Μαθήματα:
- Γενικός
- Πάτος εμβόλου
- Υλικά
- Δακτύλιοι εμβόλου
- Τελικό διάκενο των δακτυλίων του εμβόλου
- Πείρος εμβόλου
- Αφαλάτωση του πείρου του εμβόλου
- Παραμόρφωση εμβόλου
- Ανακλινόμενο έμβολο
- Ψύξη
Γενικά:
Τα έμβολα κάνουν κινήσεις πάνω και κάτω στον κύλινδρο. Ο κύλινδρος έχει κολλήσει στο μπλοκ κινητήρα και δεν κινείται. Το έμβολο κινείται συνεχώς από το ODP (Κάτω νεκρό κέντρο) στο TDC (Τοπ νεκρό κέντρο) στον κύλινδρο. Η καύση λαμβάνει χώρα στο πάνω μέρος του εμβόλου (που ονομάζεται κάτω μέρος του εμβόλου). Επειδή οι βαλβίδες εισαγωγής ανοίγουν και το έμβολο κινείται προς το μέρος, δημιουργείται ένα κενό στο τμήμα εισαγωγής. Αυτό το κενό αναρροφά αέρα (ή ένα μείγμα καυσίμου) στον κύλινδρο. Σε έναν υπερτροφοδοτούμενο κινητήρα (μέσω ενός τούρμπο ή συμπιεστή), ο αέρας εισαγωγής ωθείται στον κύλινδρο με μια ορισμένη υπερβολική πίεση.
De βαλβίδες εισαγωγής κλείνει και το έμβολο κινείται προς τα πάνω. Ο αέρας (ή το μείγμα καυσίμου) συμπιέζεται (συμπιέζεται) στη συνέχεια στο α κινητήρας βενζίνης με α bougie και σε ένα μηχανή πετρελαίου αναφλέγεται με την προσθήκη καυσίμου ντίζελ.
Επειδή το μείγμα αναφλέγεται, το έμβολο πιέζεται προς τα κάτω με μεγάλη δύναμη. Μετά το βαλβίδες εξαγωγής ανοίγει και το έμβολο σπρώχνει τα καμένα αέρια στην εξάτμιση στην ανοδική διαδρομή.
Τα έμβολα πρέπει να πληρούν τις ακόλουθες ιδιότητες:
- Η χαμηλότερη δυνατή μάζα για να διατηρηθούν οι δυνάμεις μάζας στο TDC και το ODP όσο το δυνατόν χαμηλότερα. Μικρές δυνάμεις μάζας ασκούν λιγότερη πίεση στα ρουλεμάν και επιτρέπουν υψηλότερες συχνότητες περιστροφής.
- Καλή αγωγιμότητα θερμότητας. η θερμοκρασία του πυθμένα του εμβόλου μπορεί να ξεπεράσει τους 400 βαθμούς Κελσίου. Για να αποφευχθεί η υπερβολική άνοδος της θερμοκρασίας της βάσης του εμβόλου, ψύχεται συνεχώς με πίδακα λαδιού στην κάτω πλευρά. Το χαμηλότερο θερμικό φορτίο έχει ως αποτέλεσμα λιγότερη φθορά και λιγότερη κατανάλωση λαδιού.
- Επαρκής μηχανική αντίσταση.
- Χαμηλός συντελεστής τριβής.
Πάτος εμβόλου:
Το πάνω μέρος του εμβόλου ονομάζεται "στέμμα" ή "κάτω μέρος του εμβόλου". Οι εσοχές για τις βαλβίδες συχνά γειώνονται στη βάση του εμβόλου.
Στους κινητήρες ντίζελ άμεσου ψεκασμού, ο πυθμένας του εμβόλου συχνά εξακολουθεί να αποτελεί μέρος του χώρου καύσης. Στη συνέχεια αλέθεται μια ειδική κοιλότητα στο έμβολο, η οποία χρησιμεύει για την περιδίνηση του αέρα. Ο αέρας σε αυτόν τον χώρο θα κάνει μια στροβιλιστική κίνηση, έτσι ώστε το καύσιμο ντίζελ να αναμιγνύεται αμέσως καλά με αυτόν τον αέρα κατά τη διάρκεια της έγχυσης.
