Dlaczego desmo |
Claudio Domenicali dyrektor Ducati-Corse
|
Rozrząd desmodromiczny powoduje mniejsze straty na średnich obrotach, pozwala osiągać wyższe obroty i precyzyjniej steruje zaworami. Oznacza to oszczędność paliwa i większą moc. |
|
Stoner i Ducati GP7 D16 na czele, m.in. dzięki desmodromicznemu układowi rozrządu.
|
|
Wałek rozrządu D16: olbrzymie skoki zaworów oraz wielkie krzywki otwierające i zamykające.
|
Tak jak w seryjnych Dukatach, i w silniku D16 mamy desmodromiczny rozrząd. Dzięki geniuszowi legendarnego konstruktora Fabio Taglioniego, opóźnienie Japończyków pod względem know -how jest szacowane na ponad 50 lat. To pozwala Ducati z optymizmem patrzeć na sezon 2008. GP8 podobno kręci na hamowni już ponad 20 000 obr/min. W minionym sezonie Casey Stoner dysponował 19 000 obr/min, czyli co najmniej o 1000 obr/min więcej od konkurentów. Jak to możliwe? |
|
Rozrząd desmo steruje zaworami (1) w ten sposób, że dźwigienka (2) otwiera zawór (3). Współ- pracująca z krzywką zamykającą dwuramienna dźwigienka w kształcie litery L (4) dociska zawór do gniazda. W przeciwieństwie do systemów z zaworami zamykanymi sprężynami, uniemożliwia to ruchy wymuszone siłami bezwładności. Oderwanie się zaworu od krzywki w trakcie zamykania jest wykluczone. Dzięki takiej stabilności ruchu, układ desmo osiąga wyższe obroty i umożliwia większe przyspieszenia zaworów niż w konwencjonalnych układach ze sprężynami. Pozwala to na stosowanie korzystniejszych czasów sterowania i innych charakterystyk rozrządu (patrz: wykres na str. 156). W Ducati otwieranie i zamykanie zaworów odbywa się w sposób korzystniejszy dla wymiany ładunku i zmniejszający czas wspólnego otwarcia zaworów – wydechowy jeszcze otwarty, wlotowy już otwarty.
|
W efekcie uzyskuje się lepsze napełnienie komory spalania i tym samym efektywniejsze spalanie mieszanki przy mniejszych stratach na płukanie, a zatem przy niższym zużyciu paliwa. |
Udział mas ruchomych przypadających na jeden zawór – mimo braku sprężyny – jest chyba nie mniejszy niż w systemach klasycznych. Winę za to ponosi stosowanie dwóch dźwigni sterujących. Z tego powodu desmo prawdopodobnie nie wykazuje mniejszych strat na wysokich obrotach, ale za to na średnich ma do pokonania zdecydowanie mniejsze opory. Pozwala to osiągać tę samą moc przy mniejszym zużyciu paliwa.
Niższe straty mocy mogą oznaczać albo lepsze przyspieszenia motocykla, albo mniejsze zużycie paliwa przy porównywalnej mocy. W desmo nie ma problemu braku obrotu zaworów. Ujemnym aspektem tego rozwiązania jest duże obciążenie dźwigni, szczególnie zamykających, i związane z tym szybsze ich zużycie.
Gigantyczne moce silników MotoGP biorą się głównie z wydajności wymiany ładunków. Tych wymian nie można traktować jako czegoś, co kończy się wraz z kolejnym suwem. Są to ciągłe strumienie dopływającej mieszanki i wylatujących spalin, w których fale ciśnienia wytwarzają pulsację, a co za tym idzie – zwiększa się ilość mieszanki dostarczanej do komór spalania. Właśnie tę pulsację konstruktorzy chcą widzieć w komorach spalania między otwarciem a zamknięciem zaworów. Kluczem do sprawy jest układ sterujący zaworami.
W minionym roku czterocylindrowiec Hondy uzyskiwał maksymalnie 550 zapłonów na sekundę. Kawasaki, a później tak- że Suzuki i Yamaha osiągały 600. V4 Ducati uzyskiwał o 85 zapłonów więcej w ciągu sekundy. To tłumaczy, dlaczego Ducati uzyskiwało moc większą o ponad 20 KM. Ale w jaki sposób GP7 i dwie małe japońskie maszyny zadowalały się 21 litrami paliwa? Działo się tak dlatego, że ich pozornie nietypowe koncepcje wykazywały w pewnych zakresach obrotów mniejsze straty energii i tym samym mniejsze zużycie paliwa, a równocześnie umożliwiały uzyskiwanie wyższych obrotów. Jak to funkcjonuje, wyjaśniają podane w ramkach opisy poszczególnych systemów. Są to cechy decydujące w twardej walce o uzyskanie sukcesu.
