Λύσεις — Ενότητα 06: Κύλινδρος-Έμβολο-Ελατήρια-Διωστήρας-Στροφαλοφόρος (σελ. 98-99) – ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 06: Κύλινδρος-Έμβολο-Ελατήρια-Διωστήρας-Στροφαλοφόρος

Λύσεις στις 17 ερωτήσεις του §4.3: σώμα κυλίνδρων και χιτώνια, έμβολο (υλικά, μέρη, σημάδια), ελατήρια εμβόλου (τύποι, χαρακτηριστικά), πείρος εμβόλου, διωστήρας, στροφαλοφόρος άξονας (μέρη, μετατροπή παλινδρομικής σε περιστροφική κίνηση, σφήνωση κομβίων, ζυγοστάθμιση) και σφόνδυλος (βολάν).

Τι είναι το «σώμα των κυλίνδρων» και τι περιλαμβάνει

Ερώτηση: Τι ονομάζεται «σώμα των κυλίνδρων» και τι αυτό περιλαμβάνει;

Απάντηση:

• Τι ονομάζεται «σώμα των κυλίνδρων» και τι αυτό περιλαμβάνει;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το «σώμα των κυλίνδρων» (ο κορμός ή το μπλοκ του κινητήρα - μονομπλόκ) είναι το ενιαίο μεταλλικό κομμάτι στο οποίο διαμορφώνονται όλοι οι κύλινδροι του κινητήρα — γενικότερα, ο κύλινδρος είναι το μεγαλύτερο τμήμα του κινητήρα, αυτό επάνω στο οποίο συναρμολογείται ολόκληρος ο κινητήρας. Το σώμα των κυλίνδρων είναι μια πολύπλοκη κατασκευή, που περιλαμβάνει, εκτός από τους κυλίνδρους: την επιφάνεια στήριξης της κυλινδροκεφαλής, τη θέση υποδοχής του συμπλέκτη ή του κιβωτίου ταχυτήτων, τους θαλάμους κυκλοφορίας του υγρού ψύξης (υδροχιτώνια), τις βάσεις για τη στήριξη του στροφαλοφόρου (και μερικές φορές του εκκεντροφόρου άξονα), ένα μέρος των αγωγών κυκλοφορίας του λαδιού λίπανσης, το χώρο για τα γρανάζια χρονισμού των βαλβίδων, καθώς και τις βάσεις για τη στήριξη του καπακιού της ελαιολεκάνης (κάρτερ) και της αντλίας λαδιού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ενιαίο κομμάτι μετάλλου με όλους τους κυλίνδρους (μπλοκ-μονομπλόκ)· περιλαμβάνει έδρα κυλινδροκεφαλής, υδροχιτώνια, βάσεις στροφαλοφόρου/εκκεντροφόρου, αγωγούς λαδιού, χώρο γραναζιών χρονισμού, βάσεις κάρτερ/αντλίας λαδιού

Υλικά κατασκευής του σώματος των κυλίνδρων

Ερώτηση: Από ποια υλικά κατασκευάζεται το σώμα των κυλίνδρων;

Απάντηση:

• Από ποια υλικά κατασκευάζεται το σώμα των κυλίνδρων;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το υλικό κατασκευής του σώματος των κυλίνδρων είναι, κατά κανόνα, ο χυτοσίδηρος. Σε βελτιωμένες κατασκευές χρησιμοποιούνται, όμως, και κράματα αλουμινίου, τα οποία παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως και στην περίπτωση της κυλινδροκεφαλής (μικρότερο βάρος, καλύτερη θερμική αγωγιμότητα κ.λπ., με αντίστοιχα μειονεκτήματα όπως μεγαλύτερος συντελεστής διαστολής και μικρότερη αντοχή).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χυτοσίδηρος (κανόνας) και κράματα αλουμινίου (βελτιωμένες κατασκευές)

Από τι εξαρτάται το σχήμα του σώματος των κυλίνδρων

Ερώτηση: Από τι εξαρτάται το σχήμα του σώματος των κυλίνδρων;

