ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ

Transcript

1 A T. E. I. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ: ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ: ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Α.Ε,Μ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΚΩΣΤΗΣ I. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΒΑΛΑ ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2010

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Κατά τη διάρκεια διδασκαλίας του μαθήματος Μηχανές Εσωτερικής Καύσης ενδιαφέρθηκα ιδιαίτερα και ασχολήθηκα με τους Κινητήρες, τα συστήματά τους, τη λειτουργία τους. Μέσα απ την περαιτέρω μελέτη του παραπάνω γνωστικού αντικειμένου κατέληξα στο συμπέρασμα, ότι η πιο σημαντική και θεμελιώδεις διεργασία που συμβαίνει κατά τη λειτουργία του κινητήρα είναι ο χρονισμός του, που ρυθμίζει τη χρονική στιγμή αλλά και τη διάρκεια ανοίγματος των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής. Έτσι αποφάσισα να περιγράφω όσο το δυνατόν πιο διεξοδικά όλα τα μέρη που συμβάλουν στο χρονισμό ενός κινητήρα, καθώς και τα υλικά κατασκευής τους. Επίσης, να κάνω αντιληπτό στον αναγνώστη αυτού του πονήματος τον τρόπο με τον οποίο τα εξαρτήματα αυτά συνεργάζονται, καθώς και το βαθμό συμμετοχής του στο βέλτιστο τελικό αποτέλεσμα.

3 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Ε.2 Περιγραφή λειτουργίας του μηχανισμού κίνησης των βαλβίδων. 9 Ε.3 Είδη συστημάτων χρονισμού. 11 Ε.3.1 Ανάλογα με τη διάταξη των βαλβίδων. 11 Ε.3.2 Ανάλογα με τη διάταξη του εκκεντροφόρου άξονα. Ί2 Ε.4 Τμήματα εσωτερικού χρονισμού τετράχρονων βενζινοκινητήρων. 15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ 1.1 Στροφαλοφόρος άξονας Λειτουργικότητα-Χρηστικότητα Περιγραφή στροφαλοφόρου άξονα Καθορισμός σχήματος Καταπονήσεις-Υλικά κατασκευής Σφόνδυλος (βολάν) Λειτουργικότητα σφονδύλου Σφόνδυλος δύο μαζών Σύστημα μετάδοσης κίνησης Ιμάντας Γενικά Διατομή ιμάντων Τάνυση των ιμάντων Υλικά ιμάντων. 39 ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 1

4 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα ιμάντων Αλυσίδα Γενικά Λειτουργικότητα των αλυσίδων Εγκατάσταση αλυσίδων Υλικά κατασκευής αλυσίδων Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα αλυσίδων Ζεύγος οδοντωτών τροχών λοξής οδόντωσης Υλικά κατασκευής οδοντωτών τροχών με λοξή οδόντωση Συγκριτική παρουσίαση των κριτηρίων της καταλληλότητας των τριών ειδών Εκκεντροφόρος Γενικά Έκκεντρο-Λοβός Χαρακτηριστικά και μεγέθη λειτουργίας που επηρεάζονται απ τον εκκεντροφόρο Μέγεθος ανύψωσης βαλβίδων Διάρκεια ανοίγματος βαλβίδων Επικάλυψη βαλβίδων Εδράσεις εκκεντροψόρου Ωστικές ράβδοι Ωστήρια Γενικά Είδη ωστηρίων Μηχανικά ωστήρια Υδραυλικά ωστήρια Λειτουργία υδραυλικών ωστηρίων σε ανοικτή και κλειστή φάση Ζύγωθρα Είδη Ζυγώθρων Ζύγωθρα με στοιχείο στήριξης Ζύγωθρο με ένθετο στοιχείο Βαλβίδες Γενικά. 71 ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 2

5 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ Περιγραφή-Κατασκευαστικά στοιχεία βαλβίδας Καταπόνηση βαλβίδας-υλικά κατασκευής Διάκενο βαλβίδων Υδραυλικές βαλβίδες Πνευματικές βαλβίδες Περιγραφή-λειτουργικά στοιχεία Υπεροχή της -πνευματικής βαλβίδας Ευπάθειες της -πνευματικής βαλβίδας Ηλεκτροϋδραυλικές βαλβίδες Δεσμοδρομικό σύστημα βαλβίδων. 1.8 Ελατήρια των βαλβίδων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ 2.1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΒΛΗΤΟΥ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ (WT) Γενικά Τα διάφορα συστήματα μεταβλητού χρονισμού Honda V-Tech Honda VTEC τριών φάσεων Nissan Neo W L Συστήματα Μεταβλητού Χρονισμού Μεταβολής της Φάσης του Εκκεντροφόρου (Cam - Phasing) Vanos της B.M.W Toyota W T-I (Variable Valve Timing - Intelligent) Συστήματα Μεταβολής Χρονισμού Toyota WTL-I Porsche Variocam Plus Rover WC (Variable Valve Control). 100 ΕΠΙΛΟΓΟΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 102 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 104 ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

6 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα Ε.1 Εικόνα Ε.2 Εικόνα Ε.3 Φωτογραφία εκκεντροφόρου. Σύστημα χρονισμού σε τομή. Κινητήρας με κρεμαστές βαλβίδες στην κεφαλή Εικόνα Ε.4 Εικόνα Ε.5 Εικόνα Ε.6 Κινητήρες με κρεμαστές βαλβίδες και εκκεντροφόρους στην κεφαλή. 13 Κινητήρας με δύο εκκεντροφόρους στην κεφαλή και κρεμαστές βαλβίδες. 14 Κινητήρας με κρεμαστές βαλβίδες και εκκεντροφόρο μέσα στην κυλινδροκεφαλή. 14 Εικόνα Ε.7 Στροφαλοφόρος τετρακύλινδρου κινητήρα με σφόνδυλο. 15 Εικόνα Ε.8 Μετάδοση κίνησης με ιμάντα. 16 Εικόνα Ε.9 Μετάδοση κίνησης με καδένα. 17 Εικόνα Ε.10 Εκκεντροφόρος άξονας. 17 Εικόνα Ε. 11 Ωστήρια (ποτηράκια) 18 Εικόνα Ε.12 Ωστικές ράβδοι (καλαμάκια). 19 Εικόνα Ε.13 Ζύγωθρα (κοκοράκια). 19 Εικόνα Ε.14 Άξονας ζυγώθρων. 20 Εικόνα Ε.15 Βαλβίδες 21 Εικόνα Ε.16 Ελατήρια βαλβίδων. 21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΜΗΜΑΤΩΝ Μ.Ε.Κ. Εικόνα 1.1 Στροφαλοφόρος τετρακύλινδρου κινητήρα μ' εμφανείς τις οπές λίπανσης. 23 Εικόνα 1.2 Στροφαλοφόρος άξονας σε συναρμογή με τα πιστόνια. 24 ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 4