Η εικόνα δείχνει έναν κινητήρα ντίζελ άμεσου ψεκασμού με θάλαμο προ-στροβιλισμού στο έμβολο. Ένας κινητήρας ντίζελ με έμμεσο ψεκασμό έχει ξεχωριστό θάλαμο προστροβιλισμού στην κυλινδροκεφαλή. Τότε δεν υπάρχει χώρος καύσης στο κάτω μέρος του εμβόλου.
Υλικά:
Τα έμβολα κατασκευάζονται συνήθως από αλουμίνιο ή κράματα μαγνησίου. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται σφυρήλατα έμβολα αλουμινίου με τις βάσεις των εμβόλων επιχρωμιωμένες. Αυτά είναι πολύ δυνατά και έχουν χαμηλό βάρος. Το πλεονέκτημα είναι ότι λόγω του μικρού τους βάρους έχουν επίσης χαμηλότερο μηχανικό φορτίο στα τοιχώματα των κυλίνδρων (άρα και λιγότερη φθορά), συν ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κινητήρες με μεγάλη ισχύ. Λόγω της εξειδικευμένης παραγωγής, η τιμή είναι πολύ υψηλότερη από τα κανονικά έμβολα αλουμινίου.
Μικρές αυλακώσεις γίνονται επίσης στο πλάι του εμβόλου, συγκρίσιμες με τις αυλακώσεις λείανσης στο τοίχωμα του κυλίνδρου. Αυτά χρησιμεύουν για να "κουβαλούν" το λάδι όταν κινούνται πάνω-κάτω. Εάν δεν υπήρχαν μικρές αυλακώσεις, το λάδι θα μπορούσε απλώς να περάσει δίπλα τους και να καταλήξει στον θάλαμο καύσης.
Δακτύλιοι εμβόλου:
Οι δακτύλιοι εμβόλου πρέπει να εξασφαλίζουν την καλύτερη δυνατή στεγανοποίηση αερίου μεταξύ του εμβόλου στον κύλινδρο. Οι διαρροές κατά μήκος των δακτυλίων του εμβόλου προκαλούν, μεταξύ άλλων:
- Απώλεια συμπίεσης (άρα και απώλεια ισχύος).
- Απώλεια λαδιού μέσω του θαλάμου καύσης.
- Πρόωρη γήρανση και μόλυνση του λαδιού. Επειδή τα αέρια διαρροής εισέρχονται στο λάδι, αυτά τα αέρια μπορούν να αναμειχθούν με το λάδι, προκαλώντας τη γήρανση του λαδιού.
Υπάρχει πάντα ένα στρώμα λαδιού μεταξύ των αυλακώσεων του δακτυλίου του εμβόλου και των δακτυλίων του εμβόλου (βλ. εικόνα παρακάτω). Δεν είναι δυνατόν να φροντίζουν μόνο οι δακτύλιοι του εμβόλου τη στεγανοποίηση. Σημαντικό ρόλο σε αυτό παίζει και το λάδι. Πάει κάπως έτσι:
- Καθώς το έμβολο ανεβαίνει, οι δακτύλιοι του εμβόλου μετακινούνται στο κάτω τμήμα της αυλάκωσης του δακτυλίου εμβόλου. (δείτε εικόνα)
- Το λάδι στο τοίχωμα του κυλίνδρου διεισδύει μεταξύ του δακτυλίου εμβόλου και της αυλάκωσης του δακτυλίου εμβόλου. Αυτό κάνει το έμβολο να πιέζεται στο τοίχωμα του κυλίνδρου.
