Τ.Ε.Ι ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ «ΚΥΡΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΚ» ΚΑΡΑΚΩΣΤΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

Transcript

1 Τ.Ε.Ι ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ «ΚΥΡΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΚ» ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ ΧΑΤΟΥΤΣΙΔΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΡΑΚΩΣΤΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΚΩΣΤΗΣ Ι. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΒΑΛΑ ΜΑΙΟΣ 2010

2 Τ.Ε.Ι ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ «ΚΥΡΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΚ» ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ ΧΑΤΟΥΤΣΙΔΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΡΑΚΩΣΤΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΚΩΣΤΗΣ Ι. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΒΑΛΑ ΜΑΙΟΣ 2010

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Υπάρχουν δυο είδη κινητήρων που διαχωρίζονται με βάση το καύσιμο, οι κινητήρες πετρελαίου και οι κινητήρες βενζίνης. Οι κινητήρες αυτοί όταν τοποθετούνται πανό σε κάποιο όχημα, θα πρέπει να συνεργάζονται και να υποβοηθούνται από κάποια συστήματα ώστε το όχημα να βγαίνει τελειοποιημένο σε κίνηση. Μ αυτά τα βασικά συστήματα θα ασχοληθούμε στο υπόλοιπο της εργασίας μας. Η επιλογή μας στο θέμα αυτό ήταν το αποτέλεσμα του ενδιαφέροντος αλλά και της ανάγκης μας για εξερεύνηση των βασικών συστημάτων που συνοδεύουν έναν κινητήρα κι ο τρόπος με τον οποίο αυτά συνεργάζονται μεταξύ τους ώστε να βγαίνει αυτό το αποτέλεσμα που λέγετε αυτοκινούμενο όχημα.

4 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ 10 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 11 Ε.1 Ιστορικά στοιχεία για το αυτοκίνητο. 11 Ε.2 Βασικά συστήματα αυτοκινήτων. 13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ 1.1 Συμπλέκτης Βασικές ιδιότητες συμπλεκτών Αρχή λειτουργίας του συμπλέκτη Συμπλέκτες ξηράς τριβής εξαρτήματα και λειτουργία αυτών Υγροί πολύδισκοι συμπλέκτες Κιβώτια ταχυτήτων Γενικά Τύποι κιβωτίων ταχυτήτων Περιγραφή κιβωτίου ταχυτήτων Άξονες Κύριες ομάδες γραναζιών κιβώτιου ταχυτήτων Μηχανισμός συγχρονισμού εμπλοκής γραναζιών (συγχρονιζέ) Άξονες μετάδοσης κίνησης και αρθρωτοί σύνδεσμοι Γενικά Τρόποι μεταφοράς της κίνησης, όταν ο κινητήρας βρίσκεται μπροστά και η κίνηση στους πίσω τροχούς Αρθρωτοί σύνδεσμοι εμπρόσθιας και οπίσθιας μετάδοσης κίνησης Διαφορικό. 42 1

5 1.4.1 Γενικά Περιγραφή και λειτουργία απλού διαφορικού Σύστημα μπροστινού διαφορικού Ημιαξόνιο Τύποι ημιαξονίων Τροχοί Συγκρότημα τροχού Κατασκευή τροχού. 49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ 2.1 Γενικά Μέθοδοι διεύθυνσης Αρθρωτός μηχανισμός συστήματος διεύθυνσης Μηχανισμοί διεύθυνσης και είδη αυτών Υδραυλικό σύστημα διεύθυνσης (υποβοήθηση) Ηλεκτρικό σύστημα διεύθυνσης (υποβοήθηση) Σύνθετο σύστημα διεύθυνσης. 62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΕΔΗΣΗΣ 3.1 Γενικά Παράγοντες που επηρεάζουν την επιβράδυνση Υδραυλικά φρένα Περιγραφή των εξαρτημάτων ενός υδραυλικού συστήματος πέδησης Υγρά φρένων Ρυθμίσεις υδραυλικών φρένων Μικτά φρένα Αντιμπλοκαριστικό σύστημα φρένων ABS. 76 2

6 3.7.1 Απαιτήσεις από το σύστημα ABS Περιγραφή λειτουργίας συστήματος ABS Εξαρτήματα συστήματος ABS. 81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ 4.1 Γενικά Ψυκτικά υγρά Νερό Προστιθέμενες ουσίες στο νερό ως υγρό ψύξης Άλλα ψυκτικά υγρά Ροή του ψυκτικού υγρού μέσα στο σύστημα ψύξης Υδροχιτώνιο ψυγείο Ανεμιστήρας Θερμοστάτης Αντλία νερού Σύστημα ψύξης με αέρα Συγκρότηση του συστήματος ψύξης με αέρα Σύγκριση των συστημάτων ψύξης. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτών Υδρόψυκτοι κινητήρες Αερόψυκτοι κινητήρες Βλάβες του συστήματος ψύξης και αποκατάστασή τους Ελαττωματική λειτουργία της τάπας του ψυγείου Μικρή απόδοση του ανεμιστήρα Ελαττωματική λειτουργία της αντλίας νερού Κακή ρύθμιση ή θραύση του ιμάντα Έμφραξη των υδροχιτωνίων του κινητήρα Έμφραξη του ψυγείου Κακή κατάσταση των ελαστικών σωλήνων του ψυκτικού υγρού Ελαττωματική λειτουργία του οργάνου ένδειξης θερμοκρασίας Ελαττωματικός θερμοστάτης Διαρροές ψυκτικού υγρού. 99 3

7 Αντικανονική στάθμη του ψυκτικού υγρού στο ψυγείο Ύπαρξη αέρα και άφρισμα ψυκτικού υγρού Χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας του κινητήρα Υπερθέρμανση του κινητήρα. 102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ 5.1 Γενικά Ο ρόλος του λιπαντικού στους κινητήρες εσωτερικής καύσης Αντλία λαδιού Τύποι Αντλία με οδοντωτούς τροχούς Αντλία με στροφείς (λοβούς) Φίλτρο λαδιού Υπάρχουν διάφοροι τύποι φίλτρων Ανακύκλωση αναθυμιάσεων στροφαλοθαλάμου κάρτερ Ψυγείο λαδιού Σκοπός και λειτουργία Μετρητής στάθμης λαδιού Μετρητής πίεσης λαδιού - προειδοποιητική λυχνία Περιγραφή λειτουργίας συστημάτων λίπανσης Περιοδικός έλεγχος και αντικατάσταση λαδιού Βλάβες του συστήματος λίπανσης. 116 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 6.1 Γενικά Διανομέας Ντιστριμπιτέρ Πολλαπλασιαστής Δυναμό Μπαταρία

8 6.6 Εγκέφαλος κινητήρα. 126 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ 7.1 Γενικά Τρόπος λειτουργίας Είδη κλιματισμού αυτοκινήτου Η χρήση του κλιματισμού Προβλήματα ψύξης Αίτια Επισκευή. 134 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 136 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 137 5

9 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Εικόνα 1.1 Μηχανισμός συμπλέκτη ξηρής τριβής. 15 Εικόνα 1.2 Συμπλέκτης ξηρής τριβής με ελατήρια. 17 Εικόνα 1.3 Κύρια μέλη συμπλέκτη με διάφραγμα. 18 Εικόνα 1.4 Διάφραγμα συμπλέκτη. 19 Εικόνα 1.5 Κύρια μέρη δίσκου συμπλέκτη. 21 Εικόνα 1.6 Το κιβώτιο ταχυτήτων. 22 Εικόνα 1.7 Σειριακό κιβώτιο ταχυτήτων. 24 Εικόνα 1.8 Κιβώτιο ταχυτήτων σε εμπρόσθια κίνηση. 25 Εικόνα 1.9 Γρανάζι του πρωτεύοντα-ενδιάμεσου άξονα και της όπισθεν. 27 Εικόνα 1.10 Απλή διάταξη ενός συστήματος συγχρονισμού. 29 Εικόνα 1.11 Διάταξη κεντρικού άξονα με ολισθαίνοντα σύνδεσμο και μεσαία τριβή. 35 Εικόνα 1.12 Σχηματική διάταξη του σταυρού και των εξαρτημάτων του. 36 Εικόνα 1.13 Σύνδεσμος σταθερής ταχύτητας -μπιλιοφόρος. 37 Εικόνα 1.14 Διάταξη συνδέσμου σταθερής ταχύτητας. 38 Εικόνα 1.15 Διπλός σταυρός για μεγάλη αλλαγή γωνίας στη διεύθυνση του άξονα κίνησης. 40 Εικόνα 1.16 Κεντρική γωνιακή μετάδοση. 41 Εικόνα 1.17 Υποκεντρική γωνιακή μετάδοση. 41 Εικόνα 1.16 Διαφορικό. 42 Εικόνα 1.17 Κύρια μέρη διαφορικού. 43 Εικόνα 1.18 Στήριξη του συστήματος του διαφορικού με ρουλεμάν στο εξωτερικό κέλυφος. 44 Εικόνα 1.19 Διαφορικό μπροστινής κίνησης. 46 Εικόνα 1.20 Ημιαξόνιο. 47 6

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ Εικόνα 2.1 Σύστημα διεύθυνσης. 50 Εικόνα 2.2. Ρυθμιζόμενη κολόνα τιμονιού ασφαλείας. 52 Εικόνα 2.3 Βασικά τμήματα κολόνας ασφαλείας τιμονιού. 53 Εικόνα 2.4 Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία κίνησης και περικόχλιο. 55 Εικόνα 2.5 Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία κίνησης, περικόχλιο και περιφερόμενα σφαιρίδια. 56 Εικόνα 2.6 Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία και οδοντωτό τομέα. 56 Εικόνα 2.7 Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία και ράουλα. 57 Εικόνα 2.8 Κρεμαγιέρα. 59 Εικόνα 2.9 Υδραυλικό σύστημα. 60 Εικόνα 2.10 Ηλεκτρικό σύστημα. 61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΕΔΗΣΗΣ Εικόνα 3.1 Υδραυλικό σύστημα. 65 Εικόνα 3.2. Κύρια μέρη κεντρικής αντλίας φρένων. 66 Εικόνα 3.3 Κύρια μέρη αντλίας φρένων διπλής ενέργειας. 69 Εικόνα 3.4 Ταμπούρο. 70 Εικόνα 3.5 Δισκόφρενα. 72 Εικόνα 3.6 Δισκόφρενα με σταθερή δαγκάνα. 73 Εικόνα 3.7 Σύστημα ABS. 77 Εικόνα 3.8 Αισθητήρας στροφών. 83 7

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ Εικόνα 4.1 Ποσοστά στα οποία διαμοιράζεται η ενέργεια καύσης. 85 Εικόνα 4.2 Σύστημα ψύξης κινητήρα αυτοκινήτου. 89 Εικόνα 4.3 Λειτουργία αντλίας νερού. 92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ Εικόνα 5.1 Σύστημα λύπανσης. 104 Εικόνα 5.2 Αντλία λαδιού. 106 Εικόνα 5.3 Φίλτρο λαδιού. 108 Εικόνα 5.4 Κύκλωμα εξαερισμού στροφαλοθαλάμου από τις αναθυμιάσεις λιπαντικού. 109 Εικόνα 5.5 Ψυγείο λαδιού. 110 Εικόνα 5.6 Δείκτης μέτρησης στάθμης λαδιού. 111 Εικόνα 5.7 Σύστημα λίπανσης. 113 Εικόνα 5.8 Έλεγχοι για φθορές σε αντλία λαδιού. 118 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Εικόνα 6.1 Διανομέας. 121 Εικόνα 6.2 Πολλαπλασιαστής. 122 Εικόνα 6.3 Δυναμό. 123 Εικόνα 6.4 Μπαταρία. 124 Εικόνα 6.5 Εγκέφαλος κινητήρα

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Εικόνα 7.1 Κλιματισμός αυτοκινήτου. 129 Εικόνα 7.2 Το κύκλωμα του κλιματισμού

13 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η εργασία μας αποτελείται από επτά κεφάλαια και περιληπτικά μπορούν να αναφερθούν τα ακόλουθα για καθένα απ αυτά. Το πρώτο κεφάλαιο που αναφέρεται στο σύστημα μετάδοσης κίνησης περιλαμβάνει τους συμπλέκτες και τα είδη τους, τα κιβώτια ταχυτήτων και τα είδη τους, τους άξονες μετάδοσης κίνησης και τους αρθρωτούς συνδέσμους, το διαφορικό, το ημιαξόνιο, τους τροχούς και εικόνες για το πώς αυτά είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους ώστε να συνεργάζονται. Στο δεύτερο κεφάλαιο συναντούμε το σύστημα διεύθυνσης όπου αναφέρονται γενικές πληροφορίες και τα είδη των μηχανισμών διεύθυνσης, οι μέθοδοι διεύθυνσης, οι αρθρωτοί μηχανισμοί και το πώς αυτά συνυπάρχουν για να κατευθύνεται σωστά το όχημα από τον οδηγό του. Το τρίτο κεφάλαιο ασχολείται με το σύστημα πέδησης όπου υπάρχουν γενικές πληροφορίες, τα ειδή των φρένων, οι παράγοντες που επηρεάζουν την επιβράδυνση, τα υγρά φρένων, το αντιμπλοκαριστικό σύστημα ABS και κατατοπιστικές περιγραφές σε συνεργασία με εικόνες ώστε να γίνει κατανοητή η λειτουργία του. Στο σύστημα ψύξης αναφέρεται το επόμενο κεφάλαιο, αρχικά με γενικές πληροφορίες και στη συνέχεια στα ψυκτικά υγρά, στα υδροχιτώνια, στο ψυγείο, στον ανεμιστήρα, στο θερμοστάτη, στην αντλία νερού, και στο σύστημα ψύξης με αέρα όπου υπάρχουν εμπεριστατωμένες πληροφορίες και καταλήγοντας γίνεται σύγκριση των συστημάτων ψύξης. Συνεχίζοντας στο παρακάτω κεφάλαιο βλέπουμε το σύστημα λίπανσης όπου αναφέρονται γενικές πληροφορίες γι αυτό, τα εξαρτήματα που το αποτελούν και τελικά γίνεται η περιγραφή της λειτουργίας του ώστε να κατανοηθεί πως γίνετε αυτή. Κλείνοντας συναντούμε το ηλεκτρικό σύστημα και το σύστημα κλιματισμού αυτοκινήτου όπου αναφέρονται γενικές πληροφορίες για το καθένα, τα εξαρτήματα που τα αποτελούν, ο τρόπος λειτουργίας τους αλλά και εικόνες όπου παρουσιάζονται συγκροτημένα τα εξαρτήματά ώστε να γίνεται ακριβέστερος ο τρόπος λειτουργίας τους. 10

14 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ε.1 Ιστορικά στοιχεία για το αυτοκίνητο. Ο πρώτος που συνέλαβε την ιδέα του αυτοκινούμενου οχήματος ήταν ο Λεονάρντο Ντα Βίντσι, ωστόσο όμως μόνο η εκμετάλλευση του ατμού έκανε δυνατή την κατασκευή του. Το πρώτο ατμοκίνητο ρυμουλκό όχημα κατασκευάσθηκε το 1763 απ το Γάλλο μηχανικό Ν. Κυνιώ, ο οποίος το 1771 κατασκεύασε ατμοκίνητο φορτηγό όχημα, την περίφημη σκευοφόρο, που φυλάσσεται στο μουσείο τεχνών κι επαγγελμάτων της Γαλλίας. Ακολούθησαν (από το 1801 εώς το 1836) οι άγγλοι Ρίτσαρντ Τρέβιθικ, Χ. Τζαίημς (που πρώτος τοποθέτησε κιβώτιο ταχυτήτων στο ατμοκίνητο όχημά του), Ουώλτερ Χάνκοκ (που πρώτος τοποθέτησε το χειρόφρενο), Γρίφιθ και Χίλλ που με το Χάνκοκ κατασκεύασαν τα πρώτα ατμοκίνητα λεωφορεία. Ο Γάλλος Ονεσιφόρ Πεκέρ επινόησε το διαφορικό (1827). Ο Τσάρλς Γκουντγήαρ επινόησε το βουλκανισμό (θείωση) των ελαστικών (1839) κι ο Ρόμπερτ Ουίλιαμ Τόμσον τον αεροθάλαμο (1845), που τελειοποίησε ο Τζων Μπόυντ Ντάνλοπ (1888). Έτσι στα πρώτα πενήντα χρόνια του 19 ου αιώνα το αυτοκίνητο έχει αποκτήσει τα κύρια στοιχεία του και πολύ γρήγορα ο βαρύς κινητήρας με ατμό δίνει τη θέση του στη μηχανή εσωτερικής καύσης. Ο Γάλλος Ετιέν Λενουάρ ήταν ο πρώτος κατασκευαστής μηχανής εσωτερικής καύσης που λειτουργούσε με φωταέριο (1860). Δύο χρόνια αργότερα την τοποθέτησε σε αυτοκίνητο. Ο γερμανός Γκόντλιμπ Ντάϊμλερ αντικατέστησε το φωταέριο με πετρέλαιο το Το 1891 οι γάλλοι Πανάρ- Λεβασόρ τοποθετούν στο όχημά τους ένα κινητήρα Νταίμλερ δύναμης 21 ίππων. Οι μηχανές των αυτοκινήτων άρχισαν να τελειοποιούνται με ταχύτατο ρυθμό. Οι πρωτοπόροι κατασκευαστές Πεζώ, Ντιόν-Μπουτόν, Πανάρ-Λεβασόρ, Μπολλέ, Λουί Ρενώ ανεβάζουν διαδοχικά τη μέση ταχύτητα στους δρόμους αποστάσεων. Παράλληλα αρχίζουν να καθιερώνονται αγώνες ταχύτητας και αντοχής που συμβάλλουν στην τελειοποίηση του αυτοκινήτου. Η μέση ταχύτητα 11

15 ήταν 125 χλμ το 1921, 148 χλμ το 1932, 169 χλμ το 1939, ενώ οι μεγάλοι οδηγοί κατορθώνουν να πιάσουν ιλιγγιώδεις ταχύτητες στο 1 χλμ. Ο Μάλκολμ Κάμπελ λχ πιάνει 219 χλμ το 1924, 322 χλμ το 1928, 379 χλμ το 1932, 485 χλμ το Ο Εν σπάει το φράγμα των 500 χλμ το 1939 και ο Τζών Κόμπ το φράγμα των 600 χλμ το Σκαπανείς στην κατασκευή και την τελειοποίηση του αυτοκινήτου ήταν οι Γάλλοι και οι Γερμανοί. Οι Άγγλοι και οι Αμερικανοί μπήκαν αργότερα στο στίβο, αφού παρέκαμψαν τα νομοθετικά εμπόδια που είχαν παρεμβάλλει οι δύο χώρες στην παραγωγή αυτοκινήτων. Ειδικότερα στην Αγγλία μεγάλο εμπόδιο υπήρξε ο νόμος της «ερυθράς σημαίας» ( ), που υποχρέωνε μπροστά από κάθε όχημα που κινούταν στους δημόσιους δρόμους να βαδίζει ένας άνθρωπος με κόκκινη σημαία στο χέρι. Στην Αμερική εμπόδισε την ανάπτυξη της παραγωγής το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας που εξασφάλισε ο δικηγόρος Σέλντεν για τα αυτοκίνητα με μηχανές εσωτερικής καύσης (1895). Το προνόμιο εκμετάλλευσης του διπλώματος του Σέλντεν είχε η εταιρία Αδειούχων Κατασκευαστών Αυτοκινήτων, που κατασκεύαζε το σύνολο σχεδόν των αμερικανικών αυτοκινήτων. Μόνο το 1911 κατόρθωσε ο Φόρντ να επιτύχει τη νομοθετική αλλαγή που επέτρεπε την ανάπτυξη της βιομηχανίας αυτοκινήτου. Αλλά και τεχνικές δυσκολίες παρεμπόδιζαν τη μεγάλη παραγωγή αυτοκινήτων. Το πρόβλημα των ανταλλακτικών αποτελούσε μια τέτοια δυσκολία. Λύθηκε απ τον Αγγλο Χένρυ Λέλαντ που πέτυχε την παραγωγή τυποποιημένων ανταλλακτικών κι άνοιξε το δρόμο στη μεγάλη παραγωγή. Ο Ράνσομ Ολντς επιχείρησε την πλατιά παραγωγή των αυτοκινήτων του (Ολντσμόμπιλ) αλλά η μικρή ζήτηση τον υποχρέωσε να στραφεί στην παραγωγή μικρού αριθμού ακριβών αυτοκινήτων. Το φθηνό αυτοκίνητο το πέτυχε ο Φόρντ, που αφαίρεσε κάθε μη αναγκαίο εξάρτημα από τη μηχανή κι έριξε στην αγορά το μοντέλο 'Τ' που είχε θριαμβευτική επιτυχία κι εγκαινίασε τη μαζική παραγωγή αυτοκινήτων. 12

16 Ε.2 Βασικά συστήματα αυτοκινήτων. Τα βασικά συστήματα που πλαισιώνουν τον κινητήρα ενός οχήματος, ώστε αυτό να κατευθύνεται και να ελέγχεται πλήρως απ τον οδηγό, είναι τα: σύστημα μετάδοσης κίνησης σύστημα διεύθυνσης σύστημα πέδησης το σύστημα ψύξης σύστημα λίπανσης ηλεκτρικό σύστημα σύστημα κλιματισμού. Το καθένα απ τα παραπάνω βασικά συστήματα αποτελείται κι από επιμέρους τμήματα και εξαρτήματα όπως: Το σύστημα μετάδοσης της κίνησης από: το συμπλέκτη, το κιβώτιο ταχυτήτων (σασμάν), τον άξονα μετάδοσης κίνησης, το διαφορικό, τα ημιαξόνια και τους τροχούς. Tο σύστημα διεύθυνσης από: το τιμόνι, την κολόνα, την πυξίδα, το δοχείο του λιπαντικού υγρού, την αντλία, τις υδραυλικές βαλβίδες και την ηλεκτρομαγνητική, το θάλαμο διπλής ενεργείας, την κρεμαργιέρα και τις μπάρες με τους αρθρωτούς συνδέσμους (μπαλάκια). Tο σύστημα πέδησης από: το πεντάλ, το χειρόφρενο, το σεβρόφρενο, την αντλία, το δοχείο συμπλήρωσης των υγρών που απαιτούνται για τη λειτουργία του συστήματος πέδησης, τα σωληνάκια μεταφοράς των υγρών, τα κυλινδράκια, τις δαγκάνες, τις δισκόπλακες, τα τακάκια και το ABS. Tο σύστημα ψύξης που αποτελείται από: το ψυγείο, τον ανεμιστήρα (βεντιλατέρ), τα κολάρα μεταφοράς του υγρού ψύξης και το θερμοστάτη. Tο σύστημα λίπανσης από: την αντλία λαδιού, τις σωληνώσεις, τη βαλβίδα ασφαλείας, το φίλτρο λαδιού, το δείκτη πίεσης λαδιού και το ψυγείο λαδιού. Tο ηλεκτρικό σύστημα από: το διανομέα, τον πολλαπλασιαστή, το δυναμό, την μπαταρία, την καλωδιακή εγκατάσταση, τους καταναλωτές, το διακόπτη, τον αυτόματο και τον εγκέφαλο. Τέλος το σύστημα κλιματισμού από: το συμπιεστή (κομπρεσέρ), το φίλτρο, τη βαλβίδα εκτόνωσης, το θερμοστάτη, τον εξατμιστή και το ψυγείο. 13

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Το σύστημα μετάδοσης της κίνησης μεταφέρει την κίνηση από τον κινητήρα στους τροχούς (εμπρός, πίσω ή και στους 4 τροχούς του αυτοκίνητου). Τα κύρια μέρη που αποτελούν ένα τυπικό σύστημα μετάδοσης κίνησης είναι : Ο συμπλέκτης. Το κιβώτιο ταχυτήτων (σασμάν). Ο άξονας μετάδοσης κίνησης (δεν υπάρχει σε αυτοκίνητα με μπροστινή κίνηση). Το διαφορικό (στα αυτοκίνητα με μπροστινή κίνηση, είναι ενσωματωμένο με τo κιβώτιο ταχυτήτων). Τα ημιαξόνια. Οι πλήμνες (μουαγιέ τροχών). Οι τροχοί. 1.1 Συμπλέκτης. Ο συμπλέκτης είναι ένας απ τους βασικούς μηχανισμούς του συστήματος μετάδοσης κίνησης. Βασικός προορισμός του συμπλέκτη είναι να απομονώνει τον κινητήρα απ το κιβώτιο ταχυτήτων, κάθε φορά που ο οδηγός αλλάζει ταχύτητα ή το αυτοκίνητο ξεκινάει από στάση. Με το συμπλέκτη λοιπόν, επιτυγχάνεται η ομαλή αλλαγή της ταχύτητας αλλά και η προοδευτική σύμπλεξη του κινητήρα με το υπόλοιπο σύστημα μετάδοσης της κίνησης, ώστε το αυτοκίνητο να ξεκινάει ομαλά κι όχι απότομα. 14

18 1.1.1 Βασικές ιδιότητες συμπλεκτών. Οι σημερινοί συμπλέκτες είναι προϊόντα μακροχρόνιας πείρας στην όλη εξέλιξη του αυτοκινήτου. Άρα ευκολονόητο είναι, ότι πληρούν όλες τις προϋποθέσεις, για μια σωστή σύμπλεξη και αποσύμπλεξη του κινητήρα με το κιβώτιο ταχυτήτων (εικόνα 1.1). Εικόνα 1.1 Μηχανισμός συμπλέκτη ξηρής τριβής. συμπλέκτης: Παρακάτω αναφέρονται οι βασικές ιδιότητες που πρέπει να έχει ένας Δεν πρέπει να παρουσιάζει ολίσθηση. Ο συμπλέκτης πρέπει να μεταφέρει όλες τις στροφές που παίρνει απ τον κινητήρα, στο κιβώτιο ταχυτήτων χωρίς απώλειες. Ευκολία στο χειρισμό. Ο συμπλέκτης πρέπει να συμπλέκει και ν αποσυμπλέκει τον κινητήρα μ ευκολία, χωρίς ο οδηγός να καταβάλει ιδιαίτερη προσπάθεια. Ένας συμπλέκτης δύσκολος στο χειρισμό κουράζει σημαντικά τον οδηγό, ειδικά στην οδήγηση μέσα στην πόλη που οι αλλαγές των ταχυτήτων είναι συχνές. 15

19 Δεν πρέπει να φθείρονται εύκολα οι επιφάνειες τριβής του και να αντέχουν σε ψηλές θερμοκρασίες. Να μην υπάρχουν νεκρές κινήσεις και να λειτουργεί χωρίς θόρυβο. Να μπορεί να συντηρείται και να επιθεωρείται εύκολα και Να ρυθμίζεται εύκολα Αρχή λειτουργίας του συμπλέκτη. Η αρχή λειτουργίας του συμπλέκτη βασίζεται στην τριβή. Παράδειγμα: στις άκρες δύο αξόνων τοποθετούνται πρόσωπο με πρόσωπο δύο μεταλλικοί δίσκοι. Οι επιφάνειές τους καλύπτονται με κάποιο υλικό (π.χ. δέρμα), που έχει σχετικά μεγάλο συντελεστή τριβής. Αν δοθεί κίνηση στον ένα άξονα και μετατοπιστεί, ώστε η πλάκα που βρίσκεται σταθερά στερεωμένη πάνω του να έρθει σ επαφή με την πλάκα του άλλου άξονα, τότε εξαιτίας της τριβής θ αρχίσει να περιστρέφεται κι ο άλλος άξονας. Κάτι ανάλογο συμβαίνει και με το συμπλέκτη Συμπλέκτες ξηράς τριβής εξαρτήματα και λειτουργία αυτών. Με ελατήρια Οι συγκεκριμένοι συμπλέκτες χρησιμοποιούνται πάρα πολύ από μια μεγάλη κατηγορία αυτοκινήτων, γι' αυτό και θα εξεταστούν αναλυτικά σε ότι έχει σχέση με τη λειτουργία τους και τη συντήρηση που χρειάζονται. Πρώτα απ' όλα όμως θα γίνει μια περιγραφή τους, για να εξεταστούν τα μέρη που τους αποτελούν. Ο συμπλέκτης με ελατήρια ή αλλιώς Borg and Beck αποτελείται από τα εξαρτήματα που φαίνονται στην εικόνα 1.2. Όταν ο οδηγός πατήσει το πεντάλ του συμπλέκτη για να αποσυμπλέξει, η κίνηση αυτή μεταφέρεται στο δίχαλο. Το δίχαλο μετακινεί το ρουλεμάν πίεσης, που πιέζει τους μοχλούς αποσύμπλεξης. Με την πίεση των μοχλών αυτών η 16

20 πλάκα πίεσης μετακινείται προς τα πίσω κι έτσι ελευθερώνει το δίσκο. Όταν το πεντάλ αφεθεί, τα ελατήρια επαναφέρουν την πλάκα στην αρχική της θέση. Εικόνα 1.2 Συμπλέκτης ξηρής τριβής με ελατήρια. 1. Κάλυμμα του συμπλέκτη. 2. Δαχτυλίδι πίεσης των μοχλών. 3. Πλάκα πίεσης. 4. Δίσκος. 5. Ενδιάμεσο τμήμα. 6. Ελατήριο συγκράτησης. 7. Ελατήριο για το θόρυβο. 8. Μοχλός αποσύμπλεξης. 9. Υπομόχλιο. 10. Άξονας περιστροφής μοχλού. 11. Ελατήρια πίεσης. 12. Βίδες για τη ρύθμιση του συμπλέκτη 13. Ρουλεμάν πίεσης. Με διάφραγμα (χτένι) Ο συμπλέκτης με διάφραγμα, αντί για τα ελατήρια που χρησιμοποιεί ο προηγούμενος συμπλέκτης, έχει ένα χαλύβδινο κωνικό δίσκο, το χτένι, που παίζει το ρόλο των ελατηρίων. Τα μέρη που αποτελούν το συμπλέκτη με χτένι φαίνονται στην παρακάτω εικόνα

21 Εικόνα 1.3 Κύρια μέλη συμπλέκτη με διάφραγμα. 1. Ρουλεμάν στήριξης πρωτεύοντα άξονα. 2. Τσιμούχα στροφαλοφόρου και κιβώτιου. 3. Επιφάνειες σφονδύλου που πατά ο δίσκος και το καπάκι. 4. Υλικό τριβής του δίσκου (θερμουίτ). 5. Πολύσφηνο πρωτεύοντα. 6. Δίσκος ασφάλισης ελατηρίων. 7. Οδηγός ρουλεμάν. 8. Βίδες για τη στερέωση του συμπλέκτη στο σφόνδυλο. 9. Διάφραγμα (χτένι). A. Κέλυφος συμπλέκτη (καπάκι). B. Δίσκος. C. Ρουλεμάν πίεσης. D. Σφόνδυλος. E. Πρωτεύων άξονας κιβωτίου. F. Στροφαλοφόρος άξονας. Όταν το ρουλεμάν πίεσης πιέσει το διάφραγμα προς τα μέσα, θα ανασηκωθεί η πλάκα πίεσης (εικόνα 1.4) και θα ελευθερωθεί ο δίσκος. Αυτό συμβαίνει επειδή το διάφραγμα είναι στερεωμένο με το καπάκι. 18

