Tα τελευταία χρόνια, η αυτοκινητιστική ζωή μας έχει γεμίσει με όρους όπως downsizing, οικονομία, εκπομπές ρύπων κλπ κλπ… Το διαρκώς αυξανόμενο κόστος του πετρελαίου και κατά συνέπεια της βενζίνης, η ανησυχία (δικαιολογημένη ή μη) κυβερνήσεων και οργανώσεων για το περιβάλλον και μία αλλαγή στις προτεραιότητες και στα σημεία που δίνει βάρος ο καταναλωτής κατά την αγορά νέου οχήματος, έχουν οδηγήσει τις αυτοκινητοβιομηχανίες, αλλά και τις εταιρίες, που έμμεσα ή άμεσα σχετίζονται με τον κλάδο, να ανασκουμπωθούν και να αναζητήσουν λύσεις για να ικανοποιήσουν, τόσο τους ελεγκτικούς μηχανισμούς, όσο και την αγορά. Έτσι ερχόμαστε ξανά πίσω σε όρους όπως το downsizing, το downspeeding, τα εναλλακτικά powertrains και την αξιοποίηση νέων τεχνολογιών, όχι απαραίτητα για την αύξηση των επιδόσεων και της οδηγικής ευχαρίστησης, αλλά για την μείωση της κατανάλωσης, των ρύπων και του μακροχρόνιου κόστους ενός αυτοκινήτου για τον ιδιοκτήτη του. Είναι όμως πραγματικά αντικρουόμενες οι δύο αυτές πλευρές ή μήπως είμαστε απλά προκατειλημμένοι; Αυτό το άρθρο θα επιχειρήσει να ρίξει φως σε μερικούς όρους και νέες τεχνολογίες για τα οποία δεν ακούτε πολύ συχνά και να αναλύσει τις επιπτώσεις αυτής της νέας μόδας, (ή μήπως ανάγκης) στον φανατικό αλλά ρεαλιστή petrolhead.


Δυστυχώς, το πρώτο από τα δύο άρθρα είναι λίγο τεχνικό/επιστημονικό για δύο λόγους. Ο πρώτος είναι ότι είμαι κακός άνθρωπος και εν μέσω καλοκαιριού και με τον καύσωνα στο κεφάλι μας θέλω να σας ταλαιπωρώ. Ο δεύτερος όμως είναι ότι θα εξηγήσω κάποιους όρους που θα μας χρειαστούν στη συνέχεια ή ακόμα και να μην μας χρειαστούν, είναι χρήσιμοι γενικά. Αυτοί οι όροι δεν συναντώνται συχνά σε άρθρα που απευθύνονται στο ευρύ κοινό γιατί μάλλον αυτοί που τα γράφουν ή αυτοί που τα εκδίδουν δεν θέλουν να «φοβίσουν» τον κόσμο. Εγώ δεν πιστεύω σε αυτήν την μεθοδολογία και νομίζω ότι δοθείσης της ευκαιρίας, το κοινό θέλει να μάθει πέντε πράγματα παραπάνω, τουλάχιστον ξέρω ότι εγώ θα ήθελα… Οφείλω όμως να πω πως ακόμα και να παρακάμψετε το πρώτο κομμάτι,  η συνέχεια βγάζει νόημα, κανείς δεν είναι υποχρεωμένος να μπει σε τεχνικά θέματα αν δεν το θέλει. Πάμε λοιπόν.

Όταν θέλουμε να συγκρίνουμε δύο κινητήρες υπάρχουν πολλά παραπάνω πράγματα από το πόσα άλογα και ροπή παράγει και ποια είναι η κατανάλωσή του. Στο κάτω-κάτω, αυτά τα μεγέθη, μπορεί να είναι αντικειμενικά και μετρήσιμα αλλά είναι λίγο «μπακαλίστικα». Υπάρχουν πιο επιστημονικοί τρόποι που ρίχνουν φως στα ενδότερα του κινητήρα, στον σχεδιασμό του, τα υλικά του και τον χαρακτήρα του και άρα κάνουν τη σύγκριση και πιο εύκολη (εφόσον έχεις κατανοήσει τα νέα αυτά μεγέθη) και πιο έγκυρη. Η σειρά με την οποία θα αναφερθούμε σε αυτά τα μεγέθη είναι από το πιο βασικό ως το πιο «περίπλοκο» αλλά θα δείτε ότι το ένα εξαρτάται έως έναν βαθμό από το άλλο.

