Zašto je došlo do povlačenja vazdušnog hlađenja i zašto zapravo rebra za hlađenje polako nestaju

Vazdušno hlađeni motori oblikovali su izgled klasičnih motocikala. Danas dominira vodeno hlađenje – ne zbog ekoloških propisa, već zbog jasnih tehničkih prednosti. Zašto je oproštaj od rashladnih rebara neizbežan – i šta se time gubi?

Vodeno hlađenje – superiorno rešenje?

Vodeno hlađenje se u modernim motociklima tehnički jasno nametnulo, iako vazdušno hlađeni motori i dalje bude nostalgiju. Nekada su bili simbol karaktera, raznovrsnosti i mehaničke iskrenosti, ali su ih postepeno potisnuli kompaktniji dvocilindrični motori, koji izgledaju ujednačenije. Prelazak na vodeno hlađenje nije diktiran ekološkim standardima, već potrebom za većom snagom, manjom masom i boljim voznim osobinama.

Problemi čistog vazdušnog hlađenja

Često se može čuti tvrdnja da vazdušno hlađenje ne može zadovoljiti savremene standarde emisije gasova i buke, ali to nije u potpunosti tačno. U osnovi, vazdušno hlađenje može odvoditi dovoljno toplote iz motora. Na kraju krajeva, i kod vodenog hlađenja, toplota se ipak oslobađa u vazduh – samo preko hladnjaka. Međutim, zbog veće površine za odvođenje toplote i pozicije hladnjaka u vazdušnom strujanju, hlađenje je ovde znatno efikasnije.

Kod snage do 100 kW po litru zapremine, vazdušno hlađenje obično je dovoljno za efikasan odvod toplote. Klasični primeri su stari Suzukijevi četvorocilindraši GSX iz 1980-ih, ali i BMW-ov vazdušno hlađeni bokser motor 1.200 cm³. Međutim, kod većih snaga po litru zapremine vodeno hlađenje postaje neophodno.

Kritične tačke hlađenja

Ključni problem nije ukupni odvod toplote, već hlađenje najtoplijih zona u glavi cilindra. Područje između ventila i svećice (takozvani most između ventila) je najopterećenija zona, gde temperatura može preći 250 °C, što dovodi aluminijumsku leguru do granica njene čvrstoće.

Dodatni problem je velika temperaturna razlika između usisnog i izduvnog ventila, koja se stalno menja u ritmu sagorevanja, stvarajući toplotne napone. Kod vazdušnog hlađenja, ove kritične tačke ostaju nedovoljno rashlađene, jer vazdušni tok ne može dopreti duboko u glavu cilindra.

Kako se problem rešava?

Kako bi poboljšali hlađenje ovih kritičnih zona, mnogi vazdušno hlađeni motori koriste dodatno uljno hlađenje. Na primer:

• BMW-ovi bokser motori dobijali su uljno hlađenje izduvnog dela.
• Suzuki serije GSX i moderni Harley-Davidsonovi V2 motori imaju uljno hlađenje određenih područja kako bi se temperatura ravnomernije rasporedila.

Time se postiže efikasniji odvod toplote, smanjuju se vršne temperature i omogućava duži vek trajanja materijala.

Prednosti tečnostnog hlađenja

Kod BMW-ovih klasičnih bokser motora, koji su izloženi strujanju vazduha, hlađenje je povoljno rešeno. Međutim, kod modernih „Water-Boxer“ motora, gde glava cilindra nije optimalno izložena vazduhu, vodeno hlađenje postaje neizbežno.

Ova konstrukcija omogućava bolju kontrolu temperature, veću snagu i duži radni vek, ali sa sobom nosi i gubitak mehaničke jednostavnosti i karakterističnog izgleda klasičnih vazdušno hlađenih motora.

Enduro motocikli – bolji sa vodenim hlađenjem

I kod jednocilindričnih enduro motocikala, vodeno hlađenje se uprkos povećanoj masi nametnulo kao standard. Razlozi su dvojaki:

1. Raste specifična snaga po litru zapremine, što povećava potrebu za efikasnim hlađenjem.
2. Pri sporoj vožnji ili ako su rashladna rebra zaprljana, odvođenje toplote nije zagarantovano, što može negativno uticati na pouzdanost i dugotrajnost motora.

Problemi sa vazdušnim hlađenjem kod rednih četvorocilindraša

Kod rednih četvorocilindričnih motora dolazi do još jednog problema – dimenzija agregata. Zbog rashladnih rebara, prečnik cilindara kod vazdušno hlađenih motora je veći, što otežava kompaktnu izradu. To dovodi do toga da su ovi motori duži ili širi, u zavisnosti od konstrukcije. Posledica je ne samo povećanje gabarita, već i dodatna masa zbog većeg kućišta motora.