22 Εικόνα 1.4 Διάφραγμα συμπλέκτη. 1. Πλακά πίεσης (πλατώ) 4. Πείροι συγκράτησης 2. Ασφάλεια 5. Κέλυφος 3. Διάφραγμα Ο συμπλέκτης με διάφραγμα χρησιμοποιείται περισσότερο σήμερα, γιατί παρουσιάζει αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση μ αυτούς που χρησιμοποιούν ελατήρια. Τα σπουδαιότερα από αυτά είναι: Μπορεί να εργάζεται ικανοποιητικά σε ψηλό αριθμό στροφών (περισσότερες από στροφές ανά λεπτό), ενώ με ελατήρια το μέγιστο των στροφών που μπορεί να εργαστεί είναι μέχρι στρ/λεπτό. Ο οδηγός χρειάζεται να πατήσει με λιγότερη δύναμη το πεντάλ, γιατί απαιτείται 20% λιγότερη ενέργεια πίεσης. Η δύναμη που εξασκεί το χτένι πάνω στην πλάκα δεν μειώνεται με το πέρασμα του χρόνου όπως συμβαίνει με τα ελατήρια. Όλα τα εξαρτήματα του είναι κυκλικά και συμμετρικά με αποτέλεσμα να γίνεται πολύ καλή ζυγοστάθμιση του συμπλέκτη. Έχει λιγότερα εξαρτήματα άρα και λιγότερες φθορές. Δεν χρειάζεται ρύθμιση, όπως συμβαίνει με τα "κοκοράκια". 19

23 Γενικά, αντέχει σε υψηλότερες θερμοκρασίες και η διάρκεια ζωής του είναι μεγαλύτερη. Οι συμπλέκτες με χτένι μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες, ανάλογα με τη μορφή που έχουν οι γλώσσες απ το χτένι, που είναι οι παρακάτω: o Με ίσιες γλώσσες. Είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος. o Με ομπρελοειδές σχήμα στις γλώσσες. o Με κοντές γλώσσες. Ο τύπος αυτός χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα της VW. Η δύναμη πίεσης της πλάκας πάνω στο δίσκο (στα επιβατικά αυτοκίνητα) κυμαίνεται από 30 κιλά μέχρι 550 κιλά περίπου Υγροί πολύδισκοι συμπλέκτες. Ο δίσκος (εικόνα 1.5), όπως αναφέρθηκε, μεταφέρει τη ροπή στρέψης απ τον κινητήρα στο κιβώτιο ταχυτήτων. Συνδέεται μ ένα πολύσφηνο με τον πρωτεύοντα άξονα κι έτσι μπορεί να κινηθεί κατά μήκος του άξονα ελεύθερα, αλλά δεν μπορεί να περιστραφεί ανεξάρτητα απ' αυτόν. Ο δίσκος που είναι σταθερός με το πολύσφηνο βρίσκεται στο κέντρο. Δεξιά τοποθετείται το έλασμα του δίσκου που έχει στις άκρες τα θερμουίτ κι αριστερά ο δίσκος για την ασφάλεια των ελατηρίων. Κι οι τρεις δίσκοι είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους, ώστε να υπάρχει μια μικρή περιφερειακή κίνηση ανάμεσα στους δυο ακραίους δίσκους και τον κεντρικό. Όλοι έχουν κατά διαστήματα εγκοπές, όπου εκεί τοποθετούνται τα ελατήρια του δίσκου. Το υλικό τριβής των δίσκων είναι κατασκευασμένο από αμίαντο με ρινίσματα ορείχαλκου. Έχει αποδειχτεί ότι θερμουίτ χωρίς αμίαντο, αν δεν θερμανθούν πάνω από 200 C, έχουν διπλάσια διάρκεια ζωής. Για θερμοκρασίες όμως από 200 C ως 300 C προτιμούνται θερμουίτ με περιεκτικότητα αμίαντου. Σε πολλούς δίσκους πάνω στην επιφάνεια των θερμουίτ υπάρχουν αυλάκια. Οι εγκοπές αυτές χρησιμεύουν για να φεύγουν τα διάφορα ρινίσματα ευκολότερα και να γίνεται καλύτερη ψύξη απ το στροβιλισμό του αέρα που περνά απ τις εγκοπές. Ουσιαστικά όμως οι εγκοπές αυτές δεν 20

24 εξυπηρετούν μόνο τους παραπάνω λόγους. Ο σημαντικότερος είναι αυτός της εύκολης απομάκρυνσης του δίσκου απ το πλατό και το βολάν, αφού δημιουργείται ένα "βεντουζάρισμα" κι η δύναμη που θα χρειαζόταν να καταβληθεί θα ήταν μεγάλη. Εικόνα 1.5 Κύρια μέρη δίσκου συμπλέκτη. 1. Περτσίνια 2. Επενδύσεις τριβής (θερμουίτ) 3. Ελατήριο δίσκου 4. Έλασμα δίσκου 5. Δίσκος ασφάλειας ελατηρίων 6. Δίσκος που συνδέεται σταθερά με πολύσφηνο (καρέ) Τα ελατήρια που υπάρχουν σε κάθε δίσκο έχουν βασικό προορισμό την απορρόφηση των κραδασμών, που προέρχονται απ τη μη ομαλή περιστροφή του κινητήρα και συντελούν πολύ λίγο στο ομαλό ξεκίνημα του αυτοκινήτου. Κι αυτό γιατί στον καλύτερο δίσκο η συσπείρωση των ελατηρίων φτάνει περίπου τις 16 περιστροφής του δίσκου. Η αντοχή των ελατηρίων είναι πολύ μεγαλύτερη απ τη ροπή που δίνει ο κινητήρας και με ομαλή οδήγηση οι φθορές είναι ελάχιστες. Αν ένας δίσκος έχει π.χ. 6 ελατήρια τότε τα δύο απ αυτά έχουν άμεση επαφή κι απόκριση, τα άλλα δύο λιγότερη επαφή, ενώ τα υπόλοιπα ακόμη λιγότερη επαφή. Με τη διάταξη αυτή τα ελατήρια κατά τη λειτουργία του κινητήρα φορτίζονται διαδοχικά το ένα μετά το άλλο κι έτσι γίνεται ομαλότερη μετάδοση. 21

25 1.2 Κιβώτια ταχυτήτων Γενικά. Το κιβώτιο ταχυτήτων (εικόνα 1.6), είναι ένα μηχανικό σύστημα γραναζιών μέσα σ ένα μεταλλικό κιβώτιο, που επιτρέπει στον οδηγό του αυτοκινήτου την αλλαγή σχέσης μετάδοσης της κίνησης απ τον κινητήρα στους τροχούς. Εικόνα 1.6 Το κιβώτιο ταχυτήτων. Ο προορισμός του κιβώτιου ταχυτήτων είναι να επιτρέπει την αύξηση ή τη μείωση του αριθμού των στροφών που παίρνουν οι τροχοί κι αντίστοιχα, να μειώνεται ή ν αυξάνεται η ταχύτητα του αυτοκινήτου, με αντίστροφη μεταβολή της ροπής στρέψης, ώστε το όχημα να κινείται χωρίς προβλήματα στις διάφορες συνθήκες που αυτό θα συναντήσει π.χ. ξεκίνημα, ανέβασμα σε ανηφόρα κλπ. Να συνδέει και ν αποσυνδέει μόνιμα τον κινητήρα απ το υπόλοιπο σύστημα μετάδοσης. Και τέλος ν αντιστρέφει τη φορά κίνησης για να μπορεί το αυτοκίνητο να κινηθεί προς τα πίσω. 22

26 1.2.2 Τύποι κιβωτίων ταχυτήτων. Οι τύποι των κιβωτίων ταχυτήτων είναι οι παρακάτω: Με ολισθαίνοντα γρανάζια Τα κιβώτια αυτά δεν χρησιμοποιούνται σήμερα, γιατί είχαν θορυβώδη λειτουργία και παρουσίαζαν μεγάλη δυσκολία στην αλλαγή των ταχυτήτων κι αυτό ήταν ένα σημαντικό μειονέκτημα. Η αλλαγή των ταχυτήτων γινόταν με τη μετακίνηση των γραναζιών. Με μόνιμη εμπλοκή γραναζιών. Τα κιβώτια αυτά έχουν γρανάζια με λοξά δόντια, μόνιμα εμπλεγμένα μεταξύ τους. Η αλλαγή ταχυτήτων γίνεται με την πλευρική σύμπλεξη βοηθητικών γραναζιών. Δεν έχουν θορυβώδη λειτουργία αλλά υπάρχει δυσκολία στην αλλαγή των ταχυτήτων κι έτσι δεν χρησιμοποιούνται σήμερα. Με μόνιμη εμπλοκή γραναζιών και σύστημα συγχρονισμού Είναι κιβώτια ταχυτήτων, όμοια με τα προηγούμενα, με τη διαφορά ότι για την πλευρική σύμπλεξη των γραναζιών χρησιμοποιείται σύστημα συγχρονισμού της ταχύτητας περιστροφής των γραναζιών για πιο ομαλή σύμπλεξη κι αποσύμπλεξη. Δεν έχουν θορυβώδη λειτουργία κι η αλλαγή των ταχυτήτων γίνεται εύκολα. Αυτόματο. Στα αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων υπάρχουν κάποιες θέσεις επιλογής, όπως όπισθεν, νεκρά, κανονική πορεία κλπ. Στη θέση της κανονικής πορείας το αυτοκίνητο μπορεί ν αντιμετωπίσει όλες τις συνθήκες κατά την πορεία του. Ημιαυτόματο. Είναι ένας συνδυασμός αυτόματου και απλού κιβώτιου ταχυτήτων. Στα ημιαυτόματα κιβώτια υπάρχει ένα σύστημα επιλογής των ταχυτήτων, δεν υπάρχει όμως ποδόπληκτρο (πεντάλ) για το συμπλέκτη. Με ιμάντα. Η μετάδοση της κίνησης απ τον πρωτεύοντα στο δευτερεύοντα άξονα γίνεται με ιμάντα. Υπάρχουν δύο τροχαλίες που μπορούν να μεταβάλλουν τη διάμετρό τους. Όταν μεγαλώνει η διάμετρος της μιας τροχαλίας μικραίνει η 23

27 διάμετρος της άλλης κι αντίστροφα. Με τον τρόπο αυτό έχουμε συνεχώς μεταβαλλόμενη σχέση μετάδοσης, οικονομία καυσίμου και καλύτερη συμπεριφορά του αυτοκινήτου. Σειριακό. Στα σειριακά κιβώτια (εικόνα 1.7), οι ταχύτητες επιλέγονται η μία μετά την άλλη με τη μετακίνηση του επιλογέα πάνω για ανέβασμα (+) και κάτω (-) για κατέβασμα ταχύτητας κάθε φορά που χρειάζεται να γίνει αλλαγή. Εικόνα 1.7 Σειριακό κιβώτιο ταχυτήτων. Όμως λόγω της μεγάλης ταχύτητας με την οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας τέτοιος επιλογέας σ ένα τέτοιο κιβώτιο, προκαλείται φθορά στους δακτυλίους συγχρονισμού, γι' αυτό και ο μηχανικοί έχουν τοποθετήσει ένα μικρό ηλεκτροκινητήρα στο κιβώτιο που περιστρέφει το φορέα των αυλακώσεων με συγκεκριμένη ταχύτητα σε κάθε αλλαγή. Ο ηλεκτροκινητήρας αυτός ενεργοποιείται κάθε φορά που θα κινηθεί ο επιλογέας μπροστά ή πίσω και η ταχύτητα περιστροφής του είναι ανεξάρτητη απ την ταχύτητα με την οποία θα 24

28 κινηθεί ο επιλογέας. Οι αλλαγές των σχέσεων γίνονται βάσει ενός προγράμματος που λαμβάνει υπ' όψη την ταχύτητα, το άνοιγμα της πεταλούδας του γκαζιού και τις στροφές του κινητήρα Περιγραφή κιβωτίου ταχυτήτων. Η θήκη είναι το κέλυφος, που μέσα σ' αυτό τοποθετούνται όλοι οι μηχανισμοί λειτουργίας του κιβώτιου ταχυτήτων (εικόνα 1.8). Είναι κατασκευασμένο από χυτοσίδηρο ή διάφορα κράματα αλουμινίου. Εικόνα 1.8 Κιβώτιο ταχυτήτων σε εμπρόσθια κίνηση. Εκτός απ τις διάφορες υποδοχές που υπάρχουν για τους άξονες, τη στήριξή του κλπ. έχει δύο τρύπες που καλύπτονται με βιδωτές τάπες (πώματα). Η μια απ' αυτές τις τάπες βρίσκεται στο χαμηλότερο σημείο και χρησιμεύει για ν αδειάζει το λιπαντικό απ το κιβώτιο. Η τάπα αυτή συνήθως έχει στο εσωτερικό της ένα μαγνήτη για να συγκρατεί τα διάφορα ρινίσματα που προέρχονται απ τις 25

29 φθορές λειτουργίας. Η άλλη τάπα βρίσκεται σε υψηλότερο σημείο και χρησιμεύει για την πλήρωση του κιβώτιου με λιπαντικό Άξονες. Κάθε κιβώτιο ταχυτήτων με τέσσερις ή πέντε ταχύτητες μαζί με την όπισθεν έχει τέσσερις άξονες που πάνω τους βρίσκονται τοποθετημένα τα γρανάζια των ταχυτήτων (εικόνα1.9). α) Πρωτεύων άξονας (πριζ-ντιρέκτ ή άξονας εισόδου). Είναι ο άξονας που παίρνει την κίνηση με το συμπλέκτη απ τον κινητήρα και τη μεταφέρει στο κιβώτιο ταχυτήτων. Αποτελείται από ένα πολύσφηνο που βρίσκεται στη μια άκρη του άξονα κι έξω απ τη θήκη κι ένα γρανάζι στην άλλη άκρη του άξονα μέσα στη θήκη. Πάνω στο πολύσφηνο αυτό (καρέ), στερεώνεται ο δίσκος του συμπλέκτη. Ο άξονας καταλήγει σ' ένα γρανάζι που δίνει συνέχεια στην κίνηση στο δευτερεύοντα άξονα. Τo γρανάζι αυτό πλευρικά έχει ακόμα ένα σύστημα εμπλοκής για να συνδέεται ή ν αποσυνδέεται με το δευτερεύοντα άξονα. β) Ενδιάμεσος άξονας. Ο ενδιάμεσος άξονας ή βοηθητικός ή τετραπλού ή πολλαπλού είναι ένας ολόσωμος άξονας μαζί με τα γρανάζια. Βρίσκεται μόνιμα σε εμπλοκή με το γρανάζι του πρωτεύοντα και περιστρέφεται πάντα, κάθε φορά που περιστρέφεται ο πρωτεύων άξονας. Επάνω του βρίσκεται μια σειρά γραναζιών ανάλογα με τις ταχύτητες που έχει το αντίστοιχο κιβώτιο ταχυτήτων. γ) Δευτερεύων άξονας. Ο δευτερεύων άξονας είναι συνήθως προέκταση του πρωτεύοντα. Μ' ένα σύστημα συγχρονισμένης εμπλοκής (συγχρονιζέ) μπορεί να περιστρέφεται μαζί με τον πρωτεύοντα, όταν βρίσκεται σ εμπλοκή ή να περιστρέφονται σαν δύο διαφορετικοί άξονες. Πάνω στο δευτερεύοντα άξονα βρίσκονται τα γρανάζια των ταχυτήτων. Αυτά εμπλέκονται μόνιμα με τ αντίστοιχα γρανάζια του ενδιάμεσου άξονα. Μεταξύ δύο γραναζιών, π.χ. 1ης και 2ης ταχύτητας παρεμβάλλεται το 26

30 σύστημα συγχρονισμού εμπλοκής των δύο αυτών ταχυτήτων με τον ενδιάμεσο άξονα. Εικόνα 1.9 Γρανάζι του πρωτεύοντα-ενδιάμεσου άξονα και της όπισθεν. 1. Πρωτεύων άξονας 2. Ρουλεμάν 3. Γρανάζι πρωτεύοντα άξονα 4. Συγχρονιζέ 4ης & 3ης ταχύτητας 5. Γρανάζι 3ης ταχύτητας 6. Γρανάζι 2ης ταχύτητας 7. Συγχρονιζέ 2ης & 1ης ταχύτητας 8. Γρανάζι 1ης ταχύτητας 9. Γρανάζι όπισθεν 10. Ρουλεμάν 11. Δευτερεύων άξονας 12. Άξονας όπισθεν 13. Ενδιάμεσο γρανάζι όπισθεν 14. Γρανάζι όπισθεν 15. Ρουλεμάν 16. Γρανάζι 1ης ταχύτητας 27

31 17. Γρανάζι 2ης ταχύτητας 18. Γρανάζι 3ης ταχύτητας 19. Ενδιάμεσος 20. Ρουλεμάν Τα γρανάζια του δευτερεύοντα άξονα περιστρέφονται ελεύθερα ως προς τον άξονα, πάνω σε "δαχτυλίδια". Έτσι, αν και παίρνουν κίνηση όλα μαζί απ τον ενδιάμεσο άξονα, η κίνηση αυτή δεν μεταφέρεται στον άξονα. Η μεταφορά πραγματοποιείται μόνον όταν ο μηχανισμός εμπλοκής (συγχρονιζέ) ακινητοποιήσει το αντίστοιχο γρανάζι της ταχύτητας που θα εμπλακεί με τον ίδιο τον άξονα. δ) Άξονας της όπισθεν. Ο άξονας της όπισθεν (εικόνα 1.9), είναι ο μικρότερος άξονας στο σύστημα και πάνω του περιστρέφεται ένα μόνο γρανάζι. Όταν αυτό το γρανάζι μετακινηθεί απ το μοχλό ταχυτήτων, εμπλέκει τα αντίστοιχα γρανάζια του ενδιάμεσου και του δευτερεύοντα άξονα. Έτσι αντιστρέφεται η κίνηση περιστροφής του δευτερεύοντα άξονα Κύριες ομάδες γραναζιών κιβώτιου ταχυτήτων. Όπως αναλυτικά αναφέρθηκε παραπάνω, οι ομάδες των γραναζιών ενός κιβώτιου ταχυτήτων είναι: Το γρανάζι του πρωτεύοντα. Δίνει συνέχεια κίνηση στον ενδιάμεσο άξονα. Τα γρανάζια του ενδιάμεσου άξονα. Περιστρέφονται συνέχεια κι αποτελούν ένα σώμα με τον άξονα. Τα γρανάζια του δευτερεύοντα άξονα. Η σύμπλεξη των γραναζιών αυτών δίνει την επιθυμητή ταχύτητα. Το γρανάζι της όπισθεν. 28

32 Μηχανισμός συγχρονισμού εμπλοκής γραναζιών (συγχρονιζέ). Για να εμπλακούν δύο γρανάζια μεταξύ τους πρέπει οι περιφερειακές ταχύτητες τους να είναι σχεδόν ίδιες. Σε διαφορετική περίπτωση, τα γρανάζια είναι δύσκολο να εμπλακούν και κατά την εμπλοκή τους δημιουργούν φθορές και θόρυβο. Χρειάζεται μάλιστα αρκετή εμπειρία απ τον οδηγό για να επιτύχει το συγχρονισμό της περιφερειακής ταχύτητας των γραναζιών, ώστε να εμπλακούν ομαλά μεταξύ τους (εικόνα 1.10). Εικόνα 1.10 Απλή διάταξη ενός συστήματος συγχρονισμού. 1. Πλευρική οδόντωση γραναζιού. 2. Κωνική επιφάνεια. 3. Δαχτυλίδι συγχρονισμού (συγχρόνιζε). 4. Εξωτερική οδόντος. 5. Ελατήριο δαχτυλιδιού συγχρονισμού. 6. Ασφάλειες (βαρκάκια). 7. Εσωτερικό πολύσφηνο. 8. Εξωτερικό πολύσφηνο 9. Εσωτερική οδόντωση εξωτερικού δαχτυλιδιού. 10. Υποδοχή φουρκέτας (δίχαλου). 29

33 Για τους παραπάνω λοιπόν λόγους χρησιμοποιείται στα κιβώτια μόνιμης εμπλοκής ένα σύστημα συγχρονισμού, που προορισμό έχει να εξισώνει τις περιφερειακές ταχύτητες των γραναζιών, που πρόκειται να εμπλακούν. Τα γρανάζια των ταχυτήτων του δευτερεύοντα άξονα βρίσκονται σε μόνιμη εμπλοκή με τα γρανάζια του ενδιάμεσου και γι αυτό χρησιμοποιείται και λοξή οδόντωση που έχει μικρότερο θόρυβο κατά τη λειτουργία. Ένα τυπικό σύστημα συγχρονισμού αποτελείται από τα παρακάτω εξαρτήματα: o Εσωτερικός δακτύλιος (γρανάζι). Μπορεί και κινείται πάνω στο πολύσφηνο του δευτερεύοντα άξονα δεξιά κι αριστερά. Στα πλάγια δεξιά κι αριστερά έχει τους κώνους συγχρονισμού (συγχρονιζέ) και στην εξωτερική επιφάνειά του έχει τις τρύπες που στερεώνονται οι σφαιρικές ασφάλειες. Φέρει ακόμα και την οδόντωση που πάνω σ' αυτήν κινείται το εξωτερικό δαχτυλίδι. o Εξωτερικό γρανάζι (δακτύλιος ή κόμπλερ). Το εξωτερικό γρανάζι φέρει κι αυτός στο εσωτερικό του αντίστοιχη οδόντωση για να μπορεί να κινείται δεξιά κι αριστερά πάνω στον εσωτερικό δακτύλιο.έχει ακόμα και τις αντίστοιχες εγκοπές για τις σφαιρικές ασφάλειες. Στην εξωτερική του επιφάνεια υπάρχει περιφερειακά ένα αυλάκι που μέσα σ' αυτό μπαίνει η φουρκέτα. Ας δούμε όμως πώς λειτουργεί αυτό το σύστημα συγχρονισμού. Έστω ότι ο οδηγός θέλει να εμπλέξει μια από τις δυο ταχύτητες. Σπρώχνοντας το μοχλό προς την ταχύτητα που θέλει, η φουρκέτα που βρίσκεται περασμένη στην εγκοπή του συγχρονιζέ, το σπρώχνει προς το γρανάζι της αντίστοιχης ταχύτητας που περιστρέφεται ελεύθερα. Πρώτα έρχεται σ επαφή ο εσωτερικός κώνος συγχρονισμού με τον αντίστοιχο εξωτερικό κώνο που βρίσκεται στα πλάγια του γραναζιού. Μόλις έρθουν σ επαφή οι δύο κωνικές επιφάνειες (εξαιτίας της τριβής κι επειδή ο οδηγός πιέζει το μοχλό των ταχυτήτων), αρχίζει να περιστρέφεται το σύστημα συγχρονισμού. Παίρνοντας κίνηση απ το γρανάζι τη μεταδίδει με το πολύσφηνο στον ενδιάμεσο άξονα. Έτσι εξισώνονται οι περιφερειακές ταχύτητες των γραναζιών. Στη συνέχεια κι εξαιτίας της πίεσης που ασκείται απ τη φουρκέτα πάνω στον εξωτερικό δακτύλιο, οι σφαιρικές ασφάλειες υποχωρούν κι η 30

34 εσωτερική οδόντωση του δαχτύλιου έρχεται σ εμπλοκή με την εξωτερική πλευρική οδόντωση του γραναζιού εύκολα, αφού οι περιφερειακές ταχύτητες των γραναζιών έχουν εξισωθεί. Το εξωτερικό γρανάζι εμπλέκει το γρανάζι της ταχύτητας με τον εσωτερικό δακτύλιο κι έτσι μεταφέρεται σταθερά πια η κίνηση απ το γρανάζι στο συγχρονιζέ κι από κει στον ενδιάμεσο άξονα. Τα κιβώτια ταχυτήτων με συστήματα συγχρονισμού όταν βρίσκονται στη νεκρά θέση (ταχύτητα) δεν ακινητοποιούν κανένα γρανάζι σε σχέση με τον δευτερεύοντα άξονα. Ο ενδιάμεσος άξονας περιστρέφεται ελεύθερα, αλλά όμως ελεύθερα περιστρέφονται και τα γρανάζια του δευτερεύοντα. Αυτό συμβαίνει γιατί τα γρανάζια του δευτερεύοντα άξονα περιστρέφονται πάνω σε δαχτυλίδια. Άρα δεν μεταφέρουν την περιστροφή στον άξονά τους, ενώ τα συστήματα συγχρονισμού βρίσκονται και κινούνται πάνω σε πολύσφηνα του άξονα. Εμπλοκή 1ης ταχύτητας. Τα γρανάζια με ίσια οδόντωση συνήθως δεν είναι συγχρονιζέ. Το γρανάζι της 1ης ταχύτητας κινείται κι εμπλέκεται (με συγχρονισμό), με το αντίστοιχο γρανάζι του ενδιάμεσου ή βοηθητικού άξονα. Εμπλοκή 2ης ταχύτητας. Το γρανάζι της 2ης ταχύτητας μ ελικοειδή οδόντωση (πλάγια) εμπλέκεται σταθερά με το αντίστοιχο γρανάζι του ενδιάμεσου άξονα. Εμπλοκή 3ης ταχύτητας. Το γρανάζι της 3ης ταχύτητας κινείται με βοήθεια του κόμπλερ κι εμπλέκεται με το αντίστοιχο γρανάζι του ενδιάμεσου άξονα. Εμπλοκή 4ης ταχύτητας. Η 4η ταχύτητα εμπλέκεται με τη μετακίνηση του κόμπλερ και την απευθείας σύμπλεξη του πρωτεύοντα με το δευτερεύοντα, με αποτέλεσμα όσες στροφές παίρνει ο πρωτεύων άξονας τόσες να παίρνει κι ο δευτερεύων. Εμπλοκή όπισθεν. Η όπισθεν ταχύτητα εμπλέκεται μ' ένα γρανάζι που κινείται σε ξεχωριστό άξονα. Το γρανάζι αυτό εμπλέκεται με το γρανάζι του ενδιάμεσου άξονα, με αποτέλεσμα ν αντιστρέφεται η περιστροφή του δευτερεύοντος (εξόδου). 31

35 o Έδρανα ρουλεμάν. Οι παραπάνω άξονες για τη σωστή λειτουργία τους περιστρέφονται πάνω σε ρουλεμάν (τριβείς κύλισης). Τα ρουλεμάν αυτά μπορεί να είναι ένσφαιρα (με μπίλιες) ή με κυλινδράκια, ανάλογα με το είδος του φορτίου που δέχεται το καθένα και τη σχεδίαση κατασκευής. Ο άξονας της όπισθεν είναι συνήθως σταθερός, δεν περιστρέφεται αλλά γυρίζει ελεύθερα πάνω σ' αυτόν το γρανάζι της όπισθεν. o Σύστημα αλλαγής ταχυτήτων. Η μετακίνηση των γραναζιών του δευτερεύοντα άξονα για τη σύμπλεξη ή αποσύμπλεξη των γραναζιών των ταχυτήτων με τα αντίστοιχα γρανάζια του ενδιάμεσου γίνεται με τους επιλογείς (φουρκέτες ή δίχαλα), που είναι περασμένοι μέσα στην αντίστοιχη εγκοπή (αυλάκι), την οποία έχει στα πλάγια το κάθε γρανάζι εμπλοκής (κόμπλερ). Η κάθε φουρκέτα στερεώνεται πάνω σε μια οδηγό ράβδο (βέργα), που έχει τρεις θέσεις και καθορίζεται από μια εγκοπή. Η μια άκρη της ράβδου κινείται μέσα σε μια τρύπα που σχηματίζεται απ τη θήκη του κιβώτιου. Στην τρύπα αυτή υπάρχει σε κάποιο σημείο μια μικρή μπίλια μ' ένα ελατήριο. Όταν η ράβδος μετακινηθεί και μια απ τις εγκοπές συμπέσει με τη θήκη της μπίλιας, τότε η μπίλια μπαίνει μέσα στην εγκοπή και η ράβδος δεν μπορεί να μετακινηθεί, αν δε δεχθεί ορισμένη πίεση απ το μοχλό αλλαγής των ταχυτήτων. Η μεσαία εγκοπή, αντιστοιχεί στη νεκρή θέση, ενώ οι άλλες δύο σε αντίστοιχη εμπλοκή των γραναζιών του δευτερεύοντα με τον ενδιάμεσο. Η άλλη άκρη της ράβδου έχει μια εγκοπή σε σχήμα Π. Μέσα στην εγκοπή αυτή έρχεται και μπαίνει ο μοχλός επιλογής ταχυτήτων για να σπρώξει τη ράβδο δεξιά ή αριστερά, ώστε να εμπλακεί η ταχύτητα που εμείς θέλουμε. Αντιδιαμετρικά απ τη μεσαία εγκοπή της κάθε ράβδου υπάρχει άλλη μια εγκοπή. Ανάμεσα τώρα στις δύο ράβδους υπάρχει μια ασφάλεια διπλής εμπλοκής που εμποδίζει την εμπλοκή δύο ταχυτήτων ταυτόχρονα. Η ασφάλεια αυτή, είναι ένας μικρός κύλινδρος με σφαιρικά άκρα και το μήκος του είναι όση η απόσταση μεταξύ των δυο ράβδων συν το βάθος της εγκοπής της μιας ράβδου. Για να μπορέσει να μετακινηθεί η μια ράβδος πρέπει η άλλη να έρθει στη νεκρή θέση. Έτσι το κυλινδράκι εισέρχεται στην εγκοπή κι ελευθερώνει την πρώτη ράβδο για να μπορέσει να μετακινηθεί. Το σύστημα αυτό εμποδίζει την 32

36 ταυτόχρονη εμπλοκή δυο ταχυτήτων μαζί, πράγμα που αν γινόταν θα είχε καταστρεπτικές συνέπειες. o Εξαρτήματα ελέγχου κιβώτιου ταχυτήτων. Τα εξαρτήματα ελέγχου ενός κιβώτιου ταχυτήτων, είναι το σύστημα επιλογής των ταχυτήτων που βρίσκεται μέσα στο κιβώτιο και ο μοχλός ελέγχου ταχυτήτων που βρίσκεται έξω από το κιβώτιο και τον χειρίζεται ο οδηγός για να δώσει εντολή στο σύστημα επιλογής για τη σύμπλεξη της επιθυμητής ταχύτητας. 1.3 Άξονες μετάδοσης κίνησης και αρθρωτοί σύνδεσμοι Γενικά. Όταν ο κινητήρας βρίσκεται τοποθετημένος στο μπροστινό τμήμα του αυτοκινήτου κι ο κινητήριος άξονας είναι πίσω, τότε για να φτάσει η κίνηση απ το κιβώτιο ταχυτήτων (μπροστά) στους κινητήριους τροχούς (πίσω), χρειάζεται να παρεμβληθεί κάποιο εξάρτημα. Το εξάρτημα που αναλαμβάνει αυτήν την εργασία είναι ο άξονας μετάδοσης της κίνησης ή κεντρικός άξονας. Ο κεντρικός άξονας έχει το σχήμα σωλήνα κι η διάμετρός του εξαρτάται απ τη ροπή που πρέπει να μεταφέρει απ το κιβώτιο ταχυτήτων στο διαφορικό και κυμαίνεται συνήθως από mm Τρόποι μεταφοράς της κίνησης, όταν ο κινητήρας βρίσκεται μπροστά και η κίνηση στους πίσω τροχούς. Η σύνδεση του άξονα με το κιβώτιο ταχυτήτων και το διαφορικό γίνεται με δύο τρόπους, ανάλογα φυσικά με τη διάταξη που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά της κίνησης και με το σύστημα ανάρτησης που είναι εφοδιασμένο το αυτοκίνητο. Οι τρόποι αυτοί είναι: 33

