Λύσεις — Ενότητα 05: Κυλινδροκεφαλή (σελ. 81) – ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 05: Κυλινδροκεφαλή

Λύσεις στις 5 ερωτήσεις του §4.2: ο προορισμός και η κατασκευή της κυλινδροκεφαλής, τα υλικά κατασκευής της (χυτοσίδηρος, κράματα αλουμινίου, πειραματικά χαλκός) με τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των κραμάτων αλουμινίου, οι παράγοντες που καθορίζουν το σχήμα της, και ο τρόπος σφιξίματος/λυσίματος της κυλινδροκεφαλής επάνω στο σώμα των κυλίνδρων.

Ο προορισμός της κυλινδροκεφαλής

Ερώτηση: Ποιος είναι ο προορισμός της κυλινδροκεφαλής;

Απάντηση:

• Ποιος είναι ο προορισμός της κυλινδροκεφαλής;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η κυλινδροκεφαλή ή κεφαλή των κυλίνδρων (καπάκι) είναι ένα ολόσωμο μεταλλικό κομμάτι που τοποθετείται στερεά, με μπουζόνια (αμφικόχλια) ή βίδες, επάνω στο σώμα των κυλίνδρων· ανάμεσα στο σώμα και την κεφαλή τοποθετείται μια ειδική φλάντζα, ώστε να εξασφαλίζεται η απαιτούμενη στεγανότητα. Ο βασικός προορισμός της είναι να κλείνει το επάνω μέρος του σώματος των κυλίνδρων και, μαζί με το έμβολο, να σχηματίζει τον θάλαμο καύσης, ενώ διαθέτει και τις θέσεις όπου εδρεύουν οι βαλβίδες. Παράλληλα, η κυλινδροκεφαλή φιλοξενεί στο εσωτερικό της πολλά κρίσιμα στοιχεία της λειτουργίας του κινητήρα: τους αγωγούς του λαδιού για τη λίπανση, τους θαλάμους του νερού για την ψύξη, τους αγωγούς εισαγωγής του μίγματος και εξαγωγής των καυσαερίων, τις υποδοχές για τα μπουζί ή τους εγχυτήρες, καθώς και διάφορες υποδοχές για μηχανισμούς ή εξαρτήματα που στερεώνονται επάνω της, όπως ο πληκτροφορέας ή ο εκκεντροφόρος (όταν αυτός είναι επικεφαλής).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κλείνει το σώμα των κυλίνδρων, σχηματίζει τον θάλαμο καύσης και φιλοξενεί βαλβίδες, αγωγούς λαδιού/νερού/μίγματος/καυσαερίων και υποδοχές μπουζί/εγχυτήρων

Τα υλικά κατασκευής της κυλινδροκεφαλής

Ερώτηση: Από ποια υλικά κατασκευάζεται η κυλινδροκεφαλή;

Απάντηση:

• Από ποια υλικά κατασκευάζεται η κυλινδροκεφαλή;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Παλαιότερα οι κυλινδροκεφαλές κατασκευάζονταν από χυτοσίδηρο. Σήμερα, όμως, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο διάφορα κράματα αλουμινίου, τα οποία έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τον χυτοσίδηρο (καλύτερη θερμική αγωγιμότητα, μικρότερο βάρος, μεγαλύτερη αντοχή σε θερμοκρασιακές μεταβολές, ευκολότερες κατεργασίες), γι' αυτό και έχουν επικρατήσει στις σύγχρονες κατασκευές, παρά τα μειονεκτήματά τους (κόστος, διαστολή, μαλακότητα, διάβρωση). Ως υλικό κατασκευής κεφαλών έχει χρησιμοποιηθεί, πειραματικά, και κράμα χαλκού, με αρκετά καλά αποτελέσματα, χωρίς όμως να έχει καθιερωθεί όσο ο χυτοσίδηρος και τα κράματα αλουμινίου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χυτοσίδηρος (παλαιότερα) → κράματα αλουμινίου (σήμερα, κυρίαρχα) · πειραματικά και κράμα χαλκού

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κραμάτων αλουμινίου

Ερώτηση: Ποια τα πλεονεκτήματα και ποια τα μειονεκτήματα των κραμάτων αλουμινίου για την κατασκευή της κυλινδροκεφαλής;

Απάντηση:

• Ποια τα πλεονεκτήματα και ποια τα μειονεκτήματα των κραμάτων αλουμινίου για την κατασκευή της κυλινδροκεφαλής;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα κράματα αλουμινίου, σε σχέση με τον χυτοσίδηρο, έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα: (1) καλύτερη θερμική αγωγιμότητα, με αποτέλεσμα να μπορεί να δημιουργηθεί μεγαλύτερη σχέση συμπίεσης χωρίς αυτανάφλεξη· (2) μικρότερο βάρος, που στην όλη κατασκευή μπορεί να φτάσει μέχρι και 30%· (3) μεγαλύτερη αντοχή στις απότομες μεταβολές της θερμοκρασίας· (4) λόγω της μεγαλύτερης συμπίεσης και της καλύτερης ψύξης που επιτυγχάνεται, ο κινητήρας μπορεί να έχει μεγαλύτερη ισχύ και μικρότερη κατανάλωση καυσίμου· και (5) ευκολότερες μηχανικές κατεργασίες επάνω στην κυλινδροκεφαλή. Παράλληλα, όμως, υπάρχουν και σοβαρά μειονεκτήματα: (1) μεγαλύτερο κόστος παραγωγής· (2) μεγαλύτερος συντελεστής διαστολής, γεγονός που επιβάλλει μεγαλύτερες ανοχές στις τρύπες των κοχλιών στήριξης της κυλινδροκεφαλής (για ελευθερία στις διαστολές/συστολές) και στη συναρμογή της με τα άλλα εξαρτήματα· (3) το αλουμίνιο είναι μαλακότερο από τον χυτοσίδηρο, οπότε σε σημεία μεγάλης καταπόνησης, όπως οι έδρες και οι οδηγοί των βαλβίδων, πρέπει να προσαρμόζονται πρόσθετα κομμάτια από πιο ανθεκτικό υλικό· και (4) μεγαλύτερη πιθανότητα διάβρωσης στο χώρο κυκλοφορίας του ψυκτικού υγρού, μειονέκτημα που πρακτικά εξαφανίζεται με τη χρήση κραμάτων αλουμινίου με προσθήκη πυριτίου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Πλεονεκτήματα: θερμική αγωγιμότητα, βάρος (-30%), αντοχή σε θερμοκρασία, ισχύς/κατανάλωση, εύκολη κατεργασία. Μειονεκτήματα: κόστος, διαστολή, μαλακότητα (έδρες/οδηγοί βαλβίδων), διάβρωση

Από τι εξαρτάται το σχήμα της κυλινδροκεφαλής

Ερώτηση: Από τι εξαρτάται το σχήμα της κυλινδροκεφαλής;

Απάντηση:

• Από τι εξαρτάται το σχήμα της κυλινδροκεφαλής;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το σχήμα της κυλινδροκεφαλής δεν είναι τυχαίο, αλλά καθορίζεται από τρεις κυρίως παράγοντες. Πρώτον, από το σύστημα ψύξης του κινητήρα: αν ο κινητήρας είναι αερόψυκτος, η κυλινδροκεφαλή διαθέτει εξωτερικά πτερύγια, τα οποία αυξάνουν την επιφάνεια ψύξης και βοηθούν στην καλύτερη απαγωγή της θερμότητας. Δεύτερον, από τον αριθμό και τη θέση των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής, οι οποίες πρέπει να χωρούν και να λειτουργούν σωστά μέσα στην κυλινδροκεφαλή. Τρίτον, από τη διάταξη των κυλίνδρων του κινητήρα (π.χ. σε σειρά, σε V κ.λπ.), η οποία καθορίζει και τη γενικότερη γεωμετρία που πρέπει να έχει η κεφαλή για να «κλείνει» σωστά το σώμα των κυλίνδρων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σύστημα ψύξης (αερόψυκτος → πτερύγια), αριθμός/θέση βαλβίδων, διάταξη κυλίνδρων

Πώς γίνεται το σφίξιμο της κυλινδροκεφαλής

Ερώτηση: Πώς γίνεται το σφίξιμο της κυλινδροκεφαλής;

Απάντηση:

• Πώς γίνεται το σφίξιμο της κυλινδροκεφαλής;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το «σφίξιμο» (δέσιμο) της κυλινδροκεφαλής, όσο και αν φαίνεται απλό, είναι μία από τις πλέον βασικές εργασίες συντήρησης/επισκευής ενός κινητήρα, και ο κύριος κανόνας είναι ότι πρέπει να τηρούνται υποχρεωτικά οι προδιαγραφές και οι οδηγίες του κατασκευαστή. Μία κυλινδροκεφαλή μπορεί να «σφιχτεί» σε ένα ή περισσότερα στάδια, ζεστή ή κρύα: υπάρχουν οδηγίες για το σφίξιμο της κυλινδροκεφαλής όταν είναι κρύα, με συγκεκριμένη ροπή, και στη συνέχεια, σε ορισμένη (νέα) θερμοκρασία, για δεύτερο σφίξιμο με άλλη ροπή. Η κυλινδροκεφαλή πρέπει να σφίγγεται υποχρεωτικά και στα στάδια συντήρησης (service) που προτείνει ο κατασκευαστής — συνήθως αυτό γίνεται μία φορά, κατά την πρώτη συντήρηση του αυτοκινήτου, και αν η διαδικασία γίνει σωστά, αυξάνεται η διάρκεια ζωής του κινητήρα. Ως προς τη σειρά σφιξίματος, αυτό μπορεί να γίνει είτε χιαστί, είτε κυκλικά, ξεκινώντας και στις δύο περιπτώσεις από το κέντρο προς τα έξω, ώστε η κυλινδροκεφαλή να πιεστεί ομοιόμορφα στη φλάντζα. Το λύσιμο της κυλινδροκεφαλής ακολουθεί την αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή ξεκινά από τα έξω προς το κέντρο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή, σε στάδια (ζεστή/κρύα) με καθορισμένη ροπή· χιαστί ή κυκλικά, από το κέντρο προς τα έξω — το λύσιμο αντίστροφα