Απάντηση:

• Από τι εξαρτάται το σχήμα του σώματος των κυλίνδρων;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το σχήμα του σώματος των κυλίνδρων εξαρτάται από δύο βασικούς παράγοντες. Πρώτον, από τη διάταξη των κυλίνδρων, που μπορεί να είναι σε σειρά (ο πιο συνηθισμένος τύπος), σε δύο σειρές υπό γωνία —διάταξη σε σχήμα V, π.χ. 45°, 60° ή άλλη γωνία— ή σε δύο αντίθετες σειρές (διάταξη κινητήρα boxer). Δεύτερον, από το σύστημα ψύξης: σε υδρόψυκτο κινητήρα σχηματίζονται στο εσωτερικό του σώματος οι αγωγοί κυκλοφορίας του υγρού ψύξης (με πώματα/τάπες νερού ή πώματα Welch στα πλάγια), ενώ σε αερόψυκτο κινητήρα οι κύλινδροι έχουν εξωτερικά πολλές σειρές πτερύγια που αυξάνουν την επιφάνειά τους για καλύτερη ψύξη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 1. Διάταξη κυλίνδρων (σε σειρά, V, boxer) 2) Σύστημα ψύξης (υδρόψυκτος: αγωγοί υγρού· αερόψυκτος: πτερύγια)

Μορφή κυλίνδρων: υδρόψυκτοι vs αερόψυκτοι

Ερώτηση: Ποια μορφή έχουν οι κύλινδροι στους υδρόψυκτους και ποια στους αερόψυκτους κινητήρες;

Απάντηση:

• Ποια μορφή έχουν οι κύλινδροι στους υδρόψυκτους και ποια στους αερόψυκτους κινητήρες;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στους υδρόψυκτους κινητήρες σχηματίζονται στο εσωτερικό του σώματος των κυλίνδρων οι αγωγοί κυκλοφορίας του υγρού ψύξης, ενώ στα πλάγια υπάρχουν πώματα (τάπες νερού) ή πώματα Welch, τα οποία κλείνουν τις οπές που είναι απαραίτητες για να βγει η άμμος του χυτηρίου που χρησιμοποιείται για να σχηματισθούν στο εσωτερικό του χυτού οι διάφοροι αγωγοί νερού/λαδιού — οι οπές αυτές διευκολύνουν επίσης εσωτερικές κατεργασίες και τις διαστολές του χυτού. Στους αερόψυκτους κινητήρες, αντίθετα, οι κύλινδροι έχουν εξωτερικά πολλές σειρές από πτερύγια, τα οποία αυξάνουν την επιφάνειά τους και συντελούν στην καλύτερη ψύξη του κινητήρα, αφού δεν υπάρχει υγρό ψύξης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Υδρόψυκτοι: εσωτερικοί αγωγοί υγρού ψύξης + πώματα (τάπες/Welch) στα πλάγια · Αερόψυκτοι: εξωτερικά πτερύγια για μεγαλύτερη επιφάνεια ψύξης

Χιτώνια κυλίνδρων και οι τύποι τους

Ερώτηση: Τι είναι τα χιτώνια και σε ποιους τύπους διακρίνονται;

Απάντηση:

• Τι είναι τα χιτώνια και σε ποιους τύπους διακρίνονται;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα χιτώνια είναι πρόσθετα τεμάχια («πουκάμισα») που τοποθετούνται μέσα στους κυλίνδρους σε πολλούς κινητήρες, όταν οι κύλινδροι δεν αποτελούν ένα ενιαίο τμήμα με το σώμα — έχουν το πλεονέκτημα της εύκολης αντικατάστασης όταν φθαρούν. Διακρίνονται σε δύο τύπους: α) τα ξηρά χιτώνια, που τοποθετούνται μέσα σε κύλινδρο που σχηματίζει το σώμα του κινητήρα και δεν έρχονται σε άμεση επαφή με το ψυκτικό υγρό (γι' αυτό λέγονται και ξηρά)· β) τα υγρά χιτώνια, στα οποία το ψυκτικό υγρό έρχεται σε άμεση επαφή με το χιτώνιο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χιτώνια = πρόσθετα «πουκάμισα» κυλίνδρου, εύκολα αντικαταστάσιμα · 2 τύποι: ξηρά (χωρίς επαφή με ψυκτικό υγρό) και υγρά (με άμεση επαφή)