37 Μετάδοση της κίνησης με σωληνωτό άξονα κι απόσταση μεταξύ του κιβωτίου ταχυτήτων και διαφορικού σταθερή (ένα σύστημα που χρησιμοποιούσαν τα παλαιάς τεχνολογίας αυτοκίνητα). Η τεχνική του να είναι η απόσταση σταθερή συμβαίνει, γιατί το διαφορικό κατά την κίνησή του διαγράφει τμήμα τόξου ενός κύκλου, όσο του επιτρέπει το σύστημα ανάρτησης. Στην περίπτωση αυτή, χρησιμοποιούνται αρθρώσεις μόνο για την αλλαγή της γωνίας του άξονα μετάδοσης κίνησης (σύνδεσμοι σταθερής ταχύτητας, μπιλιοφόροι ή σταυροί). Μετάδοση κίνησης με σωληνωτό άξονα και απόσταση μεταξύ κιβώτιου ταχυτήτων και διαφορικού μεταβαλλόμενη (Νέα τεχνολογία σχεδίασης αναρτήσεων). Στην περίπτωση αυτή, τους κραδασμούς και τις ανωμαλίες του εδάφους αναλαμβάνουν οι αναρτήσεις (ελικοειδή ελατήρια ή σούστες). Τότε το διαφορικό κάνει δυο κινήσεις. Μια κίνηση κατά τον κατακόρυφο άξονα διαγράφοντας τμήμα τόξου και μια κίνηση κατά τον οριζόντιο άξονα. Παράλληλα με την αλλαγή της γωνίας διεύθυνσης του κεντρικού άξονα δημιουργείται και μεταβολή στην απόσταση μεταξύ κιβωτίου ταχυτήτων και διαφορικού. Επίσης, εκτός απ τους αρθρωτούς συνδέσμους χρησιμοποιείται και ο ολισθαίνων σύνδεσμος (εσωτερικό και εξωτερικό πολύσφηνο), για την αντιστάθμιση των αλλαγών του μήκους του κεντρικού άξονα. Στην εικόνα 1.11 φαίνεται μια διάταξη ενός άξονα με το σταυρό, τον ολισθαίνοντα σύνδεσμο και τη μεσαία τριβή. Η μεσαία τριβή είναι μια στήριξη του άξονα πάνω στο πλαίσιο μ ένα ρουλεμάν, όταν το μήκος του άξονα είναι μεγάλο. Σκοπός της στήριξης είναι ν αποφεύγονται οι ταλαντώσεις και οι κραδασμοί. 34

38 Εικόνα 1.11 Διάταξη κεντρικού άξονα με ολισθαίνοντα σύνδεσμο και μεσαία τριβή. 1. Ελαστικός σύνδεσμος 2. Ολισθαίνων σύνδεσμος (πολύσφηνο) 3. Ενδιάμεση στήριξη (Μεσαία τριβή) 4. Άξονας 2ο τμήμα 5. Σταυρός 6. Σταυρός 7. Άξονας 1ο τμήμα Αρθρωτοί σύνδεσμοι εμπρόσθιας και οπίσθιας μετάδοσης κίνησης. Αρθρωτοί σύνδεσμοι με ύφασμα. Μεταξύ των δύο τμημάτων του άξονα που πρόκειται να συνδεθούν, τοποθετείται ένας σύνδεσμος ο οποίος αποτελείται από πολλά φύλλα υφάσματος εμποτισμένα με διάφορες ελαστικές ουσίες που είναι ένα σώμα. Οι σύνδεσμοι αυτοί πρέπει να έχουν καλό κεντράρισμα και δεν μπορούν να μεταφέρουν μεγάλη σχετικά ροπή στρέψης. Η αλλαγή της γωνίας στη διεύθυνση των αξόνων είναι 3 και για μικρές αποστάσεις 5. Παράλληλα, η μέγιστη επιμήκυνση είναι πολύ μικρή και φτάνει μέχρι 1,5 mm. Οι σύνδεσμοι αυτοί δεν χρησιμοποιούνται πλέον για την οπίσθια μετάδοση της κίνησης. Χρησιμοποιούνται σε λίγα συστήματα διεύθυνσης αντί για τους σταυρούς. Αρθρωτοί σύνδεσμοι με σινεμπλόκ. Οι σύνδεσμοι αυτοί αποτελούνται από ένα μεταλλικό σκελετό που πάνω του βρίσκονται στερεωμένοι οι ελαστικοί σύνδεσμοι (σινεμπλόκ). Συνήθως υπάρχουν έξι σινεμπλόκ. Τρία για κάθε τμήμα του άξονα ή το ένα τμήμα του άξονα συνδέεται στο κέντρο του συνδέσμου πάνω στο μεταλλικό σκελετό και το άλλο τμήμα συνδέεται περιφερειακά στα σινεμπλόκ. Η αλλαγή της γωνίας στη διεύθυνση των αξόνων κυμαίνεται από 5 έως 8, για μικρούς σε μήκος άξονες. Οι σύνδεσμοι αυτοί δεν χρειάζονται λίπανση, έχουν αθόρυβη λειτουργία και ικανοποιητική απόσβεση ταλαντώσεων. 35

39 Σταυροί (σύνδεσμοι HOOK-CARDAN). Ο σταυρός είναι από τους πλέον διαδεδομένους συνδέσμους σήμερα. Το πρόβλημα της μετάδοσης της περιστροφικής κίνησης με τον τρόπο αυτό βρήκε τη λύση του, πολλά χρόνια πριν, από τους HOOK-CARDAN, γι' αυτό εξάλλου φέρουν και τ όνομα τους. Ο σύνδεσμος αυτός αποτελείται από ένα μεταλλικό σταυρό με κυλινδρικές άκρες. Σε κάθε κυλινδρικό άκρο προσαρμόζεται ένα βελονοειδές ρουλεμάν. Ανά δύο τα ρουλεμάν αυτά εφαρμόζουν στα δίχαλα του άξονα που φέρουν τις κατάλληλες υποδοχές. Στην εικόνα 1.12 φαίνεται αναλυτικά η συνδεσμολογία σταυρού και αξόνων. Το μειονέκτημά τους είναι η απώλεια στροφών. Ελαστικοί πολυγωνικοί σύνδεσμοι. Οι σύνδεσμοι αυτοί, αποτελούνται από ένα ελαστικό δαχτυλίδι συνήθως σε σχήμα κωνικού εξαγώνου. Έχουν σε κάθε γωνία από μια μεταλλική υποδοχή για τη στήριξη των αξόνων. Κάθε κομμάτι του άξονα έχει τρία σημεία σύνδεσής του με τους συνδέσμους, ένα παρά ένα. Οι σύνδεσμοι αυτοί είναι αθόρυβοι στη λειτουργία τους, απορροφούν τους κραδασμούς, επιτρέπουν αλλαγή γωνίας στη διεύθυνση των αξόνων μέχρι και 8 και έχουν επιμήκυνση σχετικά μικρή μέχρι 12 mm. Εικόνα 1.12 Σχηματική διάταξη του σταυρού και των εξαρτημάτων του. 36

40 Σύνδεσμοι σταθερής ταχύτητας. Οι σύνδεσμοι σταθερής ταχύτητας (εικόνα 1.13), είναι περισσότερο γνωστοί σαν μπιλιοφόροι. Χρησιμοποιείται ένας αμέσως μετά το διαφορικό (εσωτερικός) κι ένας στο σημείο που συνδέεται ο τροχός με το ημιαξόνιο (εξωτερικός). Εικόνα 1.13 Σύνδεσμος σταθερής ταχύτητας -μπιλιοφόρος. Οι διαφορές τους είναι μικρές, αλλά ουσιαστικές και θα τις δούμε παρακάτω στην περιγραφή που θα κάνουμε. Ας δούμε όμως από πια μέρη αποτελείται ο εσωτερικός μπιλιοφόρος όπως φαίνεται στην εικόνα 1.14, Οι διαφορές μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού μπιλιοφόρου είναι οι εξής: Στον εσωτερικό μπιλιοφόρο τ αυλάκια που υπάρχουν στη μέσα πλευρά του εξωτερικού κελύφους (No.2) είναι ευθύγραμμα κι έχουν μεγάλο σχετικά μήκος. Οι μπίλιες μπορούν λοιπόν και κινούνται μέσα σ' αυτά τα αυλάκια κι έτσι έχουμε μεταβολή στο μήκος του άξονα μέχρι και 30 mm. Οι μπιλιοφόροι λοιπόν αυτού του είδους καταργούν τον ολισθαίνοντα σύνδεσμο (εσωτερικό κι εξωτερικό πολύσφηνο που υπάρχει στους κεντρικούς άξονες για την αλλαγή του μήκους του άξονα). 37

41 . Εικόνα 1.14 Διάταξη συνδέσμου σταθερής ταχύτητας. 1. Ασφάλεια. 2. Εξωτερικό κέλυφος μπιλιοφόρου. Αυτό έχει στο εσωτερικό του έξι αυλάκια που μέσα σ' αυτά μπορούν και κινούνται ισάριθμες μπίλιες, ενώ η άκρη του, στο σημείο που συνδέεται με το διαφορικό, καταλήγει σε εξωτερικό πολύσφηνο. Η ασφάλεια τοποθετείται πάνω στο εξωτερικό πολύσφηνο και κουμπώνει όταν πέσει στην αντίστοιχη εγκοπή, που υπάρχει στο εσωτερικό πολύσφηνο του διαφορικού. 3. Ασφάλεια. Η ασφάλεια αυτή ασφαλίζει τις μπίλιες και τα υπόλοιπα εξαρτήματα μέσα στο κέλυφος 4. Ασφάλεια. Η ασφάλεια αυτή ασφαλίζει το φορέα με τις μπίλιες μαζί με το ημιαξόνιο. 5. Φορέας. Ο φορέας έχει σχήμα δαχτυλιδιού. Στην εξωτερική του επιφάνεια έχει έξι αυλακώσεις που μέσα σ' αυτές κινούνται οι μπίλιες. Στο εσωτερικό του έχει ένα πολύσφηνο και μέσα σ' αυτό έρχεται κι εφαρμόζει το αντίστοιχο πολύσφηνο του ημιαξονίου. 6. Θήκη. Η θήκη είναι ένα δαχτυλίδι με έξι οπές (τρύπες), που τοποθετείται πάνω στο φορέα κι έχει προορισμό να συγκρατεί τις μπίλιες στη θέση τους. 7. Οι μπίλιες. 8. Κολιέδες. Αυτοί έχουν προορισμό να συγκρατούν τις ελαστικές φούσκες στη θέση τους για να μη φεύγει το λιπαντικό (γράσο) από μέσα. 9. Φούσκα εσωτερική. 10. Φούσκα εξωτερική. 11. Εξωτερικός μπιλιοφόρος. 12. Ροδέλες και παξιμάδι που συγκρατούν τον τροχό με το ημιαξόνιο. Η μέγιστη γωνία αλλαγής της διεύθυνσης του άξονα, που μπορούμε να πετύχουμε με τους μπιλιοφόρους αυτούς, είναι μέχρι

42 Οι εσωτερικοί μπιλιοφόροι συναντώνται και σ άλλη κατασκευαστική μορφή, με τρία κυλινδρικά βελονοειδή ρουλεμάν αντί για έξι μπίλιες κι έχουν τα ίδια αποτελέσματα. Στους εξωτερικούς μπιλιοφόρους τ αυλάκια που υπάρχουν στο εσωτερικό του εξωτερικού κελύφους δεν είναι ευθύγραμμα αλλά κυκλικά. Έτσι δεν έχουμε αξονική μετατόπιση κι η μέγιστη γωνία αλλαγής διεύθυνσης του άξονα φτάνει τις 47. Το βασικό πλεονέκτημα στους συνδέσμους σταθερής ταχύτητας είναι ότι δεν παρουσιάζουν κραδασμούς και ταλαντώσεις στις υψηλές στροφές και γι' αυτό χρησιμοποιούνται στα μπροστινά συστήματα μετάδοσης της κίνησης. Οι μπιλιοφόροι (σύνδεσμοι RZEPA), φέρουν το όνομα αυτού που τους ανακάλυψε το 1926 και ο οποίος εφάρμοσε μια απλή αρχή για το σύνδεσμο σταθερής ταχύτητας. Για κάθε εξερχόμενη κίνηση που αναπαράγεται από μια εισερχόμενη κίνηση πρέπει ένα ενδιάμεσο τμήμα να παραμένει συνέχεια σταθερό, σ' ένα επίπεδο (ενδιάμεσο), που διχοτομεί τη γωνία οδηγού κι οδηγούμενου άξονα. Οι σύνδεσμοι σταθερής ταχύτητας, που χρησιμοποιούν αυτή την αρχή, εφαρμόζονται κύρια στα μπροστινά συστήματα μετάδοσης της κίνησης, για τους λόγους που προαναφέρθηκαν. Στα συστήματα εμπρόσθιας μετάδοσης υπάρχει το πρόβλημα περιστροφής των τροχών. Πρέπει λοιπόν οι σύνδεσμοι που χρησιμοποιούνται να έχουν μεγάλη γωνία αλλαγής διεύθυνσης του άξονα. Εκτός απ τους συνδέσμους σταθερής ταχύτητας, χρησιμοποιούνται κι οι σύνδεσμοι με διπλό σταυρό. Διπλός σταυρός. Στο σύνδεσμο αυτό υπάρχει ένας συνδυασμός δύο σταυρών σε σειρά όπως ακριβώς φαίνεται στην εικόνα Το πλεονέκτημα στη διάταξη αυτή είναι, ότι μπορεί να επιτευχθεί μεγάλη γωνία αλλαγής διεύθυνσης, μέχρι 47. Δεν μπορεί όμως να υπάρξει μεταβολή στο μήκος και γι' αυτό χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με τηλεσκοπικό σύνδεσμο. 39

43 Εικόνα 1.15 Διπλός σταυρός για μεγάλη αλλαγή γωνίας στη διεύθυνση του άξονα κίνησης. Γωνιακή μετάδοση. Πριν περιγραφεί το σύστημα του διαφορικού, θα περιγραφεί η γωνιακή μετάδοση και αυτό γιατί η γωνιακή μετάδοση αποτελεί ένα αναπόσπαστο τμήμα του διαφορικού. Σκοπός του συστήματος της γωνιακής μετάδοσης είναι ν αλλάζει τη διεύθυνση της κίνησης κατά μια γωνία 90 και αποτελείται από : Το πινιό. Το πηνιό, είναι ένας κωνικός τροχός που παίρνει κίνηση απ τον κεντρικό άξονα. Την κορώνα. Η κορώνα είναι μια αντίστοιχη κωνική οδοντωτή στεφάνη που μαζί με το πινιό αποτελούν ένα κωνικό ζεύγος οδοντωτών τροχών κι αλλάζουν τη διεύθυνση της κίνησης απ τον κεντρικό άξονα προς τα ημιαξόνια κατά μια γωνία 90. Η οδόντωση του κωνικού ζεύγους είναι συνήθως ελικοειδής κι αυτό για να βρίσκονται ταυτόχρονα σ εμπλοκή περισσότερα από ένα δόντια. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται ο κίνδυνος θραύσης και ταυτόχρονα επιτυγχάνεται αθόρυβη λειτουργία. Εμπλοκή με ίσια δόντια σήμερα δεν χρησιμοποιείται. Όταν η κορώνα και το πινιό έχουν τον οριζόντιο άξονα συμμετρίας τους στο ίδιο επίπεδο τότε η εμπλοκή λέγεται κεντρική (εικόνα 1.16). Αν ο οριζόντιος άξονας συμμετρίας τους δεν βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο, αλλά ο άξονας του πινιόν βρίσκεται χαμηλότερα, τότε η εμπλοκή λέγεται υποκεντρική (Hypoide) (εικόνα 1.17). Το πλεονέκτημα αυτού του τρόπου είναι ότι μπορούμε να έχουμε το διαφορικό υψηλότερα, ώστε να υπάρχει μεγαλύτερη ανοχή εδάφους. Αυτός 40

44 είναι κι ο λόγος που χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σήμερα στην κατασκευή χαμηλών αμαξωμάτων. Εικόνα 1.16 Κεντρική γωνιακή μετάδοση. Σαν γωνιακή μετάδοση μπορεί να χρησιμοποιηθεί (ήδη χρησιμοποιείται σε βαριά οχήματα) ατέρμονας κοχλίας κι οδοντωτός τροχός. Εικόνα 1.17 Υποκεντρική γωνιακή μετάδοση. Η γωνιακή μετάδοση, εκτός απ το βασικό προορισμό που έχει, να αλλάζει δηλαδή τη διεύθυνση της κίνησης, μειώνει και τις στροφές στους τροχούς, αυξάνοντας έτσι τη ροπή στρέψης. Η σχέση μετάδοσης είναι συνήθως για την τέταρτη ταχύτητα 3,5:1 ως 6:1. Η μείωση αυτή των στροφών για τους σημερινούς πολύστροφους κινητήρες είναι απαραίτητη. Ο υποβιβασμός της ταχύτητας περιστροφής φυσικά εξαρτάται απ τον αριθμό των δοντιών της κορώνας και του πινιού. 41

45 1.4 Διαφορικό Γενικά. Όταν ένα αυτοκίνητο κινείται πάνω σε μια στροφή, είναι γνωστό ότι οι τροχοί που βρίσκονται στην εξωτερική πλευρά διαγράφουν μεγαλύτερη τροχιά απ' τους τροχούς που βρίσκονται στην εσωτερική πλευρά. Εικόνα 1.16 Διαφορικό. Υπάρχει λοιπόν μια διαφορά απόστασης που πρέπει να διανύσουν οι εξωτερικοί τροχοί. Για να μην υπάρξει ολίσθηση των εξωτερικών τροχών πρέπει αυτοί να πάρουν περισσότερες στροφές απ τους εσωτερικούς. Το ίδιο συμβαίνει όταν σε κάποια ανωμαλία του εδάφους ένας απ τους δύο τροχούς ανεβεί υψηλότερα ή κατεβεί χαμηλότερα απ τον άλλο, οπότε πάλι πρέπει να διανύσει μεγαλύτερη απόσταση και συνεπώς πρέπει να μεταβάλλει την ταχύτητα του. Τον προορισμό αυτό λοιπόν, (δηλ. το να μπορεί ένας κινητήριος τροχός να κινείται ανεξάρτητα και με διαφορετική ταχύτητα απ τον άλλο κινητήριο τροχό στον ίδιο 42

46 άξονα), αναλαμβάνει να τον εκτελέσει ο μηχανισμός του διαφορικού (εικόνα1.16). Οι άξονες που δεν είναι κινητήριοι δεν αντιμετωπίζουν τέτοιο πρόβλημα, γιατί ο καθένας μπορεί να περιστρέφεται ανεξάρτητα απ τον άλλο. Απ τον κινητήριο εμπρόσθιο ή οπίσθιο άξονα η κίνηση μεταφέρεται απ το διαφορικό στα δύο ημιαξόνια και από εκεί στους τροχούς Περιγραφή και λειτουργία απλού διαφορικού. Κύρια μέρη (εικόνες 1.17 και 1.18). Πινιό (για τη γωνιακή μετάδοση). Κορώνα. Θήκη διαφορικού. Η θήκη του διαφορικού είναι μια χαλύβδινη μεταλλική βάση, που έχει τις κατάλληλες υποδοχές, για να στερεώνεται στο εσωτερικό της ο μηχανισμός του διαφορικού κι εξωτερικά να βιδώνει η κορώνα για να μπορεί να παίρνει κίνηση το διαφορικό. Οι δορυφόροι. Οι δορυφόροι είναι συνήθως δύο κωνικοί οδοντωτοί τροχοί στερεωμένοι μέσα στη θήκη κι οι άξονες περιστροφής τους είναι κάθετοι στον άξονα περιστροφής των ημιαξονίων. Εικόνα 1.17 Κύρια μέρη διαφορικού. 43

47 Οι πλανήτες. Οι πλανήτες είναι κι αυτοί δύο κωνικοί οδοντωτοί τροχοί, συνήθως λίγο μεγαλύτεροι απ τους δορυφόρους. Βρίσκονται στερεωμένοι μέσα στη θήκη του διαφορικού, σφηνωμένοι και σε μόνιμη εμπλοκή με τους δορυφόρους. Ο άξονας περιστροφής τους συμπίπτει με τον άξονα περιστροφής των ημιαξονίων και συνδέονται με πολύσφηνο. Εικόνα 1.18 Στήριξη του συστήματος του διαφορικού με ρουλεμάν στο εξωτερικό κέλυφος. Εξωτερικό κέλυφος (χοάνη). Ολόκληρο το σύστημα του διαφορικού και της γωνιακής μετάδοσης βρίσκεται και στηρίζεται με ρουλεμάν μέσα στο εξωτερικό κέλυφος. Στις άκρες του διαφορικού σχηματίζονται δυο χοάνες που περιβάλλουν τα ημιαξόνια. Ολόκληρος ο μηχανισμός του διαφορικού περιστρέφεται μέσα σε λάδι. Για το σκοπό αυτό υπάρχουν δύο τάπες στο εξωτερικό κέλυφος, μια για την εξαγωγή του λιπαντικού και μια για την πλήρωση. Πείρος δορυφόρων. Η κίνηση απ τον κεντρικό άξονα μεταφέρεται στην κορώνα με το πινιό. Επειδή όμως η κορώνα είναι σταθερά συνδεδεμένη με τη θήκη του διαφορικού αναγκάζει και τη θήκη να περιστραφεί. Πάνω στη θήκη όμως βρίσκονται στερεωμένοι οι άξονες περιστροφής των δορυφόρων, οι οποίοι παρασύρονται απ τη θήκη κι αρχίζουν να περιστρέφονται. Παρουσιάζονται τότε δύο διαφορετικές περιπτώσεις. 44

48 1η περίπτωση: Όταν το όχημα κινείται ευθύγραμμα και σε ίσιο δρόμο, τότε οι τροχοί κινούνται με την ίδια ταχύτητα περιστροφής και παρουσιάζουν την ίδια αντίσταση. Η αντίσταση αυτή της περιστροφής των τροχών μεταφέρεται απ τα ημιαξόνια στους πλανήτες, που παρουσιάζουν με τη σειρά τους την ίδια αντίσταση περιστροφής. Στην περίπτωση αυτή, οι δορυφόροι ενεργούν σαν σφήνες μεταξύ θήκης και πλανητών, είναι ακίνητοι ως προς τον άξονα περιστροφής τους και παρασύρουν τους πλανήτες που κινούνται και οι δύο με την ίδια ταχύτητα περιστροφής. 2η περίπτωση: Όταν το όχημα κινείται σε μια στροφή, τότε οι τροχοί και με τη σειρά τους οι πλανήτες, παρουσιάζουν διαφορετική αντίσταση στην περιστροφή τους. Έτσι, οι δορυφόροι αρχίζουν να περιστρέφονται και γύρω απ τον άξονά τους. Αυτό συμβαίνει γιατί οι δορυφόροι αναγκάζονται να κυλήσουν πάνω στον πλανήτη που παρουσιάζει τη μεγαλύτερη αντίσταση. Έτσι ο άλλος πλανήτης παίρνει περισσότερες στροφές, γιατί εκτός απ τις στροφές που του δίνει η περιστροφή της θήκης, παίρνει και τις στροφές που του δίνουν οι δορυφόροι, που περιστρέφονται γύρω απ τον άξονά τους. Με τον τρόπο αυτό όσες στροφές χάνει ο ένας τροχός τις παίρνει ο άλλος. Αυτό όμως δημιουργεί ένα σοβαρό μειονέκτημα στο σύστημα του διαφορικού. Αν ένας τροχός για οποιοδήποτε λόγο βρεθεί στο κενό ή πέσει σε λάσπη κλπ δηλαδή παρουσιάσει μικρή ή καθόλου αντίσταση, τότε παίρνει όλες τις στροφές αυτός, με αποτέλεσμα ο άλλος τροχός να μην περιστρέφεται και το όχημα ν ακινητοποιείται. Για το λόγο αυτό σε διάφορα οχήματα (αγωνιστικά, παντός εδάφους κλπ.), χρησιμοποιείται ένας μηχανισμός, που όταν χρειάζεται αναστέλλει τη λειτουργία του διαφορικού, μπλοκάροντας τους πλανήτες με τη θήκη. Έτσι όσες στροφές παίρνει ο ένας τροχός θα πάρει κι ο άλλος. Ο μηχανισμός αυτός ονομάζεται αναστολέας διαφορικού (μπλοκέ διαφορικό). 45

49 1.4.3 Σύστημα μπροστινού διαφορικού. Όταν ο κινητήρας και η κίνηση είναι εμπρός, οι διαφορές στο σύστημα του διαφορικού είναι σχετικά μικρές. Κεντρικός άξονας δεν υπάρχει καθόλου και το διαφορικό βρίσκεται στο ίδιο κέλυφος που βρίσκεται το κιβώτιο ταχυτήτων. Εικόνα 1.19 Διαφορικό μπροστινής κίνησης. Η βασική διαφορά στα μπροστινά συστήματα είναι, ότι τις περισσότερες φορές δεν υπάρχει γωνιακή μετάδοση. Πιο απλά δεν έχουμε κωνικό ζεύγος κορώνας και πινιό. Η κορώνα αντικαθίσταται από ένα γρανάζι με λοξή οδόντωση που βρίσκεται στερεωμένο πάνω στο κέλυφος του διαφορικού και παίρνει κίνηση από ένα άλλο γρανάζι που βρίσκεται στο τέλος του δευτερεύοντα άξονα του κιβώτιου ταχυτήτων. Στην εικόνα 1.19 φαίνεται η διάταξη ενός διαφορικού από ένα αυτοκίνητο με μπροστινή κίνηση και τα κύρια μέρη αυτού. 1.5 Ημιαξόνιο. Τα ημιαξόνια έχουν ως σκοπό τους τη μεταφορά της κίνησης απ το διαφορικό στους κινητήριους τροχούς, που αυτό έχει σαν αποτέλεσμα και την κίνηση ολόκληρου του αυτοκινήτου (εικόνα1.20). 46

50 Εικόνα 1.20 Ημιαξόνιο Τύποι ημιαξονίων. Οι κινητήριοι άξονες (εμπρός ή πίσω), ανάλογα με τον τρόπο που γίνεται η στήριξη των ημιαξονίων με τα μουαγιέ των τροχών και το διαφορικό διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: Απλοί άξονες. Στους απλούς άξονες, η θήκη του διαφορικού στηρίζεται πάνω στα ημιαξόνια. Αν αφαιρέσουμε τα ημιαξόνια των τροχών τότε η θήκη του διαφορικού μένει ελεύθερη να πέσει. Άξονες μ αυτόν τον τρόπο στήριξης του διαφορικού δεν χρησιμοποιούνται σήμερα. Πλευστοί άξονες. Στους πλευστούς άξονες η θήκη του διαφορικού στηρίζεται πάνω στο εξωτερικό κέλυφος. Μεταξύ θήκης κι εξωτερικού κελύφους παρεμβάλλονται ένσφαιρα ή κυλινδρικά ρουλεμάν, για τη στήριξη. Στους πλευστούς άξονες ανάλογα με τον τρόπο που γίνεται η στήριξη των τροχών με τα ημιαξόνια διακρίνονται σε: πλήρως πλευστούς άξονες, σε ημίπλευστους κατά 3/4 και σε ημίπλευστους κατά 1/2. 47

51 Πλήρως πλευστοί άξονες. Στους πλήρως πλευστούς άξονες, ο τροχός στηρίζεται πάνω σε δύο κυλινδρικά κωνικά ρουλεμάν που βρίσκονται σε κάποια απόσταση μεταξύ τους. Τα ρουλεμάν αυτά στηρίζονται πάνω στις άκρες της χοάνης του εξωτερικού κελύφους του διαφορικού. Έτσι, ολόκληρο το φορτίο του τροχού μεταφέρεται στη χοάνη και το ημιαξόνιο είναι ανεξάρτητο απ το φορτίο και την ευθυγράμμιση του τροχού. Το ημιαξόνιο στην περίπτωση αυτή καταπονείται μόνο σε στρέψη. Ο τρόπος αυτός στήριξης χρησιμοποιείται σε βαριά οχήματα. Ημίπλευστοι κατά 3/4 άξονες. Εδώ ο τροχός στηρίζεται πάλι πάνω στην άκρη της χοάνης, αλλά μ ένα ή δύο ρουλεμάν, που όμως βρίσκονται πολύ κοντά το ένα με το άλλο. Με τον τρόπο αυτό το φορτίο του τροχού μεταφέρεται πάλι στη χοάνη του εξωτερικού κελύφους. Η ευθυγράμμιση όμως του τροχού επηρεάζει το ημιαξόνιο. Δηλαδή, όλες οι πλευρικές καταπονήσεις που δέχεται ο τροχός (π.χ. σε στροφές) μεταφέρονται και στο ημιαξόνιο. Έτσι καταπονείται σε στρέψη κι επί πλέον σε κάμψη. Ημίπλευστοι κατά το 1/2 άξονες (Semi floating type). Στους ημίπλευστους κατά το 1/2 άξονες, το ημιαξόνιο στηρίζεται με ένα κυλινδρικό ή κωνικό ρουλεμάν στο εσωτερικό της χοάνης, ενώ στην προέκταση του ημιαξονίου στηρίζεται ο τροχός. Στην περίπτωση αυτή, το ημιαξόνιο καταπονείται σε στρέψη, κάμψη και διάτμηση. Αυτός ο τρόπος στήριξης χρησιμοποιείται σ επιβατικά και μικρά φορτηγά. 1.6 Τροχοί Συγκρότημα τροχού. Οι τροχοί είναι τα μέσα πρόσφυσης του αυτοκίνητου με το δρόμο και χρησιμεύουν για την κίνησή του, τη μεταφορά του φορτίου του, την κατευθυντικότητα και την πέδησή του. Δέχονται όλες τις αντιδράσεις που 48

52 προκαλούνται απ τις ανωμαλίες του δρόμου, τις αλλαγές πορείας, τις στροφές κλπ. Οι απαιτήσεις που πρέπει να εκπληρώνουν οι τροχοί είναι: Να έχουν μικρή μάζα. Να έχουν μικρή διάμετρο, ώστε το αυτοκίνητο να έχει μεγάλη διευθυντική ικανότητα. Να είναι πολύ ανθεκτικοί και να έχουν μεγάλη ελαστικότητα για την απορρόφηση των κραδασμών. Να απάγουν καλά τη θερμότητα που αναπτύσσεται απ τις τριβές και τα φρεναρίσματα. Να μπορούν να αποσυναρμολογούνται εύκολα απ τον άξονα και τα ελαστικά (επίσωτρα), ν αφαιρούνται απ τις ζάντες, (σώτρα) χωρίς ιδιαίτερο κόπο. Να έχουν χαμηλό κόστος. Επίσης οι τροχοί πρέπει να είναι ανθεκτικοί, ελαφροί, καλά ζυγοσταθμισμένοι, ελαστικοί σε ορισμένες δυνάμεις, δύσκαμπτοι σε άλλες και να μην έχουν υψηλό κόστος παραγωγής Κατασκευή τροχού. Ο τροχός αποτελείται από τα εξής μέρη: Το σώτρο (ζάντα), που είναι μια κυκλική στεφάνη διαφόρων διατομών και πάνω σ' αυτήν τοποθετείται το επίσωτρο (λάστιχο). Το δίσκο ή τις ακτίνες. Το επίσωτρο (ελαστικό). Την πλήμνη (μουαγιέ). Τα μπουλόνια, με τα οποία στερεώνεται πάνω στην πλήμνη. Τα ρουλεμάν, με τα οποία στηρίζεται πάνω στο ακραξόνιο. 49

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ 2.1 Γενικά. Σύστημα διεύθυνσης (εικόνα 2.1) είναι ο μηχανισμός εκείνος του οχήματος, που έχει προορισμό ν αλλάζει τη διεύθυνση της πορείας του οχήματος. Εικόνα 2.1 Σύστημα διεύθυνσης. Το σύστημα αυτό περιλαμβάνει: Το μηχανισμό χειρισμού (τιμόνι), που είναι το εξάρτημα που χειρίζεται απευθείας ο οδηγός για να διευθύνει το όχημα. Το σύνολο των στοιχείων του μηχανισμού που περιλαμβάνονται μεταξύ του τιμονιού και των κατευθυντηρίων τροχών και μεταδίδουν στους τροχούς κάθε κίνηση του τιμονιού με μηχανικό, υδραυλικό, πνευματικό, ηλεκτρικό ή σύνθετο τρόπο. 50