7 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ Εικόνα 1.3 Στροφαλοφόρος δικύλινδρου κινητήρα. 25 Εικόνα 1.4 Στροφαλοφόρος άξονας τετράχρονου κινητήρα. 25 Εικόνα 1.5 Στροφαλοφόρος άξονας από βελτιωμένο χάλυβα. 27 Εικόνα 1.6 Σφόνδυλος (βολάν) με την οδοντωτή στεφάνη του. 28 Εικόνα 1.7 Ανάλυση συστημάτων σφονδύλου. 30 Εικόνα 1.8 Λειτουργία του συμβατικού συστήματος έναυσης. 31 Εικόνα 1.9 Μίζα βενζινοκινητήρα. 31 Εικόνα 1.10 Μίζα βενζινοκινητήρα σε τομή. 32 Εικόνα 1.11 Συστήματα λειτουργίας της μίζας. 32 Εικόνα 1.12 Κινητήρας σε τομή. 34 Εικόνα 1.13 Γραμμές ταλαντώσεων για συμβατική μάζα σφονδύλου. 35 Εικόνα 1.14 Γραμμές ταλαντώσεων ενός σφονδύλου δύο μαζών. 35 Εικόνα 1.15 Σύστημα μετάδοσης κίνησης με ιμάντα. 36 Εικόνα 1.16 Τύποι ιμάντων. 38 Εικόνα 1.17 Σχηματική διάταξη τανυστήρα. 39 Εικόνα 1.18 Αλυσίδα χρονισμού αυτοκινήτου. 42 Εικόνα 1.19 Σύστημα μετάδοσης κίνησης με αλυσίδα. 43 Εικόνα 1.20 Κινητήρας με μέσο μετάδοσης κίνησης εκκεντροφόρων την αλυσίδα. 45 Εικόνα 1.21 Αλυσίδες μετάδοσης κίνησης με εμφανή τα λαμάκια, τα ράουλα, τα δαχτυλίδια και οι πείροι. 46 Εικόνα 1.22 Μετάδοση κίνησης με λοξή οδόντωση. 47 Εικόνα 1.23 Συμβολική σχεδίαση γραναζιών με ελικοειδή δόντια. 48 Εικόνα 1.24 Εκκεντροφόρος άξονας. 51 Εικόνα 1.25 Μορφοποίηση εκκέντρου. 51 Εικόνα 1.26 Λοβός εκκεντροφόρου άξονα. 52 Εικόνα 1.27 Κάτοψη κινητήρα με εμφανή τη συνεργασία εκκεντροφόρου και ωστηρίου για άνοιγμα βαλβίδων. 53 Εικόνα 1.28 Έδρανο ολίσθησης ενός κομματιού εκκεντροφόρου άξονα. 56 Εικόνα 1.29 Διαιρούμενο έδρανο ολίσθησης εκκεντροφόρου άξονα. 56 Εικόνα 1.30 Τοποθέτηση ωστικών ράβδων. 57 Εικόνα 1.31 Ωστικές ράβδοι. 58 Εικόνα 1.32 Θέση των ωστικών ράβδων σε θκύλινδρο κινητήρα. 58 ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

8 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ Εικόνα 1.33 Μηχανικά ωστήρια. 59 Εικόνα 1.34 Κινητήρας του καινούργιου Audi 4,2 TDI Quattro. 59 Εικόνα 1.35 Μηχανικό ωστήριο με ρυθμιστική κορδέλα τοποθετημένη πάνω. 60 Εικόνα 1.36 Μηχανικό ωστήριο με ρυθμιστική κορδέλα τοποθετημένη κάτω. 61 Εικόνα 1.37 Μηχανικό ωστήριο με κλιμακωτό πάχος πάτου. 61 Εικόνα 1.38 Ωστήριο με προστασία υπερχείλησης. 62 Εικόνα 1.39 Ωστήριο με κάτω αναρρόφηση. 62 Εικόνα 1.40 Ωστήριο με λαβύρινθο. 63 Εικόνα 1.41 Ωστήριο 3CF (3CF = cylindrical cam contact face). 63 Εικόνα 1.42 Λειτουργία υδραυλικού ωστηρίου σε ανοικτή φάση. 64 Εικόνα 1.43 Λειτουργία υδραυλικού ωστηρίου σε κλειστή φάση. 65 Εικόνα 1 44 Θέσεις λειτουργίας ζυγώθρου. 66 Εικόνα 1.45 Ζύγωθρα με κυλινδρίσκο. 66 Εικόνα 1.46 Μετάδοση κίνησης των βαλβίδων με ωστήρια. 66 Εικόνα 1.47 Ζύγωθρα σε κινητήρα V8. 67 Εικόνα 1.48 Ζύγωθρο από λαμαρίνα. 68 Εικόνα 1.49 Χυτό ζύγωθρο. 68 Εικόνα 1.50 Ζύγωθρο με ένθετο στοιχείο. 69 Εικόνα 1.51 Βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής. 71 Εικόνα 1.52 Κύλινδρος τριών βαλβίδων. 72 Εικόνα 1.53 Κύλινδρος 4 βαλβίδων. 72 Εικόνα 1.54 Τμήματα βαλβίδων. 73 Εικόνα 1.55 Δακτύλιοι εδρών βαλβίδας. 73 Εικόνα 1.56 Κοίλη βαλβίδα. 75 Εικόνα 1.57 Μέτρηση διάκενου με φίλερ. 76 Εικόνα 1.58 Σύστημα υδραυλικών βαλβίδων. 78 Εικόνα 1.59 Λειτουργία ττνευματικής βαλβίδας. 79 Εικόνα 1.60 Περιγραφή συστήματος ττνευματικής βαλβίδας. 80 Εικόνα 1.61 Ηλεκτροϋδραυλική βαλβίδα. 82 Εικόνα 1.62 Δεσμοδρομικό σύστημα βαλβίδων. 83 Εικόνα 1.63 Ελατήρια βαλβίδων. 83 ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

9 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Εικόνα 2.1 Διάγραμμα χρονισμού βαλβίδων. 86 Εικόνα 2.2 Εκκεντροφόρος με γεωμετρικά χαρακτηριστικά overlap. 87 Εικόνα 2.3 Εκκεντροφόρος χωρίς γεωμετρικά χαρακτηριστικά overlap. 87 Εικόνα 2.4 Λειτουργία συστήματος VTEC. 88 Εικόνα 2.5 Στάδια λειτουργίας VTEC τριών σταδίων. 90 Εικόνα 2.6 Κινητήρας Nissan W L. 92 Εικόνα 2.7 Διάγραμμα λειτουργία VANOS της BMW. 94 Εικόνα 2.8 Το VANOS της BMW. 94 Εικόνα 2.9 Διάγραμμα μεταβολής χρονισμού της Toyota. 95 Εικόνα 2.10 Σύστημα WT-I της Toyota. 96 Εικόνα 2.11 (Cam - Phasing + Cam - Changing). 96 Εικόνα 2.12 Κινητήρας Toyota WTL-I 97 Εικόνα 2.13 Λειτουργία του συστήματος WTL-I της Tototta. 98 Εικόνα 2.14 Λειτουργία του συστήματος Variocam Plus. 99 Εικόνα 2.15 Έκκεντρα του συστήματος Variocam Plus. 99 Εικόνα 2.16 Διάγραμμα συστήματος W C της Rover. 101 Στην εισαγωγή γίνεται μια περιγραφή όλων των συστημάτων που συμβάλουν στο σύστημα χρονισμού. Αρχικά αναφέρουμε το διαχωρισμό των κινητήρων με βάση τη θέση του εκκεντροφόρου. Έπειτα χωρίζουμε τη μετάδοση κίνησης εκκεντροφόρου-στροφαλοφόρου σε κατηγορίες με βάση το είδος της μετάδοσης της κίνησης. Αυτή, χωρίζεται σε μετάδοση με ιμάντα, με αλυσίδα και ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 7

