Του Νίκου Ζ. Τσαμάνδουρα

Στην έκθεση μοτοσικλέτας της Κολονίας παρουσίασε η Yamaha έναν πρωτότυπο κινητήρα με τρεις κυλίνδρους αλλά και την δομή “cross-plane” που συναντάμε στο R1.

Τι εστί Cross-Plane

Συνοπτικά, η αρχή λειτουργίας του “cross-plane”, είναι η ελαχιστοποίηση των κραδασμών που προέρχονται από την επαναφορά των εμβόλων κατά την κίνηση τους στον στροφαλοφόρο άξονα. Σε ένα συμβατικό τετρακύλινδρο κινητήρα, σε κάποια χρονική στιγμή και τα τέσσερα έμβολα παραμένουν σε νεκρό χρόνο - στατικά, και έπειτα όταν ο στρόφαλος φτάσει στις 90 μοίρες, τότε είναι που φτάνουν στη μέγιστη ταχύτητα τους. Έπειτα από 90 μοίρες, πάλι τα έμβολα φτάνουν στην στατική τους φάση.

Αυτό όμως συνεπάγεται αυξημένες ποσότητες αδράνειας στη μάζα του εμβόλου, από μηδενική σε μέγιστη, σε κάθε μισή περιστροφή του στροφάλου. Αδράνεια - και κατ’ επέκταση ενέργεια - που μεταφέρεται και καταλήγει από και προς τον στροφαλοφόρο άξονα.
Για παράδειγμα, κατά την επιβράδυνση των εμβόλων, αυτά κινούνται σε αντίθετη φορά  από τον στρόφαλο, ο οποίος βάσει της φυσικής και του νόμου περί δράσης και αντίδρασης, επιταχύνει. Έπειτα, καθώς επιταχύνουν από το ανώτερο νεκρό σημείο στο κατώτερο νεκρό σημείο του κυλίνδρου, ήδη στα μισά της διαδρομής «μαζεύουν» αδράνεια από τον στροφαλοφόρο άξονα ο οποίος με τη σειρά του τα «απωθεί» επιβραδύνοντας τον στρόφαλο και κλείνοντας έτσι έναν κύκλο καύσης.

Αυτές οι μεταβολές στη ροπή στρέψης του στροφάλου λαμβάνουν μεγάλη έκταση σε έναν τετρακύλινδρο κινητήρα που δουλεύει σε υψηλές στροφές και μπορούν να φτάσουν σε σημείο άσκησης μέχρι και 80 κιλών (800Nm) δύναμης στο μοτέρ, με ότι αυτό συνεπάγεται. Εύκολα εννοείται πως οι δυνάμεις αυτές είναι ευθέως ανάλογες των στροφών περιστροφής.

Γιατί Cross-Plane;

Σε έναν τετρακύλινδρο κινητήρα διάταξης cross-plane, τα έμβολα διαχωρίζονται στις 90 μοίρες περιστροφής του στροφάλου, επομένως δεν υπάρχει σημείο όπου να συγχρονίζονται οι θέσεις και οι ταχύτητες τους. Η συγκεντρωμένη αδράνεια του κάθε πιστονιού αλληλοεξουδετερώνεται από κάποιο άλλο, προσφέροντας έτσι ομαλότερη περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα, χωρίς αδρανειακούς κραδασμούς.
Σύμφωνα με τη Yamaha, αυτή η πιο ομαλή λειτουργία του κινητήρα, οδηγεί σε καλύτερη αίσθηση και πληροφόρηση του αναβάτη, ειδικά στο άνοιγμα του γκαζιού, καθώς δεν συγχέεται η καθαρή ροπή του κινητήρα με τυχόν εσωτερικές ταλαντώσεις. Ταλαντώσεις οι οποίες στο κλείσιμο του γκαζιού φαίνονται και στο κιβώτιο των ταχυτήτων, δίνοντας διαφοροποιημένο αντίκτυπο στον αναβάτη.

To «πάντρεμα» Cross-Plane και τριών κυλίνδρων

Πως όμως ο συγχρονισμός τεσσάρων αλληλο-εξουδετερωνόμενων εμβόλων θα μπορούσε να έχει εφαρμογή με τρεις κυλίνδρους;
Η Yamaha μας δίνει ένα στοιχείο, περιγράφοντας στη δομή του νέου κινητήρα ένα στρόφαλο διάταξης cross-plane, στον σχεδιασμό του οποίου συναντάμε δύο ενδεχόμενα. Είτε τα εξωτερικά έμβολα θα κινούνται παράλληλα με το τρίτο να ακολουθεί στις 270 μοίρες του στροφάλου, είτε τα εξωτερικά έμβολα θα είναι στις 180 μοίρες με το ενδιάμεσο να σχηματίζει γωνία 90 μοιρών. Κάτι σαν ένα στροφαλοφόρο άξονα από R1 με τον τελευταίο κύλινδρο να έχει αφαιρεθεί, μια ιδέα που βρήκε μορφή στην πρόσφατη έκθεση της Κολονίας όπου τέθηκε και το πρώτο υπονοούμενο περί ενός κινητήρα με καταβολές από R1 και cross-plane YZR M1 – της παγκόσμιας πρωταθλήτριας της Yamaha από τα  MotoGP.

