Ο Δρ. Schnürle και η εξέλιξη των δίχρονων μηχανών μεθανόλης -Το Schnürle porting


18/10/2014

Ίσως πλέον στα μοντελοδρόμια να συναντάμε όλο και πιο σπάνια δίχρονες μηχανές μεθανόλης. Και αυτές τις βλέπουμε περισσότερο σε εκπαιδευτικά αερομοντέλλα, κυρίως νέων στο χόμπυ αερομοντελιστών. Οι περισσότερες μηχανές είναι πια τετράχρονες μηχανές μεθανόλης ή δίχρονοι βενζινοκινητήρες, στα μεγαλύτερα μοντέλλα. Ωστόσο, οι δίχρονες μηχανές μεθανόλης που επικρατούσαν για πολλές δεκαετίες στο χόμπυ μας, αποτελούν ένα σημαντικό κομμάτι της ιστορίας του αερομοντελισμού και αξίζει να γνωρίζουμε λίγα πράγματα γι αυτές.

Το άρθρο που ακολουθεί, είχε δημοσιευτεί στην τότε Αερομοντελιστική Εφημερίδα (www.airmodelling.gr), στο τεύχος του Νοεμβρίου 2005.



Στην αρχή λοιπόν, τα πράγματα με τους δίχρονους κινητήρες ήταν απλά: Μια θυρίδα εισαγωγής, μια εξαγωγής και αυτό ήταν όλο! Το ίδιο ίσχυε και για τις δικές μας αερομοντελιστικές δίχρονες μηχανές.

Το εγγενές όμως μειονέκτημα των δίχρονων μηχανών -παρά την απλότητα της λειτουργίας τους- ήταν και είναι η μεγάλη κατανάλωση καυσίμου! Καθώς στον 2ο κύκλο του κινητήρα  γίνονται ...πολλά πράγματα μαζί, δηλαδή η εκτόνωση και έξοδος των καυσαερίων, αλλά και η είσοδος του νέου μείγματος καυσίμου, είναι αδύνατον να μην ανακατευθεί μια ποσότητα του φρέσκου μείγματος με τα καυσαέρια. Και καθώς τα καυσαέρια απομακρύνονται βίαια από τον θάλαμο καύσεως μέσω της εξάτμισης, δημιουργούν μια σημαντική υποπίεση που "ρουφάει" το φρέσκο μείγμα προς την έξοδο, το οποίο άλλωστε πιέζεται ήδη προς τον θάλαμο καύσεως από το καθοδικά κινούμενο έμβολο.





Στην παραπάνω εικόνα φαίνεται ο κλασσικός δίχρονος κινητήρας στον 2ο κύκλο του, όπου γίνεται η εκτόνωση και η έξοδος των καυσαερίων, καθώς και η είσοδος του φρέσκου μείγματος (δεξιά στο σχήμα με μπλε χρώμα).

 Όπως διαπιστώνουμε, τίποτα δεν εμποδίζει το φρέσκο μείγμα να κατευθυνθεί προς την έξοδο (εξάτμιση) και να βγει με τα καυσαέρια. Εξ άλλου αυτό, ως ένα σημείο, είναι και αναγκαίο κακό, αφού το φρέσκο μείγμα πρέπει να καθαρίσει τον θάλαμο καύσεως από τα καυσαέρια.

Εξ ου και το εγγενές ελάττωμα του δίχρονου κινητήρα να έχει μεγάλη κατανάλωση!  Ένα ποσοστό του νεο-εισερχόμενου μείγματος χάνεται  υποχρεωτικά!

Όλα αυτά λοιπόν έχουν σαν αποτέλεσμα, μια σημαντική ποσότητα του φρέσκου μείγματος να βγει μαζί με τα καυσαέρια στην ατμόσφαιρα, πράγμα που με την σειρά του σημαίνει ότι όχι μόνο έχουμε αυξημένη κατανάλωση, αλλά και απώλεια ισχύος, καθώς  ένα ποσοστό του εισερχόμενου μείγματος δεν θα καεί και δεν θα αποδώσει ισχύ!