Το πρώτο μέγεθος για το οποίο οι περισσότεροι θα έχετε ακούσει είναι η θερμική απόδοση (Thermal Efficiency, TE) του κινητήρα. Ο πιο καλός ορισμός για την θερμική απόδοση είναι «η διαφορά μεταξύ στο ενεργειακό περιεχόμενο του καυσίμου που καταναλώνεται και την χρήσιμη ενέργεια που παράγεται από την μηχανή κατά την κατανάλωση αυτή». Ένα παράδειγμα θα σας βοηθήσει να καταλάβετε: Ένα κιλό βενζίνη, απελευθερώνει ενέργεια ίση με 38.000 BTU. Με απλά μαθηματικά τα οποία είναι εκτός θέματος, προκύπτει ότι ένα άλογο (HP) είναι το αντίστοιχο 2.545 BTU ανά ώρα. Έστω λοιπόν μία μηχανή που αποδίδει 300 άλογα και καίει 70 κιλά βενζίνης σε μία ώρα. Αν κάψεις 70 κιλά βενζίνης σε μία ώρα, απελευθερώνεις 2.660.000 BTU ενέργειας την οποία αν διαιρέσεις με το 2.545 (τον αριθμό των BTU/h σε ένα άλογο) θα διαπιστώσεις προς έκπληξή σου πως το αποτέλεσμα είναι 1.045 άλογα! Όμως η μηχανή αποδίδει 300 άλογα! Που πήγανε τα υπόλοιπα; Ένας γενικός κανόνας είναι πως από τη συνολική ενέργεια, περίπου 1/3 χάνεται στα καυσαέρια και 1/3 χάνεται στο σύστημα ψύξης αφήνοντας το υπόλοιπο 1/3 ως χρήσιμο αποτέλεσμα. Από αυτό αφαιρούνται διαφόρων ειδών απώλειες και στο τέλος αυτό που μένει είναι η ιπποδύναμη. Στο δικό μας παράδειγμα, η θερμική απόδοση της μηχανής είναι 300 / 1.045 = 0,28 ή 28% (που είναι καλά για τετράχρονη μηχανή εσωτερικής καύσης). Είναι εύκολο λοιπόν να καταλάβει κανείς την σημασία της θερμικής απόδοσης σε όλες τις εποχές αλλά πολύ παραπάνω στη δικιά μας. Δεν είναι πλέον αρκετό ο κινητήρας να αποδίδει πολλά άλογα αλλά πρέπει να καταναλώνει και λίγο και οφέλη στα δύο αυτά φαινομενικά αντίθετα «θέλω» προκύπτουν από τη βελτίωση της θερμικής απόδοσης μίας μηχανής. Εξ ορισμού, αν μειώσεις τις απώλειες και καταφέρεις να παράγεις περισσότερο έργο ανά μονάδα καυσίμου, έχεις δύο επιλογές: ή αυξάνεις τις επιδόσεις και κρατάς σταθερή την κατανάλωση ή μειώνεις την κατανάλωση και κρατάς σταθερές τις επιδόσεις. Πάντα βέβαια σε συνδυασμό και με τις άλλες συνιστώσες του κινητήρα…

