Η ανατομία ενός κινητήρα

1771 Επισκέψεις στο άρθρο - Ημερομηνία δημοσίευσης: 23/10/2020

Aπό ποια κομμάτια αποτελείται το… παζλ που λέγεται κινητήρας; Δείτε τι είναι τα πιστόνια, οι βαλβίδες, οι στροφαλοφόροι, οι εκκεντροφόροι και όλα τα εξαρτήματα που αποτελούν τον κινητήρα του αυτοκινήτου σας, πως χαλάνε κάποια από αυτά και πως συγχρονίζονται μεταξύ τους.

 
Πιστόνια ή έμβολα
Tα πιστόνια είναι ειδικά κυλινδρικά μορφοποιημένα εξαρτήματα που βρίσκονται μέσα στους κυλίνδρους πραγματοποιώντας ευθύγραμμη παλινδρόμηση. Με την παλινδρόμηση επιτυγχάνουν: σταδιακή αύξηση και μείωση του εσωτερικού όγκου των κυλίνδρων, κατανομή των πιέσεων στις πλευρικές επιφάνειες των κυλίνδρων, απορρόφηση υψηλών ποσοτήτων θερμοκρασιών στη φάση ανάφλεξης - καύσης και στεγανοποίηση του κυλίνδρου με τον στροφαλοθάλαμο μέσω των ελατηρίων.

Τι μπορεί να προκαλέσει φθορά στα πιστόνια

Συνολικά οι υψηλές θερμοκρασίες είναι ο εχθρός των πιστονιών και μπορούν προκύψουν από:

• Ελλιπή λίπανση.
• Προβληματικό σύστημα ψύξης.
• Σπάσιμο των ελατηρίων που μπορεί να προέλθει από φυσιολογική φθορά ή υψηλή συμπίεση.
• Από καύση με φτωχό μείγμα (μικρότερο ποσοστό βενζίνης, περισσότερο αέρα) ή πλούσιο μείγμα (μεγαλύτερο ποσοστό βενζίνης, μικρότερο αέρα). Αυτό συμβαίνει κυρίως σε αυτοκίνητα όπου η τροφοδοσία γίνεται με καρμπιρατέρ και όχι τόσο σε αυτά που η τροφοδοσία καυσίμου γίνεται με ψεκασμό.
• Από προανάφλεξη (αβάνς) σε λάθος χρόνο.
• Πρόβλημα στα έμβολα δημιουργεί και η κακή ποιότητα καυσίμου.

Συνέπειες από φθορές στα πιστόνια

Στην περίπτωση που η θερμοκρασία στο θάλαμο του κυλίνδρου υπερβεί τα επιτρεπτά όρια λόγω ελλιπούς λίπανσης κολλάνε τα ελατήρια που βρίσκονται μέσα σε δακτυλίους στην κεφαλή του πιστονιού ενώ προκαλούνται και χαρακιές στις πλευρικές τους επιφάνειες και πιθανώς και στα τοιχώματα του κυλίνδρου ή των χιτωνίων.

Αν η ψύξη είναι ελλιπής, συμβαίνουν τα παραπάνω και επιπλέον είναι μεγάλη η πιθανότητα να τρυπήσουν οι κεφαλές των πιστονιών και να κολλήσει ο κινητήρας.

Σε περίπτωση που σπάσουν τα ελατήρια του πιστονιού έχουμε απώλεια συμπίεσης, προκαλούνται χαρακιές στα τοιχώματα του κυλίνδρου ή του χιτωνίου και στα πιστόνια ενώ ο κινητήρας καίει λάδια.

Η καύση με φτωχό ή πλούσιο μείγμα καυσίμου προκαλεί υπερθέρμανση, άρα και παρόμοιες συνέπειες με την ελλιπή λίπανση.

Λάθος προανάφλεξη προκαλεί φθορές στην κεφαλή του πιστονιού και σε μερικές περιπτώσεις μπορεί ακόμα και να το τρυπήσει.
 