Όταν οι δακτύλιοι ξύστρας λαδιού φθαρούν, το λάδι μπορεί να μπει μεταξύ του τοιχώματος του κυλίνδρου και του δακτυλίου ξύστρας λαδιού, με αποτέλεσμα να καταλήξει στον θάλαμο καύσης. Στη συνέχεια το λάδι καίγεται, με αποτέλεσμα να βγαίνει μπλε ή μαύρος καπνός από την εξάτμιση. Ο μπλε καπνός προέρχεται από λάδι κινητήρα που εισέρχεται απευθείας στην εξάτμιση, άκαυστο και εξατμίζεται. Στον μαύρο καπνό, το λάδι έχει συμμετάσχει στη διαδικασία καύσης και τα υπολείμματα καμένου λαδιού αφήνουν τα καυσαέρια με τη μορφή (μαύρης) αιθάλης.
Τελικό διάκενο των δακτυλίων εμβόλου:
Το διάκενο της σχισμής είναι το διάστημα μεταξύ των δύο άκρων του δακτυλίου του εμβόλου. Εάν το διάκενο ασφάλισης είναι πολύ μικρό, ο δακτύλιος του εμβόλου δεν έχει χώρο να σχηματιστεί σε μικρότερη διάμετρο. Το τοίχωμα του κυλίνδρου μπορεί να καταστραφεί και ο δακτύλιος του εμβόλου μπορεί να σπάσει. Εάν το διάκενο της κλειδαριάς είναι πολύ μεγάλο, υπάρχει πολύς χώρος μεταξύ των άκρων. οι δακτύλιοι του εμβόλου δεν σφραγίζουν επαρκώς και μπορεί να προκαλέσουν απώλεια συμπίεσης ή αυξημένη κατανάλωση λαδιού.
Το διάκενο κλειδώματος μετριέται με α αισθητήρας. Με την παραπάνω μέτρηση, το διάκενο κλειδώματος πρέπει να είναι μεταξύ 0,35 και 0,55 mm. Ο αισθητήρας με πάχος 0,5 mm μπορούσε να μετακινηθεί με κάποια αντίσταση. Άρα η τελική εκκαθάριση είναι μια χαρά. Για περισσότερες πληροφορίες, δείτε τη σελίδα "μετρήσεις δακτυλίου εμβόλου” κάτω από τον τίτλο Μέτρηση μηχανικά.
Πείρος εμβόλου:
Ο πείρος του εμβόλου χρησιμοποιείται για την περιστροφική σύνδεση του εμβόλου στη ράβδο σύνδεσης. Ο πείρος του εμβόλου είναι (θεωρητικά) τοποθετημένος στο κέντρο του εμβόλου και ασφαλίζεται με κυκλικό συνδετήρα. Στην πραγματικότητα, ο πείρος του εμβόλου είναι τοποθετημένος εκτός κέντρου, γεγονός που βελτιώνει την απόδοση. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτό μπορείτε να βρείτε παρακάτω στο επόμενο κεφάλαιο: Αποξοξοποίηση του πείρου του εμβόλου.
Αφαίρεση του πείρου του εμβόλου:
Η θέση εκτός άξονα του πείρου του εμβόλου σημαίνει ότι ο πείρος του εμβόλου δεν είναι τελείως κεντραρισμένος (όπως φαίνεται στο σχήμα). Αυτά τα έμβολα πρέπει φυσικά να τοποθετηθούν επίσης σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Η κατεύθυνση υποδεικνύεται με ένα βέλος, το οποίο σημειώνεται στο κάτω μέρος του εμβόλου. Αυτό το βέλος δείχνει προς την πλευρά διανομής.
Η τοποθέτηση του πείρου του εμβόλου εκτός κέντρου εξυπηρετεί έναν σημαντικό σκοπό. μειώστε τη φθορά στο τοίχωμα του κυλίνδρου και μειώστε τον θόρυβο που προκαλείται από το έμβολο κατά την αλλαγή των τοιχωμάτων του κυλίνδρου. Όταν το έμβολο κινείται προς τα πάνω, πιέζεται στην αριστερή πλευρά του τοιχώματος του κυλίνδρου και όταν κινείται προς τα κάτω πιέζεται στη δεξιά πλευρά. Με κάθε διαδρομή ισχύος, το έμβολο θα χτυπηθεί από την αριστερή πλευρά στη δεξιά πλευρά με τεράστια δύναμη.