Σκοπός και μέρη του εμβόλου

Ερώτηση: Σε τι χρησιμεύει το έμβολο και από ποια μέρη αποτελείται;

Απάντηση:

• Σε τι χρησιμεύει το έμβολο και από ποια μέρη αποτελείται;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το έμβολο είναι από τα πιο σημαντικά μέρη του κινητήρα: τα αέρια της καύσης του καυσίμου ασκούν πιέσεις στην επιφάνειά του, μετατρέποντας την παραγόμενη θερμική ενέργεια σε κινητική, η οποία μέσω του διωστήρα μεταφέρεται στο στροφαλοφόρο άξονα· επιπλέον, το έμβολο δημιουργεί την απαραίτητη υποπίεση (αναρρόφηση) για την εισαγωγή του μίγματος και διώχνει τα καυσαέρια, για να καθαρίσει ο κύλινδρος. Τα μέρη του εμβόλου είναι: α) η κεφαλή (σχήμα επίπεδο, σφαιρικό, ημισφαιρικό κ.λπ.), β) η ζώνη των ελατηρίων, με τις αυλακώσεις-οδηγούς για τα ελατήρια συμπίεσης και λαδιού, γ) τα έδρανα του πείρου, στα σημεία όπου στερεώνεται ο πείρος που συνδέει το έμβολο με το διωστήρα, και δ) η ποδιά του εμβόλου (κυλινδρική ή κομμένη στις πλευρές που δεν καταπονούνται από τριβές), με κύριο προορισμό τη σωστή οδήγηση του εμβόλου μέσα στον κύλινδρο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χρησιμεύει: μεταφέρει τη θερμική ενέργεια της καύσης σε κινητική, δημιουργεί αναρρόφηση, απομακρύνει καυσαέρια · Μέρη: κεφαλή, ζώνη ελατηρίων, έδρανα πείρου, ποδιά

Υλικά εμβόλων: πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Ερώτηση: Τι είδους υλικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των εμβόλων και ποια τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους;

Απάντηση:

• Τι είδους υλικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των εμβόλων και ποια τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο χυτοσίδηρος έχει σχεδόν σταματήσει να χρησιμοποιείται για την κατασκευή εμβόλων, αφού είναι περίπου τρεις φορές πιο βαρύς από το αλουμίνιο και απαιτεί πολύ εξελιγμένες μεθόδους χύτευσης για τα λεπτά μέρη του εμβόλου· χρησιμοποιείται σήμερα μόνο σε κινητήρες που τα έμβολά τους δέχονται μεγάλες καταπονήσεις (κυρίως κινητήρες Diesel). Τα κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως, με ενίσχυση στο εσωτερικό τους από δακτυλίδια διαφορετικού υλικού. Πλεονεκτήματα των κραμάτων αλουμινίου: 1) μικρότερο βάρος (50-60% του χυτοσιδηρού), 2) μεγαλύτερη θερμική αγωγιμότητα (ψύχονται ευκολότερα), 3) μικρότερη τάση σχηματισμού ανθρακωμάτων στην κεφαλή. Μειονεκτήματα: 1) μεγαλύτερος συντελεστής διαστολής (χρειάζεται μεγαλύτερη ανοχή στη συναρμογή με τον κύλινδρο), 2) μικρότερη αντοχή, η οποία βελτιώνεται με προσθήκη νικελιοσιδήρου στις ζώνες ελατηρίων, αυλακώσεις στην ποδιά, περιτύλιξη της ποδιάς με σύρμα ή επικάλυψη με οξείδια αλουμινίου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χυτοσίδηρος: βαρύς (x3), δύσκολη χύτευση, μόνο σε Diesel · Αλουμίνιο: ελαφρύ, καλή αγωγιμότητα, λίγα ανθρακώματα — αλλά μεγάλη διαστολή και μικρότερη αντοχή