10 ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΑ με οδοντωτό τροχό. Μετά αναφερόμαστε περιλητττικά στα υπόλοιπα μέρη που συμβάλουν στο χρονισμό καθώς και την πιο βασικές λειτουργίες τους. Στο πρώτο κειράλαιο περιγράφονται διεξοδικά όλα τα μέρη που αναφέρθηκαν σύντομα στην εισαγωγή. Αναλύουμε τη λειτουργία, τις καταπονήσεις, τα υλικά κατασκευής, τη χρήση, τη λειτουργικότητα, τα είδη, τον τρόπο στήριξης στο σώμα του κινητήρα και τη σπουδαιότητα τους, τη σύνδεση και τη σχέση με τα υπόλοιπα εξαρτήματα για τα παρακάτω εξαρτήματα: > Στροφαλοφόρος άξονας, (βολάν, σύστημα έναυσης, σύστημα εκκίνησης κινητήρα). > Μετάδοση κίνησης, (καδένα, ιμάντας, λοξή-ελικοειδείς οδοντωτοί τροχοί) > Εκκεντροφόρος άξονας. > Ωστήρια. (ποτηράκια) > Ωστικές ράβδους, (καλαμάκια) > Ζύγωθρα. (κοκοράκια) > Βαλβίδες. > Ελατήρια βαλβίδων. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύουμε σύντομα τα σημαντικότερα και τα πιο καινούργια συστήματα χρονισμού απ τις βασικότερες εταιρίες στην αυτοκινητοβιομηχανία. Εκεί βρίσκει κανείς εικόνες αλλά και περιγραφή όλων αυτών των νέων συστημάτων. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

11 Με τη γενική έννοια < ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ> ορίζουμε το σύνολο των λειτουργικών ρυθμίσεων και των κατασκευαστικών διαμορφώσεων συγκεκριμένων στοιχείων του κινητήρα που πραγματοποιούνται, προκειμένου να επιτυγχάνεται η όσο το δυνατόν πιο εύρυθμη λειτουργία του. Δηλαδή η ομοιόμορφη κατανομή των περιόδων καύσης κατά μήκος του στροφαλοφόρου άξονα, η ελαχιστοποίηση των αδρανειακών δυνάμεων και ροπών (βέλτιστη ζυγοστάθμιση), η ομοιόμορφη ροπή και η επακόλουθη αύξηση της ισχύος, η μείωση του βάρους του σφονδύλου, η μείωση των κραδασμών και του θορύβου του κινητήρα και η οικονομικότερη και γενικά ποιοτικότερη λειτουργία του. Η διαδικασία αυτή είναι κατά κανόνα πολυπλοκότερη στους τετράχρονους κινητήρες, στους οποίους πρέπει να ρυθμιστεί και η σχετική κίνηση του στροφαλοφόρου άξονα (εσωτερικός χρονισμός). Αντίθετα, στους δίχρονους κινητήρες που έχουν σταθερές θυρίδες, περιορίζεται στον καθορισμό της σειράς καύσης με βάση και τη γωνία σφήνωσης των στροφάλων. Ε.2 Περιγραφή λειτουργίας του μηχανισμού κίνησης των βαλβίδων. Εικόνα Ε.1 Φωτογραφία εκκεντροφορου ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

12 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η κίνηση του συστήματος χρονισμού γίνεται απ το στροφαλοφόρο άξονα, απ' τον οποίο μεταδίδεται μέσω οδοντωτού ιμάντα ή αλυσίδας ή οδοντοτροχών (λοξής οδόντωσης) προς τον εκκεντροφόρο άξονα. Ο εκκεντροφόρος είναι ένας άξονας στον οποίο υπάρχουν τα έκκεντρα (εξογκώματα με ωοειδές σχήμα), που είναι τόσα, όσες και οι βαλβίδες του κινητήρα (εικόνα Ε.1). Αυτός ο άξονας, παίρνοντας κίνηση απ το στροφαλοφόρο, όπως περιγράφηκε παραπάνω, περιστρέφεται, αλλάζοντας έτσι τη θέση των εκκέντρων. Όταν η αιχμηρή ακμή τους είναι προς τα πάνω, τότε πιέζουν τα αντίστοιχα ωστήρια (ποτηράκια), που με τη σειρά τους ωθούν τις ωστικές ράβδους (καλαμάκια) κι αυτές τα πλήκτρα (κοκοράκια), που τελικά πιέζουν τα ελατήρια των βαλβίδων με αποτέλεσμα να τις ανοίγουν ενεργώντας αντίθετα προς τη δύναμη των ελατηρίων. Όταν τα έκκεντρα περιστραφούν στην ομαλή πλευρά τους, τότε ο συνδυασμός των παραπάνω πιέσεων παύει να υφίσταται, τα πλήκτρα σταματούν να πιέζουν τα ελατήρια κι έτσι αυτά με την προέντασή τους επανέρχονται στην αρχική τους θέση και κλείνουν τις βαλβίδες. Εικόνα Ε.2 Σύστημα χρονισμού σε τομή ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 10

13 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο μηχανισμός ανοίγματος και κλεισίματος των βαλβίδων που περιγράφεται παραπάνω αφορά την περίπτωση που ο εκκεντροφόρος άξονας βρίσκεται μέσα στο σώμα των κυλίνδρων (εικόνα Ε.2). Όταν βρίσκεται επικεφαλής, πάνω δηλαδή απ τους κυλίνδρους, τότε διακρίνουμε δύο βασικές ττεριτγτώσεις α) Να υπάρχουν πλήκτρα (κοκοράκια) που πιέζονται απ τα έκκεντρα χωρίς την παρεμβολή ωστηρίων και ωστικών ράβδων και β) τα έκκεντρα να πιέζουν απ ευθείας τις κεφαλές των βαλβίδων. Στις περιπτώσεις αυτές η μετάδοση της περιστροφικής κίνησης απ το στροφαλοφόρο στον εκκεντροφόρο άξονα γίνεται με τους τρόπους που περιγράφηκαν στην προηγούμενη περίπτωση, μόνο που το σύστημα μετάδοσης κίνησης γίνεται πιο πολύπλοκο με τη συμμετοχή συστήματος τροχαλιών και οδοντωτών τροχών. Επειδή μια πλήρης κίνηση των βαλβίδων θα γίνει κατά τη διάρκεια των τεσσάρων χρόνων, δηλαδή κατά τη διάρκεια δύο στροφών του στροφαλοφόρου, ο εκκεντροφόρος πρέπει να περιστρέφεται με το ήμισυ των στροφών του στροφαλοφόρου άξονα. Ε.3 Είδη συστημάτων χρονισμού Συστήματα μετάδοσης κίνησης στις βαλβίδων (χρονισμού) υπάρχουν σε διάφορες παραλλαγές. Σ όλες η μετάδοση κίνησης γίνεται μέσω του εκκεντροφόρου άξονα. Τα συστήματα μετάδοσης κίνησης των βαλβίδων διακρίνονται σύμφωνα με:. το πλήθοζ των βαλβίδων που ενεργοποιούν. το nahooc και τη θέση των εκκεντοοφόοων αξόνων, υέσω των οποίων Ε.3.1 Ανάλογα με τη διάταξη των βαλβίδων Κινητήοεο τλεννόοενοι από πάνω: Η κίνηση για το κλείσιμο των βαλβίδων είναι ομόρροπη με την κίνηση του εμβόλου προς το άνω νεκρό σημείο. Οι κινητήρες αυτοί έχουν κρεμαστές βαλβίδες. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