Το επόμενο μέγεθος στο μικροσκόπιο είναι η ογκομετρική απόδοση (Volumetric Efficiency, VE) του κινητήρα. Θεωρητικά, σε μία τετράχρονη μηχανή, ο μέγιστος όγκος αέρα που μπορεί να δεχτεί κάθε κύλινδρος σε κάθε περιστροφή του στροφάλου είναι ίσος με το μισό της χωρητικότητας του. Ο πραγματικός όγκος αέρα που εισέρχεται στον κύλινδρο συγκρινόμενος με τον θεωρητικό ονομάζεται ογκομετρική απόδοση. Για να μην μιλάμε στον αέρα (κάνω και λογοπαίγνια ο άτιμος), να σας πω ότι αν ένας μέσος κινητήρας κινείται στην περιοχή γύρω στο 100% VE είναι πολύ καλά. Μόνο πάρα πολύ καλοί ατμοσφαιρικοί κινητήρες ακουμπάνε το 110% ενώ το θεωρητικό μέγιστο για έναν ατμοσφαιρικό κινητήρα με δύο εκκεντροφόρους επικεφαλής και minimum 4 βαλβίδες ανά κύλινδρο είναι το 115%. Αν λοιπόν, ένας κινητήρας λειτουργεί με 100% VE, σημαίνει ότι «ρουφάει» αέρα ίσο σε όγκο με την χωρητικότητά του ανά δύο περιστροφές του στροφάλου. Υπάρχει πολύ στενή σχέση ανάμεσα στην καμπύλη ροπής ενός κινητήρα και την καμπύλη της ογκομετρικής απόδοσης (γιατί η ογκομετρική απόδοση δεν είναι σταθερή αλλά μεταβάλλεται σε συνάρτηση με τις στροφές). Μάλιστα, αν δείτε κάποια διαγράμματα, θα διαπιστώσετε ότι οι στροφές στις οποίες επιτυγχάνεται η μέγιστη ροπή συμπίπτουν με τις στροφές στις οποίες η μηχανή λειτουργεί με μέγιστη ογκομετρική απόδοση. Επιπλέον η ογκομετρική απόδοση σχετίζεται στενά με το BMEP, ένα μέγεθος που θα δούμε λίγο πιο μετά και αποτελεί ένα πολύ καλό εργαλείο για σύγκριση και αξιολόγηση κινητήρων.

Το τρίτο μέγεθος και αντικειμενικά ένα από τα σημαντικότερα όσον αφορά το downsizing και γενικά τον δρόμο που μας οδηγούν οι αυτοκινητοβιομηχανίες είναι το BSFC (Brake Specific Fuel Consumption). Στην πραγματικότητα είναι απλά ένας ακόμα τρόπος να εκφράσει κάποιος την θερμική απόδοση ενός κινητήρα αφού ο ορισμός του είναι «ο ρυθμός της κατανάλωσης καυσίμου διαιρεμένος με την παραγόμενη ιπποδύναμη» και εκφράζεται συνήθως σε γραμμάρια ανά κιλοβατώρα (gr/kWh). Αν το καλοσκεφτείτε, το BSFC μετράει το πόσο αποδοτική είναι η καύση του εκάστοτε κινητήρα και δεν έχει σημασία μόνο όταν μιλάμε για οικονομία και οικολογία αλλά και όταν μιλάμε για επιδόσεις και ιπποδύναμη. Βασικά, όπως θα παρατηρήσετε, αν δεν έχετε ήδη παρατηρήσει, το πώς θα ερμηνεύσει και θα αξιοποιήσει κανείς τα δεδομένα μπροστά του έχει να κάνει αποκλειστικά και μόνο με τη σκοπιά από την οποία τα βλέπει. Όπως και να έχει πίσω στο θέμα μας. Το BSFC είναι ένα μέγεθος που μεταβάλλεται σημαντικά, ανάλογα με το φορτίο του κινητήρα, τις στροφές ανά λεπτό κ.ά. και η μεταβολή του αυτή φαίνεται σε γραφικές παραστάσεις. Ο λόγος για τον οποίο οι αυτοκινητοβιομηχανίες δίνουν τόσο μεγάλη σημασία σε αυτό, είναι επειδή είναι ένας δείκτης για την μηχανή σαν σύνολο. Εξαρτάται από πάρα πολλά πράγματα όπως η αναλογία αέρα/καυσίμου σε διαφορετικές στροφές και σε διαφορετικά φορτία, η θερμική απόδοση, η μηχανική απόδοση, η ροή του αέρα αλλά και του καυσίμου, ο σχεδιασμός του θαλάμου καύσης κ.ά. Δεν θα σας κουράσω όμως με περαιτέρω λεπτομέρειες αφού ήδη έχω παρεκτραπεί.