54 Τους κατευθυντήριους τροχούς, που μ' αυτούς επιτυγχάνεται η αλλαγή διεύθυνσης της πορείας του οχήματος. Αυτό γίνεται με αλλαγή της γωνίας του μέσου επίπεδου του τροχού ως προς το διαμήκες επίπεδο συμμετρίας του οχήματος. Στο σύστημα διεύθυνσης επενεργούν μια σειρά από δυνάμεις, που κατατάσσονται στις εξής κατηγορίες: Δύναμη χειρισμού. Είναι η δύναμη που εφαρμόζει ο οδηγός στο τιμόνι. Εσωτερικές δυνάμεις του συστήματος, δηλαδή τις επιμέρους δυνάμεις της κινηματικής αλυσίδας απ το τιμόνι μέχρι τους κατευθυντήριους τροχούς. Δυνάμεις διεύθυνσης που επενεργούν στους κατευθυντήριους τροχούς για την αλλαγή διεύθυνσης του οχήματος. 2.2 Μέθοδοι διεύθυνσης. Ανάλογα με την προέλευση της δύναμης διεύθυνσης, υπάρχουν και τα ανάλογα συστήματα διεύθυνσης: Χειροκίνητης διεύθυνσης. Η δύναμη διεύθυνσης προέρχεται απευθείας από τη δύναμη χειρισμού του τιμονιού, αφού πολλαπλασιασθεί με τη σχέση μετάδοσης του ενδιάμεσου μηχανισμού. Με υποβοήθηση. Η δύναμη διεύθυνσης προέρχεται μεν από τη δύναμη χειρισμού, αλλά υποβοηθείται κατάλληλα από μια άλλη δύναμη που μπορεί να είναι μηχανική, υδραυλική, πνευματική, ηλεκτρική ή και συνδυασμός των πιο πάνω. Με ανεξάρτητη δύναμη. Η δύναμη διεύθυνσης προέρχεται αποκλειστικά από ανεξάρτητη πηγή που μπορεί να είναι μηχανική, υδραυλική, πνευματική, ηλεκτρική ή και συνδυασμός των πιο πάνω. Διεύθυνσης των ρυμουλκούμενων. Η δύναμη διεύθυνσης προέρχεται απ. την έλξη του ρυμουλκού. 51

55 2.3 Αρθρωτός μηχανισμός συστήματος διεύθυνσης. Ο αρθρωτός μηχανισμός του συστήματος διεύθυνσης (εικόνα 2.2), είναι όλος εκείνος ο μηχανισμός που μεταβιβάζει στους τροχούς τη δύναμη χειρισμού που εξασκεί ο οδηγός στο τιμόνι, με σκοπό την αλλαγή κατεύθυνσης του οχήματος. Αποτελείται απ το τιμόνι (πηδάλιο), τη στήλη ή κολόνα διεύθυνσης, την πυξίδα ή μηχανισμό διεύθυνσης, το βραχίονα πυξίδας, το διωστήρα διεύθυνσης (ράβδος έλξης ή μοχλός Πίτμαν), τη ράβδο ζεύξης ή μεγάλη μπάρα και τους βραχίονες των τροχών. Τιμόνι (πηδάλιο). Είναι το βασικό όργανο μπροστά στον οδηγό, πάνω στο οποίο εφαρμόζεται, χειροκίνητα, ένα ζεύγος δυνάμεων απ' αυτόν, για την αλλαγή πορείας του οχήματος. Όταν ο οδηγός περιστρέψει δεξιά το τιμόνι τότε κινείται το αυτοκίνητο δεξιά, ενώ όταν το περιστρέψει αριστερά κινείται αριστερά. Σήμερα πάνω στο τιμόνι υπάρχει τοποθετημένος κι ο αερόσακος ασφαλείας. Εικόνα 2.2. Ρυθμιζόμενη κολόνα τιμονιού ασφαλείας. 52

56 Στήλη ή κολόνα διεύθυνσης. Αυτή συνδέει το τιμόνι με την πυξίδα διεύθυνσης και μεταβιβάζει τη ροπή στρέψης που εξασκεί ο οδηγός από το τιμόνι στην πυξίδα (εικόνα 2.3). Εικόνα 2.3 Βασικά τμήματα κολόνας ασφαλείας τιμονιού. Σήμερα σε πολλά οχήματα κατασκευάζονται κολόνες διεύθυνσης ασφαλείας, που δεν είναι συμπαγείς αλλά μπορούν να "σπάνε" στις διάφορες αρθρώσεις που έχουν. Έτσι, σε περίπτωση σύγκρουσης, όταν ο οδηγός πέφτει με δύναμη πάνω στο τιμόνι αυτό υποχωρεί, απορροφώντας ένα μέρος της αδρανειακής ενέργειας του σώματος του οδηγού και προστατεύοντας τον ίδιο. Πυξίδα ή μηχανισμός διεύθυνσης. Αυτή έχει προορισμό να πολλαπλασιάζει τη ροπή στρέψης που εξασκεί ο οδηγός στο τιμόνι, έτσι ώστε να φθάνει στους τροχούς η αναγκαία ροπή που μπορεί να τους κινήσει. Κινηματική αλυσίδα. Η κινηματική αλυσίδα περιλαμβάνει όλους τους βραχίονες - ράβδους που μεταφέρουν την κίνηση απ την πυξίδα ή την κρεμαγιέρα διεύθυνσης στους τροχούς. Στα συστήματα διεύθυνσης με κρεμαγιέρα η κίνηση στους τροχούς φτάνει απ τους δύο βραχίονες της ίδιας της κρεμαγιέρας χωρίς άλλους ενδιάμεσους, στους τροχούς. Χρησιμοποιείται σε μικρά αυτοκίνητα κι αποτελεί το πλέον απλό σύστημα διεύθυνσης. Όταν όμως υπάρχει πυξίδα διεύθυνσης τότε η κινηματική αλυσίδας περιλαμβάνει περισσότερους βραχίονες: 53

57 1) Διωστήρα διεύθυνσης (ράβδος έλξης ή μικρή μπάρα). Είναι η ράβδος που μεταβιβάζει τη ροπή στρέψης του τιμονιού από το βραχίονα της πυξίδας διεύθυνσης στη ράβδο ζεύξης ή μεγάλη μπάρα. Ανάλογα με την κατασκευή του συστήματος διεύθυνσης μπορεί ο διωστήρας να βρίσκεται δεξιά, αριστερά ή στη μέση. 2) Ράβδο ζεύξης ή μεγάλη μπάρα. Η ράβδος αυτή μεταβιβάζει τη ροπή στρέψης του τιμονιού με τους βραχίονες (ακρόμπαρα) στους τροχούς. Η μεγάλη μπάρα σχηματίζει με τους βραχίονες και με τον άξονα (πραγματικό ή υποθετικό), το τραπέζιο του Ακερμαν. Ανάλογα με το όχημα υπάρχουν διάφορες μορφές ράβδων που μπορεί να είναι μονοκόμματες ή σπαστές. Όλες οι ράβδοι στην κινηματική αλυσίδα του συστήματος διεύθυνσης συνδέονται με σφαιρικούς συνδέσμους, που επιτρέπουν γωνιακές αλλαγές προς όλες τις κατευθύνσεις, ώστε να επιτυγχάνεται η απαραίτητη ευκαμψία στο σύστημα, για την απορρόφηση των ανωμαλιών του δρόμου. Οι σύνδεσμοι αυτοί είναι συνήθως αυτολιπαινόμενοι. Υπάρχουν όμως και σύνδεσμοι με λιπαντήρια (γρασαδόροι) για εξωτερική λίπανση. 2.4 Μηχανισμοί διεύθυνσης και είδη αυτών. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η πυξίδα (ατέρμονος), πολλαπλασιάζει τη ροπή στρέψης που εξασκεί ο οδηγός στο τιμόνι, ώστε να φθάνει στους τροχούς η αναγκαία ροπή που μπορεί να τους κινήσει. Η σχέση πολλαπλασιασμού πρέπει να είναι τέτοια, ώστε οι εφαρμοζόμενες δυνάμεις να μην υπερβαίνουν τα 250 Ν. Η σχέση αυτή κυμαίνεται για τα επιβατικά αυτοκίνητα, ανάλογα με το μέγεθος τους, από 10:1, ενώ για τα λεωφορεία και φορτηγά από 25:1 ως 40:1. Η σχέση πολλαπλασιασμού π.χ. 10:1, σημαίνει, ότι αν ο οδηγός εφαρμόσει στο τιμόνι δύναμη 1 Ν, τότε η πυξίδα αυξάνει τη δύναμη αυτή σε 10 Ν. Τα είδη των διαφόρων πυξίδων (μηχανισμών) διεύθυνσης είναι τα εξής: 54

58 Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία κίνησης και περικόχλιο. Η πυξίδα αυτή (εικόνα 2.4), αποτελείται απ τον ατέρμονα κοχλία κίνησης που είναι συνέχεια της κολόνας διεύθυνσης. Η κολόνα συγκρατείται πάνω και κάτω στο σώμα της πυξίδας με δύο αξονικά ρουλεμάν. Στον ατέρμονα κοχλία κινείται πάνω - κάτω το περικόχλιο (μοχλός κίνησης), ανάλογα με τη στροφή του τιμονιού. Ο βραχίονας της πυξίδας αφενός στερεώνεται στον πείρο περιστροφής του σώματος της πυξίδας, αφετέρου έχει τη δυνατότητα περιστροφής και επί του περικοχλίου. Όταν περιστρέφεται ο ατέρμονος κοχλίας κι ανεβοκατεβαίνει το περικόχλιο, ο βραχίονας της πυξίδας διαγράφει μια γωνία, που με το διωστήρα (μικρή μπάρα) και το τετράπλευρο του Ακερμαν περιστρέφει τους τροχούς. Εικόνα 2.4 Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία κίνησης και περικόχλιο. Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία κίνησης και ανακυλούμενα σφαιρίδια. Ο τύπος αυτός της πυξίδας αποτελεί βελτίωση του προηγούμενου τύπου (εικόνα 2.5). Το σπείρωμα του ατέρμονα κοχλία είναι κυκλικής κατανομής με αντίστοιχη κυκλική κατανομή και στο σπείρωμα του περικοχλίου, έτσι ώστε μεταξύ των σπειρωμάτων κοχλία και περικόχλιου να υπάρχει δυνατότητα περιφοράς χαλύβδινων σφαιριδίων. Τα σφαιρίδια αυτά ανακυλούνται μέσω δύο αυλών. 'Όταν τώρα περιστρέφεται ο ατέρμονας κοχλίας, η ροπή στρέψης μεταδίδεται στο περικόχλιο με μειωμένες τριβές. 55

59 Το περικόχλιο εξωτερικά έχει κωνικό σπείρωμα και βρίσκεται σ εμπλοκή με οδοντωτό τομέα, που συνδέεται με το βραχίονα πυξίδας. Η διαφορά του βήματος των σπειρωμάτων κοχλία και περικοχλίου καθώς και οι μειωμένες τριβές, αυξάνουν τη σχέση πολλαπλασιασμού (μετάδοσης) μεταξύ τιμονιού και βραχίονα πυξίδας. Εικόνα 2.5 Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία κίνησης, περικόχλιο και περιφερόμενα σφαιρίδια. Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία και οδοντωτό τομέα. Στον τύπο αυτό της πυξίδας (εικόνα 2.6), η κολόνα διεύθυνσης καταλήγει σε ατέρμονα κοχλία, που στερεώνεται πάνω και κάτω σε αξονικά ρουλεμάν. Εικόνα 2.6 Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία και οδοντωτό τομέα. 56

60 Το τραπεζοειδές σπείρωμα του ατέρμονα είναι σ εμπλοκή με οδοντωτό τομέα, που περιστρέφεται και μεταδίδει την κίνηση αυτή στο βραχίονα της πυξίδας. Το σώμα της πυξίδας είναι στεγανό, γιατί ολόκληρος ο μηχανισμός βρίσκεται μέσα σε λάδι λίπανσης, για να μειώνονται οι τριβές μεταξύ ατέρμονα κοχλία και οδοντωτού τομέα. Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία και ράουλα. Η πυξίδα αυτή (εικόνα 2.7), αποτελεί βελτίωση της προηγούμενης. Η κολόνα διεύθυνσης καταλήγει πάλι σε ατέρμονα κοχλία που στηρίζεται σε κωνικά ρουλεμάν. Αυτά μπορούν να παραλάβουν αξονικές κι ακτινικές δυνάμεις. Εικόνα 2.7 Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία και ράουλα. 1. Άξονας τιμονιού 2. Ατέρμονος κοχλίας 3. Ράουλο 4. Βίδα ρύθμισης 5. Τάπα λίπανσης Το βήμα του ατέρμονα είναι μεν σταθερό, η διάμετρος του όμως είναι μεταβλητή και συγκεκριμένα είναι μεγαλύτερη στα άκρα και μικρότερη στο μέσο. Αυτό από τη μία πλευρά εξασφαλίζει σταθερή σχέση μετάδοσης (πολλαπλασιασμού), από την άλλη όμως εξασκούνται μικρότερες δυνάμεις και 57

61 δημιουργείται μειωμένη φθορά, όταν ο ατέρμονος λειτουργεί στα άκρα, δηλαδή στο παρκάρισμα ή στις μανούβρες. Η πυξίδα αυτή αντί για οδοντωτό τομέα έχει δύο ράουλα από ειδικό σκληρυμένο χάλυβα, που έρχονται σ εμπλοκή με τον ατέρμονα. Κατά την περιστροφή του ατέρμονα, τα ράουλα αφενός μεν περιστρέφονται γύρω απ τον άξονα συμμετρίας τους, αφετέρου δε περιστρέφονται γύρω από έναν άξονα κάθετο σ' αυτόν. Ο δεύτερος αυτός άξονας κινεί το βραχίονα της πυξίδας κι η κίνηση μεταδίδεται με το διωστήρα και το τετράπλευρο του Άκερμαν στους τροχούς. Πλεονεκτήματα της πυξίδας αυτής είναι ακόμα η μεγάλη σχέση πολλαπλασιασμού που δίνει και ο μικρός χώρος που απαιτεί. Πυξίδα διεύθυνσης με ατέρμονα κοχλία και πείρο. Η κολόνα διεύθυνσης καταλήγει σε ατέρμονα κοχλία με τραπεζοειδές σπείρωμα. Ο άξονας του βραχίονα πυξίδας έχει ένα ή δύο πείρους που βρίσκονται ανάμεσα στο σπείρωμα του ατέρμονα κι εφαρμόζουν καλά σ' αυτό. Όταν στρέφεται ο ατέρμονας, ο βραχίονας αναγκάζεται να κινηθεί κατά ένα τόξο κύκλου και μεταδίδει την κίνηση αυτή στους τροχούς με το διωστήρα και το τετράπλευρο του Ακερμαν. Σ άλλους τύπους τέτοιων πυξίδων αντί για τους πείρους υπάρχει τομέας κωνικού τροχού, που περιστρέφεται γύρω απ τον άξονα του, για μείωση τριβών. Κρεμαγιέρα (μηχανισμός διεύθυνσης με οδοντωτό τροχό και οδοντωτό κανόνα). Στον τύπο αυτόν της πυξίδας (εικόνα 2.8), που είναι πολύ συνηθισμένος στα μικρά επιβατικά οχήματα, ο άξονας της κολόνας διεύθυνσης καταλήγει σ' έναν οδοντωτό τροχό (πινιό). Ο οδοντωτός τροχός βρίσκεται σ εμπλοκή μ' έναν οδοντωτό κανόνα, που με σφαιρικούς συνδέσμους μεταφέρει την κίνησή του στους βραχίονες των τροχών. Αριστερά και δεξιά του μηχανισμού, υπάρχουν ελαστικά καλύμματα (φυσούνες) αυξομειούμενου μήκους για να προστατεύουν τον οδοντωτό κανόνα από λάσπες, σκόνες κλπ. Η κρεμαγιέρα είναι πολύ πρακτική, χρησιμοποιείται δε σε αυτοκίνητα με μπροστινή κίνηση κι ανεξάρτητη ανάρτηση των μπροστινών τροχών. Άρα και οι μετακινήσεις των τροχών 58

62 εξουδετερώνονται απ τους σφαιρικούς συνδέσμους και δεν επηρεάζουν το υπόλοιπο σύστημα διεύθυνσης. Εικόνα 2.8 Κρεμαγιέρα. Μειονέκτημα της κρεμαγιέρας είναι η μικρή σχέση μετάδοσης (πολλαπλασιασμού), μεταξύ οδοντωτού τροχού και οδοντωτού κανόνα. Γι αυτό το λόγο δεν χρησιμοποιείται στα μεγάλα επιβατικά αυτοκίνητα και στα φορτηγά ή λεωφορεία. 2.5 Υδραυλικό σύστημα διεύθυνσης (υποβοήθηση). Η οδήγηση στα μεγάλα επιβατικά, φορτηγά και λεωφορεία, απαιτεί ισχυρή μυϊκή δύναμη εκ μέρους του οδηγού, ιδιαίτερα στις απότομες στροφές, στις χαμηλές ταχύτητες όταν χρησιμοποιούνται φαρδιά ελαστικά ή όταν τα ελαστικά έχουν λιγότερη πίεση από την κανονική. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού, οι κατασκευαστές οχημάτων τοποθετούν σήμερα ειδικούς μηχανισμούς, γνωστούς σαν σερβομηχανισμούς, που βοηθούν τον οδηγό για πιο άνετη οδήγηση. Οι σερβομηχανισμοί αυτοί, παίρνουν κίνηση απ τον κινητήρα του αυτοκινήτου και με τη μορφή πίεσης λαδιού ή αέρα. Στη συνέχεια, περιγράφεται ένα υδραυλικό σύστημα υποβοήθησης (εικόνα 2.9). Ο υδραυλικός κύλινδρος διπλής ενέργειας έχει στο κέντρο ένα 59

63 έμβολο που φέρει δεξιά και αριστερά δύο βραχίονες, που συνδέονται με την κινηματική αλυσίδα του συστήματος διεύθυνσης. Εικόνα 2.9 Υδραυλικό σύστημα. Μια βαλβίδα ελέγχου μπορεί να κατευθύνει το λάδι με πίεση δεξιά ή αριστερά μέσα στον κύλινδρο διπλής ενέργειας. Η πίεση του λαδιού αναγκάζει το έμβολο να κινηθεί αντίστοιχα δεξιά ή αριστερά κι η κίνηση αυτή μέσω των βραχιόνων φτάνει μέχρι τους τροχούς. Για την πίεση του λαδιού μέσα στο υδραυλικό κύκλωμα φροντίζει μια μηχανική αντλία λαδιού. που παίρνει κίνηση απ την τροχαλία στροφάλου του κινητήρα. Η διάταξη υδραυλικής υποβοήθησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συστήματα διεύθυνσης με πυξίδα και με κρεμαργιέρα. Το λάδι αναρροφάται απ την αντλία λαδιού και καταθλίβεται προς τη βαλβίδα, που ενεργοποιείται απ το βραχίονα της πυξίδας. Περιστρέφοντας αριστερά ή δεξιά το τιμόνι, ο βραχίονας της πυξίδας ωθεί ή έλκει το βάκτρο της βαλβίδας κι ανάλογα με τη φορά της δύναμης που εξασκείται στο βάκτρο, το λάδι καταθλίβεται στον κύλινδρο μπροστά ή πίσω απ το έμβολο που παλινδρομεί μέσα σ' αυτόν. Η πίεση πάνω στην επιφάνεια του εμβόλου απ τη μία ή την άλλη πλευρά (κύλινδρος διπλής ενεργείας), δημιουργεί τη δύναμη υποβοήθησης που εφαρμόζεται στην κινηματική αλυσίδα του συστήματος διεύθυνσης και στους τροχούς. Στο κύκλωμα υπάρχει επίσης μια ασφαλιστική βαλβίδα με μπίλια κι 60

64 ελατήριο, που μπλοκάρει την κατάθλιψη με την αναρρόφηση, έτσι ώστε να προστατεύει την αντλία λαδιού, όταν για κάποια αιτία το λάδι δεν μπορεί να επιστρέψει στο δοχείο αποθήκευσης. Στην κατάθλιψη υπάρχει επίσης και μια βαλβίδα ρύθμισης της πίεσης σε σταθερή τιμή. Όταν υπάρχει αυξημένη παροχή στο κύκλωμα, η βαλβίδα αυτή στέλνει ένα μέρος της παροχής στην αναρρόφηση και το υπόλοιπο προς το κύκλωμα. 2.6 Ηλεκτρικό σύστημα διεύθυνσης (υποβοήθηση). Η ειδοποιός διαφορά ανάμεσα στα υδραυλικά συστήματα εντοπίζεται στο μέσο υποβοήθησης καθώς η αντλία αντικαθίσταται από έναν μικρό σε μέγεθος ηλεκτροκινητήρα. Εικόνα 2.10 Ηλεκτρικό σύστημα. Τα συστήματα EPS (Electrically Power Steering) δομούνται από έναν ηλεκτροκινητήρα ο οποίος συνδυάζεται μ ένα μικροσκοπικό μειωτήρα. Η συνολική διάταξη συνήθως βρίσκεται τοποθετημένη στην κολόνα του τιμονιού αν κι είθισται πλέον η παράλληλη με τη κρεμαγιέρα τοποθέτηση της λόγω της καλύτερης αμεσότητας. Πριν απ τον ηλεκτροκινητήρα όμως έχει τοποθετηθεί 61

65 ένας αισθητήρας ροπής ο οποίος επικοινωνεί συνεχώς με την ηλεκτρονική μονάδα του EPS, (εικόνα 2.10), προκειμένου να την τροφοδοτήσει με πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος της ροπής που υφίσταται η κολόνα. Ο συγκεκριμένος αισθητήρας σε συνδυασμό μ αυτόν που «διαβάζει» την περιστροφή του τιμονιού μεταβιβάζει τη ροπή που ασκεί ο οδηγός προς τον επεξεργαστή της μονάδας ο οποίος συνήθως «τρέχει» στα 16-bit με μνήμη 64Kb. Βάσει του αλγοριθμικού προγράμματος της τελευταίας συνυπολογίζεται κι η ταχύτητα με την οποία κινείται το αυτοκίνητο. Για ποιο λόγο όμως έχει επικρατήσει η ηλεκτρική υποβοήθηση; Αφενός για την απλούστερη και κατά συνέπεια φτηνότερη κατασκευή του συστήματος σε σχέση με το υδραυλικό, το μειωμένο βάρος, ενώ η απουσία υγρών δεν επιβαρύνει το περιβάλλον. Αφετέρου, τα παρελκόμενα του συστήματος καταλαμβάνουν 20-30% λιγότερο χώρο, ενώ η κατανάλωση μειώνεται έως και μισό λίτρο ανά 100 χλμ., περισσότερο από 4% σε σχέση μ ένα μοντέλο που διαθέτει υδραυλική υποβοήθηση. Το τελευταίο πλεονέκτημα των EPS δικαιολογείται άμεσα, αν αναλογισθεί κανείς ότι στα υδραυλικά συστήματα η αντλία είναι μόνιμα συνδεδεμένη με τον κινητήρα, απορροφώντας έως και 12 φορές περισσότερο έργο. Ο ηλεκτροκινητήρας ενεργοποιείται μόνο όταν το απαιτήσουν οι συνθήκες. 2.7 Σύνθετο σύστημα διεύθυνσης. Στα σύνθετα ηλεκτροϋδραυλικά συστήματα υπάρχουν γραναζωτές αντλίες που λαμβάνουν κίνηση από έναν ηλεκτροκινητήρα. Μ αυτόν τον τρόπο η κίνηση της αντλίας δεν εξαρτάται απ τις στροφές του κινητήρα, ενώ η υποβοήθηση διατηρείται ακόμη κι αν ο κινητήρας απενεργοποιηθεί. Επίσης, η ύπαρξη του ηλεκτροκινητήρα επιτρέπει την παραμετροποίηση της υποβοήθησης. 62

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΕΔΗΣΗΣ 3.1 Γενικά. Το σύστημα πέδησης με το οποίο είναι εξοπλισμένο κάθε όχημα, επιτρέπει στον οδηγό να μειώνει την ταχύτητα του οχήματός του, να το ακινητοποιεί σε κατάλληλη απόσταση και χρόνο και να το κρατά σταματημένο ανεξάρτητα απ την κλίση του δρόμου. Η λειτουργία του συστήματος πέδησης βασίζεται στην τριβή μεταξύ ακινήτων και κινούμενων επιφανειών, που βρίσκονται προσαρμοσμένες πάνω στους άξονες των τροχών. Όταν οι κινητές επιφάνειες τριβής πιεστούν δυνατά πάνω στις ακίνητες, τότε αναπτύσσεται τριβή μεταξύ τους και μετατρέπεται η κινητική ενέργεια του οχήματος σε θερμότητα, που στη συνέχεια διώχνεται στο περιβάλλον μέσω των τροχών. Η δύναμη που φέρνει σ επαφή τις επιφάνειες τριβής, καταβάλλεται απ τον οδηγό του οχήματος στο πεντάλ του φρένου ή στο μοχλό του χειρόφρενου και μεταφέρεται απ το σημείο εφαρμογής της στις επιφάνειες τριβής με μηχανικά ή υδραυλικά μέσα. Όταν η δύναμη αυτή δεν επαρκεί για την πέδηση, τότε χρησιμοποιούνται βοηθητικά συστήματα ενίσχυσής της, τα οποία βασίζονται στην υποπίεση (σερβόφρενα), ή μια ανεξάρτητη πηγή ενέργειας με πεπιεσμένο αέρα (αερόφρενα - ηλεκτρόφρενα). 3.2 Παράγοντες που επηρεάζουν την επιβράδυνση. εξής: Οι παράγοντες που επηρεάζουν την επιβράδυνση ενός οχήματος είναι οι 63

67 Ο συντελεστής τριβής ανάμεσα στις επιφάνειες που έρχονται σ επαφή κατά την πέδηση (τύμπανα ή ταμπούρα - σιαγόνες και δίσκοι - τακάκια). Ο συντελεστής αυτός εξαρτάται απ το υλικό τριβής των τριβόμενων επιφανειών. Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στις επιφάνειες αυτές κατά την πέδηση λόγω τριβής. Εάν δεν έχουν ληφθεί τα κατάλληλα μέτρα για την απαγωγή της θερμότητας που αναπτύσσεται εξαιτίας της τριβής, τότε μειώνεται η αποτελεσματικότητα της πέδησης και κατά συνέπεια κι η επιβράδυνση του οχήματος. Το είδος και η κατάσταση του οδοστρώματος. Ο παράγων αυτός είναι πολύ σημαντικός, επειδή η δύναμη τριβής που θ αναπτυχθεί μεταξύ ελαστικού και δρόμου είναι αυτή που τελικά θα σταματήσει το αυτοκίνητο. Όταν στο δρόμο υπάρχουν άμμος, σκόνη, νερό, πάγος, χιόνι μειώνεται ο συντελεστής τριβής μεταξύ ελαστικού και δρόμου, οπότε μειώνεται η αποτελεσματικότητα της πέδησης κι η επιβράδυνση του οχήματος. Σε δρόμο με τραχύ σκυρόδεμα, η επιβράδυνση είναι μεγαλύτερη απ' ότι σ' ένα δρόμο με λείο σκυρόδεμα. Η επιβράδυνση που επιτυγχάνεται σ' ένα όχημα στο δρόμο έχει κάποιο όριο, ανάλογα με την κατάσταση του δρόμου και την ποιότητα των ελαστικών. Πάνω απ το όριο αυτό, το αυτοκίνητο αρχίζει να ολισθαίνει, πράγμα που αυξάνει πολύ την απόσταση πέδησης. Η ποιότητα και η πίεση των ελαστικών. Η πρόσφυση μεταξύ ελαστικού και δρόμου επηρεάζεται απ την ποιότητα και την πίεση των ελαστικών, πράγμα που επιδρά και στην αποτελεσματικότητα της πέδησης και την επιβράδυνση του οχήματος. Οι εσωτερικές τριβές που αναπτύσσονται στους λοιπούς μηχανισμούς του συστήματος πέδησης. Οι φθορές και οι βλάβες του συστήματος πέδησης. 3.3 Υδραυλικά φρένα. Στα υδραυλικά συστήματα φρένων η δύναμη που ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ (πέδιλο) μεταφέρεται στις σιαγόνες των τροχών, μέσω ενός υδραυλικού συστήματος (εικόνα 3.1). Η λειτουργία τους βασίζεται στο νόμο του Πασκάλ, που 64

68 λέει ότι αν ασκηθεί μια πίεση σ' ένα υγρό, αυτή μεταφέρεται αναλλοίωτη προς όλες τις διευθύνσεις κι επενεργεί με την ίδια δύναμη σ' όλες τις ίσες επιφάνειες. Εικόνα 3.1 Υδραυλικό σύστημα Περιγραφή των εξαρτημάτων ενός υδραυλικού συστήματος πέδησης. Πεντάλ ή ποδόπληκτρο. Ο οδηγός ασκεί στο πεντάλ μια δύναμη με το πόδι του, η οποία μεταδίδεται στο έμβολο της κεντρικής αντλίας (κυλίνδρου), μέσω μιας ωστικής ράβδου (άξονας πίεσης) κι από εκεί στο υγρό του υδραυλικού κυκλώματος. Η δύναμη που φθάνει στον άξονα πίεσης και στο έμβολο της κεντρικής αντλίας, δεν είναι η ίδια μ αυτήν που εφαρμόζει ο οδηγός στο πεντάλ, αλλά πολλαπλασιάζεται μ' ένα συντελεστή που εξαρτάται απ τις αποστάσεις α και β. Έτσι αν στο πεντάλ ασκηθεί μια δύναμη F1 = 20 Kg, οι δε αποστάσεις α και β είναι 25 cm και 5 cm αντίστοιχα, τότε στο έμβολο ασκείται μία δύναμη F2 που δίνεται από τη σχέση: F2 = F1 α / β, οπότε F2=100 Kg. Το πεντάλ, μέχρι να επενεργήσει στο έμβολο της κεντρικής αντλίας, διανύει μια ελεύθερη (νεκρή) διαδρομή που διαφέρει από όχημα σε όχημα. Ακόμα, υπάρχει ένα ελατήριο που επαναφέρει το πεντάλ στην αρχική του θέση, όταν σταματήσει η εφαρμογή δύναμης σ' αυτό. 65

69 Κεντρική αντλία μονής ενέργειας. Η αντλία φρένων μονής ενέργειας (εικόνα3.2), δεν χρησιμοποιείται από μόνη της στα συστήματα πέδησης. Χρησιμοποιείται ακριβώς αντίστοιχη αντλία μόνο στους συμπλέκτες. Εξετάζεται κι αναλύεται η λειτουργεία της για να γίνει περισσότερο κατανοητός ο τρόπος λειτουργίας της αντλίας φρένων διπλής ενέργειας, που ουσιαστικά αποτελείται από δύο αντλίες στη σειρά (σ ένα κύλινδρο). Η κεντρική αντλία του υδραυλικού συστήματος αποτελείται από έναν κυλινδρικό θάλαμο μέσα στον οποίο κινείται ένα έμβολο και από ένα δοχείο υγρού φρένων. Εικόνα 3.2. Κύρια μέρη κεντρικής αντλίας φρένων. Το δοχείο αυτό επιτρέπει τη διαστολή ή συστολή του υγρού του υδραυλικού κυκλώματος, ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες και τις θερμοκρασίες λειτουργίας του συστήματος φρένων. Σε περίπτωση μικρής διαρροής, συμπληρώνεται υγρό στο κύκλωμα απ το δοχείο. Πίσω απ το έμβολο, προς την πλευρά του άξονα πίεσης, υπάρχει ένα ελαστικό δαχτυλίδι στεγανοποίησης, το οποίο εμποδίζει κάθε διαρροή του υγρού προς τα έξω. Ένα ελαστικό κάλυμμα περιβάλλει το ένα άκρο του κυλινδρικού θαλάμου και τον άξονα πίεσης, προστατεύοντας έτσι την κεντρική αντλία από σκόνη, λάσπες κλπ. 66