Τα σημάδια των εμβόλων και η χρησιμότητά τους

Ερώτηση: Τι είναι τα σημάδια των εμβόλων και σε τι αυτά χρησιμεύουν;

Απάντηση:

• Τι είναι τα σημάδια των εμβόλων και σε τι αυτά χρησιμεύουν;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στις κεφαλές των εμβόλων υπάρχουν διάφορα «σημάδια» που δίνουν στον μηχανικό σχετικές πληροφορίες για τη σωστή τοποθέτηση του εμβόλου στον κύλινδρο. Τα σημάδια αυτά είναι συνήθως: 1) η διάμετρος περιφέρειας του εμβόλου σε χιλιοστά (π.χ. 84,00 mm), μετρημένη κάτω από τη ζώνη των ελατηρίων στο ύψος του πείρου, 2) η ανοχή τοποθέτησης του εμβόλου σε χιλιοστά (π.χ. 0,04 mm), 3) η κατεύθυνση μονταρίσματος του εμβόλου, 4) στοιχεία-σήμα του κατασκευαστή, και 5) η ημερομηνία κατασκευής. Σχετικό με τα σημάδια είναι και το ότι μερικά έμβολα έχουν παρέκκλιση του άξονα του πείρου ως προς το κατακόρυφο επίπεδο συμμετρίας τους («θετική» ή «αρνητική» παρέκκλιση), με σκοπό την ομαλή κίνηση του εμβόλου χωρίς χτύπημα (κροτάλισμα) μέσα στον κύλινδρο — γι' αυτό, όταν υπάρχει τέτοια παρέκκλιση, πρέπει να δίνεται προσοχή στην κατεύθυνση τοποθέτησης, που ορίζεται από κάποιο βέλος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σημάδια στην κεφαλή του εμβόλου = πληροφορίες για σωστή τοποθέτηση: διάμετρος, ανοχή, κατεύθυνση μονταρίσματος, σήμα κατασκευαστή, ημερομηνία

Χρησιμότητα των ελατηρίων

Ερώτηση: Σε τι χρησιμεύουν τα ελατήρια;

Απάντηση:

• Σε τι χρησιμεύουν τα ελατήρια;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα ελατήρια χρησιμεύουν στο να εξασφαλίζουν τη στεγανότητα ανάμεσα στο έμβολο και το εσωτερικό του κυλίνδρου: τα έμβολα πρέπει να εφαρμόζουν στεγανά μέσα στον κύλινδρο, ώστε να μη διαφύγουν τα αέρια της καύσης προς το στροφαλοθάλαμο ή, αντίστροφα, να μη περάσει το λάδι λίπανσης στο θάλαμο καύσης — αυτή τη διπλή στεγανότητα την εξασφαλίζουν τα ελατήρια του εμβόλου, τα οποία έχουν σχήμα δακτυλιδιού, με εσωτερική διάμετρο λίγο μεγαλύτερη από τη διάμετρο του εμβόλου, και είναι κομμένα σε ένα σημείο (τομή κάθετη, διαγώνια ή τεθλασμένη).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Στεγανότητα εμβόλου-κυλίνδρου: εμποδίζουν διαφυγή αερίων καύσης προς στροφαλοθάλαμο και διέλευση λαδιού προς θάλαμο καύσης

Είδη ελατηρίων και τα χαρακτηριστικά τους

Ερώτηση: Ποια είδη ελατηρίων υπάρχουν και ποια είναι τα χαρακτηριστικά τους;

Απάντηση:

• Ποια είδη ελατηρίων υπάρχουν και ποια είναι τα χαρακτηριστικά τους;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα ελατήρια διακρίνονται καταρχάς σε δύο μεγάλες κατηγορίες: τα ελατήρια συμπίεσης, με προορισμό να μην αφήνουν να διαφύγουν τα αέρια της καύσης προς το στροφαλοθάλαμο (διατομή ορθογωνικού σχήματος, ύψος 2-4 mm, ακτινικό πάχος ίσο με το 1/30 της διαμέτρου του εμβόλου, ανοχή προς τα επάνω περίπου 0,2 mm), και τα ελατήρια λαδιού, με προορισμό τη στεγανότητα του θαλάμου καύσης από το λάδι λίπανσης, αφήνοντας ταυτόχρονα την απαραίτητη ποσότητα λαδιού για τη λίπανση (συνήθως ορθογωνική διατομή, με εγκοπές ή τρύπες περιφερειακά για τη διέλευση του λαδιού). Κατασκευάζονται από χυτοσίδηρο υψηλής ποιότητας, με καλή αντοχή και ελαστικότητα. Πέρα από αυτές τις δύο βασικές κατηγορίες, υπάρχουν και ειδικά είδη: τα ελατήρια για φθαρμένους κυλίνδρους (εξπάντερ, με πολυγωνικό έλασμα εσωτερικά, όταν δεν είναι απαραίτητο το ρεκτιφιέ), τα ελατήρια με τραπεζοειδή διατομή (ως δεύτερα ελατήρια συμπίεσης, λειτουργούν και σαν ελατήρια απόξεσης λαδιού), τα ελατήρια με δόντι/πατούρα (πρώτο και δεύτερο ελατήριο συμπίεσης, αποφεύγουν αντίσταση στο «νύχι» της κορυφής του κυλίνδρου), τα σφηνοειδή ελατήρια (διατομή ισοσκελούς τραπεζίου, για κινητήρες υψηλής συμπίεσης, ως δεύτερα), και τα επιχρωμιωμένα ελατήρια (λεπτό στρώμα χρωμίου 0,10-0,15 mm στην επιφάνεια επαφής, μεγάλη αντοχή, μικρότερες τριβές, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του κυλίνδρου).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 2 βασικές κατηγορίες: συμπίεσης, λαδιού · ειδικά είδη: εξπάντερ (φθαρμένοι κύλινδροι), τραπεζοειδή, με δόντι/πατούρα, σφηνοειδή, επιχρωμιωμένα

Ο πείρος του εμβόλου: χρησιμότητα, σχήμα, προσαρμογή

Ερώτηση: Σε τι χρησιμεύει ο πείρος του εμβόλου, ποιο είναι το σχήμα του και πώς προσαρμόζεται στο έμβολο και στο διωστήρα;

Απάντηση:

• Σε τι χρησιμεύει ο πείρος του εμβόλου, ποιο είναι το σχήμα του και πώς προσαρμόζεται στο έμβολο και στο διωστήρα;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο πείρος του εμβόλου έχει προορισμό να συνδέει το έμβολο με το διωστήρα. Είναι σωληνωτό εξάρτημα με κυλινδρικό σχήμα, ώστε να έχει τη μεγαλύτερη αντοχή με το μικρότερο δυνατό βάρος, αφού καταπονείται πολύ, καθώς μεταφέρει όλες τις δυνάμεις από το έμβολο στο διωστήρα, ιδιαίτερα στις φάσεις της εκτόνωσης και της συμπίεσης· κατασκευάζεται συνήθως από νικελιοχρωμιούχο χάλυβα υψηλής αντοχής, πολλές φορές με επικάλυψη χρωμίου στην εξωτερική επιφάνεια. Η προσαρμογή του στο έμβολο και στο διωστήρα γίνεται με τρεις τρόπους: α) σταθερά προσαρμοσμένος (πρεσαριστά ή με βίδες) στους ομφαλούς του εμβόλου και ελεύθερος στο έδρανο του διωστήρα (σε έμβολα από κράμα χυτοσιδήρου), β) σταθερά προσαρμοσμένος στο διωστήρα και ελεύθερος στους ομφαλούς του εμβόλου (σε έμβολα χυτοσιδήρου ή αλουμινίου), γ) ελεύθερος και στα έδρανα του εμβόλου και στο έδρανο του διωστήρα, δηλαδή «πλήρους πλεύσης» (κυρίως σε έμβολα αλουμινίου).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χρησιμότητα: συνδέει έμβολο-διωστήρα · Σχήμα: σωληνωτό/κυλινδρικό · 3 τρόποι στερέωσης: σταθερός στο έμβολο, σταθερός στο διωστήρα, ή ελεύθερος και στα δύο (πλήρους πλεύσης)