Στροφαλοφόρος άξονας
Ο στροφαλοφόρος άξονας συνδέεται με το πιστόνι μέσω της μπιέλας (connecting rod). Καθώς το πιστόνι κινείται παλινδρομικά στον κύλινδρο, μέσω της μπιέλας περιστρέφει και τον στροφαλοφόρο άξονα και μετατρέπει την ευθεία του κίνηση σε περιστροφική.

Πότε βγάζει πρόβλημα

Το πιο συνηθισμένο πρόβλημα του
στροφαλοφόρου άξονα, είναι η φθορά των ρουλεμάν πάνω στα οποία περιστρέφεται. Σημαντικό ρόλο στην καλή λειτουργία του στροφαλοφόρου και των ρουλεμάν παίζει η σωστή λίπανση. Θα πρέπει να τακτά χρονικά διαστήματα να χρησιμοποιείται το ενδεδειγμένο λιπαντικό σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή.

Βαλβίδες
Ο κινητήρας χωρίζεται σε δύο βασικές «ομάδες» άμεσα συνδεδεμένων εξαρτημάτων, με την πρώτη ομάδα να αποτελείται από το στρομφαλοφόρο άξονα και τα έμβολα, ενώ τη δεύτερη από τους εκκεντροφόρους και τις βαλβίδες.Όπως ίσως ήδη γνωρίζετε, οι βαλβίδεςεισαγωγής επιτρέπουν την είσοδο του καύσιμου μείγματος στον θάλαμο καύσης, ενώ, αντίθετα, οι βαλβίδες εξαγωγής επιτρέπουν την έξοδο των καυσαερίων από τον θάλαμο στην εξάτμιση. Οι βαλβίδες εισαγωγής ανοίγουν στη φάση της εισαγωγής και κλείνουν με την έναρξη της συμπίεσης του μείγματος, ενώ οι βαλβίδες εξαγωγής ανοίγουν στη φάση της εξαγωγής για την απομάκρυνση των καυσαερίων.
Ένα από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά της κίνησης των βαλβίδων είναι το βύθισμα και η χρονική διάρκεια ανοίγματος τους. Με τον πρώτο όρο αναφερόμαστε στη διαδρομή των βαλβίδων μέσα στον θάλαμο καύσης, ενώ με τον δεύτερο στη χρονική διάρκεια που οι βαλβίδες παραμένουν ανοιχτές. Όπως είναι λογικό, όταν οι στροφές του κινητήρα αυξάνονται, μπορεί το βύθισμα να παραμένει σταθερό, αλλά η διάρκεια του ανοίγματος μειώνεται αισθητά με αποτέλεσμα η επαρκής πλήρωση-εκκένωση του θαλάμου καύσης να μην είναι εφικτή.

Πότε έχουν πρόβλημα

Αν το αυτοκίνητο βγάζει γκρι-άσπρο καπνό κατά την εκκίνηση, τότε μπορεί να υπάρχει διαρροή από τις τσιμούχες των βαλβίδων. Oι τσιμούχες των βαλβίδων σφραγίζουν το θάλαμο καύσης από το λάδι που βρίσκεται πάνω από τις βαλβίδες. Όταν φθείρονται οι τσιμούχες, μπορεί να επιτρέψουν στο λάδι να στάξει μέσα στο θάλαμο και να συσσωρευτεί μέσα σε αυτόν μέχρι να ξαναβάλεις μπρος την μηχανή

Εκκεντροφόρος
Ο εκκεντροφόρος άξονας είναι μία μεταλλική ράβδος, η οποία φέρει κάποια «δοντάκια», τα οποία ονομάζονται «έκκεντρα». Ο ρόλος του είναι ιδιαίτερα σημαντικός, μιας και είναι υπεύθυνος να ανοίγει και να κλείνει τις βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής του κάθε κυλίνδρου. Βασικό χαρακτηριστικό των εκκεντροφόρων είναι το βύθισμα που δίνουν στις βαλβίδες, αλλά και η διάρκεια που θα τις αφήσουν ανοιχτές.

