Λύσεις — Ενότητα 1.3: Περιγραφή – Λειτουργία Τμημάτων Τετράχρονων Βενζινοκινητήρων (σελ. 147-148) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 1.3: Περιγραφή - Λειτουργία Τμημάτων Τετράχρονων Βενζινοκινητήρων

Λύσεις στις 8 ερωτήσεις της ενότητας 1.3: λειτουργίες του στροφαλοθαλάμου, κατηγορίες εδράνων (ολίσθησης/κύλισης) και τα φορτία που παραλαμβάνουν, χρήση αυτορυθμιζόμενων εδράνων, Σωστό/Λάθος για τις απώλειες τριβής στα έδρανα κύλισης, αιτία μεγαλύτερης κατανάλωσης λιπαντικού στα έδρανα ολίσθησης, ορισμός και υλικά κατασκευής του στροφαλοφόρου άξονα, το εξάρτημα στο οποίο αποδίδεται τελικά η ισχύς του κινητήρα και ο ρόλος των αντίβαρων στο στροφαλοφόρο άξονα.

Λειτουργίες του στροφαλοθαλάμου

Ερώτηση: Ποιες είναι οι κύριες λειτουργίες του στροφαλοθάλαμου;

Απάντηση:

• §1.3.2. «Ο στροφαλοθάλαμος (crankcase) αποτελεί το βασικό τμήμα του κινητήρα καθώς μέσα σε αυτόν βρίσκονται οι μηχανισμοί που περιβάλλουν το στροφαλοφόρο άξονα καθώς και διάφορα άλλα εξαρτήματα. Οι κύριες λειτουργίες που προσφέρει είναι: (1) στηρίζεται αυτόνομα, (2) περιέχει τα έδρανα στα οποία περιστρέφεται ο στροφαλοφόρος άξονας, (3) προσφέρει χώρο για την αποθήκευση του λαδιού, (4) προσφέρει στήριξη σε διάφορους εσωτερικούς και εξωτερικούς μηχανισμούς του κινητήρα, (5) προσφέρει τις κατάλληλες υποδοχές για τη στήριξη του κινητήρα στο αεροσκάφος, (6) προσφέρει στήριξη για την προσαρμογή των κυλίνδρων και, λόγω της αντοχής και της στιβαρότητάς του, βοηθά στην ευθυγράμμιση του στροφαλοφόρου άξονα και των εδράνων του.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι κύριες λειτουργίες του στροφαλοθαλάμου είναι έξι: (1) στηρίζεται αυτόνομα, (2) περιέχει τα έδρανα στα οποία περιστρέφεται ο στροφαλοφόρος άξονας, (3) προσφέρει χώρο για την αποθήκευση του λαδιού, (4) προσφέρει στήριξη σε διάφορους εσωτερικούς και εξωτερικούς μηχανισμούς του κινητήρα, (5) προσφέρει τις κατάλληλες υποδοχές για τη στήριξη του κινητήρα στο αεροσκάφος, και (6) προσφέρει στήριξη για την προσαρμογή των κυλίνδρων, ενώ λόγω της αντοχής και στιβαρότητάς του βοηθά στην ευθυγράμμιση του στροφαλοφόρου άξονα και των εδράνων του.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Έξι λειτουργίες: αυτόνομη στήριξη, έδρανα στροφαλοφόρου, αποθήκευση λαδιού, στήριξη μηχανισμών, υποδοχές στο αεροσκάφος, στήριξη κυλίνδρων/ευθυγράμμιση

Κατηγορίες εδράνων και φορτία

Ερώτηση: Ποιες είναι οι κατηγορίες των εδράνων και τι φορτία παραλαμβάνουν;

Απάντηση:

• §1.3.3. «Τα φορτία που δέχονται κατά τη λειτουργία τους είναι ακτινικά, αξονικά ή συνδυασμός τους. Τα έδρανα διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τα έδρανα ολίσθησης (κουζινέτα) και τα έδρανα κύλισης (ρουλεμάν) ... Στα έδρανα ολίσθησης αναπτύσσεται τριβή ολίσθησης μεταξύ του άξονα (στροφέας) και του τμήματος του εδράνου με το οποίο έρχεται σε επαφή. Στα έδρανα κύλισης επιτυγχάνεται περιστροφή του στροφέα ως προς το εξωτερικό μέρος του εδράνου με την κύλιση των στοιχείων κύλισης ... Κατά την κύλιση των στοιχείων αναπτύσσεται τριβή κύλισης.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα έδρανα διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: τα έδρανα ολίσθησης (κουζινέτα), στα οποία αναπτύσσεται τριβή ολίσθησης μεταξύ του άξονα (στροφέα) και του τμήματος του εδράνου με το οποίο έρχεται σε επαφή, και τα έδρανα κύλισης (ρουλεμάν), στα οποία η περιστροφή επιτυγχάνεται με την κύλιση στοιχείων κύλισης, αναπτύσσοντας τριβή κύλισης. Και οι δύο κατηγορίες παραλαμβάνουν φορτία ακτινικά, αξονικά ή συνδυασμό τους.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Έδρανα ολίσθησης (τριβή ολίσθησης) και έδρανα κύλισης (τριβή κύλισης) — φορτία ακτινικά, αξονικά ή συνδυασμός τους

Χρήση αυτορυθμιζόμενων εδράνων

Ερώτηση: Σε ποιες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται τα αυτορυθμιζόμενα έδρανα;

Απάντηση:

• §1.3.3.1. «...και έδρανα αυτορρυθμιζόμενα (ο τριβέας ακολουθεί τις κλίσεις του στροφέα).» §1.3.3.2. «...τα ακτινικά αυτορρυθμιζόμενα (δίσφαιρα ..., ακτινικά και βαρελοειδή) ... αυτορυθμιζόμενα (χρησιμοποιούνται όταν οι γεωμετρικοί άξονες εδράνου και άξονα δε συμπίπτουν).»

Σύνοψη: Τα αυτορυθμιζόμενα έδρανα χρησιμοποιούνται όταν δεν υπάρχει τέλεια ευθυγράμμιση μεταξύ άξονα και εδράνου, δηλαδή όταν οι γεωμετρικοί άξονες του εδράνου και του άξονα δε συμπίπτουν. Στα έδρανα ολίσθησης αυτό σημαίνει ότι ο τριβέας ακολουθεί τις κλίσεις του στροφέα, ενώ στα έδρανα κύλισης χρησιμοποιούνται ειδικοί τύποι (π.χ. δίσφαιρα, βαρελοειδή) που ανέχονται τη μη ευθυγράμμιση χωρίς να απαιτούν την ακρίβεια τοποθέτησης που χρειάζονται τα σταθερά έδρανα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Όταν οι γεωμετρικοί άξονες εδράνου και άξονα δε συμπίπτουν (έλλειψη τέλειας ευθυγράμμισης)

Σωστό/Λάθος: απώλειες τριβής στα έδρανα κύλισης

Ερώτηση: Τα έδρανα κύλισης δεν παρουσιάζουν απώλειες από τριβές κατά τη λειτουργία τους. ΣΩΣΤΟ ❐ ΛΑΘΟΣ ❐

Απάντηση:

• §1.3.3.2. «Επίσης, παρουσιάζουν μεγάλο βαθμό απόδοσης λόγω χαμηλών απωλειών από τριβές και χαμηλή κατανάλωση λιπαντικού...»