Από την αρχή κιόλας οι κατασκευαστές προσπάθησαν να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα με διάφορους τρόπους. Αρχικά με τον "χρονισμό" της μηχανής. Όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα, πρώτα αποκαλύπτεται (ανοίγει) το άνοιγμα της θυρίδας εξαγωγής και μετά της εισαγωγής. Έτσι -θεωρητικά τουλάχιστον- πρώτα απομακρύνονται τα καυσαέρια και μετά γίνεται η είσοδος του φρέσκου μείγματος. Τίποτα όμως δεν εμποδίζει το φρέσκο μείγμα να κατευθυνθεί και αυτό προς την έξοδο, όταν και οι δυο θυρίδες  είναι ταυτόχρονα ανοιχτές!




Ο χρονισμός μιας δίχρονης μηχανής. Εκεί που σας έχουμε κάνει στο σχήμα με απαλό μπλε μαρκαδόροσυμπίπτει ανοιχτή η θυρίδα εισαγωγής με την θυρίδα εξαγωγής.
Στο συγκεκριμμένο παράδειγμα είναι  35 μοίρες περίπου, αλλά αυτό μπορεί να διαφέρει από κατασκευαστή σε κατασκευαστή.



Δείτε στην επόμενη φωτογραφία την προσπάθεια που έκαναν οι κατασκευαστές με την ειδική διαμόρφωση του εμβόλου της μηχανής,φτιάχνοντας  ένα μικρό  "σκαλοπάτι". Πρόκειται για μια μηχανή OS-MAX της εποχής του1965, την θρυλική OS-PET 099! (κυβισμός-1.5 cc)  Με αυτήν πετάξαμε πολλά CONTROL-LINE μοντέλλα την εποχή του 1968-1970 και δουλεύει ακόμα μια χαρά! (με "σπιτικό" καύσιμο 75-25 βέβαια!)






Με το σκαλοπάτι αυτό η θυρίδα εισαγωγής δεν είναι ακριβώς απέναντι από την θυρίδα εξαγωγής, αλλά λίγο πιο κάτω. Έτσι το εισερχόμενο μείγμα δεν βρίσκεται ακριβώς έναντι του "χάσματος" της εξαγωγής και δεν είναι τόσο εύκολο -ας πούμε- να κατευθυνθεί άμεσα προς την έξοδο, όταν και οι δυο θυρίδες είναι ταυτόχρονα ανοιχτές. Σε αυτό συμβάλλει η μορφή του εμβόλου με  το σκαλοπάτι, που ανακατευθύνει το μείγμα προς τα επάνω και όχι προς την εξαγωγή.

Ένα σημαντικό μειονέκτημα όμως αυτής της διαμόρφωσης ήταν το μεγάλο βάρος του εμβόλου: Το επάνω μέρος του εμβόλου ήταν πιο χοντρό και το σκαλοπάτι γινόταν με "σκάψιμο" της άνω επιφάνειας του. Η μάζα του εμβόλου όμως παίζει μεγάλο ρόλο, μην ξεχνάτε ότι παλινδρομεί και αλλάζει κατεύθυνση 2x13.000 φορές το λεπτό!  Προσπαθούμε λοιπόν όσο μπορούμε να αποφεύγουμε τις μεγάλες μάζες αδρανείας.

Η αρχή αυτή λειτουργίας τροποποιήθηκε λίγο αργότερα προς το πιο αποδοτικό, με τον τρόπο που βλέπετε στην επόμενη φωτογραφία. Πρόκειται για μια μηχανή OS-MAX .40 του 1968, που λειτουργεί ακόμα και σήμερα άψογα στο εκπαιδευτικό αεροπλάνο ενός φίλου!  

 Όπως βλέπετε, επάνω στο πιστόνι υπάρχει ένα διάφραγμα, ένα "baffle" όπως λέγεται,  που εμποδίζει την απ ευθείας προς την έξοδο πορεία του καυσίμου και το ανακατευθύνει προς τα επάνω!





Αν και η  αρχή αυτή λειτούργησε αρκετά καλά,  είχε ακόμα δυο σοβαρά μειονεκτήματα:

- Το 1ο μειονέκτημα

Καθώς το καύσιμο (και το λάδι) χτυπούσαν με δύναμη προς τα επάνω, προς την κεφαλή του κυλίνδρου, κρύωναν και έσβηναν το μπουζί. Έτσι, αυτές οι μηχανές είχαν διάφορα προβλήματα λειτουργίας, όπως όχι και τόσο αξιόπιστο ρελαντί, δεν μπορούσαν να δουλέψουν με τον κύλινδρο τοποθετημένο προς τα κάτω (όλες οι μηχανές άλλωστε δυσκολεύονται λίγο σε αυτή την θέση) κλπ.  Μια λύση που εφαρμόστηκε, ήταν το μπουζί με την μπάρα , βλέπε φωτογραφία πιο κάτω.