14 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Κινητήρες ελεν^όυενοι από κάτω: Η κίνηση των βαλβίδων για το κλείσιμο των βαλβίδων είναι ομόρροπη με την κίνηση του εμβόλου προς το κάτω νεκρό σημείο. Οι βαλβίδες είναι όρθιες. Στους κινητήρες αυτούς ο χώρος συμπίεσης έχει ακατάλληλη μορφή και γγ αυτόν το λόγο δεν κατασκευάζονται πλέον. Ε.3.2 Ανάλογα με τη διάταξη του εκκεντροφόρου άξονα > ohv (overhead valves): Οι βαλβίδες είναι κρεμαστές και βρίσκονται στην κυλινδροκεφαλή Ο εκκεντροφόρος είναι τοποθετημένος στον κορμό του κινητήρα (εικόνα Ε.3). Κοκοράκι Ράβδοι; ώθησης Εικόνα Ε.3 Κινητήρας με κρεμαστές βαλβίδες στην κεφαλή Τα εξαρτήματα σ αυτού του είδους τη διάταξη του συστήματος εσωτερικού χρονισμού είναι: 1. Στροφαλοφόρος 2. Μετάδοση κίνησης 3. Εκκεντροφόρος 4. Ωστήρια (ποτηράκια) 5. Ωστικές ράβδοι (καλαμάκια) 6. Ζύγωθρα ή πλήκτρα (κοκοράκια) 7. Άξονας ζυγώθρων ή πληκτροφορέας (πιανόλα) 8. Ελατήρια 9. Βαλβίδες ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 12

15 ohc (overhead camshaft): 0 εκκεντροφόρος βρίσκεται στο πάνω μέρος της κεφαλής (εικόνα Ε.4). Εικόνα Ε 4 Κινητήρες με κρεμαστές βαλβίδες και εκκεντροφόρους στην κεφαλή Τα εξαρτήματα σ αυτού του είδους τη διάταξη του συστήματος εσωτερικού χρονισμού είναι: 1. Στροφαλοφόρος 2. Μετάδοση κίνησης 3. Εκκεντροφόρος 4 Ζύγωθρα 5. Άξονας ζυγώθρων 6. Ελατήρια 7. Βαλβίδες > cfohc (double overhead camshaft): Εδώ υπάρχουν δύο εκκεντρος)όροι, στο πάνω μέρος της κεφαλής (εικόνα Ε.5). Τα εξαρτήματα σ αυτού του είδους τη διάταξη του συστήματος εσωτερικού χρονισμού είναι: 1. Στροφαλοφόρος 2. Μετάδοση κίνησης 3. Εκκεντροφόρος 4. Ελατήρια 5. Βαλβίδες ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 13

16 Εικόνα Ε.5 Κινητήρας με δύο εκκεντροφόρους στην κεφαλή και κρεμαστές βαλβίδες. > cih (camshaft in head). Ο εκκεντροφόρος είναι τοποθετημένος μέσα στην κυλινδροκεφαλή (εικόνα Ε.6). Εικόνα Ε.6 Κινητήρας με κρεμαστές βαλβίδες και εκκεντροφόρο μέσα στην κυλινδροκεφαλή. Τα εξαρτήματα σ' αυτού του είδους τη διάταξη του συστήματος εσωτερικού χρονισμού είναι. 1. Στροφαλοφόρος 2. Μετάδοση κίνησης 3. Εκκεντροφόρος 4. Ωστήριο 5. Ζύγωθρο 6. Ελατήριο 7. Βαλβίδα ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 14

17 Ε.4 Τμήματα εσωτερικού χρονισμού τετράχρονων βενζινοκινητήρων Τα τμήματα εσωτερικού χρονισμού που αναφέρονται και περιληπτικά περιγράφονται παρακάτω, αφορούν την περίτπωση κατά την οποία ο εκκεντροφόρος άξονας είναι τοποθετημένος στον κορμό του κινητήρα (OHV), σύμφωνα με τα αναφερόμενα στην προηγούμενη παράγραφο. Στροφαλοφόοοζ a^ovac : Κάθε στροφαλοφόρος άξονας έχει τα κομβία βάσης (στραφείς), τα οποία βρίσκονται στον ίδιο νοητό άξονα κι ανήκουν στο στροφαλοθάλαμο, καθώς επίσης και τα κομβία για την έδραση των διωστήρων (εικόνα Ε.7). Και τα δύο είδη των κομβίων συνδέονται μεταξύ τους με τις πλευρές του στροφαλοφόρου. Απ τους στραφείς βάσης με λοξές οπές, οδηγείται το λάδι λίπανσης στα έδρανα των διωστήρων. Προς το μέρος εξόδου της κίνησης είναι στερεωμένος ένας σφόνδυλος, μέσα στον οποίο συνήθως τοποθετείται ο συμπλέκτης. Προς την άλλη πλευρά του στροφαλοφόρου έχει τοποθετηθεί οδοντοτροχός (μετάδοση κίνησης στον εκκεντροφόρο, την ελαιαντλία και το διανομέα), η τροχαλία των ιμάντων κι αν απαιτείται ο αποσβεστήρας ατροφικών ταλαντώσεων. Εικόνα Ε.7 Στροφαλοφόρος τετρακύλινδρου κινητήρα με σφόνδυλο Οι στραφείς του στροφαλοφόρου έχουν επιφανειακή βαφή και λείανση. Οι στροφαλοφόροι πρέπει να είναι δυναμικά ζυγοσταθμισμένοι. Η συγκέντρωση υλικού και η αναγκαία αντιστάθμιση των μαζών επιτυγχάνεται με αντίβαρα τοποθετημένα στις πλευρές των στροφάλων. Η μορφή του στροφαλθ(ρόρου άξονα εξαρτάται απ τον αριθμό των κυλίνδρων, των κομβίων βάσης, το μέγεθος του εμβολισμού, τη διάταξη των κυλίνδρων και τη σειρά ανάφλεξης. Για τετρακύλινδρο κινητήρα με διάταξη κυλίνδρων σε σειρά, όλα τα κομβία βρίσκονται σ ένα επίπεδο, σ εξακύλινδρο, όμως, είναι πάντοτε ίδιας φοράς. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 15

18 Σαν παράλληλοι χαρακτηρίζονται εκείνοι οι κύλινδροι, των οποίων τα έμβολα παράγουν έργο με διαφορά 360 γωνίας στροφάλου. Μετάδοση Kivnanc Η μετάδοση κίνησης εσωτερικά του κινητήρα γίνεται με τρεις τρόπους; Με ιυάντα. Ιμάντας, που στην εσωτερική του επιςκινεια φέρει οδοντώσεις (εικόνα Ε.8) και με τον οποίο παίρνει κίνηση ο εκκεντροφόρος απ' το στροφαλοφόρο άξονα. Σε σχέση με την αλυσίδα προσφέρει αθόρυβη λειτουργία, έχει μικρότερο βάρος και δεν απαιτεί λίπανση αλλά επιβαρύνει τον οδηγό με κόστος αντικατάστασης στα περίπου χιλιόμετρα. Πάντως, σε αρκετά νέα μοντέλα υπάρχουν ιμάντες που αλλάζουν αρκετές δεκάδες χιλιόμετρα αργότερα. Εικόνα Ε.8 Μετάδοση κίνησης με ιμάντα Με καδένα (αλυσίδα εκκεντοοφόρου): Η καδένα (εικόνα Ε.9) είναι ένας τύπος αλυσίδας μέσω της οποίας παίρνει κίνηση ο εκκεντροφόρος άξονας από τον στροφαλοφόρο. Λόγω του θορύβου που προκαλεί η κίνησή της την θέση της παίρνει συνήθως οι οδοντωτοί ιμάντες. Ωστόσο, οι λεγόμενοι ιμάντες χρονισμού χρειάζονται έλεγχο και αντικατάσταση συνήθως κάθε ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 16