Το τελευταίο μέγεθος στο οποίο θα αναφερθώ είναι το BMEP (Brake Mean Effective Pressure). Είναι ένα εντελώς θεωρητικό μέγεθος και δεν έχει καμία σχέση με την πίεση μέσα στο θάλαμο καύσης, παρ’ όλα αυτά αποτελεί ένα πανίσχυρο εργαλείο για να κρίνει κάποιος έναν κινητήρα. Ο ορισμός του είναι: «η μέση πίεση, η οποία αν εφαρμοστεί ομοιόμορφα στα πιστόνια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου της μηχανής, θα μας δώσει τη μετρημένη ισχύ της μηχανής αυτής». Δύσκολο ε; Ίσως να γίνει ευκολότερο αν το απλοποιήσουμε λίγο. Όσο μεγαλύτερο το BMEP (με μονάδα μέτρησης οποιαδήποτε μονάδα μέτρησης πίεσης) τόσο βελτιστοποιημένος είναι ο σχεδιασμός ενός κινητήρα. Για να κάνετε τη ζωή σας πιο εύκολη, θεωρήστε το BMEP ως ένα μέτρο ειδικής ροπής ενός κινητήρα (Nm/κ.εκ.) που λαμβάνει όμως υπόψιν τις στροφές ανά λεπτό, την χωρητικότητα και την ισχύ του εν λόγω κινητήρα. Μην κάνετε το λάθος και θεωρήσετε το BMEP ως πανάκεια γιατί απλά δεν είναι! Δεν δείχνει την ελαστικότητα ενός κινητήρα, σε πόσο μεγάλο φάσμα στροφών λειτουργεί, πόσο οικονομικός είναι. Για όλα αυτά, χρειάζεται να αντιπαραβάλει κάποιος σωρεία δεικτών αφού κανένας από μόνος του δεν δίνει την πλήρη εικόνα για μία μηχανή. Μερικούς από αυτούς του δείκτες τους αναφέραμε/εξηγήσαμε, κάποιους άλλους τους παραλείψαμε.

Δεν θέλω να επεκταθώ άλλο καθώς θα γίνω κουραστικός αλλά τα βασικά τουλάχιστον τα καλύψαμε. Φυσικά και έχω παρατηρήσει ότι δεν αναφερθήκαμε καθόλου στο downsizing και σε άλλες τεχνικές που εφαρμόζουν πλέον οι αυτοκινητοβιομηχανίες. Αυτό θα γίνει στο επόμενο άρθρο αφενός για λόγους χωροταξίας αφετέρου για να διαχωρίσουμε λίγο τη θεματολογία. Σκοπός αυτού του πρώτου κομματιού ήταν να σας δείξω ότι η σύγκριση δύο κινητήρων δεν είναι και τόσο απλή όσο το κάνουμε να φαίνεται μερικές φορές και ότι υπάρχουν πολλά μεγέθη τα οποία παίζουν τον ρόλο τους σε έναν κινητήρα. Κρατήστε αυτές τις πληροφορίες στο πίσω μέρος του μυαλού σας, θα σας βοηθήσουν, αφού όπως προείπα, η ερμηνεία των όρων αυτών εξαρτάται από την οπτική γωνία αυτού που τους χειρίζεται… ο νοών νοείτω. Η συνέχεια την επόμενη εβδομάδα, μέχρι τότε καλά να περνάτε!