Σύνοψη: ΛΑΘΟΣ. Τα έδρανα κύλισης δεν είναι απαλλαγμένα από απώλειες τριβής — απλώς παρουσιάζουν χαμηλές απώλειες από τριβές (τριβή κύλισης, πολύ μικρότερη από την τριβή ολίσθησης), γεγονός που τους προσδίδει μεγάλο βαθμό απόδοσης. Το να μην παρουσιάζουν καθόλου απώλειες από τριβές είναι ανακριβές.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΛΑΘΟΣ — έχουν χαμηλές, όχι μηδενικές, απώλειες τριβής

Αιτία μεγαλύτερης κατανάλωσης λιπαντικού στα έδρανα ολίσθησης

Ερώτηση: Τα έδρανα ολίσθησης στην κανονική τους λειτουργία καταναλώνουν μεγαλύτερες ποσότητες λιπαντικού σε σχέση με τα έδρανα κύλισης. Αυτό συμβαίνει διότι: Α) παρουσιάζουν μεγάλη αντίσταση τριβής. Β) έχουν μεγάλο όγκο. Γ) απαιτούν ροντάρισμα. Δ) είναι επιρρεπή σε διαρροές.

Απάντηση:

• §1.3.3.1. «Όμως, παράλληλα, παρουσιάζουν μεγάλη αντίσταση τριβής και χαμηλό βαθμό απόδοσης, απαιτούν το λεγόμενο ροντάζ (στρώσιμο), και εμφανίζουν σχετικά μεγάλη κατανάλωση λιπαντικού μέσου.» §1.3.3.2. «...παρουσιάζουν μεγάλο βαθμό απόδοσης λόγω χαμηλών απωλειών από τριβές και χαμηλή κατανάλωση λιπαντικού...»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Α) παρουσιάζουν μεγάλη αντίσταση τριβής. Στα έδρανα ολίσθησης αναπτύσσεται τριβή ολίσθησης ανάμεσα στο στροφέα και τον τριβέα, με αποτέλεσμα μεγάλη αντίσταση τριβής και χαμηλό βαθμό απόδοσης· η μεγάλη αυτή τριβή απαιτεί συνεχή, άφθονη ροή λιπαντικού για τη μείωση της φθοράς και την απαγωγή της θερμότητας, γι' αυτό και η κατανάλωση λιπαντικού τους είναι μεγαλύτερη. Αντίθετα, στα έδρανα κύλισης η τριβή κύλισης είναι πολύ μικρότερη, γι' αυτό εμφανίζουν χαμηλή κατανάλωση λιπαντικού. Οι επιλογές Β, Γ και Δ δεν αναφέρονται στο βιβλίο ως αιτία της μεγαλύτερης κατανάλωσης λιπαντικού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Α: η μεγάλη αντίσταση τριβής της ολίσθησης απαιτεί μεγαλύτερη ροή λιπαντικού

Στροφαλοφόρος άξονας: ορισμός και υλικά κατασκευής

Ερώτηση: Τι είναι ο στροφαλοφόρος άξονας; Τι υλικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του;

Απάντηση:

• §1.3.4. «Ο στροφαλοφόρος άξονας (crankshaft) μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση που πραγματοποιεί το έμβολο και ο διωστήρας σε περιστροφική, με αποτέλεσμα την περιστροφή του έλικα ... επιβάλλεται η στιβαρή και πολύ ανθεκτική κατασκευή του. Αυτή επιτυγχάνεται με τη χρήση κάποιων ιδιαίτερα ανθεκτικών κραμάτων χάλυβα όπως το SAE 4340, κράμα χάλυβα - χρωμίου - νικελίου - μολυβδενίου.»

Σύνοψη: Ο στροφαλοφόρος άξονας (crankshaft) είναι το εξάρτημα που μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση που πραγματοποιούν το έμβολο και ο διωστήρας σε περιστροφική κίνηση, με αποτέλεσμα την περιστροφή του έλικα. Επειδή φέρει τα κύρια κινητά μέρη του κινητήρα και υπόκειται σχεδόν σε όλες τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτόν, χαρακτηρίζεται ως η «ραχοκοκαλιά» του κινητήρα και απαιτεί στιβαρή, πολύ ανθεκτική κατασκευή. Κατασκευάζεται από ιδιαίτερα ανθεκτικά κράματα χάλυβα, όπως το SAE 4340, που είναι κράμα χάλυβα-χρωμίου-νικελίου-μολυβδενίου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μετατρέπει παλινδρομική σε περιστροφική κίνηση· κατασκευάζεται από κράμα χάλυβα SAE 4340 (χρώμιο-νικέλιο-μολυβδένιο)