19 ΕΙΣΑΓΩΓΗ χιλιόμετρα κάτι το οττοίο δεν είναι απαραίτητο στην περίπτωση της καδένας. Έτσι, ο κάτοχος ενός αυτοκινήτου με καδένα (όπως είναι το Toyota Yaris) δεν επιβαρύνεται με το έξοδο της αλλαγής του ιμάντα χρονισμού. Εικόνα Ε.9 Μετάδοση κίνησης με καδένα Κίνηση υε οδοντοτρονούο Χρησιμοποιείται όταν ο εκκεντροφόρος άξονας βρίσκεται μέσα στον κορμό του κινητήρα. Η παλινδρομική κίνηση γίνεται μέσω ράβδων ώθησης απ τον εκκεντροφόρο προς τα ζύγωθρα. Για την απόσβεση των θορύβων οι οδοντοτροχοί έχουν λοξή οδόντωση. Για τον ίδιο λόγο, λοξή οδόντωση έχει και ο οδοντοτροχός του εκκεντροφόρου άξονα. Ekkevtoowodoc gfovac Ο εκκεντροφόρος άξονας κινεί τις βαλβίδες την κατάλληλη χρονική στιγμή, με την κατάλληλη διαδοχική σειρά κι επιτρέπει το κλείσιμό τους μέσω της επανατατικής δύναμης των ελατηρίων των βαλβίδων, ώστε να εκτελείται ο κύκλος λειτουργίας του κινητήρα. Η χρονική στιγμή, κατά την οποία ανοίγουν και κλείνουν οι βαλβίδες και ισοδύναμα η χρονική διάρκεια ανοίγματος της βαλβίδας, καθώς επίσης η διαδρομή της και η μορφή κίνησής της κατά το άνοιγμα και το κλείσιμο καθορίζονται απ το σχήμα του έκκεντρου. Εικόνα Ε.10 Εκκεντροφόρος άξονας. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

20 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Όταν το έκκεντρο είναι αιχμηρό, η βαλβίδα ανοίγει και κλείνει αργά, δηλαδή παραμένει για μικρό διάστημα τελείως ανοικτή. Αντίθετα, στο έκκεντρο με καμπύλο προφίλ, η βαλβίδα ανοίγει γρήγορα με ταχύτερο κλείσιμο, προκειμένου να παραμένει για μεγαλύτερο χρονικό διάστημά τελείως ανοιχτή. Για να μειωθεί η καταπόνηση του έκκεντρου, αυτό συχνά κατασκευάζεται ασύμμετρο. Το επερχόμενο τμήμα του λοβού κατασκευάζεται αιχμηρό, ώστε η βαλβίδα ν αργεί ν ανοίξει, ενώ το απερχόμενο τμήμα κατασκευάζεται με καμπύλο προφίλ, προκειμένου η βαλβίδα να παραμείνει για περισσότερο χρόνο ανοικτή με ταχύτερο κλείσιμο (εικόνα Ε.10). Το σύστημα μετάδοσης κίνησης των βαλβίδων με ωστήριο είναι ένα σύστημα με άμεση μετάδοση κίνησης. Μεταξύ βαλβίδας κι εκκεντροφόρου άξονα δεν τοποθετείται κανένα στοιχείο μετάδοσης. Η παλινδρομική κίνηση του έκκεντρου μεταδίδεται απευθείας απ το καμπύλο μέρος του ωστηρίου (εικόνα Ε.11) στη βαλβίδα. Οι άμεσοι μηχανισμοί κίνησης ξεχωρίζουν από πολύ καλές τιμές ακαμψίας και ταυτόχρονα μικρές κινούμενες μάζες. Δείχνουν επομένως καλή συμπεριφορά και σε υψηλές στροφές. Η λήψη απ τα ωστήρια εκτελείται μέσω ολίσθησης, δηλαδή μεταξύ του καμπύλου μέρους του ωστηρίου κι έκκεντρου παρουσιάζονται απώλειες τριβής. Μέσω μιας κατάλληλης ένωσης υλικών μπορούν αυτές οι απώλειες να διατηρηθούν σε χαμηλά επίπεδα. Για να μειωθεί κι άλλο η εμφανιζόμενη φθορά σε μερικές παραλλαγές ωστηρίων, το έκκεντρο τοποθετείται τροχισμένο λοξά και μετατοπισμένο προς το πλάι του ωστηρίου, ώστε αυτό σε κάθε κίνηση να περιστρέφεται με μία συγκεκριμένη γωνία περιστροφής. Εικόνα Ε.11 Ωστήρια (ποτηράκια) ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

21 ΕΙΣΑΓΩΓΗ D om ic ράβδοι (καλαυάκια) Στους OHV κινητήρες ( μ εττικεφαλείς βαλβίδες) με τον εκκεντροφόρο τοποθετημένο στον κορμό, χρησιμοποιούνται ωστικές ράβδοι (εικόνα Ε.12) για να μεταφέρουν την κίνηση απ τον εκκεντροφόρο μέσω των ζυγώθρων στις βαλβίδες. Εκτός απ τη σύνδεση για μεταφορά της κίνησης μερικές ωστικές ράβδοι χρησιμοποιούνται σαν αγωγοί για τη μεταφορά λαδιού στα ζύγωθρα. Το λάδι στέλνεται επάνω μέσω της εσωτερικής κοιλότητας της ωστικής ράβδου. Το κάτω μέρος της ωστικής ράβδου είναι τοποθετημένο μέσα στην κοιλότητα του ωστηρίου (ποτηράκι). Το βάθος της κοιλότητας σ αυτό το σημείο είναι αρκετή ώστε να προλαμβάνει την τπώση της ωστικής ράβδου απ το ωστήριο κατά την διάρκεια της λειτουργίας. Το πάνω μέρος της ωστικής ράβδου τοποθετείται μέσα σε μια κοιλότητα του ζυγώθρου. Εικόνα Ε.12 Ωστικές ράβδοι (καλαμάκια). Ζύνωθοα (κοκοράκια) Αν οι βαλβίδες δεν παίρνουν κίνηση άμεσα απ τον εκκεντροφόρο (μέσω κυπελλοειδών ωστηρίων), τότε ανοίγονται απ τον εκκεντροφόρο άξονα μέσω ζυγώθρων (κοκοράκια) (εικόνα Ε.13). Υπάρχουν ζύγωθρα του ενόο βοαγίονα. τα οποία στηρίζονται με το ένα άκρο τους πάνω σε πίρο με σφαιρική κεφαλή. Στο άλλο άκρο τους μεταφέρουν την κίνηση του έκκεντρου πάνω στην βαλβίδα. Η τριβή μεταξύ έκκεντρου και ζυγώθρου μπορεί να μειωθεί, αν στο βραχίονα τοποθετηθεί τροχίσκος. Εικόνα Ε.13 Ζύγωθρα (κοκοράκια). ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 19