Ο προορισμός του διωστήρα

Ερώτηση: Ποιος είναι ο προορισμός του διωστήρα;

Απάντηση:

• Ποιος είναι ο προορισμός του διωστήρα;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Προορισμός του διωστήρα (μπιέλας) είναι να μεταφέρει την κινητική ενέργεια του εμβόλου στο στροφαλοφόρο άξονα, αλλά και αντίστροφα, να μεταφέρει τη δύναμη που χρειάζεται το έμβολο από το στροφαλοφόρο άξονα, κατά τη φάση της συμπίεσης κατά κύριο λόγο, και λιγότερο κατά τη φάση της εξαγωγής. Κατά τις φάσεις της εκτόνωσης, της συμπίεσης και της εξαγωγής ο διωστήρας καταπονείται σε θλίψη και λυγισμό, ενώ κατά τη φάση της εισαγωγής καταπονείται σε εφελκυσμό. Κατασκευάζεται από σφυρήλατο χάλυβα, με διατομή συνήθως σε σχήμα διπλού ταυ, και συνδέεται με το στροφαλοφόρο άξονα μέσω διαιρούμενων εδράνων (κουζινέτων) και τριβέων (συνήθως ολίσθησης, λιγότερο ρουλμάν).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μεταφέρει την κίνηση εμβόλου↔στροφαλοφόρου (και προς τις δύο κατευθύνσεις) · καταπονείται σε θλίψη/λυγισμό (εκτόνωση-συμπίεση-εξαγωγή) και εφελκυσμό (εισαγωγή)

Πώς ο στροφαλοφόρος μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση σε περιστροφική

Ερώτηση: Πώς ο στροφαλοφόρος άξονας μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση σε περιστροφική;

Απάντηση:

• Πώς ο στροφαλοφόρος άξονας μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση σε περιστροφική;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Προορισμός του στροφαλοφόρου άξονα είναι να μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση των εμβόλων σε περιστροφική. Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια των στροφάλων, με τα οποία είναι διαμορφωμένος ο ίδιος ο στροφαλοφόρος άξονας: κάθε στρόφαλος φέρει το κομβίο του διωστήρα εκκεντρικά (σε απόσταση) ως προς τον κύριο άξονα περιστροφής, στο οποίο στερεώνεται μέσω εδράνων το κάτω άκρο του διωστήρα. Έτσι, όταν το έμβολο κινείται παλινδρομικά μέσα στον κύλινδρο, η ευθύγραμμη αυτή δύναμη μεταβιβάζεται μέσω του διωστήρα στο εκκεντρικό κομβίο του στροφάλου, αναγκάζοντάς το να διαγράψει κυκλική τροχιά γύρω από τον άξονα περιστροφής — δηλαδή αναγκάζοντας ολόκληρο τον στροφαλοφόρο άξονα να περιστραφεί. Ο στροφαλοφόρος άξονας στους περισσότερους κινητήρες είναι μονοκόμματος, κατασκευασμένος από σφυρήλατο χάλυβα για μεγαλύτερη αντοχή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Οι στρόφαλοι φέρουν το κομβίο διωστήρα εκκεντρικά ως προς τον άξονα περιστροφής· η παλινδρομική ώθηση του εμβόλου, μέσω του διωστήρα, αναγκάζει το κομβίο (και άρα τον άξονα) να περιστραφεί

Τα μέρη του στροφαλοφόρου άξονα

Ερώτηση: Ποια είναι τα μέρη του στροφαλοφόρου;

Απάντηση:

• Ποια είναι τα μέρη του στροφαλοφόρου;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα κυριότερα μέρη του στροφαλοφόρου άξονα είναι: α) τα κομβία ή στροφείς βάσης — οι στροφείς που αντιστοιχούν στα έδρανα βάσης πάνω στο σώμα των κυλίνδρων, με τον άξονα περιστροφής του στροφαλοφόρου να συμπίπτει με τον άξονα των στροφέων βάσης (2 σε μονοκύλινδρους/δικύλινδρους και μικρούς τετρακύλινδρους, παλαιότερα 3 και σήμερα 5 στους μεγαλύτερους τετρακύλινδρους), β) τα κομβία διωστήρων — οι στροφείς πάνω στους οποίους στερεώνονται οι διωστήρες, γ) οι βραχίονες ή κιθάρες — τα τμήματα που συνδέουν τους στροφείς βάσης με τα κομβία των διωστήρων, δ) οι αγωγοί λαδιού — εσωτερικοί αγωγοί για τη λίπανση των τριβέων, και ε) τα αντίβαρα — πρόσθετα βάρη με προορισμό τη ζυγοστάθμιση του στροφαλοφόρου άξονα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κομβία/στροφείς βάσης, κομβία διωστήρων, βραχίονες/κιθάρες, αγωγοί λαδιού, αντίβαρα

Τι είναι η «σφήνωση κομβίων»

Ερώτηση: Τι ονομάζεται «σφήνωση κομβίων» στο στροφαλοφόρο άξονα;

Απάντηση:

• Τι ονομάζεται «σφήνωση κομβίων» στο στροφαλοφόρο άξονα;

Σύνοψη: (ενδεικτική) «Σφήνωση κομβίων» στροφαλοφόρου άξονα ονομάζεται η γωνία που σχηματίζουν μεταξύ τους δύο κομβία διωστήρων με διαδοχική σειρά ανάφλεξης, δηλαδή η γωνία σφήνωσης κομβίων στροφαλοφόρου άξονα. Η διάταξη των κομβίων εξαρτάται τόσο από τον αριθμό των κυλίνδρων του κινητήρα όσο και από τη σειρά ανάφλεξής τους, και γίνεται με τέτοιο τρόπο, ώστε ο κινητήρας να δίνει μια ομοιόμορφη και συνεχή ροπή. Για τους τετράχρονους κινητήρες, επειδή ο κύκλος λειτουργίας τους πραγματοποιείται σε δύο περιστροφές του στροφαλοφόρου άξονα (720° = 360° + 360°), η γωνία σφήνωσης είναι α = 720°/Κ. Για τους δίχρονους κινητήρες, όπου ο κύκλος λειτουργίας γίνεται σε μία στροφή (360°), η γωνία σφήνωσης είναι α = 360°/Κ, όπου Κ είναι, και στις δύο περιπτώσεις, ο αριθμός των κυλίνδρων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Γωνία μεταξύ δύο διαδοχικών (κατά σειρά ανάφλεξης) κομβίων διωστήρων · τετράχρονος: α=720°/Κ, δίχρονος: α=360°/Κ (Κ=αριθμός κυλίνδρων) — για ομοιόμορφη ροπή

Εξουδετέρωση κραδασμών στο στροφαλοφόρο άξονα

Ερώτηση: Πώς εξουδετερώνονται οι κραδασμοί που δημιουργούνται στο στροφαλοφόρο άξονα κατά τη λειτουργία του κινητήρα;

Απάντηση:

• Πώς εξουδετερώνονται οι κραδασμοί που δημιουργούνται στο στροφαλοφόρο άξονα κατά τη λειτουργία του κινητήρα;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι κραδασμοί στο στροφαλοφόρο άξονα οφείλονται στις πρωτογενείς δυνάμεις (από τα αέρια της καύσης, ασκούμενες στον άξονα μέσω εμβόλου-διωστήρα) και στις δευτερογενείς δυνάμεις (από την αδράνεια των κινούμενων μαζών — παλινδρομικών, δηλαδή εμβόλου/διωστήρα, και περιστρεφόμενων, δηλαδή του άξονα και των βραχιόνων του). Αν αυτές οι δυνάμεις δεν εξουδετερωθούν, ο κινητήρας δεν μπορεί να λειτουργήσει χωρίς κραδασμούς, φθορές και κίνδυνο πλήρους αστοχίας. Η εργασία για την εξουδετέρωσή τους λέγεται ζυγοστάθμιση του στροφαλοφόρου άξονα και περιλαμβάνει δύο ελέγχους: τη στατική ζυγοστάθμιση, όπου ελέγχεται αν το κέντρο βάρους του άξονα βρίσκεται πάνω στον άξονα περιστροφής του (ο άξονας τοποθετείται σε δύο ισομεγέθεις βάσεις τύπου U, όπου περιστρέφεται ελεύθερα, και κάθε φορά που δίνεται μια ώθηση πρέπει να σταματά σε διαφορετική θέση), και τη δυναμική ζυγοστάθμιση, όπου ο άξονας τοποθετείται σε ειδική μηχανή και ελέγχεται αν οι δυνάμεις που ενεργούν επάνω του είναι ίσες και αντίθετες με αυτές που δημιουργούνται από τα αντίβαρα, ώστε να μη δημιουργούνται ζεύγη δυνάμεων και στρεπτικές ροπές — τα αντίβαρα κατασκευάζονται αρχικά βαρύτερα και αφαιρείται σταδιακά υλικό, μέχρις ότου εξουδετερωθούν οι δυνάμεις αδράνειας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Με τη ζυγοστάθμιση του στροφαλοφόρου (στατική: κέντρο βάρους πάνω στον άξονα περιστροφής + δυναμική: αντίβαρα εξουδετερώνουν τις δυνάμεις αδράνειας/ζεύγη δυνάμεων)

Θέση και προορισμός του σφονδύλου

Ερώτηση: Πού τοποθετείται ο σφόνδυλος και ποιος ο προορισμός του;

Απάντηση:

• Πού τοποθετείται ο σφόνδυλος και ποιος ο προορισμός του;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο σφόνδυλος ή βολάν τοποθετείται στο ένα (οπίσθιο) άκρο του στροφαλοφόρου άξονα. Είναι ένας αρκετά βαρύς μεταλλικός δίσκος, ο προορισμός του οποίου είναι να αποθηκεύει ενέργεια από τον ωφέλιμο χρόνο της εκτόνωσης και στη συνέχεια να την αποδίδει, ώστε να πραγματοποιηθούν οι υπόλοιποι τρεις παθητικοί χρόνοι (της εισαγωγής, της συμπίεσης και της εξαγωγής): λόγω της σχετικά μεγάλης μάζας του, όταν αρχίζει να περιστρέφεται, απορροφά ένα μέρος από την ενέργεια που παράγει ο χρόνος της εκτόνωσης και παρασύρει με την περιστροφή του το έμβολο, για να εκτελέσει και τους υπόλοιπους τρεις χρόνους. Όσους περισσότερους κυλίνδρους έχει ένας κινητήρας, τόσο μικρότερο βάρος έχει ο σφόνδυλος, αφού οι νεκροί χρόνοι ενός κυλίνδρου καλύπτονται από την εκτόνωση κάποιου άλλου κυλίνδρου. Επιπλέον, στην περιφέρεια του σφονδύλου βρίσκεται η οδοντωτή στεφάνη στην οποία εμπλέκεται το γρανάζι της μίζας, ενώ η εξωτερική του επιφάνεια είναι λεία, καθώς σε αυτήν στηρίζεται ο συμπλέκτης (δίσκος-πλατό) που μεταφέρει την κίνηση στο κιβώτιο ταχυτήτων (σανζμάν).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Στο οπίσθιο άκρο του στροφαλοφόρου · Προορισμός: αποθηκεύει/αποδίδει ενέργεια για τους 3 παθητικούς χρόνους · φέρει οδοντωτή στεφάνη (μίζα) και επιφάνεια συμπλέκτη