Υπάρχουν κινητήρες με αρχιτεκτονική που ονομάζεται «SOHC» από τη φράση Single OverHead Cam στην οποία υπάρχει ένας επικεφαλής εκκεντροφόρος άξονας ο οποίος αναλαμβάνει το άνοιγμα-κλείσιμο τόσο των βαλβίδων εισαγωγής, όσο και αυτών της εξαγωγής. Η πιο συνηθισμένη διάταξη όμως είναι η «DOHC», η οποία αποτελείται από δύο εκκεντροφόρους. Ο ένας αναλαμβάνει το άνοιγμα-κλείσιμο των βαλβίδων εισαγωγής και ο δεύτερος το άνοιγμα-κλείσιμο των βαλβίδων εξαγωγής. Ασφαλώς ένας κινητήρας που διαθέτει δύο εκκεντροφόρους συνηθίζεται να έχει περισσότερες βαλβίδες ανά κύλινδρο με αποτέλεσμα να υπερτερεί λόγω της βελτιωμένης ροής που συμβάλλει στην αύξηση της ισχύος και τη μείωση της κατανάλωσης.


Πως συντονίζεται η κίνηση
Όπως είναι λογικό, τα εξαρτήματα της κάθε ομάδας είναι άμεσα συγχρονισμένα. Το μυστικό όμως για την ομαλή λειτουργία του κινητήρα είναι να κινούνται συγχρονισμένα και οι δύο αυτές ομάδες. Αυτός είναι ο λεγόμενος χρονισμός του κινητήρα και είτε με τον έναν ιμάντα, είτε με μία καδένα πετυχαίνουμε την αρμονική κίνηση των μηχανικών μερών.
Καθώς οι στροφές λειτουργίας αυξάνονται, οι ανάγκες του κινητήρα μεταβάλλονται δημιουργώντας πρόβλημα στους μηχανικούς. Κάπου εδώ έρχονται τα συστήματα μεταβλητού χρονισμού.

Όσο οι στροφές του κινητήρα βρίσκονται σε χαμηλά επίπεδα, ο χρόνος που οι βαλβίδες παραμένουν ανοιχτές επαρκεί για τη σωστή πλήρωση – εκκένωση του θαλάμου καύσης. Είναι εύκολα αντιληπτό, όμως ότι καθώς οι σ.α.λ. αυξάνονται, αυτός ο χρόνος μειώνεται με αποτέλεσμα να μην επιτυγχάνεται αποδοτική καύση στον μέγιστο βαθμό.Αντίθετα αν η κίνηση των βαλβίδων ρυθμιστεί με  τέτοιο τρόπο, ώστε ο κινητήρας να λειτουργεί αποδοτικά στις υψηλές στροφές, θα υπάρχει πρόβλημα στις χαμηλές στροφές λειτουργίας.

Η λύση σε αυτό το πρόβλημα ονομάζεται μεταβλητός χρονισμός των βαλβίδων και κατά καιρούς οι αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν δημιουργήσει μηχανισμούς που λύνουν το συγκεκριμένο πρόβλημα με διαφορετικό τρόπο. Άλλοι κατασκευαστές προτίμησαν να αυξήσουν το χρόνο που οι βαλβίδες παραμένουν ανοιχτές όταν ο κινητήρας ξεπερνά ένα όριο σ.α.λ., ώστε η ροή να διαρκεί περισσότερο. άλλοι προτίμησαν να αυξήσουν το βύθισμα των βαλβίδων, ώστε να αυξηθεί η εισερχόμενη – εξερχόμενη μάζα, ενώ άλλοι συνδύασαν και τις δύο μεθόδους.