70 Ο κεντρικός θάλαμος της αντλίας επικοινωνεί με το δοχείο αποθήκευσης υγρού με δύο οπές. Την οπή παροχής υγρού και την αντισταθμιστική οπή (εξίσωσης ή διαστολής). Ο σκοπός της οπής παροχής υγρού είναι να παρέχει υγρό στους θαλάμους του κυλίνδρου, όταν το έμβολο πιέζεται προς τα εμπρός ή επανέρχεται στη θέση του. Η αντισταθμιστική οπή παρέχει υγρό στη συμπιεζόμενη πλευρά του κυλινδρικού θαλάμου (περιοχή μεταξύ του εμπρός μέρους του εμβόλου και της βαλβίδας επιστροφής) κι επιτρέπει στο υγρό να επιστρέψει στο δοχείο, όταν το έμβολο έρθει στην αρχική θέση ηρεμίας επίσης. Μέσω της οπής αυτής επιστρέφει υγρό στο δοχείο, όταν υπάρχει διαστολή ή προσάγεται υγρό απ το δοχείο στο κύκλωμα, όταν υπάρχει συστολή. Στην κεφαλή του εμβόλου (μπροστινή πλευρά), υπάρχουν από 3 έως 6 οπές. Ο σκοπός αυτών των οπών είναι να επιτρέπουν τη ροή του υγρού στο συμπιεζόμενο χώρο μέσω της κεφαλής του εμβόλου, όταν αυτό επιστρέφει στην αρχική θέση ηρεμίας. Η λειτουργία θα εξηγηθεί παρακάτω. Στην κεφαλή του εμβόλου υπάρχει ένα ακόμη πρωτεύον ελαστικό κάλυμμα, το οποίο στεγανοποιεί το υγρό που βρίσκεται στο συμπιεζόμενο χώρο, όταν το έμβολο περάσει την αντισταθμιστική οπή. Στο χώρο συμπίεσης του κυλινδρικού θαλάμου βρίσκεται ένα ελατήριο, που κρατά στη θέση τους τόσο το πρωτεύον ελαστικό κάλυμμα (λαστιχάκι), όσο και τη βαλβίδα επιστροφής. Ο σκοπός της βαλβίδας επιστροφής είναι να κρατά μια ελαφρά υπερπίεση στο υδραυλικό κύκλωμα, ώστε να μην μπαίνει αέρας σ' αυτό και μειώνεται η απόδοση φρεναρίσματος. Λειτουργία κεντρικής αντλίας φρένων. Καθώς ο οδηγός επενεργεί στο πεντάλ, ασκείται μια δύναμη στον άξονα πίεσης, που με τη σειρά του κινεί το έμβολο μέσα στον κυλινδρικό θάλαμο. Όταν το έμβολο περάσει απ την αντισταθμιστική οπή, το υγρό παγιδεύεται μέσα στο χώρο συμπίεσης και κάθε περαιτέρω μετακίνηση του εμβόλου δημιουργεί πίεση στο υγρό. Η πίεση αυτή μεταφέρεται αναλλοίωτη στα κυλινδράκια των τροχών, μέσω της βαλβίδας επιστροφής και των σωληνώσεων. Όταν ο οδηγός αφήσει το πεντάλ του φρένου, τότε το υγρό επιστρέφει απ τα κυλινδράκια των τροχών στον κυλινδρικό θάλαμο της αντλίας, χωρίς όμως να 67

71 μπαίνει αρχικά σ' αυτόν, ενώ παράλληλα το έμβολο επανέρχεται στην αρχική θέση ηρεμίας με τη βοήθεια του ελατηρίου. Κατά τη διάρκεια της εκτόνωσης αυτής του εμβόλου, επικρατεί υποπίεση στο θάλαμο μεταξύ της βαλβίδας επιστροφής και της κεφαλής του εμβόλου (συμπιεζόμενος χώρος), ενώ στο δοχείο αποθήκευσης υπάρχει ατμοσφαιρική πίεση. Σαν αποτέλεσμα της διαφοράς πίεσης, τρέχει υγρό απ το δοχείο αποθήκευσης στο συμπιεζόμενο χώρο, μέσω της οπής παροχής υγρού και των οπών της κεφαλής του εμβόλου. Έτσι εξηγείται γιατί όταν ο οδηγός πατήσει το πεντάλ του φρένου 2-3 φορές, αυτό ανεβαίνει πιο ψηλά. Η χαμηλή πίεση στο συμπιεζόμενο θάλαμο και το υγρό που επιστρέφει μέσω των σωληνώσεων, αναγκάζουν τη βαλβίδα επιστροφής να μετακινηθεί απ τη θέση της, οπότε το υγρό επιστρέφει στο συμπιεζόμενο θάλαμο. Η περίσσεια του υγρού που έχει συγκεντρωθεί σ' αυτόν διοχετεύεται στο δοχείο αποθήκευσης, μέσω της αντισταθμιστικής οπής. Όταν η υδραυλική πίεση στις σωληνώσεις και στο συμπιεζόμενο θάλαμο μειωθεί, τότε με τη βοήθεια του ελατηρίου κλείνει η βαλβίδα επιστροφής και σταματά τη ροή του υγρού. Σωληνώσεις. Για τη μεταφορά του υγρού φρένων απ την κεντρική αντλία στα κυλινδράκια των τροχών, χρησιμοποιούνται χαλύβδινες σωληνώσεις, οι οποίες βρίσκονται σ' ένα σημείο του πλαισίου, κοντά στους τροχούς. Από κει μέχρι τα κυλινδράκια συνεχίζουν εύκαμπτα λεπτά σωληνάκια από ενισχυμένο ελαστικό (μαρκούτσια). Οι χαλύβδινες σωληνώσεις υφίστανται κατεργασία ανόπτησης για να μην είναι εύθραυστες, ενώ παράλληλα βάφονται για να προστατεύονται απ τη διάβρωση. Τα ελαστικά σωληνάκια πρέπει να παρακολουθούν όλες τις κινήσεις των τροχών χωρίς να κρέμονται, να εφελκύονται ή να συστρέφονται. Η αφή κι η αύξηση της θερμότητας προκαλεί την πρόωρη φθορά τους. Γι' αυτό πρέπει ν αποφεύγεται η τοποθέτησή τους κοντά στην εξάτμιση ή άλλα θερμά σημεία του αυτοκινήτου. Αντλία φρένων διπλής ενέργειας. Στα σημερινά αυτοκίνητα, που έχουν 2 ανεξάρτητα υδραυλικά κυκλώματα φρένων χρησιμοποιείται δίδυμη κεντρική αντλία (εικόνα 3.3), ώστε σε περίπτωση 68

72 αστοχίας του ενός κυκλώματος, να μπορεί το όχημα να φρενάρει με το άλλο κύκλωμα. Η λειτουργία της δίδυμης κεντρικής αντλίας είναι παρόμοια μ' αυτήν που περιγράφηκε στην κεντρική αντλία ενός και μοναδικού κυκλώματος. Εικόνα 3.3 Κύρια μέρη αντλίας φρένων διπλής ενέργειας. Αντλίες ή κυλινδράκια τροχών. Οι αντλίες (κυλινδράκια) τροχών του υδραυλικού συστήματος φρένων στηρίζονται στην κιθάρα του τροχού που είναι μέρος του ακίνητου άξονα. Αποτελούνται από ένα λείο εσωτερικά κυλινδρικό σώμα, το οποίο φέρει κι απ τις δύο πλευρές έμβολα (κυλινδράκια διπλής ενέργειας) ή μόνο απ τη μια πλευρά έμβολο κι απ την άλλη είναι κλειστό (κυλινδράκια μονής ενέργειας). Τα έμβολα στεγανοποιούνται με τη βοήθεια ελαστικών τσιμουχών, που εμποδίζουν κάθε διαρροή του υγρού κατά την κίνηση των εμβόλων. Οι ελαστικές τσιμούχες συγκρατούνται μ' ένα ελατήριο, που κρατά τα έμβολα στην κανονική απόσταση μεταξύ τους. Στην πίσω τους πλευρά τα κυλινδράκια έχουν τα στηρίγματά τους. Στο υψηλότερο σημείο, ανάμεσα στα 2 έμβολα, βρίσκεται ο κοχλίας εξαέρωσης. Τα κυλινδράκια συνδέονται με τις σιαγόνες κατά τέτοιο τρόπο, ώστε κάθε κίνηση των εμβόλων να περιστρέφει τις σιαγόνες. 69

73 Όταν ο οδηγός πατήσει το πεντάλ, το υγρό φεύγει με πίεση απ' την κεντρική αντλία, μπαίνει στα κυλινδράκια των τροχών, μεταξύ των αντιθέτων ευρισκομένων εμβόλων και ωθεί τα έμβολα προς τα έξω. Η κίνηση αυτή μεταδίδεται στις σιαγόνες που ανοίγουν κι έρχονται σ επαφή με το ταμπούρο, το οποίο σταματά απ την τριβή που αναπτύσσεται. Όταν ο οδηγός αφήσει το πεντάλ του φρένου, τότε το υγρό επιστρέφει στην κεντρική αντλία μέσω των σωληνώσεων, οπότε τα έμβολα επανέρχονται στις θέσεις τους κι απελευθερώνουν τις σιαγόνες. Ταμπούρο και σιαγόνες με θερμουίτ-ελατήρια επαναφοράς. Η κατασκευή κι η λειτουργία τους είναι ακριβώς η ίδια μ αυτήν που περιγράφηκε στα μηχανικά φρένα, με τη διαφορά ότι τη θέση του έκκεντρου παίρνει ένα κυλινδράκι μονής ή διπλής ενέργειας. Εικόνα 3.4 Ταμπούρο. Οι σιαγόνες έχουν συνήθως προφίλ (διατομή) Τ για ν αποκτήσουν την απαραίτητη αντοχή και κατασκευάζονται είτε χυτές από αλουμίνιο είτε από φύλλο χάλυβα με συγκόλληση. Το σχήμα τους είναι ανάλογο με τη μορφή του ταμπούρου (εικόνα 3.4). Το ένα άκρο τους είναι στρογγυλεμένο και εισέρχεται σε μια εγκοπή της κιθάρας, ενώ το άλλο άκρο τους στηρίζεται στο ωστήριο που 70

74 υπάρχει ανάμεσα στη σιαγόνα και στο έμβολο του κυλινδρακίου του τροχού. Πάνω στις σιαγόνες προσαρμόζονται οι επενδύσεις τριβής (θερμουίτ), οι οποίες είτε καρφώνονται, είτε κολλιούνται πάνω σ' αυτές με θέρμανση και συμπίεση θερμοπλαστικής ρητίνης. Το πλεονέκτημα των κολλητών θερμουίτ είναι ότι επιτρέπουν μεγαλύτερο όριο φθοράς, πριν αντικατασταθούν οι σιαγόνες. Χρειάζεται όμως καλή κατεργασία της σιαγόνας με ειδικά μηχανήματα πριν γίνει η κόλληση. Για το κάρφωμα των θερμουίτ πάνω στις σιαγόνες χρησιμοποιούνται ορειχάλκινα καρφιά με πλατύ κεφάλι (περτσίνια), που βυθίζονται εντελώς μέσα στο υλικό τριβής για να μην τρίβεται και χαράσσεται το ταμπούρο. Τα θερμουίτ έχουν υλικό τριβής με μεγάλο συντελεστή τριβής, είναι ανθεκτικά στις μεγάλες θερμοκρασίες, αντέχουν στο νερό και στο λάδι κι η συμπεριφορά τριβής τους είναι ομοιόμορφη. Κατασκευάζονται από ίνες αμιάντου ή μετάλλου (ψευδάργυρου ή κραμάτων χαλκού - ψευδαργύρου), εμποτίζονται με θερμοπλαστικές ρητίνες κι ανακατεύονται με άλλες ουσίες (σκόνη, γραφίτη κλπ.), για ν αποκτήσουν τις κατάλληλες ιδιότητες. Ο συντελεστής τριβής κυμαίνεται από 0,3 έως 0,5, ενώ αντέχουν σε θερμοκρασίες μέχρι 550 C. Σήμερα για λόγους περιβαλλοντολογικούς αντικαθίσταται σιγά σιγά ο αμίαντος με άλλα υλικά, όπως τα ημιμεταλλικά υλικά (αμίαντος με ίνες μετάλλου), ή τα συνθετικά υλικά (υαλοϋφασμάτινες ίνες, ίνες Kerval, Aramid, κλπ.). Τα επανατατικά ελατήρια, που είναι ένα ή δύο, επαναφέρουν τις σιαγόνες στη θέση τους μετά από κάθε πέδηση. Η δύναμη των επανατατικών ελατηρίων κυμαίνεται από Ν κι επιτρέπει το άνοιγμα των σιαγόνων, όταν ο οδηγός φρενάρει. Παράλληλα εξασφαλίζεται το διάκενο μεταξύ σιαγόνων και ταμπούρου. Όταν τα θερμουίτ φθείρονται, το διάκενο αυτό αυξάνει, οπότε υπάρχει δυνατότητα ρύθμισής του. Αυτό επιτυγχάνεται είτε με το χέρι, με ρυθμιστικούς κοχλίες, είτε αυτόματα μ' έναν εκτατήρα. Τα ταμπούρα πρέπει να είναι ανθεκτικά στη φθορά από τριβή ακόμα και στις υψηλές θερμοκρασίες, να έχουν υψηλό συντελεστή τριβής, να μη μπλοκάρουν, να μην παραμορφώνονται και να απάγουν γρήγορα τη θερμότητα τριβής που αναπτύσσεται. 71

75 Αυτόματος ρυθμιστής ανοχών φρένων με ταμπούρα. Με τη φθορά των θερμουίτ των σιαγόνων, η ανοχή μεταξύ ταμπούρου και σιαγόνων αυξάνει. Ένας ρυθμιστικός οδοντωτός μοχλός ενεργοποιείται απ το πάτημα του πεντάλ των φρένων ή με το τράβηγμα του χειρόφρενου. Ανάλογα με την ανοχή που υπάρχει μεταξύ των σιαγόνων και του ταμπούρου ο οδοντωτός ρυθμιστικός μοχλός (συνήθως είναι κυλινδρικός ή πεπλατυσμένος σε ημικυκλικό σχήμα) μετακινείται ή περιστρέφεται κατά ένα ή δύο δόντια. Όταν ο οδηγός αφήσει το πεντάλ των φρένων ή λύσει το χειρόφρενο η επιμήκυνση του μοχλού κατά ένα ή δύο δόντια, φέρνει τις σιαγόνες πλησιέστερα στο ταμπούρο. Η ανοχή παραμένει αναλλοίωτη μέχρι να υπάρχει επί πλέον μείωση του πάχους του θερμουίτ, λόγο φθοράς, οπότε θα χρειαστεί και νέα ρύθμιση. Δισκόφρενα. Στο σύστημα φρένων με δίσκους και τακάκια (εικόνα 3.5), ο τροχός έχει ένα δίσκο που κινείται ανάμεσα στα σκέλη μιας σταθερής πένσας (δαγκάνας), που καλύπτει ένα μικρό τμήμα του δίσκου. Κάθε σκέλος της δαγκάνας έχει ένα ή δύο κυλίνδρους με έμβολα που καταλήγουν σε μια μεταλλική βάση, πάνω στην οποία είναι κολλημένη μια επένδυση τριβής ανάμεσα στα τακάκια. Εικόνα 3.5 Δισκόφρενα. 72

76 Όταν ο οδηγός πατήσει το πεντάλ του φρένου, το υγρό έρχεται με πίεση πίσω απ τα έμβολα που βρίσκονται μέσα στους 2 κυλίνδρους της δαγκάνας και τα αναγκάζει να σφίξουν το δίσκο ανάμεσά τους και να τον επιβραδύνουν ή να τον ακινητοποιήσουν. Ο δίσκος ψύχεται πολύ καλύτερα απ' ότι το ταμπούρο, οπότε μπορούν να ασκηθούν μεγαλύτερες δυνάμεις πέδησης και το αυτοκίνητο ν ακινητοποιηθεί σε μικρότερο χρόνο, χωρίς να δημιουργηθεί υπερθέρμανση. Για ακόμη καλύτερη ψύξη χρησιμοποιούνται αεριζόμενοι δίσκοι που έχουν δύο επιφάνειες, ανάμεσα στις οποίες σχηματίζονται δίοδοι αέρα. Κατά την περιστροφή του δίσκου περνά ρεύμα αέρα με μεγαλύτερη ταχύτητα απ τις διόδους του δίσκου εξαιτίας της φυγοκεντρικής δύναμης και τον ψύχει πολύ ικανοποιητικά. Τύποι δισκοφρένων. o Δισκόφρενα με σταθερή δαγκάνα. Είναι ο τύπος που περιγράφηκε προηγουμένως. Η δαγκάνα μπορεί να έχει 2 ή 4 έμβολα, οπότε υπάρχει η δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν μεγαλύτερα τακάκια για μεγαλύτερη ενεργό επιφάνεια πέδησης (εικόνα 3.6). Εικόνα 3.6 Δισκόφρενα με σταθερή δαγκάνα. 73

77 o Δισκόφρενα με αιωρούμενη δαγκάνα. Στον τύπο αυτό η δαγκάνα τοποθετείται μέσα σε πολύ περιορισμένα όρια. Η υδραυλική πίεση του κυκλώματος επενεργεί μέσω του εμβόλου μόνο στο ένα τακάκι, ενώ το άλλο πιέζεται πάνω στο δίσκο απ την αιώρηση της δαγκάνας. o Δισκόφρενα με ολισθαίνουσα δαγκάνα. Στον τύπο αυτόν υπάρχει έμβολο μόνο απ τη μία πλευρά. Η υδραυλική πίεση του κυκλώματος επενεργεί μέσω του εμβόλου στο ένα τακάκι, που πιέζεται πάνω στο δίσκο. Παράλληλα, δημιουργείται μια αντίθετη δύναμη που σπρώχνει τη δαγκάνα προς την αντίθετη μεριά, οπότε και το άλλο τακάκι πιέζεται πάνω στο δίσκο. o Δισκόφρενα με παλινδρομική δαγκάνα. Ο τύπος αυτός είναι παρόμοιος με τον προηγούμενο, με τη διαφορά ότι εδώ η δαγκάνα παλινδρομεί σ' ένα προκαθορισμένο αυλάκι. 3.4 Υγρά φρένων. Τα υγρά φρένων που κατασκευάζονται πλέον, έχουν σαν βάση τη γλυκόλη. Χαρακτηριστικό τους γνώρισμα το ότι είναι υγροσκοπικά, απορροφούν δηλαδή υγρασία απ την ατμόσφαιρα σ' όλη τη διάρκεια ζωής τους, με αποτέλεσμα να πέφτει σταθερά το σημείο βρασμού τους. Αν η θερμική φόρτιση του συστήματος φτάνει στο σημείο βρασμού του, τότε υπάρχει ο κίνδυνος εξαέρωσης του υγρού, με τελικό αποτέλεσμα την ολική αποτυχία του συστήματος. Τα χαρακτηριστικά που πρέπει να παρουσιάζουν τα υγρά φρένων είναι: Ελάχιστη συμπιεστότητα. Υψηλό σημείο βρασμού. Αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες. Διατήρηση όλων των χαρακτηριστικών, ακόμη και στις χαμηλές θερμοκρασίες. Ελάχιστα υγροσκοπικά. Πολύ μικρές εσωτερικές τριβές. 74

78 Αναμιξιμότητα με άλλα υγρά της ίδιας σύστασης. Να μην προσβάλουν εξαρτήματα από μέταλλο ή καουτσούκ. Ανάλογα με τις προδιαγραφές που έχουν τα υγρά φρένων διακρίνονται σε DOT 3 και DOT 4. Τα DOT 4 είναι λιγότερο υγροσκοπικά κι η πτώση του σημείου βρασμού τους είναι μικρότερη. Μια άλλη ιδιότητα των υγρών φρένων είναι ο σχηματισμός φυσαλίδων ατμού απ την υγρασία που έχει απορροφηθεί. Αυτό μπορεί να μειώσει το υγρό σημείο βρασμού 20 C ή και περισσότερο, μ αποτέλεσμα να εξατμιστεί πάλι το υγρό και το σύστημα φρένων να σταματήσει να λειτουργεί. Γι' αυτό τα υγρά φρένων πρέπει ν αντικαθίστανται σε τακτά χρονικά διαστήματα, π.χ. 1 φορά το χρόνο ή 1 φορά στα 2 χρόνια, ανάλογα με τις προδιαγραφές τους. 3.5 Ρυθμίσεις υδραυλικών φρένων Ρύθμιση νεκράς διαδρομής πεντάλ. Για τη ρύθμιση της νεκράς (ελεύθερης) διαδρομής του πεντάλ φρένων, ελέγχεται ο αξονικός τζόγος του στελέχους της κεντρικής αντλίας φρένων με μεταλλικό κανόνα που τοποθετείται κατά μήκος του. Αν ο τζόγος αυτός, είναι μεγαλύτερος απ την τιμή που δίνει ο κατασκευαστής, τότε αυξάνει ή μικραίνει το μήκος του στελέχους απ το ρυθμιστικό κοχλία μέχρι την κανονική του τιμή. Αν από τη ρύθμιση του αξονικού τζόγου του στελέχους, δεν διορθωθεί η ελεύθερη διαδρομή του πεντάλ, τότε πρέπει να ελεγχθεί και να ρυθμιστεί το διάκενο μεταξύ θερμουίτ σιαγόνας και ταμπούρου. Ρύθμιση διάκενου σιαγόνων - ταμπούρου. Η ρύθμιση του διάκενου σιαγόνων - ταμπούρου γίνεται με τους τρόπους που περιγράφηκαν. 75

79 3.6 Μικτά φρένα. Μικτά φρένα είναι εκείνα που συνδυάζουν ένα ανεξάρτητο υδραυλικό σύστημα στους μπροστινούς τροχούς και μηχανικό στους πίσω. Παρουσιάστηκαν όταν εφαρμόστηκε η ανεξάρτητη μπροστινή ανάρτηση, οπότε εμφανίστηκαν προβλήματα στον τρόπο μετάδοσης της δύναμης πέδησης στους μπροστά τροχούς. Μέχρι τότε, χρησιμοποιούνταν μόνο μηχανικά συστήματα φρένων που απαιτούσαν πολύπλοκες κινηματικές αλυσίδες, που δεν μπορούσαν να εφαρμοστούν σε μπροστινούς τροχούς με ανεξάρτητη ανάρτηση. Έτσι, η χρησιμοποίηση υδραυλικού συστήματος φρένων με τον απλό τρόπο μετάδοσης της δύναμης πέδησης ήταν η καλύτερη λύση. Στο μικτό σύστημα φρένων, στη θέση του χειρόφρενου υπάρχει μια λαβή σε σχήμα ομπρέλας. Όταν ο οδηγός τραβήξει τη λαβή, θέτει σε κίνηση ένα μηχανισμό που ενεργοποιεί τα φρένα των πίσω τροχών, ανεξάρτητα απ το πεντάλ. Λόγω της πολυπλοκότητάς τους και της ανάγκης για συχνή ρύθμιση, τα μικτά αυτά συστήματα φρένων έχουν σήμερα εγκαταλειφθεί. 3.7 Αντιμπλοκαριστικό σύστημα φρένων ABS. Η εξέλιξη των συστημάτων πέδησης στα επιβατηγά αυτοκίνητα έχει οδηγήσει σε συστήματα αξιόπιστα και υψηλής απόδοσης, τα οποία μπορούν να επιβραδύνουν τέλεια ένα αυτοκίνητο ακόμη κι αν αυτό κινείται με μεγάλη ταχύτητα. Τα συστήματα αυτά επιτρέπουν ασφαλές και γρήγορο φρενάρισμα μέχρι ακινητοποίησης του αυτοκινήτου κάτω από κανονικές συνθήκες οδήγησης. Εάν όμως οι συνθήκες οδήγησης είναι δυσμενείς όπως π.χ. υγρό ή ολισθηρό οδόστρωμα, ξαφνικό εμπόδιο στο δρόμο με απότομη ενέργεια του οδηγού στο πεντάλ του φρένου, λανθασμένη κι επικίνδυνη οδήγηση άλλων στον ίδιο δρόμο, τότε ενδέχεται με την επενέργεια του οδηγού στο σύστημα πέδησης να μπλοκάρουν ένας ή περισσότεροι τροχοί του αυτοκινήτου. Το αποτέλεσμα είναι 76

80 το αυτοκίνητο να μην ελέγχεται απ τον οδηγό και να αρχίσει να πλανάρει μέχρι να φύγει πιθανά απ το δρόμο. Σ αυτές τις περιπτώσεις επεμβαίνει το σύστημα αντιμπλοκαρίσματος των τροχών ABS (εικόνα 3.7), αναγνωρίζει τον ένα ή περισσότερους τροχούς που μπλοκάρουν και ρυθμίζει την πίεση των υγρών των φρένων, ώστε αυτή να είναι σταθερή ή και μειωμένη ανεξάρτητα απ την επενέργεια του οδηγού στο πεντάλ των φρένων. Με τον τρόπο αυτόν αποφεύγεται ο κίνδυνος μπλοκαρίσματος οποιουδήποτε τροχού και το όχημα παραμένει σταθερό στην πορεία του κι ελεγχόμενο απ τον οδηγό. Εικόνα 3.7 Σύστημα ABS Απαιτήσεις από το σύστημα ABS. Το σύστημα ABS πρέπει να: Ικανοποιεί ειδικές απαιτήσεις κατά το φρενάρισμα ενός αυτοκινήτου που είναι εφοδιασμένο μ αυτό, ώστε να εξασφαλίζεται σταθερότητα κι ασφάλεια κατά την οδήγηση υπό οποιεσδήποτε συνθήκες. 77

81 Εγγυάται σταθερότητα και διευθυντικότητα κατά την πορεία του αυτοκινήτου σε όποια κατάσταση κι αν βρίσκεται το οδόστρωμα, από στεγνό μέχρι παγωμένο. Εξασφαλίζει τη μέγιστη απόδοση της επιβράδυνσης των τροχών στο δρόμο, έχοντας ελάχιστη απόσταση φρεναρίσματος, χωρίς απώλεια της διευθυντικότητας του οχήματος, ανεξάρτητα με το αν ο οδηγός επενεργεί απότομα και με δύναμη ή σταδιακά κι απαλά στο πεντάλ του φρένου. Επεμβαίνει σ ολόκληρο το φάσμα των ταχυτήτων με τις οποίες μπορεί να κινείται το όχημα. Στις πολύ μικρές ταχύτητες γύρω στα 5km/h μπορεί να μην επενεργεί, εφόσον γι' αυτές το μπλοκάρισμα ενός ή περισσοτέρων τροχών δεν επηρεάζει τη σταθερότητα του οχήματος ούτε την τελική ακινητοποίησή του. Ανταποκρίνεται άμεσα στις αλλαγές της κατάστασης στην οποία βρίσκεται το οδόστρωμα. Άν π.χ. σ ένα στεγνό δρόμο υπάρχουν σημεία με πάγο, η πιθανότητα μπλοκαρίσματος των τροχών πρέπει να περιορίζεται σε τόσο μικρά διαστήματα, ώστε να μην επηρεάζονται η σταθερότητα κι η διευθυντικότητα της πορείας του οχήματος. Ταυτόχρονα το σύστημα πρέπει να εκμεταλλεύεται τη δυνατότητα επιβράδυνσης που δίνει το στεγνό οδόστρωμα, όταν οι τροχοί του είναι σ επαφή μ αυτό. Όταν γίνεται φρενάρισμα σ' ένα ανομοιογενές οδόστρωμα π.χ. οι δεξιοί τροχοί είναι πάνω σε πάγο και οι αριστεροί σε στεγνή άσφαλτο, οι διάφορες ανεπιθύμητες δυνάμεις και ροπές αλλαγής της διεύθυνσης πορείας που αναπτύσσονται, λόγω των διαφορετικών συντελεστών τριβής πέλματος ελαστικού και οδοστρώματος, πρέπει να εξασκούνται απαλά, ώστε ο οδηγός να μπορεί απ το σύστημα διεύθυνσης του οχήματος να διατηρεί σταθερή πορεία κίνησης. Σε μια στροφή το όχημα πρέπει να διατηρεί τη σταθερότητα και διευθυντικότητα τις πορείας του κατά τη διάρκεια φρεναρίσματος και πρέπει επίσης να έχει την ελάχιστη δυνατή απόσταση πέδησης όσο χρόνο η ταχύτητα του οχήματος βρίσκεται κάτω απ το όριο ταχύτητας που επιτρέπει η στροφή, ώστε το όχημα να μην ξεφύγει απ το δρόμο. Η απαίτηση για διατήρηση της σταθερότητας και διευθυντικότητας της πορείας του οχήματος κατά το φρενάρισμα ισχύει κι όταν το όχημα χοροπηδά στο δρόμο λόγω ακατάλληλου οδοστρώματος ανεξάρτητα με το πόσο "σκληρά" ή "μαλακά" φρενάρει ο οδηγός. 78

82 Αναγνωρίζει την περίπτωση κατά την οποία υπάρχει υδρολίσθηση, όταν το οδόστρωμα είναι καλυμμένο με νερά και θα πρέπει να επενεργεί σωστά, ώστε και σ αυτήν την περίπτωση να υπάρχει σταθερότητα της πορείας του οχήματος. Η υστέρηση πέδησης, δηλαδή η πέδηση που ακολουθεί την απελευθέρωση των τροχών μετά από φρενάρισμα, καθώς κι επηρεασμοί απ τον κινητήρα, όταν φρενάρει μ αυτόν, πρέπει να είναι όσο το δυνατό μικρότερης χρονικής διάρκειας. Κατά την επενέργεια του συστήματος ABS πρέπει ν αποφεύγονται κραδασμοί και δονήσεις που οφείλονται στη λειτουργία του συστήματος. Η ύπαρξη ενός κυκλώματος παρακολούθησης της σωστής λειτουργίας του συστήματος ABS είναι απαραίτητη. Εάν το κύκλωμα αυτό ανιχνεύσει κάποια δυσλειτουργία του συστήματος που μπορεί να επηρεάσει το φρενάρισμα, θα πρέπει να θέτει αυτόματα το σύστημα ABS εκτός λειτουργίας και μια ενδεικτική λυχνία στο ταμπλό του οχήματος να ειδοποιεί τον οδηγό Περιγραφή λειτουργίας συστήματος ABS. Κατά τη διάρκεια της οδήγησης, οι αισθητήρες ταχύτητας που είναι τοποθετημένοι στους μπροστινούς τροχούς και στον πίσω άξονα ή και στους 4 τροχούς μετράνε την ταχύτητα των τροχών. Αν η κεντρική ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του συστήματος (ECU) αναγνωρίσει ύπαρξη πιθανότητας μπλοκαρίσματος κάποιου τροχού, με βάση τα σήματα απ τους αισθητήρες, ενεργοποιεί τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες των αντίστοιχων υδραυλικών κυκλωμάτων των τροχών. Καθένας από τους τροχούς ή ανά ζεύγη ελέγχονται από μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα με τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορεί να εξασφαλιστεί σωστό φρενάρισμα χωρίς μπλοκάρισμα σ' αυτόν ανεξάρτητα απ τους άλλους τροχούς. Στον πίσω άξονα συνήθως, όπου οι τροχοί ελέγχονται από έναν αισθητήρα και οι δύο, ο τροχός με τη χαμηλότερη δύναμη πέδησης προσδιορίζει την πίεση των υγρών φρένων των δύο τροχών. Η ECU έχει τη δυνατότητα να ρυθμίσει τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες σε τρεις θέσεις. 79

