Μαθήματα:
- Γενικός
- Κάτω εκκεντροφόρος άξονας
- Υποκείμενος εκκεντροφόρος άξονας
- Γρήγοροι εκκεντροφόροι
- Επικάλυψη βαλβίδων
- Μεταβλητός χρονισμός βαλβίδας και ανύψωση βαλβίδων
- Λάδωμα
Γενικά:
Ο εκκεντροφόρος είναι ένα σημαντικό μέρος του κινητήρα. Ο εκκεντροφόρος εξασφαλίζει ότι το βαλβίδες ανοίγουν και κλείνουν επιτρέποντας στον αέρα να ρέει μέσα και έξω από τον κύλινδρο. Ο εκκεντροφόρος περιστρέφεται έτσι ώστε το έκκεντρο να ανοίγει τη βαλβίδα ενάντια στη δύναμη ελατηρίου του ελατηρίου της βαλβίδας. Το ελατήριο βαλβίδας διασφαλίζει ότι η ανοιχτή βαλβίδα είναι κλειστή όταν το έκκεντρο συνεχίζει να περιστρέφεται.
Ο εκκεντροφόρος βρίσκεται στο πάνω ή στο κάτω μέρος της κυλινδροκεφαλής ή στο κάτω μέρος του μπλοκ κινητήρα. Ο εκκεντροφόρος κινείται από τον ιμάντα χρονισμού, την αλυσίδα ή τους οδοντωτούς τροχούς. Δείτε περισσότερα για αυτό στο κεφάλαιο διανομή.
Κάτω εκκεντροφόρος άξονας:
Ο εναέριος εκκεντροφόρος χρησιμοποιείται μόνο στις μέρες μας. Στη συνέχεια, ο εκκεντροφόρος τοποθετείται στην κυλινδροκεφαλή. Το πλεονέκτημα των κινητήρων με εκκεντροφόρο άξονα είναι ότι μπορούν να χειριστούν υψηλότερες ταχύτητες από τους κινητήρες με εκκεντροφόρο άξονα.
Στην αριστερή εικόνα μπορείτε να δείτε ότι η βαλβίδα είναι κλειστή επειδή το ελατήριο της βαλβίδας πιέζει τη βαλβίδα κλειστή και ότι ο εκκεντροφόρος περιστρέφεται δεξιόστροφα. Στη δεξιά εικόνα, ο εκκεντροφόρος είναι στριμμένος, με αποτέλεσμα το έκκεντρο να σπρώξει τη βαλβίδα προς τα κάτω. Το ελατήριο συμπιέζεται τώρα, σπρώχνοντας τη βαλβίδα προς τα κάτω. Όταν ο εκκεντροφόρος έχει περιστραφεί περαιτέρω, το ελατήριο της βαλβίδας θα σπρώξει ξανά τη βαλβίδα προς τα πάνω. Το ελατήριο της βαλβίδας ασκεί αντίθλιψη περίπου 20 kg.
Οι βαλβίδες ενός τετράχρονου κινητήρα ανοίγουν από 1 ή 2 εκκεντροφόρους. Στην έκδοση με 1 εκκεντροφόρο, λειτουργεί και οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής.
Στην έκδοση με 2 εκκεντροφόρους, ο ένας εκκεντροφόρος λειτουργεί τις βαλβίδες εισαγωγής και ο άλλος τις βαλβίδες εξαγωγής. Οι 2 εκκεντροφόροι μπορούν να οδηγηθούν ο ένας μετά τον άλλο από τον 1 ιμάντα χρονισμού, αλλά υπάρχουν επίσης συστήματα στα οποία ο ένας εκκεντροφόρος κινεί τον άλλο μέσω ξεχωριστού ιμάντα ή αλυσίδας (δείτε τις παρακάτω εικόνες)
Οι παρακάτω εικόνες είναι απλώς παραδείγματα κατασκευής ιμάντα χρονισμού. Η αρχή είναι η ίδια με μια αλυσίδα χρονισμού.
Η εικόνα πάνω αριστερά είναι ένας κινητήρας εξοπλισμένος με έναν μόνο εκκεντροφόρο άξονα. Αυτό λειτουργεί τόσο τις βαλβίδες εισαγωγής όσο και τις βαλβίδες εξαγωγής. Αυτό συνήθως εφαρμόζεται, για παράδειγμα, σε τετρακύλινδρους κινητήρες με 8 ή 12 βαλβίδες (δηλαδή με 2 ή 3 βαλβίδες ανά κύλινδρο).