Απόδοση ισχύος στο στροφαλοφόρο άξονα

Ερώτηση: Σε ποιο εξάρτημα του κινητήρα εσωτερικής καύσης αποδίδεται τελικά η ισχύς του; Α) στο έμβολο. Β) στο διωστήρα. Γ) στο στροφαλοφόρο άξονα. Δ) στις βαλβίδες εισαγωγής.

Απάντηση:

• §1.3.4. «Ο στροφαλοφόρος άξονας (crankshaft) μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση που πραγματοποιεί το έμβολο και ο διωστήρας σε περιστροφική, με αποτέλεσμα την περιστροφή του έλικα ... Ο στροφαλοφόρος άξονας φέρει τα κύρια κινητά μέρη του κινητήρα ενώ δίνει κίνηση σε διάφορα βοηθητικά συστήματα...»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Γ) στο στροφαλοφόρο άξονα. Το έμβολο δέχεται τη δύναμη των καυσαερίων και ο διωστήρας τη μεταφέρει, όμως η ισχύς του κινητήρα αποδίδεται τελικά στο στροφαλοφόρο άξονα, ο οποίος μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση εμβόλου-διωστήρα σε περιστροφική κίνηση και την αποδίδει στον έλικα, ενώ ταυτόχρονα κινεί και τα βοηθητικά συστήματα του κινητήρα (αντλίες, γεννήτρια κ.λπ.). Οι βαλβίδες εισαγωγής απλώς επιτρέπουν την είσοδο του καύσιμου μείγματος και δεν παραλαμβάνουν ισχύ.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Γ) στο στροφαλοφόρο άξονα — εκεί αποδίδεται τελικά η ισχύς, ως περιστροφική κίνηση προς τον έλικα

Ρόλος των αντίβαρων στο στροφαλοφόρο άξονα

Ερώτηση: Ποιος είναι ο ρόλος των αντίβαρων στον στροφαλοφόρο άξονα των εμβολοφόρων κινητήρων;

Απάντηση:

• §1.3.4. «Τα αντίβαρα παρέχουν στατική ισορροπία στον άξονα ... ένας στροφαλοφόρος άξονας που φέρει ένα μόνο κομβίο - όπως αυτός που χρησιμοποιείται σε αστεροειδή κινητήρα - πρέπει να συνοδεύεται από τα κατάλληλα αντίβαρα τα οποία θα υπερκεράσουν το βάρος του κομβίου που είναι συνδεδεμένο με το διωστήρα και το έμβολο.»

Σύνοψη: Ο ρόλος των αντίβαρων (counterweights) είναι να παρέχουν στατική ισορροπία στο στροφαλοφόρο άξονα, εξισορροπώντας το βάρος του κομβίου μαζί με τα εξαρτήματα που είναι συνδεδεμένα σε αυτό (διωστήρας, έμβολο). Όταν ο άξονας φέρει περισσότερα από δύο κομβία τοποθετημένα συμμετρικά αντίθετα, η στατική ισορροπία μπορεί να επιτευχθεί χωρίς αντίβαρα· όμως ένας άξονας με ένα μόνο κομβίο, όπως σε αστεροειδή κινητήρα, πρέπει οπωσδήποτε να συνοδεύεται από κατάλληλα αντίβαρα ώστε να υπερκεραστεί το βάρος του κομβίου με το διωστήρα και το έμβολο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Παρέχουν στατική ισορροπία στον άξονα, εξισορροπώντας το βάρος κομβίου/διωστήρα/εμβόλου