83 Στη πρώτη θέση επιλογής της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, γίνεται απευθείας σύνδεση της κεντρικής αντλίας των φρένων, με το κυλινδράκι ενεργοποίησης του φρένου του τροχού. Η πίεση των υγρών των φρένων, που εξασκείται στην κεντρική αντλία τους, φτάνει στο κυλινδράκι κι επομένως με την πίεση του πεντάλ του φρένου απ τον οδηγό αυτή αυξάνει. Σ αυτήν τη θέση επιλογής, η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα δεν διαρρέεται από ρεύμα. Στη δεύτερη θέση επιλογής της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, απομονώνεται το κυλινδράκι του φρένου του τροχού απ τη γραμμή που το συνδέει με την κεντρική αντλία των φρένων και τη γραμμή επιστροφής των υγρών των φρένων κι έτσι η πίεση των υγρών στο κυλινδράκι του φρένου παραμένει σταθερή. Σ αυτήν τη θέση επιλογής, η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα διαρρέεται απ το μισό του μέγιστου ρεύματος προς την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Στην τρίτη θέση επιλογής της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, απομονώνεται η γραμμή που συνδέει την κεντρική αντλία των φρένων και το κυλινδράκι των φρένων του τροχού με τη γραμμή επιστροφής των υγρών των φρένων, οπότε η πίεση των υγρών στο κυλινδράκι του φρένου μειώνεται. Σ αυτήν τη θέση επιλογής η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα διαρρέεται απ το μέγιστο ρεύμα. Με τη λειτουργία των ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων παρουσιάζεται αυξομείωση της πίεσης των υγρών των φρένων, όχι συνεχής, αλλά κατά τις φάσεις λειτουργίας των ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων, ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν στο δρόμο, ώστε οι τροχοί να φρενάρουν χωρίς μπλοκάρισμα. Το σύστημα ABS ενεργεί ταχύτατα με την ηλεκτρονική επεξεργασία των σημάτων και τους πολύ μικρούς χρόνους απόκρισης. Η ECU, κάθε φορά που το όχημα ξεκινά και σταματά, ελέγχει τα κυκλώματα ασφαλείας και τα περιφερειακά όργανα. Αυτός ο έλεγχος εξασφαλίζει ότι το σύστημα είναι σ ετοιμότητα, ελέγχοντας τα διάφορα κυκλώματα και τον περιφερειακό εξοπλισμό του συστήματος, όταν το σύστημα ABS είναι εκτός λειτουργίας. Ένα ενδιαφέρον τμήμα αυτού του κύκλου είναι ο αυτοέλεγχος του κυκλώματος παρακολούθησης. Αν ανιχνευθεί κάποιο σφάλμα στη λειτουργία του συστήματος, το ABS τίθεται εκτός λειτουργίας κι ανάβει μια προειδοποιητική 80

84 λυχνία στο ταμπλό οργάνων, που ενημερώνει τον οδηγό ότι το ABS είναι εκτός λειτουργίας και υπάρχει διαθέσιμο πλέον το συμβατικό σύστημα πέδησης του οχήματος Εξαρτήματα συστήματος ABS. Σήμερα έχουν βρει εφαρμογή στα αυτοκίνητα πάρα πολλά συστήματα αντιμπλοκαρίσματος των τροχών - ABS από αρκετούς κατασκευαστές, όπως BOSCH, Lucas, ΑΤΕ, η Acelno, Akebono, κλπ. Τα παραπάνω συστήματα έχουν μεταξύ τους σημαντικές διαφορές ως προς τον τρόπο λειτουργίας τους, χρησιμοποιούν όμως στο σύνολό τους σχεδόν ίδια εξαρτήματα και μηχανισμούς με κοινές αρχές λειτουργίας. Παρακάτω θα περιγραφούν τα εξαρτήματα και οι μηχανισμοί από ένα τυπικό σύστημα αντιμπλοκαρίσματος τροχών. Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (εγκέφαλος ή ECU). Η ECU είναι ένας μικρός ηλεκτρονικός υπολογιστής πολλών καναλιών. Εκεί λαμβάνονται τα ηλεκτρικά σήματα των αισθητήρων στροφών, που είναι μεγέθη ανάλογα προς την ταχύτητα των τροχών κι αναφέρονται στην επιτάχυνση, την επιβράδυνση και την ολίσθηση. Με λογικό συνδυασμό αυτών των μεγεθών προκύπτουν αντίστοιχες εντολές ελέγχου για τις ηλεκτρομαγνητικά ενεργοποιούμενες βαλβίδες, μέσα στο υδραυλικό συγκρότημα και κατ' επέκταση η ρύθμιση της πίεσης των υγρών φρένων στα αντίστοιχα κυκλώματα. Η επεξεργασία των σημάτων μέσα στον υπολογιστή προσδιορίζει τη χαρακτηριστική ρύθμιση του συστήματος. Χάρη στην ψηφιακή τεχνολογία με ολοκληρωμένα κυκλώματα επιτυγχάνεται η προσδοκούμενη υψηλή αξιοπιστία. Για την κάλυψη των αυξημένων αναγκών σε ασφάλεια, ο εγκέφαλος περιλαμβάνει ηλεκτρονικά κυκλώματα παρακολούθησης, τα οποία ελέγχουν συνεχώς κατά την πορεία την ικανότητα λειτουργίας (ετοιμότητας) πριν από κάθε νέα κίνηση του οχήματος και την κατάσταση της πλεξούδας καλωδίωσης του συστήματος ABS με τα εξαρτήματά του. Αν διαπιστωθεί από τη ρυθμιστική διάταξη κάποια ανωμαλία στην πλεξούδα καλωδίωσης ή στο ηλεκτρικό μέρος 81

85 των συγκροτημάτων, τότε το κύκλωμα παρακολούθησης διακόπτει τη λειτουργία του συστήματος ABS κι επιβεβαιώνει ότι διατηρείται η κανονική λειτουργία του συστήματος φρένων. Ο οδηγός του αυτοκινήτου ενημερώνεται γι' αυτή την καινούρια κατάσταση από μία λυχνία ελέγχου του συστήματος ABS πάνω στο ταμπλό των οργάνων. Η ECU συνήθως τοποθετείται στο θάλαμο των επιβατών για ν αποφεύγονται οι υψηλές θερμοκρασίες του κινητήρα και οι καιρικές επιδράσεις. Όταν η ECU τοποθετείται στο χώρο του κινητήρα αυτή είναι ειδικών προδιαγραφών. Υδραυλικό συγκρότημα. Το υδραυλικό συγκρότημα περιλαμβάνει για τη ρύθμιση της πίεσης φρεναρίσματος μέσα στα κυλινδράκια των τροχών, βαλβίδες τριών οδών που επιτρέπουν τη μεταβολή της πίεσης φρεναρίσματος σε τρεις καταστάσεις: δημιουργία πίεσης, διατήρηση πίεσης και Μείωση πίεσης. Αυτές οι τρείς φάσεις της πίεσης προσαρμόζονται σε συγκεκριμένη σειρά λειτουργίας και τη διάρκεια των απαιτήσεων στην επιθυμητή χαρακτηριστική καμπύλη ρύθμισης και στην τριβή ανάμεσα στο οδόστρωμα και τα ελαστικά. Μόλις η επιβράδυνση κάποιου τροχού ή η ολίσθηση αναγγείλουν το μπλοκάρισμα ενός τροχού, τότε η πίεση φρεναρίσματος διατηρείται σε πρώτη φάση η ίδια. Αν συνεχίζει ο τροχός να παρουσιάζει τάση για μπλοκάρισμα, τότε η πίεση μειώνεται για κάποιο διάστημα, μέχρι να επιταχυνθεί η περιστροφή του τροχού ή να ξεπεραστεί πάλι το όριο ολίσθησης. Στη συνέχεια ανεβαίνει πάλι η πίεση και ο κύκλος ρύθμισης εκτελείται απ την αρχή. Μία ηλεκτρική αντλία επιστροφής διοχετεύει το υγρό φρένων που αφαιρέθηκε κατά τη μείωση της πίεσης απ το κυλινδράκι του τροχού πίσω στο αντίστοιχο κύκλωμα φρένων. Η αντλία έχει μελετηθεί με δύο έμβολα, έτσι ώστε τα κυκλώματα φρένων να παραμένουν εντελώς απομονωμένα από ένα σύστημα φρένων με δύο κυκλώματα. 82

86 Αισθητήρας στροφών. Η περιστροφική κίνηση των τροχών παρακολουθείται από επαγωγικούς αισθητήρες και το ηλεκτρικό σήμα διοχετεύεται στην ηλεκτρονική ρυθμιστική διάταξη. Οι αισθητήρες στροφών αποτελούνται από ένα πηνίο με μόνιμο μαγνήτη και είναι τοποθετημένοι πάνω στο ακραξόνιο ή στο μουαγιέ του τροχού ή στο διαφορικό, στον κεντρικό άξονα. Απέναντι από κάθε αισθητήρα στροφών (εικόνα 3.8), περιστρέφεται ένα οδοντωτό γρανάζι που περνάει μπροστά απ τη διαρκώς μαγνητισμένη άκρη του αισθητήρα. Όταν το οδοντωτό γρανάζι περιστρέφεται, ο μαγνητικός πόλος διαδοχικά τίθεται είτε απέναντι σ ένα δόντι του γραναζιού είτε απέναντι σ ένα διάκενο. Αυτή η κίνηση προκαλεί μεταβολή της μαγνητικής ροής απ τον πόλο προς το γρανάζι κι έτσι δημιουργείται μια ηλεκτρική τάση στα άκρα του τυλίγματος. Η συχνότητα αυτής της τάσης μετράει την ταχύτητα περιστροφής του τροχού. Εικόνα 3.8 Αισθητήρας στροφών. Υπάρχουν διάφορες μορφές του μαγνητικού πόλου, ανάλογα με τις δυνατότητες εγκατάστασης του αισθητήρα κοντά στο γρανάζι. Το οδοντωτό γρανάζι πρέπει να έχει μια σχετικά μεγάλη διάμετρο για να υπάρχει ακρίβεια στη 83

87 μέτρηση της ταχύτητας του τροχού, επίσης το διάκενο μεταξύ των δοντιών του πόλου και γραναζιού δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 1 mm. Επιπλέον η στήριξη και των δύο εξαρτημάτων μαγνητικού πόλου και γραναζιού πρέπει να είναι σταθερή, ώστε να μη δημιουργούνται λανθασμένα σήματα απ τον αισθητήρα προς την ECU λόγω ταλαντώσεων. Οι αισθητήρες ταχύτητας πρέπει να γρασσάρονται όταν τοποθετούνται, γιατί είναι εκτεθειμένοι στη σκόνη και στα νερά των δρόμων. Τα συστήματα τριών καναλιών διαθέτουν για τον πίσω άξονα έναν αισθητήρα στροφών που είναι τοποθετημένος στο διαφορικό. Κάθε αισθητήρας πριν τη διάθεση του περνά από έλεγχο εμβάπτισης μέσα σε νερό για να διαπιστωθούν τυχόν σφάλματα. 84

88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ 4.1 Γενικά. Η θερμότητα που αναπτύσσεται σ' έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης κατά τη λειτουργία του, είναι πολύ μεγάλη. Ένα μέρος της μετατρέπεται, με το μηχανισμό εμβόλου - μπιέλας - στροφαλοφόρου, σε περιστροφική κίνηση. Ένα άλλο μέρος της εξέρχεται με τα καυσαέρια απ την εξάτμιση κι ένα τρίτο μέρος της απομακρύνεται με μορφή ακτινοβολίας απ την εξωτερική επιφάνεια όλων των θερμών μερών του κινητήρα. Το υπόλοιπο της θερμότητας απάγεται απ το σύστημα ψύξης. Γενικότερα για έναν κινητήρα τα ποσοστά κάθε μέρους αυτής της θερμότητας που χάνονται είναι: 29-36% για τα καυσαέρια που εξέρχονται από την εξάτμιση, 24-32% για παραγωγή έργου στον κινητήρα, 7% ακτινοβολία. Το υπόλοιπο 32% - 33% απάγεται απο το σύστημα ψύξης (εικόνα 4.1). Εικόνα 4.1 Ποσοστά στα οποία διαμοιράζεται η ενέργεια καύσης. Η απαγωγή της πλεονάζουσας θερμότητας επιτυγχάνεται με τη βοήθεια του συστήματος ψύξης και την κυκλοφορία ψυκτικού υγρού γύρω από τις 85

89 θερμαινόμενες επιφάνειες. Αυτό απορροφά τη θερμότητα και με το ψυγείο την αποβάλλει στην ατμόσφαιρα. Αν το υγρό αυτό μετά τη θέρμανσή του απ τον κινητήρα ψύχεται και ξαναχρησιμοποιείται, τότε το σύστημα ψύξης ονομάζετε «κλειστό». Αν το υγρό μετά τη θέρμανση του απομακρύνεται χωρίς να επανακυκλοφορεί, τότε το σύστημα ψύξης ονομάζεται «ανοικτό» (π.χ. εξωλέμβιες μηχανές θαλάσσης). Στα κλειστά συστήματα ψύξης το υγρό που χρησιμοποιείται είναι το νερό κι ο κινητήρας ονομάζεται υδρόψυκτος. Στα ανοικτά συστήματα ψύξης χρησιμοποιείται αέρας και ο κινητήρας ονομάζεται αερόψυκτος. 4.2 Ψυκτικά υγρά Νερό. Σαν ψυκτικό υγρό χρησιμοποιείται το νερό. Το νερό σε κανονικές συνθήκες πίεσης, βράζει στους 100 C και πήζει στους 0 C. Με την πήξη του νερού σε πάγο γίνεται διαστολή του όγκου. 'Όταν το νερό ψύχεται, μέχρι τους 4 C συστέλλεται, σε χαμηλότερη θερμοκρασία αρχίζει να διαστέλλεται. Η θερμοκρασία βρασμού του δεν είναι πάντα σταθερή, αλλά εξαρτάται από την πίεση που επικρατεί στο χώρο του βρασμού. Έτσι αν υποτεθεί ότι έχουμε ένα ανοικτό ψυγείο, η θερμοκρασία στην οποία κάθε φορά βράζει το νερό εξαρτάται απ την ατμοσφαιρική πίεση. Η ατμοσφαιρική πίεση μεταβάλλεται ανάλογα με τις μετεωρολογικές συνθήκες, αλλά κι αντίστροφα ανάλογα με το υψόμετρο. Σ' αυτό το λόγο οφείλεται και το γεγονός ότι όταν το αυτοκίνητο κινείται σε υψόμετρο και το ψυγείο είναι ανοικτό, το νερό βράζει σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Για την αποφυγή βρασμού του νερού του ψυγείου σε χαμηλές θερμοκρασίες, χρησιμοποιείται ένα ειδικό πώμα (τάπα), με βαλβίδα υπερπίεσης. Με τη βοήθεια αυτής της βαλβίδας επιτυγχάνεται στο σύστημα ψύξης, πίεση μεγαλύτερη απ την ατμοσφαιρική. Έτσι η θερμοκρασία βρασμού μέσα στο ψυγείο είναι μεγαλύτερη από τους 100 C. Με την επιτυγχανόμενη υπερπίεση, η θερμοκρασία βρασμού φτάνει τους

90 C C. Σε περίπτωση υπερθέρμανσης του ψυγείου, η τάπα αφαιρείται με πολλή προσοχή. Κι αυτό γιατί η απότομη πτώση της πίεσης με την αφαίρεση της τάπας, προκαλεί βρασμό μεγάλου όγκου νερού και εκτόξευση βραστού νερού και ατμών Προστιθέμενες ουσίες στο νερό ως υγρό ψύξης. Στη θερμοκρασία των 0 C ή και μικρότερη απ' αυτή, το νερό πήζει και μεταβάλλεται σε στερεό πάγο, ενώ ταυτόχρονα διαστέλλεται ο όγκος του. Με τη διαστολή αυτή αναπτύσσονται μεγάλες δυνάμεις, που μπορούν να προκαλέσουν μεγάλες ζημιές στον κινητήρα. Οι ζημιές αυτές αποφεύγονται, μειώνοντας το σημείο πήξης του νερού και προσθέτοντας ειδικές χημικές ουσίες, που ονομάζονται αντιπηκτικές ή αντιψυκτικές ουσίες. Οι ουσίες αυτές σχηματίζουν με το νερό διάλυμα, του οποίου το σημείο πήξης είναι πολύ χαμηλότερο από 0 C. Με διάλυμα που περιέχει αναλογία 2 μέρη νερού και 1 μέρος αντιπηκτικού, μειώνεται η θερμοκρασία πήξης στους -18 C. Με αναλογία 1:1, δηλαδή από ολόκληρη την ποσότητα του ψυκτικού υγρού, αν η μισή ποσότητα είναι νερό και η άλλη μισή αντιπηκτικό, η θερμοκρασία πήξης μειώνεται στους -38 C. Σαν αντιπηκτικό υγρό χρησιμοποιείται μία χημική ένωση που ονομάζεται αιθυλαινογλυκόλη και τα παράγωγα της. Το οινόπνευμα έχει κι αυτό καλές αντιπηκτικές ιδιότητες. Βράζει όμως στους 78,9 C και γι' αυτό αποφεύγεται η χρήση του. Το νερό, όπως γνωρίζουμε, με την ταυτόχρονη ύπαρξη οξυγόνου, διαβρώνει τα μέταλλα. Έτσι όταν αυτό χρησιμοποιείται σαν ψυκτικό υγρό, επειδή έρχεται σ επαφή με τις μεταλλικές επιφάνειες, τις διαβρώνει. Για να αποφεύγονται οι διαβρώσεις αυτές μερικοί κατασκευαστές προτείνουν την προσθήκη αντιδιαβρωτικών χημικών ουσιών στο νερό ψύξης. Όμως, πρέπει να χρησιμοποιούνται με μεγάλη προσοχή, γιατί πολλές από αυτές δεν επιφέρουν καμία βελτίωση. Η αντιπηκτική διάλυση (αντιψυκτικό) που προστίθεται στο σύστημα ψύξης, έχει συνήθως και αντιδιαβρωτικές ικανότητες, γι' αυτό και προστατεύει τα μεταλλικά μέρη από εκτεταμένες οξειδώσεις (σκουριές). Η συχνή αντικατάσταση του νερού του συστήματος ψύξης δεν συνιστάται, όπως δεν 87

91 συνιστάται και η συνεχής συμπλήρωσή του, όταν υπάρχουν διαρροές. Κι αυτό γιατί το φρέσκο νερό που προστίθεται περιέχει περισσότερο διαλυμένο οξυγόνο, με αποτέλεσμα να γίνονται περισσότερες και πιο εκτεταμένες οξειδώσεις. Γι' αυτό το νερό του συστήματος ψύξης πρέπει να αντικαθίσταται σε αραιά χρονικά διαστήματα, σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή Άλλα ψυκτικά υγρά. Άλλο ψυκτικό υγρό που χρησιμοποιείται σήμερα είναι το παραφλού. Αυτό το υγρό είναι αντιθερμικό και αντισκωριακό ειδικό για κυκλώματα ψύξης. Κατάλληλο και για τις τέσσερις εποχές του χρόνου. Προστατεύει χειμώνα και καλοκαίρι το σύστημα ψύξης από διαβρώσεις και άλατα. Περιέχει αιθυνογλυκόλη 25% κατ' όγκο και παρέχει αντιψυκτική προστασία έως -12 C και αντιθερμική έως +104 C. Παρόμοιο υγρό είναι κι αυτό που έχει ως βάση του την αιθυλογλυκόλης. Προστατεύει κι αυτό το σύστημα ψύξης από το ψύχος, τη σκουριά και τη διάβρωση. Περιέχει ενισχυμένη αντιψυκτική προστασία έως -25 C και αντιθερμική έως και +107 C. Τέλος χρησιμοποιείται και το σαπουνέλαιο το οποίο είναι ενισχυμένο με αντιβακτηριδιακά και αντιδιαβρωτικά πρόσθετα και οι αναλογίες του με νερό είναι 20:1 μέχρι 30: Ροή του ψυκτικού υγρού μέσα στο σύστημα ψύξης. Όταν ο θερμοστάτης είναι κλειστός, η κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού γίνεται στο εσωτερικό των υδροχιτωνίων του κινητήρα (στον κορμό και στο καπάκι). Όταν η θερμοκρασία φτάσει σε μια ορισμένη τιμή, ανοίγει η βαλβίδα του θερμοστάτη. Όταν ο θερμοστάτης ανοίξει, τότε η κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού γίνεται ως εξής (Εικόνα 4.2). 88

92 Η αντλία νερού (που παίρνει κίνηση με ιμάντα από τον στροφαλοφόρο), αναρροφά το ψυχρό ψυκτικό υγρό που συγκεντρώνεται στον κάτω υδροθάλαμο του ψυγείου και το στέλνει στα υδροχιτώνια των κυλίνδρων. Εικόνα 4.2 Σύστημα ψύξης κινητήρα αυτοκινήτου. Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στους κυλίνδρους απάγεται απ το ψυκτικό υγρό που κυκλοφορεί προς το πάνω μέρος των κυλίνδρων, φτάνοντας στο θερμοστάτη. Όταν η βαλβίδα του θερμοστάτη ανοίξει, το θερμό πλέον ψυκτικό υγρό περνά απ' αυτή. Απ τον ελαστικό σωλήνα (κολάρο), φτάνει στον πάνω υδροθάλαμο του ψυγείου. Από κεί, εξαιτίας της αναγκαστικής κυκλοφορίας του απ την αντλία, περνά μέσα από τους αγωγούς του ψυγείου. Οι αγωγοί εξωτερικά φέρουν πτερύγια με τη μορφή κυψέλης, γύρω απ τα οποία διέρχεται ο ατμοσφαιρικός αέρας. Η διέλευση αυτή του αέρα οφείλεται είτε στη μπροστινή κίνηση του αυτοκινήτου, είτε στη λειτουργία του ανεμιστήρα του ψυγείου. Η θερμότητα του ψυκτικού υγρού απ τους αγωγούς του ψυγείου μεταφέρεται στα πτερύγια κι από αυτά στην ατμόσφαιρα. Έτσι, πραγματοποιείται τελικά η μεταφορά θερμότητας απ το εσωτερικό των κυλίνδρων στο περιβάλλον. Το ψυκτικό υγρό, σχετικά ψυχρό, φτάνει πια στον πάνω υδροθάλαμο και από εκεί συνεχίζεται η κυκλοφορία του προς την αντλία. 89

93 4.3 Υδροχιτώνιο ψυγείο. Υδροχιτώνιο ονομάζεται ο κενός χώρος μεταξύ των κυλίνδρων του κινητήρα και του κυρίου σώματος του κορμού του. Μέσα στα υδροχιτώνιο κυκλοφορεί ψυκτικό υγρό. Αυτό όταν έρχεται σ επαφή με το θερμό τοίχωμα που βρίσκεται προς την πλευρά των κυλίνδρων, ψύχει το τοίχωμα και παραλαμβάνει ένα μέρος της αναπτυσσόμενης θερμότητας μέσα στον κύλινδρο (εικόνα Το ψυγείο είναι το τμήμα που μεταφέρει τη θερμότητα του ζεστού νερού απ τον κινητήρα προς την ατμόσφαιρα. Αποτελείται από δύο οριζόντιους θαλάμους, τους υδροθαλάμους, που βρίσκονται ο ένας στο πάνω τμήμα του κι ο άλλος στο κάτω. Μεταξύ των δύο αυτών υδροθαλάμων, βρίσκεται το κυρίως ψυγείο που είναι σωληνωτό ή κυψελωτό. Το σωληνωτό ψυγείο αποτελείται από πολλούς σωλήνες με λεπτά τοιχώματα και μικρή διάμετρο. Τα τοιχώματα φέρουν πτερύγια για ν αυξήσουν την επιφάνεια που χρησιμεύει για το διασκορπισμό της θερμότητας στον ατμοσφαιρικό αέρα. Το κυψελωτό ψυγείο αποτελείται από ένα πλέγμα λεπτών μεταλλικών ταινιών, που σχηματίζουν εξάγωνες οπές, όπως οι κυψέλες των μελισσών. Το ψυκτικό υγρό κυκλοφορεί γύρω από τις οπές, ενώ μέσα απ αυτές περνά ο ατμοσφαιρικός αέρας. Στον πάνω υδροθάλαμο του ψυγείου υπάρχει τάπα που έχει δύο βαλβίδες, μια υπερπίεσης και μια υποπίεσης. Στο λαιμό της τάπας υπάρχει ο σωλήνας υπερχείλισης, που στα σύγχρονα αυτοκίνητα καταλήγει σ' ένα ειδικό δοχείο νερού (δοχείο διαστολής). Αυτό χρησιμεύει αφενός για να δέχεται το πλεονάζον απ το ψυγείο νερό, αφετέρου ν αναρροφάται απ το ψυγείο νερό, όταν κατά τη λειτουργία του συστήματος ψύξης δημιουργηθεί έλλειψη. Ο κάτω υδροθάλαμος συνδέεται με τον ελαστικό σωλήνα που οδηγεί στην αντλία νερού καθώς και μ ένα κρουνό για την εκκένωση (εξαγωγή) του ψυγείου. Το κυρίως ψυγείο είναι συγκολλημένο με τους δύο υδροθαλάμους και το συγκρότημα αυτό στερεώνεται σταθερά στο πλαίσιο του αυτοκινήτου. 90

94 4.4 Ανεμιστήρας. Ο ανεμιστήρας χρησιμοποιείται για να επιταχύνεται η κυκλοφορία του αέρα ψύξης γύρω απ τα πτερύγια των αγωγών του ψυγείου. Είναι συνήθως αξονικού τύπου με τρία ή περισσότερα πτερύγια. Παίρνει κίνηση με ιμάντα απ το στροφαλοφόρο άξονα μαζί με την αντλία νερού. Στα σύγχρονα αυτοκίνητα παίρνει κίνηση από ανεξάρτητο ηλεκτροκινητήρα. Στις περιπτώσεις αυτές, ο ανεμιστήρας ελέγχεται από θερμοστάτη και τίθεται σε λειτουργία μόνον όταν η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού υπερβεί ένα καθορισμένο όριο. 'Όταν το όχημα κινείται με μεγάλη ταχύτητα, το ρεύμα αέρα που δημιουργείται είναι αρκετό για την ψύξη του νερού και σταματά η λειτουργία του ανεμιστήρα. Έτσι γίνεται οικονομία ενέργειας που απορροφάται απ την κίνηση του ανεμιστήρα, αλλά αποφεύγεται και η υπερβολική ψύξη. 4.5 Θερμοστάτης. Η υπερβολική ψύξη του κινητήρα είναι επιβλαβής για τη λειτουργία του και πρέπει ν αποφεύγεται. Για τη σωστή λειτουργία του πρέπει κατά την ψυχρή εκκίνηση η θερμοκρασία του να ανέβει όσο το δυνατό γρηγορότερα σε μια ορισμένη τιμή και να μείνει κατά το δυνατό σταθερή στην τιμή αυτή. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση του θερμοστάτη. Ο θερμοστάτης αποτελείται από ένα κύλινδρο που είναι γεμάτος συνήθως με παραφίνη ή κερί. Μέσα στον κύλινδρο υπάρχει ένα εμβολάκι που η άκρη του στερεώνεται στο στέλεχος της βαλβίδας. Ο θερμοστάτης τοποθετείται σε τέτοια θέση, ώστε η βαλβίδα του να βρίσκεται ακριβώς στην έξοδο του ψυκτικού υγρού απ τα υδροχιτώνια του κινητήρα. Όταν το ψυκτικό υγρό βρίσκεται μέσα στον κύλινδρο σε κατάσταση συστολής, το έμβολο δεν πιέζεται κι η βαλβίδα με τη βοήθεια του ελατηρίου είναι κλειστή. Έτσι η κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού περιορίζεται μέσα στα υδροχιτώνια του κινητήρα. Όταν το ψυκτικό υγρό θερμανθεί πέρα από μια ορισμένη θερμοκρασία, το πτητικό υγρό του κυλίνδρου του θερμοστάτη αεριοποιείται, διαστέλλεται και σπρώχνει το έμβολο με το στέλεχος που ανοίγει 91

95 τη βαλβίδα. Έτσι πετυχαίνεται η κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού μέσα από το ψυγείο. 4.6 Αντλία νερού. Η αντλία νερού βρίσκεται στο μπροστινό τμήμα του κινητήρα. Παίρνει κίνηση απ το στροφαλοφόρο με τη βοήθεια ιμάντα. Είναι φυγοκεντρικού τύπου και προορισμός της είναι η αναρρόφηση του ψυκτικού υγρού απ τον κάτω υδροθάλαμο του ψυγείου και η αποστολή του με πίεση στα υδροχιτώνιο του κινητήρα. Εικόνα 4.3 Λειτουργία αντλίας νερού. Όπως βλέπουμε στην εικόνα 4.3 η αντλία αποτελείται απ τον άξονα της αντλίας, που παίρνει κίνηση με ιμάντα απ τον στροφαλοφόρο άξονα, τη φτερωτή, το κέλυφος και το καπάκι της αντλίας. Σε πολλούς κινητήρες η αντλία είναι "τοποθετημένη" στον κορμό του κινητήρα κι έτσι δεν χρειάζεται ξεχωριστό καπάκι για το κλείσιμό της. 92

96 4.7 Σύστημα ψύξης με αέρα. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιείται στους αερόψυκτους κινητήρες. Εξαιτίας της πολύ μικρής ειδικής θερμότητας που έχει ο αέρας σε σχέση με το νερό, ο όγκος του είναι πολύ μεγαλύτερος απ τον όγκο ίσου βάρους νερού. Έτσι για την απαγωγή μιας ορισμένης ποσότητας θερμότητας απαιτείται πολύ μεγαλύτερος όγκος αέρα. Γι' αυτό το λόγο οι πρώτοι αερόψυκτοι κινητήρες χρησιμοποιήθηκαν σε αεροπλάνα και δίκυκλα, που οι κινητήρες τους ήταν εκτεθειμένοι σε ισχυρό ρεύμα αέρα κατά την κίνησή τους. Αργότερα χρησιμοποιήθηκαν και σ αυτοκίνητα όπως στο σκαραβαίο απ τη V/W, τη FIAT, τη CITROEN κι άλλες εταιρείες Συγκρότηση του συστήματος ψύξης με αέρα. Το κυριότερο εξάρτημα του συστήματος ψύξης με αέρα είναι ο ανεμιστήρας. Αυτός είναι αξονικού ή φυγοκεντρικού τύπου, μεγάλης παροχής αέρα. Η αναρρόφηση του ανεμιστήρα είναι τοποθετημένη στο μπροστά μέρος του κινητήρα. Ο αερόψυκτος κινητήρας έχει ανεξάρτητους μεταξύ τους κυλίνδρους, που έχουν εξωτερικά ειδικά πτερύγια ψύξης. Γύρω απ τους κυλίνδρους και τις κεφαλές τους, τοποθετείται περίβλημα από λαμαρίνα κι έτσι σχηματίζεται ένα σύστημα αγωγών αέρα, που ονομάζεται αεροχιτώνιο. Το σύστημα αυτό εξασφαλίζει τη διοχέτευση του αέρα που προέρχεται απ τον ανεμιστήρα σ' όλα τα σημεία των κυλίνδρων και των κεφαλών τους, για να επιτυγχάνεται η καλή και ομοιόμορφη ψύξη του κινητήρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις αερόψυκτων κινητήρων χρησιμοποιείται κι ένα ειδικό ψυγείο λαδιού, που ψύχει το λάδι, συμβάλλοντας έτσι σημαντικά στην ψύξη του κινητήρα. 93