Η μεσαία εικόνα είναι κινητήρας με διπλό εκκεντροφόρο, ο οποίος κινείται από δύο ιμάντες χρονισμού. Ο οδοντωτός τροχός εκκεντροφόρου (1) κινείται απευθείας από τον στροφαλοφόρο άξονα με τον μεγάλο ιμάντα. Στο πίσω μέρος της τροχαλίας του γραναζιού 1 υπάρχει ένα μικρό γρανάζι, πάνω από το οποίο περνά ο πίσω ιμάντας. Αυτός ο πίσω (μικρός) ιμάντας κινεί τον οδοντωτό τροχό εκκεντροφόρου (2). Ο μικρός ιμάντας απαιτεί ξεχωριστό εντατήρα. Αυτό εφαρμόζεται συνήθως σε τετρακύλινδρους κινητήρες με 16 ή περισσότερες βαλβίδες. (άρα 4 ή περισσότερες βαλβίδες ανά κύλινδρο)
Η δεξιά εικόνα είναι ένας κινητήρας μοτοσυκλέτας με δύο εκκεντροφόρους. Οι εκκεντροφόροι κινούνται τόσο από ιμάντα όσο και από αλυσίδα. Ο εκκεντροφόρος άξονας 1 κινείται από τον ιμάντα χρονισμού, ο οποίος κινείται από τον στροφαλοφόρο άξονα. Ο εκκεντροφόρος 2 κινείται από την αλυσίδα που κινείται από τον εκκεντροφόρο 1. Αυτή η αλυσίδα είναι τοποθετημένη κάτω από το κάλυμμα της βαλβίδας με έναν εντατήρα ή έναν μηχανισμό ρύθμισης. Αυτό συνήθως εφαρμόζεται, για παράδειγμα, σε τετρακύλινδρους κινητήρες με 16 ή περισσότερες βαλβίδες. (τέσσερις ή περισσότερες βαλβίδες ανά κύλινδρο)
Υποκείμενος εκκεντροφόρος:
Στο παρελθόν, οι κινητήρες ήταν εξοπλισμένοι με έναν υποκείμενο εκκεντροφόρο άξονα. Σήμερα, οι κινητήρες επιβατικών αυτοκινήτων είναι εξοπλισμένοι μόνο με εκκεντροφόρο άξονα. Η κατασκευή με τον υποκείμενο εκκεντροφόρο άξονα εξαφανίζεται. Το μειονέκτημα αυτής της κατασκευής είναι ότι αυτοί οι κινητήρες δεν μπορούν να χειριστούν υψηλές ταχύτητες επειδή υπάρχει μεγάλη μάζα μεταξύ του εκκεντροφόρου και της βαλβίδας. Σε υψηλές ταχύτητες, θα συμβεί πολύ παιχνίδι και η βαλβίδα δεν θα ανοίγει και θα κλείνει πλέον στις σωστές ώρες.
Ο στροφαλοφόρος άξονας κινείται μέσω μια μικρή αλυσίδα χρονισμού ή ιμάντα στον κάτω εκκεντροφόρο άξονα (βλ. εικόνα παρακάτω). Ο εκκεντροφόρος άξονας σπρώχνει το ωστήριο της βαλβίδας και τη ράβδο ώθησης ευθεία προς τα πάνω. Η δεξιά πλευρά του βραχίονα στροφείου πιέζεται προς τα πάνω. Ο βραχίονας παλινδρόμησης «πέφτει» γύρω από τον άξονα του βραχίονα παλινδρόμησης, πιέζοντας την αριστερή πλευρά προς τα κάτω. Αυτό αναγκάζει τη βαλβίδα προς τα κάτω ενάντια στη δύναμη του ελατηρίου της βαλβίδας. Όταν ο εκκεντροφόρος περιστρέφεται περαιτέρω, το ελατήριο της βαλβίδας πιέζει τη βαλβίδα κλειστή και ο βραχίονας παλινδρόμησης επιστρέφει στην αρχική του θέση.