Kod supersportskih motocikala, gde je svaki gram važan, to je neprihvatljivo. Kada se uzmu u obzir svi efekti, težina vazdušno hlađenog motora može biti veća nego kod motora sa vodenim hlađenjem. Dodatni problem kod rednih četvorocilindraša je nedovoljno hlađenje unutrašnjih cilindara, jer su manje izloženi strujanju vazduha.

Vazdušno hlađenje i emisija izduvnih gasova

U osnovi, emisije gasova kod vazdušnog hlađenja ne moraju biti lošije u odnosu na vodeno hlađenje – čak postoje i određene prednosti:

• Cilindri se brže zagrevaju, što može smanjiti emisiju ugljovodonika (HC) i skratiti fazu zagrevanja, tokom koje su emisije najviše.

Međutim, postoje i nedostaci:

• Veće razlike u zazoru klipa i cilindra, što dovodi do veće deformacije cilindra tokom rada.
• Povećane nepravilnosti u obliku cilindara, što može uticati na sagorevanje.
• Kod vazdušnog hlađenja, zbog većih zazora, dolazi do efekta „gašenja plamena“ u uskim prostorima između klipa i zida cilindra, što utiče na sagorevanje i emisije.

Ipak, generalizacija nije laka, jer su ovo specifični fenomeni koji zavise od svakog pojedinačnog motora. Pouzdani podaci o ovom pitanju trenutno nisu dostupni.

Budućnost vazdušnog hlađenja

Teško je precizno proceniti koliko neujednačene temperature zidova cilindara kod vazdušno hlađenih motora utiču na emisije. Međutim, moguće je da je ovaj uticaj zanemarljiv ili vrlo mali.

Ipak, kako budući propisi o emisijama postaju stroži, i najmanji faktori mogu postati odlučujući. Na duže staze, vreme neumitno radi protiv vazdušnog hlađenja.

Što se tiče emisije azotnih oksida (NOx) i ugljen-monoksida (CO), sama tehnologija hlađenja verovatno nema značajan uticaj na njih.

Vazdušno hlađenje i problematika buke

Na zvuk usisa i izduva način hlađenja motora nema uticaj, ali vazdušno hlađenje značajno povećava mehaničku buku. Što su stroži propisi o buci i što motor radi na višim obrtajima, mehanička buka postaje kritičnija.

Pri merenju buke uzima se ukupni nivo zvuka, koji uključuje:

• Buku usisne kutije i izduvnog sistema
• Buku prilikom kotrljanja guma po podlozi
• Mehaničku buku motora, menjača i prenosa točka

Kod izduva i usisa, proizvođači su već blizu granica kada je reč o smanjenju buke – dalje prigušivanje bi smanjilo snagu motora. Zato se, pri nižim dozvoljenim nivoima buke, mehanička buka motora ističe još više.

Tu je vazdušno hlađenje u nepovoljnom položaju, jer rashladna rebra povećavaju površinu sa koje se zvuk širi, čineći motor glasnijim. Takođe, zazor između klipa i cilindra kod vazdušno hlađenih motora je veći, što povećava mehaničku buku klipova.

S druge strane, vodeno hlađenje pruža dodatnu zvučnu izolaciju jer tečnost apsorbuje deo vibracija. Ravnomernija raspodela temperature omogućava manje zazore između pokretnih delova, što smanjuje mehaničku buku.

Vazdušno hlađenje, mehanika motora i habanje

I u pogledu trajnosti i pouzdanosti, vazdušno hlađeni motori imaju nedostatke u odnosu na vodeno hlađene:

• Veća temperaturna neujednačenost dovodi do većih zazora u ležajevima, što povećava habanje.
• Veći zazor klipa i cilindra povećava trošenje.
• Nepravilan oblik cilindara kod vazdušnog hlađenja doprinosi većem curenju gasova i povećanoj potrošnji ulja.
• Glava cilindra se kod vazdušno hlađenih motora jače zagreva, a temperatura je raspoređena nepovoljno, što može izazvati toplotne napone i čak pukotine kod dugotrajne eksploatacije.
• Sedišta ventila su jače opterećena, što uzrokuje brže habanje ventila i njihovih ležišta.

Vazdušno hlađenje i snaga motora

Zbog lošijeg odvođenja toplote, vazdušno hlađeni motori nisu pogodni za ekstremno visoke snage. Pored problema sa mehanikom, habanjem i bukom, oni ne mogu da postignu iste snage po litru zapremine kao vodeno hlađeni motori.

Glavni razlog je što je temperatura u usisnom području viša, pa se usisna smeša više zagreva. To smanjuje gustinu vazduha i količinu kiseonika u cilindru, što dovodi do lošijeg punjenja cilindra i manjeg razvoja snage.

U poređenju sa vodeno hlađenim motorima iste zapremine, vazdušno hlađeni motori imaju nižu maksimalnu snagu, što ih čini zastarelim za moderne visoko-performantne primene.

MotoRepublika

(258)

Чланак Zašto je došlo do povlačenja vazdušnog hlađenja i zašto zapravo rebra za hlađenje polako nestaju се појављује прво на Auto Republika.