Η μπάρα αυτή ονομάστηκε "idle-bar" δηλαδή "μπάρα ρελαντί", ακριβώς επειδή -υποτίθεται- βοηθούσε τη μηχανή να έχει καλύτερο ρελαντί.




Το μπουζί με "idle-bar". Τώρα έχουν  καταργηθεί αυτού του είδους τα μπουζί.

Οι λίγο παλιότεροι πιθανόν να  θυμούνται αυτά τα μπουζί. Βγαίνουν ακόμα και τώρα από την FUJI, αλλά δεν γνωρίζω αν εφαρμόζονται πλέον σε κάποιες μηχανές. Διαβάσαμε σε διεθνή FORUM ότι οι MDS λειτουργούν καλύτερα με αυτά, αλλά άλλοι χρήστες το διαψεύδουν.

 Το 2ο μειονέκτημα:

Και πάλι η μάζα του baffle που είχε προστεθεί στο πιστόνι! Ελάχιστη θα πείτε και σίγουρα μικρότερη από το πιστόνι με το "σκαλοπάτι",  αλλά φανταστείτε αυτό το πιστόνι να παλινδρομεί 2x13.000 φορές το λεπτό! Και η ελάχιστη μάζα αδρανείας παίζει ρόλο ! Και επί πλέον θα παρατηρήσατε ότι το baffle δεν είναι καν συμμετρικά τοποθετημένο επάνω στο έμβολο, είναι "παράκεντρο", ακόμα χειρότερα δηλαδή!

Εν πάσει περιπτώσει, αυτά συνέβαιναν στις μηχανές μας περίπου το 1965-1968. Κάποιες μηχανές OS-MAX με "baffle" στο πιστόνι, συνέχισαν να βγαίνουν μέχρι και το 1984.

Ας πάμε όμως αρκετά παλιότερα για να δούμε τι σκέφθηκε ο ευφυής Γερμανός Μηχανικός, ο Δρ. Schnürle. Το 1925 λοιπόν, στο μεσοπόλεμο, ο Schnürle  πατεντάρισε μια απλή όσο και αποδοτική ιδέα: Αντί για μια θυρίδα εισαγωγής, αυτός έβαλε δυο θυρίδες εισαγωγής, τη μια απέναντι από την άλλη. Έτσι τα δυο ρεύματα του φρέσκου μείγματος όχι μόνο δεν κατευθύνονταν άμεσα προς την εξαγωγή,  αλλά  καθώς συγκρούονταν και  μεταξύ τους και ανακατεύονταν, ανεκόπτετο η "ακάθεκτη" πορεία τους προς την έξοδο!





Σε αυτό το σχήμα- όπως κοιτάμε τον κύλινδρο σε τομή από πάνω-φαίνονται οι δυο θυρίδες Schnürle  και η θυρίδα "Boost".Δείτε πως τα δυο ρεύματα από τις θυρίδες Schnürle κατευθύνονται κατά πάνω στο ρεύμα του μείγματος που βγαίνει από την θυρίδα Boost.Έτσι το μείγμα δεν μπορεί να διαφύγει άμεσα και ελεύθερα προς την έξοδο.


Αν προσέξετε το παραπάνω σχήμα, θα δείτε ότι οι θυρίδες Schnürle έχουν μια μικρή κλίση  σε κατεύθυνση αντίθετα  προς την θυρίδα εξαγωγής και με κατεύθυνση προς την "Boost Port"

Τελικά, αυτή η αρχή λειτουργίας φάνηκε πολύ αποδοτική και άρχισε να εφαρμόζεται και στις δικές μας αερομοντελιστικές μηχανές, αλλά πολύ αργότερα, αρχές  του '70.





Σήμερα όλες οι δίχρονες αερομοντελιστικές μηχανές είναι πλέον  "Schnürle ported".


Γιώργος Καρασούλας