Γρήγοροι εκκεντροφόροι:
Εάν το έκκεντρο είναι πιο οβάλ και μακρύτερο, η βαλβίδα θα παραμείνει ανοιχτή περισσότερο. Στη συνέχεια, περισσότερος αέρας μπορεί να ρέει στον κύλινδρο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα κέρδη κεφαλαίου. Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται, μεταξύ άλλων, στον συντονισμό κινητήρα. Αυτό ονομάζεται «γρήγορος εκκεντροφόρος». Εάν το άκρο είναι πιο αιχμηρό (περισσότερο σε σχήμα αιχμής) η βαλβίδα θα κλείσει πιο γρήγορα. Πρέπει επίσης να είναι ελαφρώς κυρτό, διαφορετικά η βαλβίδα θα χτυπήσει πίσω στην έδρα με πολύ υψηλή ταχύτητα, προκαλώντας σκληρή φθορά στις έδρες της βαλβίδας. Κατά το σχεδιασμό ενός κινητήρα, αυτό ελέγχεται επίσης προσεκτικά, έτσι ώστε να τοποθετούνται εκκεντροφόροι που είναι οι βέλτιστοι για τιμές ισχύος, κατανάλωσης καυσίμου και εκπομπών ρύπων.
Επικάλυψη βαλβίδων:
Κατά τη διάρκεια της επικάλυψης της βαλβίδας, οι βαλβίδες εισόδου και εξόδου ανοίγουν για λίγο ταυτόχρονα. Στο τέλος της διαδρομής της εξάτμισης, όταν το έμβολο είναι σχεδόν στο TDC, η βαλβίδα εισαγωγής ανοίγει πριν κλείσει η βαλβίδα εξαγωγής. Σε αυτήν την περίπτωση, η ταχύτητα των καυσαερίων που εξέρχονται από τον θάλαμο καύσης είναι τόσο υψηλή που ο αέρας εισαγωγής έχει ήδη τραβηχτεί από το φαινόμενο του κενού. Αφού κλείσει η βαλβίδα εξαγωγής και το έμβολο μετακινηθεί στο ODP, η βαλβίδα εισαγωγής ανοίγει εντελώς. Ο αέρας εισαγωγής θα γεμίσει έτσι τον χώρο καύσης.
Το πλεονέκτημα της επικάλυψης βαλβίδων είναι ότι η ταχύτητα του εισερχόμενου αέρα αυξάνεται όταν ανοίγει η βαλβίδα εισαγωγής, με αποτέλεσμα υψηλότερο βαθμό πλήρωσης.
Το σχήμα δείχνει την κατάσταση όπου η βαλβίδα εισαγωγής (αριστερά) και η βαλβίδα εξαγωγής (δεξιά) ανοίγουν ταυτόχρονα.
Το διάγραμμα δείχνει το άνοιγμα και το κλείσιμο των βαλβίδων εξαγωγής και εισαγωγής. Καθώς ο εκκεντροφόρος περιστρέφεται, η βαλβίδα εξαγωγής ανοίγει και κλείνει ξανά (οι μπλε γραμμές). Η επικάλυψη βαλβίδας εμφανίζεται στη μέση του γραφήματος. Αυτό φαίνεται με κόκκινο χρώμα. Η βαλβίδα εισαγωγής (εμφανίζεται με πράσινες γραμμές) έχει ήδη ανοίξει ελαφρώς εδώ.
Η επικάλυψη της βαλβίδας επιτυγχάνεται από το σχήμα του έκκεντρου. Στην παρακάτω εικόνα μπορείτε να δείτε ότι στον επάνω εκκεντροφόρο άξονα τα υψηλότερα έκκεντρα απέχουν μεταξύ τους 114 μοίρες. Στο κέντρο της εικόνας, η επικάλυψη της βαλβίδας εμφανίζεται επειδή το άκρο του έκκεντρου εισαγωγής και η αρχή του έκκεντρου εξαγωγής είναι υψηλότερα από το στρογγυλό τμήμα του εκκεντροφόρου. Αυτό είναι το μέρος όπου οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής είναι ανοιχτές ταυτόχρονα.
Όσο πιο κοντά τοποθετούνται οι ωτίδες μεταξύ τους, τόσο περισσότερη επικάλυψη εμφανίζεται. Αυτό φαίνεται στη διαφορά μεταξύ του πάνω και του κάτω εκκεντροφόρου, με τα έκκεντρα στον κάτω εκκεντροφόρο να απέχουν 108 μοίρες μεταξύ τους.
Επομένως, η επικάλυψη βαλβίδας εμφανίζεται πάντα και δεν μπορεί να αλλάξει λόγω του σταθερού σχήματος έκκεντρου στον εκκεντροφόρο. Η ποσότητα της επικάλυψης βαλβίδων καθορίζεται από τον κατασκευαστή του κινητήρα.