Αυτοί οι δύο κινητήρες είναι εύκολο να εξισορροπηθούν στους τρεις κυλίνδρους, το πρόβλημα όμως παραμένει, δηλαδή η αδρανειακή ροπή στον στροφαλοφόρο απέχει πολύ ακόμα από το να εκμηδενιστεί. Στην πραγματικότητα μάλιστα, οι κραδασμοί είναι τόσοι όσοι σε ένα μονοκύλινδρο κινητήρα ίδιας χωρητικότητας (!). Η λύση βέβαια ενδεχομένως να μπορούσε να έχει ήδη δοθεί από ένα άλλο Yamaha που δεν θα περιμέναμε. Το Τ-Max.
Στο T-Max συναντάμε μια διάταξη με δύο παράλληλα έμβολα με απέναντι τους ένα τρίτο ενδιάμεσο –αδρανές - έμβολο “σκλάβο”, που παίρνει κίνηση από τον ίδιο στρόφαλο, με διαφορά 180 μοιρών σε σχέση με τους άλλους δύο κυλίνδρους. Βέβαια, εδώ, η αδρανειακή ροπή χτυπάει κόκκινο, αλλά δεν γίνεται αντιληπτή χάρη στην αυτόματη μετάδοση. Δείχνει όμως ένα δρόμο τον οποίο θα μπορούσε να ακολουθήσει η Yamaha με ένα τρικύλινδρο στρόφαλο cross-plane, με ελάχιστη αδρανειακή ροπή. Σε αυτόν, ένα τέταρτο –αδρανές-έμβολο “σκλάβος”, εξουδετερώνει την αδράνεια των άλλων τριών. Να σημειωθεί ότι η αδράνεια η οποία αναφέρεται δεν αφορά τις δυνάμεις εκτός ισορροπίας του κινητήρα, αν και μπορεί να εξουδετερώσει και κάποιες από αυτές.

Ο ανταγωνισμός και το αποτέλεσμα

Φυσικά υπάρχουν και εναλλακτικές όσο αφορά το θέμα της μείωσης των κραδασμών στο εσωτερικό του κινητήρα και από άλλες εταιρίες. Για παράδειγμα η BMW  στην δικύλινδρη F800 GS αλλά και στην F 650 GS, που χρησιμοποιούν τον ίδιο κινητήρα με μικρές διαφορές, χρησιμοποιεί αντί εμβόλων “σκλάβων” αντίβαρο κάτω από τα έμβολα, έτσι ώστε η ενέργεια να απορροφάται από αυτό, περιορίζοντας έτσι τους κραδασμούς.
Σίγουρα, ότι και να προκύψει, θα είναι το ελαφρότερο, φτηνότερο στην παραγωγή και αποδοτικότερο σύνολο με τον όσο πιο άνετο και “συνεργάσιμο” στρόφαλο γίνεται.
Ο σκοπός πάντα είναι η εξουδετέρωση των ροπών που οφείλονται στην αδράνεια του στροφάλου. Όσο αφορά τη Yamaha, αποτελεί ένα ακόμη κίνητρο για εξέλιξη και καινοτομία. Υπάρχουν κάποια οπτικά σημάδια-στοιχεία ακόμα και στον εκθεσιακό κινητήρα στην Κολονία, στα οποία φαίνεται να επιβεβαιώνονται τα ενδεχόμενα που αναφέρθηκαν παραπάνω. Χαρακτηριστικά όπως η ογκώδης και μυώδης δομή ενός σχετικά συμπαγούς κινητήρα δείχνουν την ύπαρξη εσωτερικού χώρου που θα μπορούσε να προορίζεται είτε για κάποιο πιστόνι “σκλάβο”, είτε για κάποιο αντίβαρο. Επίσης, υπάρχει και ένα σημείο που παραπέμπει στην ύπαρξη κάποιου άξονα ισορροπίας μπροστά από τον στρόφαλο, το οποίο βέβαια έχει απαντηθεί και σε άλλα τρικύλινδρα, επομένως δεν αποτελεί και την πλέον ακλόνητη απόδειξη, αλλά ένας cross-plane με στρόφαλο των 360 μοιρών, σίγουρα θα έχει ένα τέτοιο. Τέλος, τα «νεύρα» που έχει το μοτέρ σε κύρια σημεία άσκησης δυνάμεων, παραπέμπουν επίσης σε ανάγκη μείωσης κραδασμών.
Το μέλλον θα δείξει και φυσικά, κάτι τέτοιο πιθανότατα θα το δούμε πρώτα στους αγώνες. Είθε οι νέοι κανονισμοί στα MotoGP να δώσουν στην αγορά κάτι χρήσιμο το οποίο να φέρει νέο ρεύμα στους κινητήρες.

Φωτογραφίες

• 
• 
• 
• 
• 
•