97 4.8 Σύγκριση των συστημάτων ψύξης. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτών Υδρόψυκτοι κινητήρες. Πλεονεκτήματα: Ανεξαρτησία του συστήματος ψύξης με νερό απ τη θερμοκρασία του αέρα του περιβάλλοντος. Μεγαλύτερη ικανότητα προσαρμογής στους υδρόψυκτους κινητήρες απ τις εναλλασσόμενες φάσεις λειτουργίας τους, που επιβάλλονται απ την κίνηση του οχήματος. Μείωση του θορύβου που προέρχεται απ τη λειτουργία του κινητήρα. Μειονεκτήματα: Περιορισμένα όρια εφαρμογής του συστήματος ψύξης, επειδή το νερό βράζει στους 100 C και πήζει στους 0 C. Βαρύτερο σύστημα ψύξης στους υδρόψυκτους κινητήρες απ' ότι στους αερόψυκτους. Άρα είναι μεγαλύτερο το συνολικό βάρος του. Ακριβότερο σύστημα ψύξης στους υδρόψυκτους απ' ότι στους αερόψυκτους. Απαίτηση μεγαλύτερης συντήρησης εξαιτίας των διαρροών στους υδρόψυκτους κινητήρες Αερόψυκτοι κινητήρες. Πλεονεκτήματα: Απλούστερο σύστημα ψύξης. Αντιμετώπιση μεγαλύτερων θερμοκρασιών λειτουργίας του κινητήρα. 94

98 Μειονεκτήματα: Περισσότερος θόρυβος, εξαιτίας της λειτουργίας του μεγάλου ανεμιστήρα, πράγμα που δυσχεραίνει τη χρησιμοποίηση του σε μικρά επιβατικά αυτοκίνητα. Δυσχέρεια ψύξης κατά τις θερμές μέρες, όταν ο κινητήρας λειτουργεί στο ρελαντί και το αυτοκίνητο είναι σε στάση. 4.9 Βλάβες του συστήματος ψύξης και αποκατάστασή τους Ελαττωματική λειτουργία της τάπας του ψυγείου. Η τάπα έχει δύο βαλβίδες που εξασφαλίζουν σταθερή πίεση στο κύκλωμα ψύξης. Τη βαλβίδα υποπίεσης και τη βαλβίδα υπερπίεσης. Η βαλβίδα υποπίεσης ανοίγει, όταν η πίεση στο ψυγείο γίνει μικρότερη από τη ατμοσφαιρική, κατά την ψύξη του κινητήρα ή την απώλεια ψυκτικού υγρού. Στη περίπτωση αυτή, ανοίγει η βαλβίδα υποπίεσης, μπαίνει ατμοσφαιρικός αέρας κι εξισώνονται οι πιέσεις. Η βαλβίδα υπερπίεσης ανοίγει όταν δημιουργηθεί υπερπίεση στο ψυγείο, δηλαδή ενεργεί σαν βαλβίδα ασφαλείας. Η κακή λειτουργία της τάπας οφείλεται κυρίως στη φθορά της φλάντζας, στο κόλλημα των βαλβίδων και στην παραμόρφωση των χειλιών της. Τα αίτια αυτών των βλαβών οφείλονται στην υψηλή θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού, στη συγκέντρωση ακαθαρσιών και στις διαβρώσεις από θερμό ατμό. Η αποκατάστασή τους γίνεται με αντικατάσταση της τάπας Μικρή απόδοση του ανεμιστήρα. Η μικρή απόδοση του ανεμιστήρα οφείλεται στην παραμόρφωση των πτερυγίων του ανεμιστήρα, στην αντικανονική τοποθέτηση ή χαλάρωση του ιμάντα και στη χαλάρωση της έδρασής του. 95

99 Στην περίπτωση ηλεκτροκίνητου ανεμιστήρα οι κυριότερες βλάβες είναι το βραχυκύκλωμα του ηλεκτροκινητήρα κι η κακή λειτουργία της βαλβίδας του βεντιλατέρ (στο ψυγείο νερού). Άλλες αιτίες μικρής απόδοσης του ανεμιστήρα είναι αυτές που οφείλονται σε παραμόρφωση ή έμφραξη των αεραγωγών του ψυγείου από έντομα, σκόνη, φύλλα κι άλλα μικρά ξένα σωματίδια. Για ν αυξηθεί η απόδοση του ανεμιστήρα ελέγχονται τα πτερύγιά του, η στερέωσή του κι η τάση του ιμάντα. Σε περίπτωση έμφραξης του ψυγείου πρέπει να καθαρίζονται συχνά οι αεραγωγοί του με νερό και πεπιεσμένο αέρα, να ευθυγραμμίζονται και ν αποφεύγεται η τοποθέτηση προβολέων ή άλλων διακοσμητικών μπροστά στο ψυγείο Ελαττωματική λειτουργία της αντλίας νερού. Οι κυριότερες αιτίες ελαττωματικής λειτουργίας της αντλίας είναι η φθορά των ρουλεμάν της, του δακτυλιδιού στήριξης του άξονά της και του στεγανοποιητικού δακτυλίου. Επίσης η κακή λίπανση, η υπερβολική τριβή, η διάβρωση εξαιτίας του θερμού νερού, κι η υπερβολική ένταση του ιμάντα. Ένας πρόχειρος έλεγχος για τη διαπίστωση των φθορών της αντλίας γίνεται με κίνηση του ανεμιστήρα πάνω - κάτω και δεξιά - αριστερά. Ελέγχονται επίσης ο άξονας κι η βάση της αντλίας νερού για διαρροές ψυκτικού υγρού, εξαιτίας κακής εφαρμογής ή χαλαρότητας του στεγανοποιητικού δακτυλίου και της φλάντζας Κακή ρύθμιση ή θραύση του ιμάντα. Η ρύθμιση του ιμάντα γίνεται με τη μετακίνηση του δυναμό με μοχλό και την ασφάλισή του. Η χαλάρωση του ιμάντα προκαλεί την ολίσθησή του, με αποτέλεσμα την απώλεια στροφών και τη μικρή απόδοση της αντλίας Οι ίδιες βλάβες προκαλούνται επίσης κι απ το γυάλισμα ή το λάδωμα των τροχαλιών. 96

100 Η μεγάλη τάση του ιμάντα προκαλεί φθορά στα έδρανα της αντλίας. 'Όταν ο ιμάντας σπάσει, τότε παύει κι η αυτόματη φόρτιση της μπαταρίας απ τον εναλλάκτη κι αυξάνει η θερμοκρασία του κινητήρα. Γι αυτό πρέπει περιοδικά να αντικαθίσταται ο ιμάντας, σύμφωνα με τα δεδομένα του κατασκευαστή. Μεγάλη προσοχή στη ρύθμιση του ιμάντα, πρέπει να δίνεται στους αερόψυκτους κινητήρες. Σ' αυτούς η παραμικρή ολίσθηση γίνεται αιτία αύξησης της θερμοκρασίας τους Έμφραξη των υδροχιτωνίων του κινητήρα. Η έμφραξη των υδροχιτωνίων του κινητήρα οφείλεται στα διάφορα άλατα, ακαθαρσίες, λίπη και σκουριές που δημιουργούν όλα μαζί μια μονωτική μεμβράνη. Έτσι το ψυκτικό υγρό δεν έρχεται σ επαφή με τις μεταλλικές επιφάνειες των κυλίνδρων, για την απαγωγή της θερμότητας. Σε μερικές περιπτώσεις, οι παραπάνω ακαθαρσίες φεύγουν απ την επιφάνεια των υδροχιτωνίων και συγκεντρώνονται σε ορισμένα σημεία, με αποτέλεσμα την έμφραξη τους. Αυτό προκαλεί τοπική ή ολική υπερθέρμανση του κινητήρα. Για την αποφυγή της βλάβης αυτής χρησιμοποιείται αποσταγμένο νερό. Συμπληρώνεται τακτικά η στάθμη νερού του βοηθητικού δοχείου, ώστε ν αποφεύγεται η είσοδος αέρα στο κύκλωμα. Ακόμα χρησιμοποιούνται κατάλληλα αντιδιαβρωτικά μέσα στο ψυκτικό υγρό Έμφραξη του ψυγείου. Οι λεπτής διαμέτρου αγωγοί του ψυγείου, πολλές φορές, φράζουν από μικρά κομμάτια σκουριάς κι αλάτων που παρασύρονται απ τα υδροχιτώνια με το ψυκτικό υγρό. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη δυσκολία στην κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού απ τον άνω στον κάτω υδροθάλαμο, γίνεται αιτία της διαρροής του υγρού απ το σωλήνα υπερχείλισης και τελικά οδηγεί στην υπερθέρμανση 97

101 του κινητήρα. Για τον καθαρισμό του ψυγείου χρησιμοποιείται χαμηλή πίεση νερού με χημικά καθαριστικά και πεπιεσμένο αέρα Κακή κατάσταση των ελαστικών σωλήνων του ψυκτικού υγρού. Οι ελαστικοί σωλήνες μεταφοράς νερού παραμορφώνονται, σπάζουν ή χαλαρώνουν, απ την κακή σύσφιξη των άκρων τους κι απ τους κραδασμούς του κινητήρα. Ακόμα αλλοιώνονται απ τις μεταβολές της θερμοκρασίας και την ύπαρξη λαδιού στις επιφάνειές τους. Τα παραπάνω προκαλούν διαρροές, είσοδο αέρα στο κύκλωμα, δυσκολία στην κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού κι απόσπαση υλικού απ το εσωτερικό των σωλήνων με αποτέλεσμα την έμφραξη του ψυγείου Ελαττωματική λειτουργία του οργάνου ένδειξης θερμοκρασίας. Το όργανο ένδειξης της θερμοκρασίας είναι τύπου πτητικού υγρού ή τύπου ηλεκτρικής αντίστασης. Τοποθετείται στον πίνακα των οργάνων κι αποτελείται απ τον αισθητήρα και το όργανο ένδειξης. Ο αισθητήρας συνδέεται στο σώμα του κινητήρα κι έρχεται σ επαφή με το ψυκτικό υγρό ή το λάδι. Το πτητικό υγρό του αισθητήρα εξαερώνεται απ την αύξηση της θερμοκρασίας και πιέζει μία βαλβίδα. Η βαλβίδα αυτή ενεργεί σαν μεταβλητή αντίσταση στο ηλεκτρικό κύκλωμα του οργάνου κι επομένως επενεργεί στην κίνηση της βελόνας. Οι αισθητήρες τύπου ηλεκτρικής αντίστασης αποτελούνται από μεταβλητή αντίσταση, της οποίας μεταβάλλεται η ωμική αντίσταση ανάλογα με τη θερμοκρασία. Σήμερα στους αισθητήρες ψυκτικού χρησιμοποιούνται θερμίστορς. Έχουν την ιδιότητα ανάλογα με τη θερμοκρασία, να μεταβάλλουν την ωμική τους αντίσταση κι ελέγχουν με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια την θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού του κινητήρα. 98

102 4.9.9 Ελαττωματικός θερμοστάτης. Οι κυριότερες βλάβες του θερμοστάτη είναι η παραμόρφωση ή η διάτρηση του κυλίνδρου και το κόλλημα της βαλβίδας. Οι συνεχείς μεταβολές του όγκου του πτητικού υγρού, εξαιτίας των μεταβολών της θερμοκρασίας, και η επίδραση της σκουριάς, προκαλούν θραύση ή παραμόρφωση του κυλίνδρου του θερμοστάτη. Έτσι η βαλβίδα του παραμένει στην ανοικτή ή στην κλειστή θέση και παύει να ελέγχει την κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού. Ο έλεγχος της καλής λειτουργίας του θερμοστάτη πραγματοποιείται με την τοποθέτησή του σε δοχείο θερμού νερού μ ένα θερμόμετρο. Πρέπει η βαλβίδα ν ανοίγει στους βαθμούς που αναγράφονται στο θερμοστάτη και να κλείνει στους αντίστοιχους αναγραφόμενους βαθμούς. Αν η βαλβίδα καθυστερεί ν ανοίξει ή το άνοιγμα είναι μικρό, τότε ο θερμοστάτης αντικαθίσταται Διαρροές ψυκτικού υγρού. Οι διαρροές στους υδρόψυκτους κινητήρες είναι ένα απ τα σοβαρότερα μειονεκτήματα. Αιτίες διαρροών είναι η θραύση, η κακή σύσφιξη, η παραμόρφωση κι η διάβρωση των διαφόρων μερών του συστήματος. Οι αιτίες αυτές οφείλονται στις μεγάλες θερμοκρασιακές μεταβολές, στις πιέσεις του ψυκτικού υγρού και στους κραδασμούς του κινητήρα. Οι εξωτερικές διαρροές αναγνωρίζονται απ την ύπαρξη ψυκτικού υγρού στα εξωτερικά μέρη του συστήματος ψύξης. Οι εσωτερικές αναγνωρίζονται απ την ύπαρξη νερού στο κάρτερ ή στους κυλίνδρους. Οι διαρροές στο σύστημα ψύξης εντοπίζονται με την βοήθεια μιας αντλίας πίεσης. Συμπληρώνεται με νερό το ψυγείο και στη συνέχεια βιδώνεται στη θέση της τάπας του ψυγείου η υποδοχή της αντλίας. Στην συνέχεια δημιουργείται με τη βοήθεια της αντλίας τεχνητή πίεση περίπου ίση με 1,5 έως 1,7 kg/cm 2. Ελέγχεται προσεκτικά το κύκλωμα για τις διαρροές. Πιθανά σημεία διαρροών είναι όλα τα σημεία σύνδεσης των ελαστικών σωλήνων που πρέπει να ελεγχθούν προσεκτικά. Εάν δεν εντοπιστεί διαρροή εξωτερικά, τότε το πρόβλημα 99

103 πιθανόν να είναι στο εσωτερικό του κινητήρα. Αυτό διαπιστώνεται απ την μέτρηση της πίεσης του κυκλώματος. Εάν η πίεση είναι αυτή που προβλέπεται κι η βελόνα του οργάνου μένει σταθερή δεν υπάρχει πρόβλημα. Εάν υπάρχει πτώση πίεσης τότε σίγουρα υπάρχει εσωτερική διαρροή. Οι αιτίες εξωτερικών διαρροών είναι οι παρακάτω: Το ράγισμα ή η παραμόρφωση της κεφαλής των κυλίνδρων, η καύση ή η παραμόρφωση της φλάντζας κεφαλής, η κακή σύσφιξη, η φθορά κι η παραμόρφωση των φλαντζών της αντλίας νερού και της βάσης του θερμοστάτη, η θραύση των σωλήνων νερού η κακή στεγανότητα του άξονα της αντλίας, η διάτρηση ή κακή σύσφιξη των ελαστικών σωλήνων νερού, η κακή σύσφιξη της τάπας εξαγωγής του ψυγείου και η εξαγωγή ψυκτικού υγρού απ το σωλήνα υπερχείλισης. Η αποκατάσταση των παραπάνω διαρροών απαιτεί, ανάλογα με το είδος της βλάβης, να γίνει σύσφιξη ή συγκόλληση ή αντικατάσταση των φθαρμένων μερών. Οι αιτίες εσωτερικών διαρροών είναι οι παρακάτω: Η παραμόρφωση της κυλινδροκεφαλής ή της φλάντζας της, το ράγισμα της κυλινδροκεφαλής ή του κορμού του κινητήρα και η φθορά ή παραμόρφωση των ελαστικών δακτυλίων στεγανοποίησης των υδροχιτωνίων. Για τη διάγνωση εσωτερικών διαρροών πρέπει να παρατηρηθεί ύπαρξη νερού στο κάρτερ, αφρίσματος λαδιού, χαμηλή στάθμη στο ψυγείο, ανώμαλη λειτουργία του κινητήρα και εξαγωγή λευκού καπνού στα καυσαέρια. Για την αποκατάσταση των παραπάνω φθορών αποσυναρμολογείται ο κινητήρας κι επισκευάζονται τα προβληματικά μέρη Αντικανονική στάθμη του ψυκτικού υγρού στο ψυγείο. Η στάθμη του ψυκτικού πρέπει να είναι 2 εκατοστά περίπου κάτω απ τη βάση της τάπας. Υψηλότερη ή χαμηλότερη στάθμη θεωρείται αντικανονική. 100

104 Αιτίες της χαμηλής στάθμης είναι οι διαρροές ψυκτικού υγρού κι η ύπαρξη αέρα στα υδροχιτώνια, επειδή ο θερμοστάτης παραμένει στην κλειστή θέση κατά την πλήρωση του συστήματος ψύξης. Επειδή υπάρχει αέρας στα υδροχιτώνια δεν γίνεται σωστή κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού και γι' αυτό δημιουργείται υπερθέρμανση του κινητήρα. Για την αποφυγή αυτής της βλάβης πρέπει κατά την πλήρωση του συστήματος ψύξης με ψυκτικό υγρό να συμπληρώνεται σιγά-σιγά. Μετά την πλήρωση τίθεται σε λειτουργία ο κινητήρας, μέχρι να ζεσταθεί, ν ανοίξει ο θερμοστάτης και να ξανασυμπληρωθεί με νερό στη σωστή στάθμη. Όταν η στάθμη είναι υψηλή πρέπει να εξετάζονται, τυχόν έμφραξη του συστήματος ψύξης, η είσοδος καυσαερίων στο σύστημα κι η αναρρόφηση του αέρα. Απ τις αιτίες αυτές το υγρό βγαίνει απ το σωλήνα υπερχείλισης ή απ το δοχείο διαστολής και προκαλείται έτσι υπερθέρμανση του κινητήρα Ύπαρξη αέρα και άφρισμα ψυκτικού υγρού. Η ύπαρξη αέρα στο σύστημα ψύξης αυξάνει τη διάβρωση των υδροχιτωνίων, ελαττώνει την ψυκτική ικανότητα του συστήματος δημιουργώντας άφρισμα του ψυκτικού υγρού που εξέρχεται απ το σωλήνα υπερχείλισης ή απ το δοχείο διαστολής. Ο αέρας μπορεί να μπει στο σύστημα ψύξης απ την τάπα του ψυγείου κι από τις χαλαρές συνδέσεις των σωληνώσεων λόγω της υποπίεσης που δημιουργεί η αντλία νερού στην αναρρόφηση. Το άφρισμα του ψυκτικού υγρού μπορεί να οφείλεται σε ύπαρξη διαφόρων χημικών ενώσεων στο νερό, στη διαρροή καυσαερίων προς το κύκλωμα ψύξης και σε αλλοίωση του αντιπηκτικού. Για την αποκατάσταση των παραπάνω βλαβών, ελέγχεται η ποιότητα του αντιπηκτικού αδειάζοντας το σύστημα και ξαναγεμίζοντάς το με αποσταγμένο νερό. Αν παρατηρηθεί πάλι άφρισμα, αυτό οφείλεται σε είσοδο αέρα ή καυσαερίων στο κύκλωμα. Αν το άφρισμα οφείλεται στην ύπαρξη αέρα ελέγχονται οι συνδέσεις των σωλήνων νερού, ο τζόγος του άξονα και της αντλίας νερού και γενικά η αντλία για στεγανότητα. Αν τέλος, το άφρισμα οφείλεται στην είσοδο καυσαερίων στο κύκλωμα, τότε πρέπει να ελέγχονται η παραμόρφωση ή 101

105 το κάψιμο της φλάντζας της κυλινδροκεφαλής και τυχόν ρωγμές στους κυλίνδρους ή στην κεφαλή. Επιβεβαίωση της διαρροής καυσαερίων απ το σύστημα ψύξης μπορεί να γίνει με τη βοήθεια ενός καυσαναλυτή. Το στέλεχος του καυσαναλυτή πλησιάζει κοντά στο στόμιο του ψυγείου κι ελέγχονται οι ενδείξεις. Εάν υπάρχουν καυσαέρια ο καυσαναλυτής θα τα μετρήσει κι η ένδειξη της τιμής των HC θ ανέβει Χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας του κινητήρα. Οι κυριότερες αιτίες που δημιουργούν χαμηλή θερμοκρασία στη λειτουργία του κινητήρα είναι η παραμονή του θερμοστάτη σε ανοικτή θέση από βλάβη του, ο πολύ ψυχρός αέρας περιβάλλοντος, το ψυγείο μεγάλης χωρητικότητας, ο αντικανονικός ανεμιστήρας κι η υπερβολική τάση του ιμάντα. Η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού πρέπει να είναι σταθερή γύρω στους 82 C, για να λειτουργεί ομαλά κι αποδοτικά ο κινητήρας. Όταν η θερμοκρασία είναι μικρότερη, τότε δημιουργείται κακή καύση του μίγματος, είσοδος βενζίνης στο κάρτερ που διαλύει το λάδι, κάπνισμα των κυλίνδρων, υγροποίηση των εισερχομένων στο κάρτερ υδρατμών που αλλοιώνουν το λάδι, αύξηση της κατανάλωσης βενζίνης και μείωση της απόδοσης του κινητήρα. Για αποκατάσταση των παραπάνω βλαβών ελέγχονται ο ιμάντας, ο θερμοστάτης, το ψυγείο κι ο ανεμιστήρας Υπερθέρμανση του κινητήρα. Η θερμοκρασία του κινητήρα πρέπει να είναι σταθερή μέσα σε ορισμένα όρια. Αν ανέβει πάνω από 110 C τότε παρατηρούνται: αλλοίωση ή καύση του λαδιού λίπανσης, διαστολή των μεταλλικών μερών, καύση ή φθορά των τριβόμενων μερών του κινητήρα και τέλος κόλλημα ή θραύση του κινητήρα. Οι κυριότερες βλάβες που προκαλούν υπερθέρμανση του κινητήρα είναι: 102

106 o Η κακή λειτουργία της τάπας του ψυγείου. o Η έμφραξη των αεραγωγών ή σωληνίσκων του ψυγείου. o Η μικρή χωρητικότητα του ψυγείου. o Η στρέβλωση ή κακή τοποθέτηση του ανεμιστήρα. o Η χαλάρωση, ολίσθηση ή θραύση του ιμάντα. o Η κακή λειτουργία του θερμοστάτη. o Η μικρή παροχή της αντλίας. o Η παραμόρφωση ή έμφραξη των αεραγωγών στους αερόψυκτους κινητήρες. o Η μικρή ποσότητα ψυκτικού υγρού εξαιτίας των εσωτερικών ή εξωτερικών διαρροών. o Η διαφυγή καυσαερίων προς το σύστημα ψύξης. o Η αναρρόφηση αέρα ή άφρισμα του ψυκτικού υγρού. o Η μόνωση ή έμφραξη των υδροχιτωνίων από άλατα ή σκουριά, και o Η διακοπή ρεύματος στον ηλεκτρικό ανεμιστήρα. Υπερθέρμανση του κινητήρα μπορεί βέβαια να προκληθεί και από άλλες αιτίες κατά τη λειτουργία του που δεν ανήκουν όμως σε βλάβες του συστήματος ψύξης (π.χ. βλάβη στο σύστημα λίπανσης, τροφοδοσίας, ανάφλεξης κλπ.). 103

107 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ 5.1 Γενικά. Το σύστημα λίπανσης (εικόνα 5.1), τροφοδοτεί συνέχεια με λάδι τις τριβόμενες επιφάνειες του κινητήρα, για να εξασφαλίζεται μείωση των φθορών, στεγανότητα, καθαρισμός, μείωση του θορύβου και ψύξη των μεταλλικών επιφανειών. Αποτελείται απ την αντλία λαδιού, τις σωληνώσεις, τη βαλβίδα ασφαλείας, τα φίλτρα λαδιού, το δείκτη πίεσης λαδιού και το ψυγείο λαδιού (όπου υπάρχει). Εικόνα 5.1 Σύστημα λύπανσης Ο ρόλος του λιπαντικού στους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Το λάδι λίπανσης αποστέλλεται με πίεση και με βαρύτητα στις τριβόμενες επιφάνειες του κινητήρα. Χρησιμοποιείται στους κινητήρες εσωτερικής καύσης γιατί εξυπηρετεί τους παρακάτω σκοπούς: Μειώνει την τριβή ανάμεσα στις τριβόμενες μεταλλικές επιφάνειες, γιατί σχηματίζει ανάμεσά τους μια προστατευτική μεμβράνη (φιλμ). Η μεμβράνη αυτή 104

108 δημιουργείται από: Το λάδι που παραμένει στις επιφάνειες, εξαιτίας της χημικής συνάφειας μεταξύ μετάλλου-λιπαντικού και την πίεση που ασκείται στο λάδι απ την αντλία λαδιού. Έτσι, η τριβή μεταξύ των δύο μεταλλικών επιφανειών μεταβάλλεται σε τριβή μεταξύ των μορίων του λιπαντικού, με αποτέλεσμα να απορροφάται λιγότερη ενέργεια για τη μετακίνηση των τριβόμενων επιφανειών. Μ' αυτόν τον τρόπο παράγεται λιγότερη θερμότητα και μειώνονται οι φθορές μεταξύ των επιφανειών. Στεγανοποιεί το έμβολο με τον κύλινδρο κι εμποδίζει τα αέρια να περάσουν στο στροφαλοθάλαμο. Η στεγανοποίηση αυτή γίνεται με τη δημιουργία προστατευτικής μεμβράνης στα διάκενα μεταξύ εμβόλων-κυλίνδρων κι ελατηρίων - κυλίνδρων. Απορροφά τις κρούσεις μεταξύ των τριβόμενων μερών του κινητήρα κι έτσι ελαττώνεται ο θόρυβος που δημιουργείται απ' αυτές. Ψύχει τα κουζινέτα του στροφαλοφόρου και του εκκεντροφόρου άξονα, τα έμβολα και τους κυλίνδρους, απάγοντας κάποιο ποσό θερμότητας απ τις βαλβίδες, τα έμβολα και τους κυλίνδρους. Καθαρίζει τις επιφάνειες που λιπαίνονται, γιατί το λάδι που κυκλοφορεί φιλτράρεται συνέχεια, ενώ μεταφέρει τις διάφορες ακαθαρσίες στα φίλτρα του συστήματος λίπανσης. Προστατεύει τα μέταλλα του κινητήρα απ την οξείδωση και τη διάβρωση. 5.2 Αντλία λαδιού Τύποι. Η αντλία λαδιού (εικόνα 5.2), παίρνει κίνηση απ τον εκκεντροφόρο άξονα με οδοντωτούς τροχούς ή απ το στροφαλοφόρο άξονα με καδένα. Η αντλία λαδιού αναρροφά λάδι απ την ελαιολεκάνη και το στέλνει με πίεση 2-4 ατμοσφαιρών στα τριβόμενα μέρη με σωληνώσεις. Χρησιμοποιούνται δύο τύποι αντλιών λαδιού: 1. Αντλία λαδιού με οδοντωτούς τροχούς (γραναζωτή) και 2. Αντλία με στροφείς (λοβούς). 105

109 5.2.1 Αντλία με οδοντωτούς τροχούς Η αντλία αυτή φέρει δύο οδοντωτούς τροχούς. Ο ένας είναι κινητήριος και παίρνει κίνηση απ τον εκκεντροφόρο με τον άξονα του διανομέα και τη μεταδίδει στον άλλο οδοντωτό τροχό που είναι ο κινούμενος. Το λάδι μπαίνει απ τη μια πλευρά, παρασύρεται μεταξύ των δοντιών των οδοντωτών τροχών και του καλύμματος της αντλίας κι όταν φθάσει στην αντίθετη πλευρά πιέζεται κι εξέρχεται με πίεση προς τις σωληνώσεις του λαδιού. Εικόνα 5.2 Αντλία λαδιού Αντλία με στροφείς (λοβούς). Στην αντλία αυτή υπάρχουν δύο στροφείς. Ο κεντρικός κινητήριος στροφέας έχει 4 λοβούς (ημικύκλια) και παίρνει κίνηση απ τον εκκεντροφόρο άξονα. Σ' αυτόν είναι τοποθετημένος έκκεντρα ο κινούμενος στροφέας που έχει πέντε αντίστοιχα με τους λοβούς ανοίγματα. Έτσι, όπως περιστρέφεται ο κινητήριος στροφέας, είναι σε εμπλοκή μ ένα ή δύο αντίστοιχα ανοίγματα του 106

110 κινούμενου στροφέα και τον παρασύρει, σε περιστροφή. Ταυτόχρονα δημιουργείται κενός χώρος εξαιτίας του επιπρόσθετου ανοίγματος του κινούμενου στροφέα που γεμίζει με λάδι. Ο χώρος αυτός αυξάνεται σταδιακά, φτάνει σε μια μέγιστη χωρητικότητα και μειώνεται προοδευτικά. Έτσι, πιέζεται το λάδι και εξέρχεται με πίεση από ένα ιδιαίτερο άνοιγμα του καλύμματος. Με την ίδια αρχή λειτουργίας, υπάρχουν αντλίες με περισσότερους από 4 λοβούς για τον κεντρικό κινητήριο στροφέα κα αντίστοιχα περισσότερους από 5 λοβούς για τον έκκεντρα τοποθετημένο εξωτερικό στροφέα. Αυτές οι αντλίες λαδιού μπορούν να τοποθετηθούν στον μπροστινό καθρέφτη του κινητήρα. Ο κεντρικός κινητήριος στροφέας παίρνει άμεσα κίνηση απ τον στροφαλοφόρο άξονα. Οι αντλίες αυτές εργάζονται με καλύτερο βαθμό απόδοσης και δεν χρειάζεται ο άξονας για την κίνησή τους απ τον εκκεντροφόρο. 5.3 Φίλτρο λαδιού. Το φίλτρο λαδιού (εικόνα 5.3), συγκρατεί τα κατάλοιπα της καύσης και τις άλλες ακαθαρσίες που συγκεντρώνονται στο λάδι, ώστε αυτό που κυκλοφορεί να είναι καθαρό και να γίνεται σωστή λίπανση στα τριβόμενα μέρη του κινητήρα. Το φίλτρο λαδιού τοποθετείται έξω απ τον κινητήρα για να καθαρίζεται και ν αντικαθίσταται εύκολα. Τοποθετείται: Σε σειρά πάνω στον αγωγό που συνδέει την αντλία λαδιού με τον κεντρικό σωλήνα διανομή. Στην περίπτωση αυτή ολόκληρη η ποσότητα του λαδιού που κυκλοφορεί περνά μέσα απ το φίλτρο. Σε μια διακλάδωση του κεντρικού σωλήνα, δηλαδή παράλληλα μ αυτόν. Στην περίπτωση αυτή, μόνο ένα μέρος του λαδιού που κυκλοφορεί περνά μέσα απ το φίλτρο κι επιστρέφει στο κάρτερ. 107

111 5.3.1 Υπάρχουν διάφοροι τύποι φίλτρων. Το φίλτρο που έχει σαν στοιχείο καθαρισμού μια στήλη από λεπτούς ελασμάτινους δίσκους. Το φίλτρο με στοιχείο καθαρισμού ειδικό χαρτί. Το φίλτρο φυγοκεντρικού τύπου. Το τελευταίο χρησιμοποιείται συνήθως σε μεγάλους κινητήρες. Το φίλτρο αυτό έχει ένα τύμπανο που με την πίεση του λαδιού περιστρέφεται με περισσότερες από 5000 στροφές το λεπτό κι εκσφενδονίζει τα ξένα σωματίδια που βρίσκονται στο λάδι, που κάθονται στα τοιχώματα του κελύφους του φίλτρου, χωρίς να μπορούν να επιστρέψουν στο κάρτερ. 'Όταν αυτά τα κατάλοιπα και οι ακαθαρσίες αυξηθούν πολύ μέσα στο στοιχείο καθαρισμού, το φίλτρο φράζει. Η έμφραξη του φίλτρου αναγνωρίζεται απ τη διακοπή της αποστολής λαδιού στα τριβόμενα μέρη. Εκδηλώνεται με τη μικρή ένδειξη του οργάνου που μετρά την πίεση ή με κραδασμούς κι υπερθέρμανση του κινητήρα. Το φίλτρο λαδιού αλλάζεται κάθε Km, για ν αποφεύγονται μεγάλες ζημιές από κακή λίπανση. Εικόνα 5.3 Φίλτρο λαδιού. Το λάδι αλλάζεται συνήθως κάθε Km ανάλογα, με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα και τις οδηγίες του κατασκευαστή. 108