Επειδή ο πείρος του εμβόλου είναι τοποθετημένος εκτός κέντρου, η μπιέλα είναι ήδη όρθια πριν από το TDC. Το έμβολο κινείται στη δεξιά πλευρά του κυλίνδρου πριν από τη διαδρομή ισχύος. Όταν πραγματοποιηθεί τώρα η διαδρομή ισχύος, το έμβολο βρίσκεται ήδη στη σωστή θέση και μπορεί τώρα να κατέβει κατευθείαν προς τα κάτω με μία κίνηση. Λόγω του εκτός κέντρου πείρου του εμβόλου, το έμβολο δεν χτυπιέται πλέον στο τοίχωμα του κυλίνδρου από τη διαδρομή ισχύος, γεγονός που μειώνει τον θόρυβο και τη φθορά.
Παραμόρφωση εμβόλου:
Το έμβολο παίρνει διαφορετικό σχήμα σε έναν ζεστό κινητήρα από ότι σε έναν κρύο κινητήρα. Το υλικό διαστέλλεται λόγω της θερμότητας. Το έμβολο είναι κατασκευασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε η διαστολή να γίνεται μόνο προς μία κατεύθυνση. Διαφορετικά, το έμβολο μπορεί να κολλήσει στον κύλινδρο.
Στο αριστερό άκρο του σχήματος φαίνεται το έμβολο σε κανονική κατάσταση. Η μεσαία εικόνα είναι του εμβόλου στον κύλινδρο που φαίνεται από πάνω, όταν είναι σε θερμοκρασία λειτουργίας. Έτσι ο κινητήρας λειτουργεί για λίγο, με αποτέλεσμα το υλικό του εμβόλου να ζεσταθεί και να διασταλεί. Η σωστή εικόνα είναι το έμβολο σε ψυχρή κατάσταση. Αυτό έχει πλέον οβάλ σχήμα. Τα βέλη πάνω και κάτω δείχνουν τη διαφορά στο μέγεθος. Το έμβολο στη δεξιά εικόνα έχει ενισχυθεί στο πλάτος και έχει κατασκευαστεί σκόπιμα στο μήκος έτσι ώστε να έχει χώρο να επεκταθεί. Ο λόγος για αυτό είναι ότι κάθε υλικό διαστέλλεται όταν θερμαίνεται. Στο έμβολο πρέπει επίσης να δοθεί χώρος για αυτό.
Η πλευρά που δεν διαστέλλεται, δηλαδή η αριστερή και η δεξιά πλευρά του εμβόλου στην εικόνα, πιέζεται στο τοίχωμα του κυλίνδρου κατά τη διάρκεια της διαδρομής ισχύος. Αυτή η πλευρά απορροφά τη δύναμη ολίσθησης (δείτε την εικόνα στο κεφάλαιο παρακάτω "ανακλινόμενο έμβολο". Αυτό είναι φυσικά κατασκευασμένο με αυτόν τον τρόπο, γιατί διαφορετικά ο χώρος μεταξύ του εμβόλου και του τοιχώματος του κυλίνδρου είναι πολύ μεγάλος με αυτήν την τεράστια δύναμη. Το έμβολο τότε γίνεται ο κινητήρας ρίχνεται στο τοίχωμα του κυλίνδρου και επομένως θα έχει μικρή διάρκεια ζωής.