Μεταβλητός χρονισμός βαλβίδας και ανύψωση βαλβίδας:
Η ισχύς του κινητήρα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον εκκεντροφόρο άξονα. Εάν έχει μακριά και οβάλ έκκεντρα, οι βαλβίδες θα παραμείνουν ανοιχτές περισσότερο. Αυτό σημαίνει ότι περισσότερος αέρας μπορεί να εισέλθει και να εξέλθει από τον κινητήρα, ο οποίος παράγει περισσότερη ισχύ. Εάν τα έκκεντρα είναι πιο κοντά και πιο μυτερά, η βαλβίδα θα ανοίγει λιγότερο και θα κλείνει νωρίτερα, επιτρέποντας λιγότερο αέρα μέσα και έξω, επομένως παράγει επίσης λιγότερη ισχύ. Το πλεονέκτημα είναι ότι αυτό μπορεί να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου.
Οι χαμηλές στροφές κινητήρα με χαμηλά φορτία απαιτούν:
- Οι βαλβίδες εισαγωγής ανοίγουν αργά και κλείνουν νωρίς.
- Οι βαλβίδες εξαγωγής ανοίγουν αργά και κλείνουν νωρίς.
Οι υψηλές στροφές κινητήρα με υψηλά φορτία απαιτούν:
- Ανοίξτε νωρίς τις βαλβίδες εισαγωγής και κλείστε αργά.
- Ανοίξτε νωρίς τις βαλβίδες εξαγωγής και κλείστε αργά.
Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων αναζητούν πάντα μια μέση λύση. Ο μεταβλητός χρονισμός βαλβίδας ρυθμίζει τον εκκεντροφόρο στην επιθυμητή θέση στην ταχύτητα με την οποία λειτουργεί ο κινητήρας. Η μεταβλητή ανύψωση βαλβίδας είναι επίσης μια τεχνική για την απόκτηση διαφόρων πλεονεκτημάτων αλλάζοντας την απόσταση στην οποία ανοίγει η βαλβίδα.
Στο μεταβλητός χρονισμός βαλβίδας περιστρέφει τον εκκεντροφόρο σε σχέση με τον ρυθμιζόμενο οδοντωτό τροχό εκκεντροφόρου (βλ. εικόνα). Με αυτό το σύστημα μπορεί να διευθετηθεί ώστε οι βαλβίδες να ανοίγουν νωρίτερα ή αργότερα, αλλά δεν μπορεί να διευθετηθεί ότι οι βαλβίδες παραμένουν ανοιχτές περισσότερο. Εάν η βαλβίδα ανοίξει νωρίτερα, θα κλείσει επίσης νωρίτερα, επειδή το σχήμα του εκκεντροφόρου παραμένει το ίδιο. Στη σελίδα μεταβλητός χρονισμός βαλβίδας θα δοθούν περισσότερες εξηγήσεις για αυτό.
Μεταβλητή ανύψωση βαλβίδας είναι μια τεχνική που διασφαλίζει ότι το ύψος ανύψωσης της βαλβίδας είναι ρυθμιζόμενο. Αυτό ελέγχει πόσο μακριά ανοίγει η βαλβίδα. Αυτό είναι ευεργετικό τόσο για την κατανάλωση καυσίμου όσο και για την ισχύ του κινητήρα. Η παρακάτω εικόνα είναι ένα παράδειγμα αυτού. Αυτό είναι το Valvetronic της BMW.
Η μεταβλητή ανύψωση βαλβίδας εφαρμόζεται μόνο στον εκκεντροφόρο εισαγωγής. Υπάρχουν πολλές τεχνικές που χρησιμοποιούνται από διαφορετικούς κατασκευαστές. Στη σελίδα μεταβλητή ανύψωση βαλβίδας οι διάφορες τεχνικές περιγράφονται λεπτομερώς.
Λάδωμα:
Ο εκκεντροφόρος πρέπει να λιπαίνεται, όπως και όλα τα άλλα κινούμενα εξαρτήματα του κινητήρα. Ο εκκεντροφόρος τροφοδοτείται με λάδι στα σωστά σημεία μέσω σωλήνων με οπές ή ακροφύσια. Η λειτουργία ολόκληρου του συστήματος λίπανσης περιγράφεται στη σελίδα σύστημα λίπανσης.
