(VIDEO) Ingineria aproape complet uitată a motoarelor pătrate în 4 cilindri era bizară, dar fascinant de interesantă

În lumea motocicletelor există o variaţie enormă de arhitecturi ale motoarelor, pornind de la faptul că şi motoare în doi timpi, şi cele în patru timpi sunt populare, şi continuând cu faptul că amplasamentul cilindrilor poate fi foarte variat, de la cei în linie sau în formă de V până la motoarele boxer. Dar o arhitectură aproape complet uitată e cea a motoarelor „pătrate”, în 4 cilindru, care aveau o inginerie bizară, dar fascinant de interesantă.

Zicem complet uitată pentru că aceste motoare nu prea mai există printre noi decât pe unele modele de colecţie. Primul şi cel mai renumit asemenea motor a fost conceput şi fabricat de producătorul britanic Ariel între anii 1931 şi 1959. Era un motor în 4 timpi, conceput de inginerul Edward Turner şi echipa sa, care a fost produs în mai multe ipostaze de-a lungul timpului, de 500, 600 şi aproape 1.000 cm cubi, cu putere cuprinsă între 25 CP la început şi 45 CP către sfârşitul carierei sale.

Ingineria cu totul deosebită a acestui motor pornea de la amplasamentul cilindrilor său, în „pătrat”, adică doi câte doi, într-o simetrie perfectă.

Această amplasare a cilindrilor e cea mai compactă formă de a amplasat 4 cilindri într-un motor, motorul fiind de două ori mai scurt decât unul cu 4 cilindri în linie şi aproximativ de două ori mai îngust decât un V2. Iar această amplasare îi asigură motorului şi o funcţionare foarte echilibrată în mod natural.

Parte superioară e blocului era complet plată, iar toţi cilindri erau complet verticali în interiorul blocului, deci nu există o înclinare diferită a acestor, asemeni unui motor VR, spre exemplu, şi nici nu exista o amplasare în zigzag a lor în bloc.

Asta însemna că toate pistoanele culisau exact pe verticală, ceea ce impunea prezenţa a doi arbori cotiţi, care erau sincronizaţi între ei prin roţi dinţate. Faptul că arborii cotiţi sunt conectaţi prin roţi dinţate le impune să se învârtă în direcţie inversă unul faţă de celălalt.

Iar motorul era conceput astfel încât cilindrii de pe diagonală să se mişte simultan, echilibrând eficient întregul bloc în acest mod. Întrucât vorbim de un motor în 4 timpi, un eveniment de combustie are loc la fiecare 180 grade de turaţia a arborelui cotit. Faptul că cei doi arbori sunt sincronizaţi prin roţi dinţate asigură aceeaşi inerţie ca şi la un motor cu 4 cilindri în linie, astfel încât fiecare cilindru să poată avea un eveniment de combustie la acelaşi interval.

Această arhitectură impunea o amplasare foarte diferită şi a ţevilor de eşapament, iar sunetul motorului era atipic, pe alocuri asemănător cu un V2 ce ar suna pe o tonalitate mai înaltă, cu mici accente de boxer.

Un efect secundar al acestei arhitecturi era că, pe lângă echilibrarea reciprocă a forţelor, faptul că doi cilindri de pe fiecare din părţi erau sincronizaţi să se afla întotdeauna în părţi opuse, crea un soi de forţă de rotire pe care jumătate, care se echivala pe o parte şi cealaltă, dar în final rezultat într-o vibraţie mică în urma unei forţe rotative orizontale.

La motoare obişnuite, rotirea arborelui cotit dă un efect giroscopic, prin care creează o rezistenţă la agilitatea acestei, prin tendinţa de a rămâne complet verticală. La motorul pătrat, cei doi arbori cotiţi care au direcţie inversă îşi anulează reciproc efectul giroscopic. Asta le dădea motocicletelor o senzaţie e agilitate crescut, fiind mai uşoare în a se lăsa pe o parte sau alta în timpul condusului.

Motocicletele Ariel, în momentul apariţiei acestui nou motor, erau anunţate drept cele mai puternice din lume, iar senzaţiile de condus erau într-adevăr superbe.

Dar existau, bineînţeles, şi efecte secundare, mai puţin pozitive, car au stăvilit răspândirea acestor motoare. În primul rând, era vorba despre răcire. Primii doi cilindri din faţă, aveau parte de curenţi de aer pentru răcire, dar nu şi cei din spate. Asta făcea ca uneori cilindrii din spate să se supraîncălzească. Astăzi, însă, răcirea cu lichid ar rezolva uşor această problemă, spre deosebire de răcirea cu aer din conceptul original.

O altă problemă era admisia. Fiecare cilindru avea două supape, cele de evacuare fiind în exteriorul motorului, iar cele de admisie în interior. Din cauza valvelor, tacheţilor şi arborilor cu came, rămânea puţin spaţiu pentru galeria de admisie, iar la motoarele Ariel era o singură galerie îngustă, cu un singur carburator.

Din această cauză, motoarele erau reglate pentru cuplu mare la turaţii joase, şi nu prea puteau atinge turaţii foarte ridicate, din lipsă de flux suficient de aer.

Din acest motiv, mult mai târziu, în anii 1980, atunci când Suzuki a creat propriul motor „pătrat”, niponii au ales să-l facă în doi timpi, pentru a putea monta galerii cu manşe de admisie mai mari şi mai simplu.

Un youtuber inginer, care a intrat de curând în profunzimea istorică şi inginerească a acestor motoare, spune că ele ar avea foarte mult sens azi, chiar şi în rol de propulsoare mici cu rol de range extender, sau în configuraţie biturbo. Răcirea e uşor rezolvabilă, la fel ca şi admisia, de evoluţiile dintre timp.

El mai spune că, facă s-ar asigura un interval de combustie de 270 grade pe aceeaşi linie, atunci cilindrii s-a echilibra aproape perfect, în mod similar cu motoarele în 6 cilindri, doar că folosind doar 4 cilindri.

De ce n-a fost aplicată anterior o asemenea soluţie? Pentru că în lipsa proiectărilor computerizate actuale, proiectarea şi definitivarea unui arbore cotit cu o asemenea deviere era dificilă şi scumpă pentru a atinge echilibrul dorit. Acum, însă, toate astea ar putea fi făcute mult mai uşor, fără o deviere mare de coturi faţă de arborii mai simpli. Iar această inginerie aproape complet uitată ar putea astfel reveni într-o formă modernă captivantă, dar s-ar încumete cineva să exploreze din nou această arhitectură.

Vezi totul în video-ul de mai jos.