Παρόλα αυτά, ο ήχος μπορεί να είναι ακόμα διαφορετικός όταν ο κινητήρας είναι κρύος από ό,τι όταν ο κινητήρας είναι ζεστός. Όταν ο κινητήρας είναι κρύος, υπάρχει τόσο πολύ παιχνίδι μεταξύ του εμβόλου και του κυλίνδρου που μπορεί ακόμα να ακουστεί ένας ελαφρύς ήχος. Αυτό δεν είναι καθόλου πρόβλημα, εφόσον η φάση προθέρμανσης του κινητήρα εξελίσσεται ομαλά. Με αυτό εννοώ ότι ο κινητήρας πρέπει να ζεσταίνεται αργά (όχι πολύ υψηλές στροφές και σίγουρα όχι πολύ γκάζι στις χαμηλές στροφές). Εάν συμβεί αυτό, το έμβολο δεν έχει ακόμη διασταλεί πλήρως και το λάδι δεν έχει φτάσει ακόμη στη θερμοκρασία λειτουργίας τουλάχιστον 60 ή 80 μοίρες. Τότε ο κινητήρας θα έχει σημαντικά μικρότερη διάρκεια ζωής. Το τοίχωμα του κυλίνδρου θα φθείρεται πιο γρήγορα, όπως και η πλευρά του εμβόλου, που θα φθείρεται σκληρά. Ο θόρυβος του εμβόλου μπορεί επίσης να μειωθεί από τον κατασκευαστή με την εφαρμογή "desaxation". (Βλέπε κεφάλαιο παραπάνω).
Ανακλινόμενο έμβολο:
Ενώ κινείται πάνω-κάτω, το έμβολο κινείται επίσης ελαφρώς κατά πλάτος στο τοίχωμα του κυλίνδρου. Εάν παρουσιαστεί φθορά στο τοίχωμα του κυλίνδρου λόγω λανθασμένης χρήσης του κινητήρα (σκεφτείτε να οδηγείτε γρήγορα / υψηλές στροφές όταν ο κινητήρας είναι κρύος), το τμήμα του τοιχώματος του κυλίνδρου (με κόκκινο στην εικόνα) μπορεί να γίνει κοίλο. Η κακή επιλογή υλικών από τον κατασκευαστή του αυτοκινήτου μπορεί επίσης να παίξει σημαντικό ρόλο σε αυτό (σκεφτείτε ορισμένους κινητήρες 1.4 16v από το VAG). Αυτό σημαίνει ότι το πλάτος του τοιχώματος του κυλίνδρου αυξάνεται και επομένως το έμβολο έχει μεγαλύτερη ελευθερία κινήσεων ως αποτέλεσμα της δύναμης ολίσθησης. Σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για «ανακλινόμενα έμβολα». Η εικόνα δείχνει ότι το έμβολο τραβιέται ελαφρώς στριμμένο στον κύλινδρο. Μια ελαφρώς υπερβολική κατάσταση, αλλά η έννοια του "ανακλινόμενου εμβόλου" είναι σαφώς ορατή.
Το αποτέλεσμα της ανατροπής των εμβόλων είναι ότι ο κινητήρας κάνει πολλούς θορύβους. Μερικές φορές μπορεί σχεδόν να συγκριθεί με τον ήχο που παράγεται από έναν κινητήρα ντίζελ. Ο ήχος είναι καθαρά το χτύπημα του τοιχώματος του κυλίνδρου λόγω του επιπλέον χώρου που έχει το έμβολο στον κύλινδρο. Ως αποτέλεσμα, η κατανάλωση λαδιού συχνά αυξάνεται (λόγω κακής στεγανοποίησης) και συχνά αυξάνεται και η φθορά. Το μόνο πράγμα που μπορεί να γίνει για αυτό είναι η γενική επισκευή του κινητήρα.
Ψύξη:
Το έμβολο ψύχεται με ψεκασμό λαδιού κινητήρα στο κάτω μέρος. Αυτό μπορεί να γίνει με έναν ψεκαστήρα λαδιού (δείτε την παρακάτω εικόνα) ή μέσω μιας οπής στη μπιέλα. Αυτό, μαζί με περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την ψύξη και τη λίπανση, περιγράφεται στη σελίδα σύστημα λίπανσης.