22 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εκτός απ τα ζύγωθρα του ενός βραχίονα υπάρχουν κι άλλα, δύο βραχιόνων. Ο εκκεντροφόρος βρίσκεται κάτω απ τα ζύγωθρα. Η ανύψωση του ζυγώθρου απ' το έκκεντρο μετατρέπεται σε κίνηση της βαλβίδας. Η τριβή μεταξύ έκκεντρου και ζύγωθρου μειώνεται με τη χρήση ενός τροχίσκου, όπως και στην προηγούμενη περίτπωση. Τα ζύγωθρα κατασκευάζονται κατά προτίμηση από λαμαρίνα. Παράλληλα υπάρχουν μερικά που κατασκευάζονται από χυτοχάλυβα με μέθοδο χύτευσης ακρίβειας. Την επαφή προς το έκκεντρο δημιουργεί συχνά ένας κύλινδρος με ρουλεμάν (ζύγωθρο με ρουλεμάν). Η ροπή αδράνειας της μάζας και η ακαμψία του ζύγωθρου εξαρτώνται πολύ απ τον τύπο κατασκευής. Σε σύγκριση με τα ωστήρια κοντοί μοχλοί δημιουργούν μικρότερες ροπές αδράνειας κι εκτός αυτού μπορούν να πραγματοποιηθούν κατασκευές με μικρότερα σώματα, απ την πλευρά της βαλβίδας. Όσον αφορά την ακαμψία, τα ζύγωθρα με ρουλεμάν μειονεκτούν σε σχέση μ εκείνα τα ωστήρια. Movac δυνώθοων (πιανόλα) Ο άξονας ζυγώθρων (εικόνα Ε.14) τοποθετείται στο πάνω μέρος της κεφαλής κι έχει σαν σκοπό την στήριξη των ζυγώθρων (κοκοράκια) καθώς και την ευθυγράμμισή τους. Κατά την λειτουργία του καταπονείται σε κάμψη κι εφελκυσμό λόγω των αδρανειακών δυνάμεων που ασκούνται στον κορμό του. Εικόνα Ε.14 Άξονας ζυγώθρων. Βαλβίδεζ Οι βαλβίδες (εικόνα Ε.15) σαν ενιαία κομμάτια αποτελούνται από πολλά μέρη. Η μεγάλη διάμετρος της βαλβίδας καλείται κεφαλή. Η κωνική επιφάνεια, περιφερειακά της κεφαλής με την οποία εξασφαλίζεται στεγανή επαφή με την έδρα της, καλείται πρόσωπο. Η γωνία αυτής της κωνικότητας είναι 30 ή 45. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 20

23 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Όταν η βαλβίδα κάθεται στην έδρα της δεν πρέπει να επιτρέπεται τη ροή καυσίμου μίγματος ή καυσαερίων απ αυτή, κάτι που εξασ(ραλίζεται με την κατάλληλη λείανση της έδρας και της κωνικής επιφάνειας της βαλβίδας (πρόσωπο). Η επιφάνεια μεταξύ του δίσκου κεφαλής και της κωνικής επιφάνειας ονομάζεται χείλος. Το στέλεχος της βαλβίδας κινείται μέσα στον οδηγό ευθύγραμμα. Στην ουρά της βαλβίδας τοποθετούνται οι ασςκίλειες προκειμένου να κρατούν αυτή πάνω στο ελατήριο με κάποια προένταση. Επίσης είναι απαραίτητο το στεγανοποιητικό εξάρτημα (τσιμουχάκι) για να προληφθεί η διαρροή λαδιού απ την ουρά προς την κεφαλή. Εικόνα Ε.15 Βαλβίδες Ελατήρια Βαλβίδων Υπάρχουν δύο βασικές λειτουργίες των ελατηρίων (εικόνα Ε.15) των βαλβίδων: η πρώτη είναι ότι κλείνει η βαλβίδα στεγανά στην έδρα της και η δεύτερη είναι ότι παρέχεται η κατάλληλη προένταση (δύναμη) στη βαλβίδα, ώστε να μην ταλαντεύεται όταν ανοίγει. Το ελατήριο πρέττει να είναι ικανό ν αντέχει τις καταπονήσεις απ τις ταλαντώσεις, αλλά και τις θερμικές, απ τις υψηλές θερμοκρασίες του θαλάμου καύσεως. Εικόνα Ε.16 Ελατήρια βαλβίδων. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

24 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Είναι εξίσου ουσιώδες στην κινηματική αλυσίδα της βαλβίδας όσο και τα υπόλοιττα εξαρτήματα. Στους σύγχρονους πολύστροφους αλλά και υψηλής απόδοσης κινητήρες το ελατήριο είναι ένας σημαντικός παράγοντας για το αποτέλεσμα αυτό. Είναι επιφορτισμένο ν ανοίγει και να κλείνει τις βαλβίδες 50 φορές το δευτερόλετπο, όταν ο κινητήρας λειτουργεί στις 6000 στροφές. Μετά τη χρήση τους για ορισμένα χιλιόμετρα τα ελατήρια χάνουν την τάση τους, εξασθενίζουν, μαλακώνουν ή και σπάνε. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 22

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Το σύστημα χρονισμού που χρησιμοποιούταν μέχρι πριν 10 χρόνια στα οχήματα αποτελείται αναλυτικά απ τα παρακάτω εξαρτήματα; 1.1 Στροφαλοφόρος άξονας Λειτουργικότητα - Χρηστικότητα. Ο στροφαλοφόρος άξονας (εικόνα 1.1) είναι το σπουδαιότερο και δαπανηρότερο στοιχείο του κινητήρα. Η ονομασία του προέρχεται απ το γεγονός ότι ο εν λόγω άξονας φέρει έναν ή περισσότερους στρόφαλους σ' όλο το μήκος του. Μετατρέπει την κατά μήκος του στελέχους του διωστήρα περιφερειακή δύναμη, σε περιστροφική, αποδίδοντας τότε τη ροπή στρέψης του κινητήρα. Το μεγαλύτερο μέρος της ροπής αυτής μεταφέρεται μέσω του σφονδύλου (βολάν) και του συμπλέκτη στο κιβώτιο ταχυτήτων κι από εκεί, μέσω του κεντρικού άξονα μετάδοσης της κίνησης και του διαφορικού, στους τροχούς του αυτοκινήτου. Η υπόλοιπη ροπή χρησιμοποιείται για την κίνηση των βοηθητικών συστημάτων του κινητήρα (γεννήτρια, αντλίες νερού, λαδιού, καυσίμου και υγρού τιμονιού, εκκεντροφόρος άξονας και άξονας διανομέα, ανεμιστήρας ψυγείου, συμπιεστής κλιματισμού, μηχανικός υπερπληρωτής) και για την εκτέλεση των παθητικών χρόνων (εισαγωγή, συμπίεση, εξαγωγή). Εικόνα 1.1 Στροφαλοφόρος τετρακύλινδρου κινητήρα μ εμφανείς τις οττές λίπανσης. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 23

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Η πίεση που ασκείται στο έμβολο απ την καύση του μίγματος βενζίνηςαέρα το υποχρεώνει να κινηθεί προς το κάτω τμήμα του κυλίνδρου, συμπαρασύροντας στην κίνησή του αυτή και το διωστήρα (μπιέλα), που αρθρώνεται με το έμβολο στο άνω άκρο του. Το κάτω άκρο του διωστήρα συνδέεται έκκεντρα μ ένα στρόφαλο, έτσι ώστε ν ασκείται ροπή ικανή να περιστρέφει το στροφαλοφόρο άξονα (εικόνα 1.2). Εικόνα 1.2 Στροφαλοφόρος άξονας σε συναρμογή με τα πιστόνια Περιγραφή στροφαλοφόρου άξονα. Ο στροφαλοφόρος άξονας δεν είναι ένας ολόσωμος άξονας, αλλά διαμορφώνεται ειδικά μέσω των στροφάλων (παρειές). Οι στρόφαλοι συνδέονται ανά δύο στο κομβίο στροφάλου και ταυτόχρονα συνδέονται με τα κομβία (στραφείς) βάσης του στροφαλοφόρου άξονα. Με τον τρόπο αυτό, η κίνηση της κάτω κεφαλής (πόδι) του διωστήρα, που είναι ταυτόχρονα περιστροφική και παλινδρομική, μετατρέπεται σε περιστροφική κίνηση του άξονα. Ο άξονας όλων των κομβίων (στροφέων) βάσης ταυτίζεται μ αυτόν του στροφαλοφόρου άξονα. Οι άξονες όλων των κομβίων στροφάλου έχουν την ίδια απόσταση απ' το νοητό άξονα των κομβίων βάσης (στροφαλοφόρου). Η απόσταση αυτή καλείται ακτίνα στροφάλου. Τα κυριότερα επομένως μέρη του στροφαλοφόρου άξονα (εικόνα 1.3 κ 1.4) είναι τα κουβία B0anc. τα κουβια των διωστήοων και τ αντίβαρα. Τα κομβία βάσης στηρίζουν το στροφαλοφόρο και περιστρέφονται πάνω στα έδρανα βάσης, ενώ τα κομβία των διωστήρων είναι τα τμήματα εκείνα με τα οποία συνδέονται τα κάτω άκρα (κεφαλές) των διωστήρων. Στην αντίθετη πλευρά του κομβίου στροφάλου, διαμορφώνεται αντίβαρο. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 24