Sprężyny zaworowe
|
Chris Herring dyrektor sportowy Hondy
|
Do 2007 r. Honda stosowała technikę zbliżoną do seryjnej. W sezonie 2008 także my wykorzystamy zawory zamykane pneumatycznie.
|
|
Hayden walczył nie tylko z rywalami, ale również z wy- żyłowanym układem zaworowym swojej Hondy.
|
W pierwszym roku obowiązywania pojemności 800 cm3 Honda i Yamaha stosowały sterowanie zaworami (1) podobne do tego z większości silników sportowych. Znaczy to, że za otwieranie odpowiadały wałki rozrządu (2) i szklankowe popychacze (3), a za zamykanie – sprężyny śrubowe. To rozwiązanie z jednej strony korzysta z dziesiątków lat doświadczeń z zakresu wysokich mocy (na rysunku seryjna głowica cylindrów), ale z drugiej – cierpi z powodu „wady genetycznej” (sprężyny zaworowe nie zawodzą do około 18 000 obr/min; powyżej tej granicy barierą stają się masa elementów ruchomych, siła zamykająca i drgania rezonansowe sprężyny – wszystko to zwiększa tarcie wewnętrzne silnika i moc traconą na układ rozrządu). |
Szklankowe popychacze zwiększają masy ruchome nawet o 25% w porównaniu z typowymi rozwiązaniami z dźwigienkami wleczonymi. W zamian poprawiają prowadzenie zaworów, które nie są narażone na działanie sił bocznych. Sprężyna ma swoją masę i przyczynia się do zwiększenia bezwładności systemu. 40 czy 50 gramów masy stawia przy ruchu odbywającym się w czasie kilku tysięcznych sekundy – tyle trwa zamykanie zaworu – olbrzymi opór. Szczególnie przy ostrych czasach sterowania trzeba stosować twarde sprężyny, niepozwalające zaworowi oderwać się od krzywki wałka rozrządu. Ma to swoje granice i limituje możliwe przebiegi otwarcia zaworów oraz wymaga długiego, wspólnego otwarcia zaworów wlotowych i wylotowych, jeżeli nie chce się zrezygnować z dobrego napełnienia komory spalania. W efekcie rosną straty na płukanie, a tym samym zużycie paliwa. Rośnie ono szczególnie w średnim zakresie obrotów, gdy mimo niskiej mocy opory otwierania zaworów są duże. Żeby nie było nieporozumień – wszystko to dzieje się w zakresach, w których motocykle seryjne pracują jak szwajcarskie zegarki.
Układy rozrządu wszystkich producentów są konstrukcyjnie bardzo do siebie podobne. W silnikach do MotoGP wszystkie zawory otwierają się od strony wydechu o około 13 mm, a od strony dolotu o 15 mm. W porównaniu z silnikami seryjnymi są to olbrzymie wartości. We wszystkich „800” pracują po dwa zawory dolotowe o średnicach od 33 do 36 mm i po dwa zawory wydechowe o średnicach od 26 do 29 mm. Kąty rozwarcia zaworów wynoszą około 18O. Wszystkie cztery zawory każdego z cylindrów wykonano ze stopów tytanu, zawierających aluminium i wanad. Czysty tytan nie wytrzymałby długo olbrzymiego obciążenia, ponieważ w przejściu między grzybkiem a trzonkiem zawory wydechowe rozgrzewają się do temperatury ponad 700 OC. Prowadnice zaworów i gniazda wykonano ze stopów miedzi, wzmocnionych berylem lub tlenkami aluminium. Dzięki dobremu przewodnictwu odprowadzają one ciepło z krytycznych obszarów zaworów, a oprócz tego są wystarczająco stabilne, aby wytrzymać wielkie obciążenia występujące zwłaszcza w układach pneumatycznych. Są one spowodowane tym, że w przeciwieństwie do innych systemów zawory nie obracają się w czasie pracy.
Olbrzymie obroty oraz ich ekstremalne wahania – np. przy szybkiej redukcji biegów – wymagają ich niezawodnego przetworzenia. Wałki rozrządu i wały korbowe zachowują się przy tym jak drążki skrętne w zawieszeniu – wpadają w drgania skrętne wzdłuż osi. Na szczęście, ich częstotliwość jest minimalna. Łańcuchy napędzające rozrząd, stosowane w prawie każdym seryjnym motocyklu, mogą przy tym wpaść w rezonans. Jest to bardzo niebezpieczne, gdy weźmie się pod uwagę, że przy sprężaniu grzybki zaworów dzielą od zbliżających się tłoków zaledwie dziesiąte części milimetra. Ich styk spowodowałby zniszczenie silnika. We wszystkich silnikach czterosuwowych wałki rozrządu mają dwukrotnie mniejszą prędkość obrotową od wału korbowego. Redukcję obrotów uzyskuje się przez zastosowanie kół zębatych o prostym uzębieniu. W zwartych silnikach koła zębate są tak rozmieszczone, że możliwe jest zastosowanie kół o małych średnicach. Zmniejsza to moment bezwładności układu rozrządu i wymiary silnika. To wszystko zastosowano w Hondach i Yamahach, ale niestety zbyt konserwatywnie. Próby ratowania sytuacji, podjęte w połowie sezonu, spowodowały uszkodzenia silników. Podobno Yamaha eksperymentowała nawet z czterema różnymi konfiguracjami głowic. W 2008 roku prawdopodobnie – tak jak i Honda – zastosuje pneumatyczne sprężyny zaworowe.
Za mało prawdopodobne uznajemy, że Honda zastosuje rozrząd desmodromiczny. Prędzej można się spodziewać, że w sezonie 2008 zostaną zastosowane układy zmiennych faz rozrządu. Zarówno Honda, jak i Yamaha zastanawiają się nad dynamiczną zmianą czasów zaworowych – przy zastosowaniu skręcanych wałków rozrządu – lub nad regulacją krzywych wzniesienia zaworów – przez wyłączanie krzywek lub zmianę ich skoku.