της πεταλούδας και υπολόγιζε την ποσότητα του καυσίμου, που θα ψεκαστεί στον κινητήρα μέσω των μπεκ.
Εδώ βλέπουμε μία "παραδοσιακή" πεταλούδα ψεκασμού. Η σύνδεση με το γκάζι γίνεται μέσω ντίζας, στο "καρούλι" αριστερά. Δεξιά, βλέπουμε τον αισθητήρα θέσης πεταλούδας η TPS - Throttle Position Sensor.
Τα μπεκ και η αναλογία αέρα-καυσίμου
Η είσοδος της βενζίνης στον κινητήρα γίνεται μέσα από τα μπεκ, τα οποία είναι ηλεκτρονικά ελεγχόμενοι εγχυτήρες καυσίμου που μπορούν να δώσουν ακριβή ποσότητα σε μικρό χρονικό διάστημα, βάσει του σήματος που λαμβάνουν. Κάθε μπεκ καυσίμου τροφοδοτείται σταθερά με βενζίνη υπό πίεση –την οποία δημιουργεί η αντλία βενζίνης, στο ρεζερβουάρ. Η διατήρηση αυτής της πίεσης είναι απαραίτητη, ώστε ο εγκέφαλος και τα μπεκ να μπορούν να δώσουν όση ακριβώς ποσότητα καυσίμου χρειάζεται ο κινητήρας την δεδομένη στιγμή.
Μόλις το ή τα μπεκ λάβουν το ανάλογο σήμα, η βαλβίδα τους ανοίγει και το καύσιμο ψεκάζεται στον αυλό εισαγωγής, σε μορφή σταγονιδίων. Εκεί, εξατμίζεται, αναμειγνύεται με τον αέρα και τελικά, ως καύσιμο μίγμα, εισέρχονται μαζί στον κύλινδρο.
Παραπάνω βλέπουμε την θέση της πεταλούδας και του μπεκ, αλλά και πως το μπεκ εισάγει το καύσιμο στον κινητήρα.
Στην εποχή των καρμπυρατέρ, την ανάμειξη αέρα-καυσίμου αναλάμβανε φυσικά το τελευταίο, χρησιμοποιώντας την δύναμη της υποπίεσης ή, ορθότερα, της θετικής πίεσης σε διαφορετικό σημείο. Η απλή εξήγηση της υποπίεσης στο καρμπυρατέρ έχει ως εξής: Με τον αέρα να περνά μέσα από το venturi, η ταχύτητα του αυξάνεται και η πίεση του μειώνεται. Το ζιγκλέρ, όντας σε επικοινωνία με το βεντούρι αλλά και το λεκανάκι της βενζίνης, επέτρεπε την διέλευση συγκεκριμένης ποσότητας καυσίμου προς τον αέρα, η οποία ρυθμιζόταν και από την βελόνα του καρμπ. Έτσι, το μίγμα δημιουργούταν μέσα στο καρμπυρατέρ και οδηγούταν προς τον κύλινδρο ή τους κυλίνδρους. Η πλέον… απευθείας σύνδεση του γκριπ του γκαζιού με το σύστημα τροφοδοσίας, συντελείται στα μηχανικά καρμπυρατέρ: Στα οποία ο αναβάτης, καθώς χειρίζεται το γκάζι, ανοιγοκλείνει τόσο το slide που ρυθμίζει την ποσότητα αέρα, αλλά ανεβοκατεβάζει και την βελόνα μέτρησης του καυσίμου.
Μια τετράδα σωμάτων ψεκασμού. Τα μπεκ διακρίνονται σε πορτοκαλί χρώμα. Η όψη που είναι επάνω, στην φωτογραφία, τοποθετείται προς τον κινητήρα, στην πράξη. Εδώ οι πεταλούδες είναι κλειστές. Κάτω αριστερά διακρίνεται ο TPS.
Τα μπουζί – Άναψε την φωτιά μου
Ο τελευταίος κρίκος της αλυσίδας –αλλά όχι ο πιο αδύναμος κρίκος- είναι το μπουζί, το οποίο αναφλέγει το καύσιμο μίγμα επιτρέποντας του να παράξει ισχύ. Εδώ και 40, σχεδόν 50 χρόνια, πλέον, η λειτουργία και ο χρονισμός της ανάφλεξης ελέγχονται ηλεκτρονικά και αυτά τα συστήματα, ήταν και ο «πρόδρομος» της πλήρως ηλεκτρονικής λειτουργίας που ξέρουμε σήμερα. Και πάλι, παίρνοντας δεδομένα από όλα τα κρίσιμα σημεία του κινητήρα και από το γκάζι, η ECU δίνει σήμα στα κυκλώματα υψηλής τάσης, ώστε να δώσουν την σπίθα μέσα στο θάλαμο καύσης.
Εκεί μέσα, τώρα, παίζεται η τελευταία πράξη του έργου: Η καύση της βενζίνης προκαλεί υπέρθερμα αέρια σε πολύ υψηλή πίεση, τα οποία σπρώχνουν το πιστόνι προς τα κάτω. Όσο περισσότερο είναι το καύσιμο μίγμα που καίγεται, τόσο μεγαλύτερη είναι και η δύναμη που ασκείται στον κινητήρα, με αποτέλεσμα αυτός να επιταχύνει.
Και σκεφτείτε ότι, όσα γράψαμε με 900 λέξεις μέχρι τώρα, συμβαίνουν μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου!