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ προκειμένου η συνολική μάζα του στροφαλοφόρου να κατανέμεται ομοιόμορφα γύρω απ' τον άξονά του. Η ακριβής στατική και δυναμική ζυγοστάθμιση του στροφαλοφόρου άξονα επιτυγχάνεται με αφαίρεση υλικού (οπές ή κοψίματα) απ τα αντίβαρα ή τους στροφάλους. Τ αντίβαρα ενώνουν τα κομβία βάσης με τα κομβία των διωστήρων και το σχήμα τους είναι τέτοιο, ώστε η κατάλληλα κατανεμημένη μάζα τους να ομαλοποιεί την περιστροφή του άξονα, εξισορροπώντας τις υπάρχουσες έκκεντρα τοποθετημένες μάζες. Εικόνα 1.3 Στροφαλοφόρος δικύλινδρου κινητήρα. Η λίπανση των κομβίων στροφάλου επιτυγχάνεται με κατάλληλα κανάλια διαμέσου των παρειών στροφάλου απ τα κομβία βάσης. Ένα απ αυτά έχει πλευρικά επίπεδες επιφάνειες για την αξονική σταθεροποίηση του στροφαλοφόρου (σταθερό έδρανο βάσης). Στην εμπρόσθια άκρη του στροφαλοφόρου (καθρέτπης) συναρμολογούνται ο οδοντωτός τροχός και η τροχαλία μετάδοσης της κίνησης στον ιμάντα χρονισμού και στον ιμάντα κίνησης των βοηθητικών συστημάτων του κινητήρα αντίστοιχα. Στο άλλο άκρο του στροφαλοφόρου στερεώνεται ο σφόνδυλος με το συμπλέκτη μετάδοσης της κίνησης προς το κιβώτιο ταχυτήτων. Εικόνα 1.4 Στροφαλοφόρος άξονας τετράχρονου κινητήρα, ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 25

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Η διάταξη των κομβίων στροφάλου καθορίζεται με βάση τη σειρά καύσης στους κυλίνδρους, ώστε να ελαχιστοποιούνται οι αδρανειακές δυνάμεις και ροπές από παλινδρομικές και περιστρεφόμενες μάζες και η ροπή του κινητήρα να προκύτπει όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφη στη διάρκεια κύκλου λειτουργίας, Η γωνία που σχηματίζουν μεταξύ τους δύο κομβία στροφάλου ή αντίστοιχοι στρόφαλοι που αντιστοιχούν σε διαδοχικούς κατά τη σειρά καύσης κυλίνδρους καλείται γωνία σφήνωσης των στροφάλων Δφ. Η γωνία αυτή ταυτίζεται με τη γωνία διαφοράς έναυσης από κύλινδρο σε κύλινδρο, η οποία προκύπτει απ τη διαίρεση της συνολικής γωνίας του κύκλου λειτουργίας του κινητήρα διά του αριθμού των κυλίνδρων. Συνεπώς, προκύπτει ότι; Δφ=720 /Ζ για 4-χ Δφ=360 /Ζ για 2-χ (Όπου Ζ είναι ο αριθμός των κυλίνδρων). Όπως έχει γίνει εμφανές, το σχήμα του στροφαλοφόρου παρουσιάζει ιδιαίτερη πολυπλοκότητα που αυξάνει, όσο αυξάνει κι ο αριθμός των κυλίνδρων του κινητήρα. Η πολυπλοκότητα αυτή δυσκολεύει σε σημαντικό βαθμό τη σχεδίαση και την κατασκευή του στροφαλοφόρου άξονα Καθορισμός σχήματος. Το σχήμα του στροφαλοφόρου άξονα καθορίζεται από: > Το πλήθος των κυλίνδρων > Το πλήθος των εδράνων της βάσης > Τη διάταξη των κυλίνδρων > Τη σειρά ανάφλεξης Για τετρακύλινδρο κινητήρα με διάταξη κυλίνδρων σε σειρά, όλα τα κομβία βρίσκονται σ ένα επίπεδο, σ εξακύλινδρο όμως, είναι μετατοπισμένα κατά 120 μεταξύ τους. Τα κομβία στους παράλληλους κυλίνδρους είναι πάντοτε της ίδιας φοράς. Ως παράλληλοι χαρακτηρίζονται εκείνοι οι κύλινδροι, των οποίων τα έμβολα παράγουν έργο με διαφορά 360 γωνίας στροφάλου. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 26

29 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Καταπονήσεις- Υλικά κατασκευής. Ο στροφαλοφόρος άξονας υφίσταται σύνθετη μηχανική καταπόνηση σε στρέψη και σε κάμψη. Ταυτόχρονα, καταπονείται από στρεπτικές ταλαντώσεις, κόπωση στις υψηλές στροφές λόγω της εναλλασσόμενης φόρτισής του και φθορά στις θέσεις έδρασης. Για τους παραπάνω λόγους, ο στροφαλοφόρος άξονας κατασκευάζεται από βελτιωμένο χάλυβα (36CrNiMo4) (εικόνα 1.5) ή χάλυβα εναζώτωσης (34CrAIMo5) μετά από ειδική χύτευση ή θερμηλασία. Κατασκευάζονται επίσης, κι από χυτοσίδερο με σφαιροειδή γραφίτη (GGG-70), που παρέχει καλή απόσβεση ταλαντώσεων. Μετά τη χύτευση ή τη θερμηλασία ακολουθεί ειδική κατεργασία που περιλαμβάνει τόρνευση των θέσεων των εδράνων, επικάλυψη των επιφανειών που δεν τρίβονται με στρώμα χαλκού, ενανθράκωση και τελική λείανση των θέσεων των εδράνων. Πολλοί κατασκευαστές κατασκευάζουν τους στροφαλοφόρους τους με φαιό χυτοσίδηρο. Αυτή η κατασκευή είναι αρκετά ισχυρή για τις περισσότερες εφαρμογές. Μερικές εφαρμογές κινητήρων απαιτούν επιπρόσθετη αντοχή απ αυτήν που παρέχει ο φαιός και ο σίδηρος. Σ αυτές τις περιτγτώσεις, χρησιμοποιούνται ειδικά κράματα χυτοσιδήρου που αναγνωρίζονται εύκολα απ τις γραμμές χύτευσης που υπάρχουν πάνω στο στροφαλοφόρο. Εικόνα 1.5 Στροφαλοφόρος άξονας από βελτιωμένο χάλυβα. Σ άλλες εφαρμογές όπως σε μερικούς κινητήρες που είναι εφοδιασμένοι με υπερσυμπιεστή, έχουν αυξημένη ποσότητα άνθρακα για ακόμα μεγαλύτερη αντοχή-σκληρότητα (περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,30-0,60 %). Σε υψηλής απόδοσης κινητήρες χρησιμοποιούνται ειδικά κράματα χάλυβα που περιέχουν χρώμιο και μολυβδαίνιο ( και μερικές φορές χρωμιομολυβδαινίου) και παρέχουν ακόμη επιπρόσθετη αύξηση της αντοχής. Αυτοί οι στροφαλοφόροι έχουν ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 27