112 5.4 Ανακύκλωση αναθυμιάσεων στροφαλοθαλάμου κάρτερ. 'Όταν λειτουργεί ο κινητήρας συγκεντρώνονται μέσα στο κάρτερ ατμοί λαδιού, ατμοί νερού, καυσαέρια κλπ. Όλα αυτά τα αέρια αν δεν έχουν ελεύθερη έξοδο προς την ατμόσφαιρα, ανεβάζουν την πίεση μέσα στο κάρτερ και δυσκολεύουν τη λειτουργία του κινητήρα, καταστρέφουν το λάδι και δημιουργούν θορύβους. Για την πρόληψη των παραπάνω, οι κινητήρες διαθέτουν σύστημα εξαερισμού του κάρτερ (εικόνα 5.4). Όλα αυτά τα αέρια κι οι ατμοί αναρροφούνται και καίγονται στους κυλίνδρους. Εικόνα 5.4 Κύκλωμα εξαερισμού στροφαλοθαλάμου από τις αναθυμιάσεις λιπαντικού. 1. Αναθυμιάσεις που διαφεύγουν απ τα έμβολα. 2. Αναθυμιάσεις που διαφεύγουν απ τους οδηγούς των βαλβίδων. 3. Σωλήνας αναθυμιάσεων 4. Σωλήνας υποπίεσης πολλαπλής εισαγωγής. Το ρεύμα αέρα που δημιουργείται για την αναρρόφηση των αναθυμιάσεων του στροφαλοθαλάμου υποβοηθείται με την υποπίεση που προκαλείται στην πολλαπλή εισαγωγής. Με τον τρόπο αυτό, ο αέρας του στροφαλοθαλάμου συνέχεια ανανεώνεται. Οι αναθυμιάσεις οδηγούνται μ ελαστικό 109

113 σωλήνα στην πολλαπλή εισαγωγής ή στην είσοδο του φίλτρου αέρα. Η ανανέωση του αέρα στο εσωτερικό του κινητήρα, ονομάζεται θετικός εξαερισμός ή αναπνοή του κινητήρα. Πολλές φορές από σκόνη, ακαθαρσίες ή παραμόρφωση των σωληνώσεων κλείνουν τα ανοίγματα εξαερισμού, με αποτέλεσμα την αύξηση της πίεσης στο στροφαλοθάλαμο. Η υπερπίεση αυτή προκαλεί ανώμαλη λειτουργία του κινητήρα, αλλοίωση του λαδιού, εξωτερικές διαρροές και θόρυβο του κινητήρα. Για την αποφυγή αυτής της βλάβης πρέπει τα μέρη του συστήματος αναπνοής του κινητήρα να καθαρίζονται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. 5.5 Ψυγείο λαδιού Σκοπός και λειτουργία. Στους μεγάλους κινητήρες και ιδιαίτερα στους αερόψυκτους κινητήρες το λάδι λίπανσης χρησιμοποιείται εκτός από λιπαντικό και σαν μέσο ψύξης τους. Στις περιπτώσεις αυτές η φυσιολογική ψύξη του λαδιού, που οφείλεται στην επαφή του με τα ψυχρά τοιχώματα του κάρτερ δεν επαρκεί. Γι' αυτό ο κινητήρας εφοδιάζεται με ειδικό ψυγείο λαδιού (εικόνα 5.5). Εικόνα 5.5 Ψυγείο λαδιού. 110

114 Το ψυγείο λαδιού μοιάζει μ αυτό του νερού και τοποθετείται με τέτοιο τρόπο, ώστε να περνά απ αυτό το ρεύμα του ατμοσφαιρικού αέρα ψύξης (για αερόψυκτους και υδρόψυκτους κινητήρες). Σε σπανιότερες περιπτώσεις το ψυγείο λαδιού είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας λαδιού - νερού. Στην περίπτωση αυτή το λάδι λίπανσης ψύχεται απ το νερό του συστήματος ψύξης. Σκοπός του ψυγείου λαδιού είναι να παραλαμβάνει τη θερμότητα του λαδιού που επιστρέφει απ τα διάφορα τριβόμενα μέρη του κινητήρα και κύρια απ τους κυλίνδρους και να τη μεταδίδει στον ατμοσφαιρικό αέρα που διέρχεται απ τις σωληνώσεις του, ή στο ψυκτικό υγρό του κινητήρα Μετρητής στάθμης λαδιού. Η κατανάλωση λαδιού εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως π.χ. απ τη σχεδίαση του κινητήρα, την κατάσταση του, τις συνθήκες λειτουργίας του και τις ιδιότητες του λαδιού λίπανσης. Οι κατασκευαστές καθορίζουν σαν ανώτερο όριο κατανάλωσης λαδιού 0,1 ως 0,25 λίτρα λαδιού ανά Km για τους μικρούς κινητήρες. Κατανάλωση λαδιού μεγαλύτερη απ αυτή θεωρείται υπερκατανάλωση και πρέπει να βρεθούν οι αιτίες που την προκαλούν, αν κι αυτή σε κάποιες σπάνιες περιπτώσεις φτάνει μέχρι και 1/1.000 km. Ο έλεγχος της στάθμης του λαδιού γίνεται με το δείκτη που υπάρχει στο πλευρό του κινητήρα ή στο σωλήνα εξαερισμού (εικόνα 5.6). Εικόνα 5.6 Δείκτης μέτρησης στάθμης λαδιού. 111

115 Για τον έλεγχο της στάθμης πρέπει το αυτοκίνητο να βρίσκεται σε οριζόντιο επίπεδο και ο κινητήρας του να έχει φτάσει τη θερμοκρασία λειτουργίας του. Στην συνέχεια ο κινητήρας πρέπει να σβήσει και αφού περάσουν 10 λεπτά περίπου να αφαιρεθεί ο δείκτης για να ελεγχθεί η στάθμη λαδιού. Η στάθμη πρέπει να είναι μεταξύ των δύο ενδεικτικών γραμμών του δείκτη (min. - max.). Κύριες αιτίες υπερκατανάλωσης λαδιού είναι το μικρό ιξώδες (πολύ ψιλό λάδι) και οι διάφορες εσωτερικές και εξωτερικές διαρροές του κινητήρα Μετρητής πίεσης λαδιού - προειδοποιητική λυχνία. Ο δείκτης πίεσης λαδιού είναι ένα όργανο που μετρά την πίεσή του στο κύκλωμα λίπανσης. Τοποθετείται στο ταμπλό του αυτοκινήτου, είτε σαν αναλογικό όργανο ένδειξης, είτε σαν προειδοποιητική λυχνία. Χρησιμοποιούνται δύο τύποι δεικτών λαδιού, ο μανομετρικός τύπος που συνδέεται με μεταλλικό σωλήνα με το δίκτυο λίπανσης κι ο ηλεκτρικός τύπος που συνδέεται στο ηλεκτρικό κύκλωμα. 'Όταν ο δείκτης είναι μανομετρικού τύπου, τότε η βελόνα του οργάνου κινείται ανάλογα με την πίεση λαδιού. Η πίεση φτάνει στο όργανο, με μεταλλικό σωλήνα. Όταν ο δείκτης είναι ηλεκτρικού τύπου, τότε το όργανο ή η ενδεικτική λυχνία πίεσης λαδιού συνδέονται στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Ειδικά στους δείκτες που έχουν μόνο μία ενδεικτική λυχνία πίεσης λαδιού, η πίεση μπαίνει απ' το κάτω τμήμα του αυτόματου διακόπτη πίεσης (βαλβίδα). Η πίεση λαδιού πιέζει τη μεμβράνη επαφής προς τα πάνω, υπερνικά την τάση του ελατήριου και σπρώχνει το ρυθμιστικό κοχλία προς τα πάνω. Αυτός έρχεται σ' επαφή με τον ακροδέκτη κι έτσι κλείνει το κύκλωμα που κρατά ανοικτό το διακόπτη της ενδεικτικής λυχνίας. 'Όταν η πίεση πέσει κάτω απ την κανονική, η τάση του ελατήριου ανοίγει την επαφή κοχλία - ακροδέκτη κι έτσι ανοίγει το ηλεκτρικό κύκλωμα. Με τον τρόπο αυτό ενεργοποιείται ο διακόπτης της λυχνίας, κλείνει το κύκλωμα της, αυτή ανάβει και προειδοποιεί ότι πρέπει να σταματήσει το όχημα γιατί η λίπανση δεν είναι επαρκής. Σκοπός των πιο πάνω δεικτών λαδιού είναι να ειδοποιούν για την πίεση του λαδιού που επικρατεί στο κύκλωμα. Όταν η πίεση αυτή πέσει κάτω απ την τιμή που προβλέπεται απ τον 112

116 κατασκευαστή, τότε δεν γίνεται σωστή λίπανση. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τις σοβαρές και γρήγορες φθορές του κινητήρα, μέχρι και το κόλλημά του. 5.6 Περιγραφή λειτουργίας συστημάτων λίπανσης. Στους παλιούς κινητήρες εσωτερικής καύσης, οι πιέσεις και οι ταχύτητες τριβόμενων επιφανειών ήταν μικρές. Η λίπανση γινόταν με τη μέθοδο της εκτίναξης του λαδιού κατά την περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα. Αυτός με τα άκρα των στροφάλων του, ερχόταν σ επαφή με το λάδι στο κάρτερ κι εξαιτίας της ταχύτητας περιστροφής του, το εκσφενδόνιζε με δύναμη προς όλες τις κατευθύνσεις, μέσα στο στροφαλοθάλαμο. Εικόνα 5.7 Σύστημα λίπανσης. Έτσι δημιουργείται ένα σύννεφο ομίχλης λαδιού που περιέλουζε όλα τα εσωτερικά μέρη του κινητήρα. Ο τρόπος όμως αυτός, επειδή ήταν ανεπαρκής, σύντομα αντικαταστάθηκε. Το λάδι οδηγείται πλέον με πίεση σ όλες τις 113

117 τριβόμενες επιφάνειες. Ο τρόπος αυτός ονομάζεται λίπανση με αναγκαστική κυκλοφορία. Η λίπανση στο σύστημα αυτό, γίνεται ως εξής (εικόνα 5.7): Η αντλία λαδιού που είναι συνήθως γραναζωτή κινείται απ το στροφαλοφόρο άξονα στους πετρελαιοκινητήρες κι απ τον εκκεντροφόρο στους βενζινοκινητήρες. Αναρροφά λάδι μ ένα φίλτρο απ το κάρτερ και το στέλνει στο φίλτρο λαδιού. Στη συνέχεια, το λάδι αποστέλλεται στο ψυγείο (αν υπάρχει) με πίεση από 2-2,5 ατμόσφαιρες. Μετά το ψυγείο, πρεσάρεται στον κεντρικό σωλήνα διανομής κι από εκεί, με τις απαραίτητες σωληνώσεις, στα διάφορα τμήματα του κινητήρα. Έτσι το λάδι οδηγείται πρώτα στα κουζινέτα των εδράνων κι αφού λιπάνει τα κομβία τους μετά εισέρχεται στο στροφαλοφόρο άξονα. Ο στροφαλοφόρος είναι διάτρητος κι επιτρέπει στο λάδι να φθάσει στα κουζινέτα των ποδιών του διωστήρα. Αφού λιπάνει τα πόδια των διωστήρων ανέρχεται μέσα απ αυτούς και φτάνει στους πείρους των εμβόλων. Μετά τη λίπανση των πείρων των εμβόλων μια μικρή ποσότητα λαδιού φεύγει απ τα άκρα των πείρων και λιπαίνει το εσωτερικό των κυλίνδρων επιστρέφοντας ζεστό στο κάρτερ. Άλλη διακλάδωση απ το ψυγείο λαδιού λιπαίνει με τον ίδιο τόπο τα κουζινέτα του εκκεντροφόρου άξονα, τα κοκοράκια των βαλβίδων και τα έδρανα των αξόνων των διαφόρων οδοντωτών τροχών. Η ποσότητα αυτή του λαδιού επιστρέφει στο κάρτερ. Αυτό το σύστημα λίπανσης είναι εφοδιασμένο με βαλβίδα by-pass. Μ' αυτή ρυθμίζεται κάθε φορά η πίεση λαδιού στο κύκλωμα. Στους μεγάλους πετρελαιοκινητήρες είναι αναγκαία η εσωτερική λίπανση των κυλίνδρων. Αυτή γίνεται με ιδιαίτερη αντλία που πρεσάρει το λάδι στο μέσο ύψος και σε πολλά σημεία της περιφέρειας του κυλίνδρου με ειδικά αντεπίστροφα ακροφύσια. Στους δίχρονους βενζινοκινητήρες η λίπανση γίνεται με άλλο τρόπο. Το λάδι αναμιγνύεται μέσα στη βενζίνη σε αναλογία 1:30 έως 1:40. Μέσα απ το στροφαλοθάλαμο γίνεται η αναρρόφηση του μίγματος καυσίμου - αέρα που όμως περιέχει και λάδι. Το λάδι αυτό λιπαίνει τα διάφορα μέρη του κινητήρα και το εσωτερικό του κυλίνδρου. Οι κινητήρες αυτοί μαζί με τη βενζίνη καίνε συνεχώς και μια μικρή ποσότητα λαδιού. 114

118 5.6.1 Περιοδικός έλεγχος και αντικατάσταση λαδιού. Βασικοί παράγοντες για τη σωστή λειτουργία του συστήματος λίπανσης είναι η συχνή αλλαγή λαδιού, η αλλαγή του φίλτρου λαδιού ή ο καθαρισμός του, αν αυτό καθαρίζεται και ο συχνός έλεγχος της στάθμης του λαδιού μέσα στο κάρτερ. Οι κατασκευαστές των αυτοκινήτων αναφέρουν στα βιβλία συντήρησής τους τον τύπο του λαδιού και τη συχνότητα αντικατάστασής του. Σε περίπτωση που δεν υπάρχουν τα στοιχεία του κατασκευαστή, τότε η αλλαγή λαδιού πρέπει να γίνεται μετά από διαδρομή Km ως Km, ανάλογα με τον τύπο του λαδιού που χρησιμοποιείται και με τον κινητήρα ζεστό. Το λιπαντικό έχει μεγαλύτερη ρευστότητα όταν ο κινητήρας είναι ζεστός, ενώ παράλληλα μετά κινούνται τυχόν ακαθαρσίες στον πυθμένα του κάρτερ. Μετά την εξαγωγή του λαδιού είναι καλό να καθαρίζεται το σύστημα λίπανσης με πολύ ψιλό λάδι στο 1/3 της κανονικής ποσότητάς του κι ο κινητήρας να λειτουργεί για 2-3 λεπτά στο ρελαντί. Πριν την πλήρωση του κινητήρα με καινούριο λάδι, καλό είναι να καθαρίζεται ή να αλλάζεται το φίλτρο λαδιού. Σ ότι αφορά τη χρονική διάρκεια της αντικατάστασης του λαδιού, η κανονική περίοδος αλλαγής που δίνεται από τον κατασκευαστή, μπορεί να συντομευθεί. Οι κυριότεροι παράγοντες που οδηγούν στη συντομότερη αλλαγή είναι: Η γενικότερη κατάσταση του κινητήρα. Το είδος του λαδιού που χρησιμοποιείται (αν δηλ. είναι απλό ή πολύτυπο λάδι. Οι εξωτερικές ατμοσφαιρικές συνθήκες (π.χ. υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες). Η κατάσταση των δρόμων που κινείται το αυτοκίνητο (π.χ. χωματόδρομοι με χαμηλές ταχύτητες ή αυτοκινητόδρομοι για υψηλές). Η συμπίεση των κυλίνδρων (όταν υπάρχει χαμηλή συμπίεση εξαιτίας φθορών πρέπει να χρησιμοποιείται παχύρευστο λάδι και να αλλάζεται πιο συχνά). Η ηλικία του αυτοκινήτου και 115

119 Ο τρόπος οδήγησής του (δηλαδή νευρική ή κανονική οδήγηση) Βλάβες του συστήματος λίπανσης. Οι κυριότερες βλάβες του συστήματος λίπανσης είναι η μικρή παροχή της αντλίας λαδιού, η αντικανονική πίεση λαδιού, η έμφραξη του φίλτρου λαδιού, η ελαττωματική λειτουργία της βαλβίδας ασφαλείας, η υπερκατανάλωση λαδιού και ο κακός εξαερισμός του στροφαλοθαλάμου του κινητήρα. o Μικρή παροχή της αντλίας λαδιού. Η μικρή παροχή της αντλίας λαδιού οφείλεται στις φθορές της, στην έλλειψη λαδιού και στην έμφραξη ή στην κακή ρύθμιση του φίλτρου αναρρόφησης. Εξαιτίας της μικρής παροχής λαδιού μηδενίζεται το πάχος της λιπαντικής προστατευτικής μεμβράνης στα τριβόμενα μέρη του κινητήρα και προκαλούνται μεγάλες φθορές ή και κόλλημα του. Η βλάβη αυτή αναγνωρίζεται από τη μικρή πίεση του δείκτη λαδιού, από το θόρυβο στις χαμηλές στροφές και από την υπερθέρμανση του κινητήρα. o Αντικανονική πίεση λαδιού. Η πίεση του λαδιού πρέπει να εξασφαλίζει την ύπαρξη της λιπαντικής μεμβράνης στα τριβόμενα μέρη του κινητήρα κι όταν ακόμη η μεταξύ τους ανοχή μεγαλώσει. Η πίεση του λαδιού πρέπει να είναι ικανή να παρασύρει τα τυχόν υπάρχοντα σωματίδιο και να ψύχει τις τριβόμενες επιφάνειες. Όταν για διάφορους λόγους η πίεση του λαδιού είναι χαμηλή, προκαλούνται φθορές από την ξηρή τριβή και την υπερθέρμανση των τριβόμενων μεταλλικών επιφανειών. Αντίθετα όταν η πίεση είναι υψηλή υπάρχουν διαρροές και γίνεται υπερκατανάλωση λαδιού. Αιτίες πτώσης της πίεσης είναι: Η φθορά της αντλίας λαδιού. Η μεγάλη ανοχή στα κουζινέτα του εκκεντροφόρου ή του στροφαλοφόρου. Η έλλειψη λαδιού στο κάρτερ. 116

120 Η υπερθέρμανση του κινητήρα. Η κακή ρύθμιση ή η κακή εξασθένηση του ελατήριου της βαλβίδας ασφάλειας και Η έμφραξη του φίλτρου αναρρόφησης. Η αναγνώριση της χαμηλής πίεσης γίνεται απ το δείκτη πίεσης λαδιού ή την ενδεικτική λυχνία λαδιού κι απ τους κραδασμούς ή την υπερθέρμανση του κινητήρα. Για να εντοπιστούν τα αίτια της χαμηλής πίεσης, ελέγχεται ο δείκτης πίεσης λαδιού. Αν η ένδειξη είναι μικρή στο αρχικό ξεκίνημα και στη λειτουργία του κινητήρα με κανονική θερμοκρασία, τότε οι αιτίες της χαμηλής πίεσης είναι: η ακαταλληλότητα του λαδιού ή η έλλειψη λαδιού, η φθαρμένη αντλία και το εμφραγμένο φίλτρο. Αντίθετα, αν η πίεση είναι κανονική στις πρώτες στροφές και πέφτει με την προθέρμανση του κινητήρα, τότε οι αιτίες αυτές είναι: Η φθορά των κουζινέτων του στροφαλοφόρου ή του εκκεντροφόρου. Αιτίες υψηλής πίεσης είναι: Η κακή ρύθμιση του ελατηρίου της βαλβίδας ασφαλείας. Η μερική έμφραξη του φίλτρου λαδιού ή των σωληνώσεων και η χρήση «χοντρού» λαδιού, δηλαδή με μεγαλύτερο ιξώδες. Η υψηλή πίεση λαδιού εμφανίζεται στο ενδεικτικό όργανο, πλην όμως εντοπίζεται κι απ την υπερκατανάλωση λαδιού. Για την αποκατάσταση της βλάβης αυτής ελέγχεται ο δείκτης λαδιού. Αν η βλάβη δεν οφείλεται σ' αυτόν, τότε αντικαθίσταται το φίλτρο, στη συνέχεια αφαιρείται το κάρτερ κι ελέγχεται η αντλία λαδιού. Στην εικόνα 5.8 φαίνονται οι έλεγχοι για φθορές και βλάβες σε μια αντλία λαδιού με λοβούς. o Έμφραξη του φίλτρου λαδιού. Αιτία έμφραξης του φίλτρου είναι η υπερβολική κατακράτηση κατάλοιπων της καύσης και ξένων σωματιδίων που υπάρχουν στο λάδι. Αυτό συμβαίνει είτε γιατί πέρασε πολύς καιρός χωρίς ν' αλλαχτεί το λάδι, είτε γιατί δεν καθαρίστηκε το φίλτρο, αν αυτό καθαρίζεται. Η έμφραξη αναγνωρίζεται απ τη διακοπή μεταφοράς λαδιού στα τριβόμενα μέρη, οπότε μειώνεται πάρα πολύ η ένδειξη του οργάνου πίεσης κι εμφανίζονται κραδασμοί και υπερθέρμανση του κινητήρα. 117

121 Εικόνα 5.8 Έλεγχοι για φθορές σε αντλία λαδιού. o Ελαττωματική λειτουργία της βαλβίδας ασφαλείας. Η βαλβίδα αυτή που βρίσκεται στην αντλία λαδιού, ανοίγει όταν η πίεση του λαδιού υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή (συνήθως σε 4-5 Kg/cm 2 ). Έτσι εξασφαλίζεται σταθερή πίεση λαδιού στο σύστημα λίπανσης. Οι κυριότερες αιτίες ελαττωματικής λειτουργίας της βαλβίδας ασφαλείας είναι: Η κακή ρύθμιση ή εξασθένηση ή θραύση ή κόλλημα του ελατηρίου της. Απ τις αιτίες αυτές δεν ανοιγοκλείνει καλά η βαλβίδα, με αποτέλεσμα το λάδι να επιστρέφει στο κάρτερ ή να στέλνεται με υπερβολική πίεση στα τριβόμενα μέρη. Η ελαττωματική λειτουργία της βαλβίδας ασφαλείας αναγνωρίζεται απ την ένδειξη χαμηλής ή υψηλής πίεσης στο ενδεικτικό όργανο και απ την υπερθέρμανση του κινητήρα. Συνήθως όταν εντοπιστεί η βλάβη στη βαλβίδα ασφαλείας αντικαθίσταται ολόκληρος ο μηχανισμός της βαλβίδας. o Υπερβολική κατανάλωση λαδιού. Η κατανάλωση λαδιού εξαρτάται από αρκετούς παράγοντες όπως: η σχεδίαση του κινητήρα, η κατάστασή του, οι συνθήκες λειτουργίας του κι ο τύπος του λαδιού που χρησιμοποιείται. Υπερκατανάλωση υπάρχει όταν συμπληρώνεται συχνά λάδι για να διατηρηθεί σωστή στάθμη. Ο έλεγχος της στάθμης γίνεται με το δείκτη λαδιού, όπως προαναφέρθηκε. Για τη σωστή εκτίμηση της κατανάλωσης λαδιού, ο 118

122 έλεγχος στάθμης πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τις ακριβείς οδηγίες του κατασκευαστή. Οι κυριότερες αιτίες υπερκατανάλωσης που οφείλονται σε βλάβες είναι οι εσωτερικές και εξωτερικές διαρροές και η καύση του λαδιού στους κυλίνδρους. Οι εξωτερικές διαρροές λαδιού αναγνωρίζονται απ την ύπαρξη λαδιού ή απ τη συγκέντρωση σκόνης στα εξωτερικά μέρη του κινητήρα. Αυτό οφείλεται στη θραύση των διάφορων μερών των φλαντζών και των τσιμουχών στεγανοποίησης. Τα μέρη όπου παρατηρούνται αυτές οι διαρροές είναι το κάλυμμα των βαλβίδων, το κάλυμμα του καθρέφτη, το κάρτερ, το φίλτρο λαδιού, η αντλία βενζίνης, η βάση λαδιού κι οι τσιμούχες του στροφαλοφόρου. Εσωτερικές διαρροές είναι η εισαγωγή του λαδιού λίπανσης στο χώρο καύσης και στο ψυκτικό υγρό του κινητήρα. Όταν το λάδι περάσει στο χώρο καύσης τότε αυτό καίγεται. Οι κυριότερες αιτίες που φτάνει το λάδι στο χώρο καύσης είναι: Η φθορά ή το οβάλ των κυλίνδρων. Η κακή τοποθέτηση, η φθορά ή το κόλλημα των ελατηρίων των εμβόλων στις εγκοπές τους. Η μεγάλη ανοχή μεταξύ των βαλβίδων εισαγωγής και των οδηγών τους. Η κακή εφαρμογή της φλάντζας της κυλινδροκεφαλής. Ο κακός εξαερισμός του κινητήρα και Η αναρρόφηση λαδιού απ την αντλία βενζίνης. Η είσοδος λαδιού στο ψυκτικό υγρό οφείλεται σε ρωγμή του κορμού ή της κυλινδροκεφαλής του κινητήρα και σε κακή τοποθέτηση της φλάντζας της κυλινδροκεφαλής. Η βλάβη αυτή εντοπίζεται απ την ύπαρξη λαδιού στο πάνω μέρος του ψυγείου. o Ο κακός εξαερισμός του κινητήρα. Οφείλεται σε σκόνη, ακαθαρσίες ή παραμόρφωση των σωληνώσεων που κλείνουν τον εξαερισμό, με αποτέλεσμα την αύξηση της πίεσης στο στροφαλοθάλαμο. Η υπερπίεση αυτή αναγνωρίζεται απ την ανώμαλη λειτουργία του κινητήρα, την αλλοίωση του λαδιού, τις εξωτερικές διαρροές και το θόρυβο του κινητήρα. Ο εντοπισμός αυτής της βλάβης διαπιστώνεται με υπερκατανάλωση λαδιού ή βενζίνης, ανώμαλο ρελαντί, έξοδο μπλε καπνού απ 119

123 την εξάτμιση και χαμηλή ισχύ του κινητήρα. Τέλος, η υπερπίεση μέσα στο στροφαλοθάλαμο διαπιστώνεται κι απ τις εξωτερικές διαρροές λαδιού. 120

124 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 6.1 Γενικά. Το ηλεκτρικό σύστημα αποτελείται απ τον διανομέα, τον πολλαπλασιαστή, το δυναμό, την μπαταρία και τον εγκέφαλο του κινητήρα. 6.2 Διανομέας Ντιστριμπιτέρ. Ο διανομέας (εικόνα 6.1) είναι μια συσκευή που αποτελείται από μια περιστρεφόμενη επαφή (ράουλο) κι ένα ειδικά κατασκευασμένο κάλυμμα, πάνω στο οποίο τοποθετούνται τα καλώδια των αναφλεκτήρων, οι επαφές και το καλώδιο υψηλής τάσης, το οποίο μεταφέρει το ρεύμα υψηλής τάσης απ τον πολλαπλασιαστή. Εικόνα 6.1 Διανομέας. Το ράουλο βρίσκεται σε μόνιμη περιστροφή. Έτσι, όταν κλείσουν οι πλατίνες και το ρεύμα υψηλής τάσης διοχετευθεί στο δευτερεύον κύκλωμα, το 121

125 ράουλο έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε να βρίσκεται στην κατάλληλη επαφή με αποτέλεσμα το ρεύμα να περάσει στο σωστό αναφλεκτήρα και να δημιουργηθεί σπινθήρας. 6.3 Πολλαπλασιαστής. Ο πολλαπλασιαστής (εικόνα 6.2), είναι ένα επαγωγικό πηνίο (πηνίο Ruhmkorf). Αποτελείται από δύο μονωμένα μεταξύ τους πηνία κατασκευασμένα συνήθως από χαλκό, τα οποία χωρίζει ένα έλασμα. Εικόνα 6.2 Πολλαπλασιαστής. Το πρώτο πηνίο αποτελείται από λίγες σπείρες και σύρμα μεγάλης διαμέτρου. Αυτό το πηνίο διαρρέεται από ρεύμα χαμηλής τάσης (πχ 12 V). Το δεύτερο πηνίο αποτελείται από πολλές σπείρες και σύρμα μικρής διαμέτρου. Όταν το πρώτο πηνίο διαρρέεται από ρεύμα, δημιουργείται μαγνητικό πεδίο γύρω του. Η απότομη διακοπή του ρεύματος συνεπάγεται τη δημιουργία υψηλής τάσης στο δεύτερο πηνίο (φαινόμενο επαγωγής). Στους σύγχρονους πολλαπλασιαστές η τάση μπορεί να φτάσει τα V και, σε ορισμένες περιπτώσεις, και τα V. Για να δημιουργηθεί σπινθήρας στους αναφλεκτήρες σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, μερικές 122

126 χιλιάδες βολτ θα ήταν αρκετά. Στις συνθήκες, όμως, που επικρατούν στο θάλαμο καύσης κατά τη διάρκεια της συμπίεσης, αυτό δεν είναι δυνατό και απαιτείται υψηλότερη τάση. 6.4 Δυναμό. Μαζί με τη μίζα και την μπαταρία είναι τα σημαντικότερα ηλεκτρικά στοιχεία ενός αυτοκινήτου. Το δυναμό (εικόνα 6.3), είναι μία ηλεκτρογεννήτρια που μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια (την κίνηση που λαμβάνει απ το στροφαλοφόρο άξονα μέσω ιμάντα) σε ηλεκτρική. Αποτελείται απ το ρότορα και το στάτορα. Ο ρότορας είναι στην ουσία ένας ηλεκτρομαγνήτης που όταν περιστραφεί, δια της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής παράγει εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα. Στην συνέχεια ένας ανορθωτής τάσης το μετατρέπει σε συνεχές το οποίο καταναλώνεται απ τα ηλεκτρικά συστήματα του αυτοκινήτου, ενώ μέρος απ αυτό αποθηκεύεται στην μπαταρία. Εικόνα 6.3 Δυναμό. 123

127 6.5 Μπαταρία. Η ύπαρξη της μπαταρίας (εικόνα 6.4) περνά απαρατήρητη, αλλά δίχως αυτή δεν μπορεί να λειτουργήσει ένας κινητήρας. Βρίσκεται πίσω από το καπό του αυτοκινήτου και δεν τη θυμόμαστε σχεδόν ποτέ, μέχρι να φτάσει η στιγμή που ο κινητήρας δεν τίθεται σε λειτουργία και χρειάζεται να την αντικαταστήσουμε. Ο λόγος για την μπαταρία που αποτελεί βασικό εξάρτημα για την εκκίνηση του αυτοκινήτου, καθώς και για τη λειτουργία των ηλεκτρικών συστημάτων. Εικόνα 6.4 Μπαταρία. Ο βασικός ρόλος της μπαταρίας δεν είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά η αποθήκευση της παραγόμενης απ την γεννήτρια (δυναμό). Η τελευταία είναι συνήθως συνδεδεμένη με τον κινητήρα μέσω ενός ιμάντα και περιστρέφεται παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα μέρος απ αυτό αποταμιεύεται στην μπαταρία, ενώ το υπόλοιπο καταναλώνεται άμεσα απ τα ηλεκτρικά συστήματα (φωτισμού, ανάφλεξης κ.α.) του αυτοκινήτου. Ο βασικός ρόλος της μπαταρίας δεν είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά η αποθήκευση της παραγόμενης απ τη γεννήτρια (δυναμό). Η τελευταία είναι συνήθως συνδεδεμένη με τον κινητήρα μέσω ενός ιμάντα και περιστρέφεται παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα μέρος απ αυτό αποταμιεύεται στην μπαταρία ενώ το υπόλοιπο καταναλώνεται άμεσα απ τα 124