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ μεγαλύτερο βάρος απ τους απλούς του χυτοσιδήρου. Για να τους ελαφρύνουν οι κατασκευαστές δημιουργούν κοιλότητες στα κομβία. Οι σφυρήλατοι στροφαλοφόροι που σχεδιάζονται για χρήση σε V-8 κινητήρες ή σ εξακύλινδρους σε σειρά, υπόκεινται σε ειδική κατεργασία, ενώ ακόμη το μέταλλο είναι θερμό κι αναγνωρίζονται εύκολα απ τις γραμμές χύτευσης. Πολλοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν ειδικές μεθόδους με τη χρήση υδρογόνου και αζώτου υπό πίεση σε ειδικούς θαλάμους, για τη σκλήρυνση των στροφέων και των κομβίων του στροφαλοφόρου. Με τη διοχέτευση ηλεκτρικού ρεύματος στο στροφαλοφόρο κάτω απ τις συνθήκες που περιγράφηκαν, αλλάζει η κρυσταλλική δομή του μετάλλου κι επιτρέπεται η διείσδυση των αερίων μέσα στη μάζα (επιφανειακά) του στροφαλοφόρου. Αποτέλεσμα αυτού είναι η εναζώτωση των σημείων τριβής και η σκλήρυνση αυτών Σφόνδυλος (βολάν). Στο ένα άκρο του στροφαλοφόρου άξονα, προς το κιβώτιο ταχυτήτων, συναντάμε τοποθετημένο στην προέκτασή του ένα βαρύ και άψογα ζυγοσταθμισμένο δίσκο που είναι γνωστός σαν σφόνδυλος (βολάν) (εικόνα 1.6). Πάνω στο σφόνδυλο είναι τοποθετημένη μια οδοντωτή στεφάνη με σφιχτή συναρμογή, ώστε αν πάθει βλάβη ν αντί κατασταθεί μόνο αυτή, αφαιρούμενη απ το βολάν. Τα υλικά κατασκευήζ που χρησιμοποιούνται είναι χυτοσίδηρος, χάλυβας, κράματα αλουμινίου με χάλυβα που φέρει θετικά ιόντα. Εικόνα 1.6 Σφόνδυλος (βολάν) με την οδοντωτή στεφάνη του. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 28

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Ο όρος σφόνδυλος (βολάν) χρησιμοποιείται συνήθως σε κινητήρες που είναι εφοδιασμένοι με χειροκίνητο κιβώτιο ταχυτήτων. Στην επκράνεια του σφονδύλου εφάπτεται ο συμπλέκτης που είναι σταθερά τοποθετημένος πάνω του. Στους κινητήρες που συνεργάζονται με αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων υπάρχει «εύκαμτπος» σφόνδυλος που συνεργάζεται με το μετατροπέα ροπής. Ο μετατροπέας ροπής είναι πλήρης υγρού μετάδοσης κίνησης (λάδι) και είναι βαρύς όσο ο σφόνδυλος και ο συμπλέκτης μαζί που χρησιμοποιούνται στα χειροκίνητα κιβώτια ταχυτήτων. Ο μετατροπέας ροπής κάνει την ίδια ακριβώς εργασία όπως και ο σφόνδυλος Λειτουργικότητα Σφονδύλου. Ο σφόνδυλος συμβάλει στη λειτουργία του κινητήρα με τους ακόλουθους τρόπους: Με τη υενάλη uaca του απορροφά wuc κοαδασυούς και tic ταλαντώσεκ του στοοφαλοφόοου. συυβάλλονταζ έτσι στην εξουάλυνση me λειτoυovίac και τη σταθεροποίηση του ουθυού περιστροφής του κινητήρα. Το βάρος του εξαρτάται απ το είδος του κινητήρα ( αριθμός κυλίνδρων και κυβισμός). Μεταφέρει την περιστροφική κίνηση του στοοφολοφόρου άί,ονα στο κιβώτιο ταχυτήτων υέσω του συυττλέκτη κι ενόο συστήυατοο αξόνων (εικόνα 1.7) υεταδίδονταο έτσι κινητική ενέργεια otouc τοογούο. Ο συυπλέκτηο (clutch) αποτελείται από δακτυλιοειδείς πλάκες (δίσκους). Η μια ονομάζεται δίσκοο ττίεσηο- πλατώ (pressure plate) κι είναι ενωμένη μ ελατήριο (plate spring). Σονδέεται με το σφόνδυλο (flywheel) και με το κέλυφος του συμπλέκτη (gear casing) μέσω ενός συστήματος μοχλού ταχυτήτων (clutch lever), υπομοχλίων (fulcrum) και ωστικού εδράνου (thrust bearing) κι ακολουθεί στην περιστροφή του το στροφαλοφόρο μέσω οδηγητήριου άξονα (drive shaft). Ανάμεσα στο πλατώ και το σφόνδυλο βρίσκεται ένας λεπτός δίσκος επικαλυμμένος με ειδικό υλικό, που αυξάνει την τριβή (θερμούϊτ-clutch lining) και ονομάζεται δίσκοο τριβήο του συυπλέκτη (clutch disc). Μεταδίδει την κίνηση στο κιβώτιο ταχυτήτων και είναι σφηνωμένος με τη δύναμη των ελατηρίων (ελικοειδή ή ελατηριωτό διάφραγμα-χτένι) στο σφόνδυλο και την πλάκα πίεσης. Έτσι, ώστε όταν ο σφόνδυλος περιστρέφεται είναι αναγκασμένος να τον ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 29

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ ακολουθήσει, οπότε με το πολύσφηνό του μεταδίδει την κίνηση στον πρωτεύοντα άξονα του κιβωτίου ταχυτήτων. Στη θέση αυτή ο συμπλέκτης είναι «συμπλεγμένος», δηλαδή είναι σε λειτουργία και μεταδίδει την κίνηση στο κιβώτιο ταχυτήτων. Εικόνα 1.7 Ανάλυση συστημάτων σφονδύλου. Η οδοντωτή στεφάνη σε συνεργασία υε τη uica εκκινούν τον κινητήρα. ώστε τα έμβολα να πάρουν την κατάλληλη θέση και να δημιουργηθούν οι κατάλληλες προϋποθέσεις για ν αρχίσει η διαδικασία έναυσης (εικόνα 1.8) του καυσίμου μίγματος, αρχίζοντας έτσι τη λειτουργία του τετράχρονου κινητήρα. Γυρίζοντας το διακόπτη έναυσης στην πρώτη σκάλα, ανάβουν οι ενδεικτικές λυχνίες της μπαταρίας και της πίεσης λαδιού στο ταμπλό του αυτοκινήτου. Η μπαταρία παρέχει ρεύμα στο πρωτεύον κύκλωμα, αλλά δεν υπάρχει πίεση στο λάδι του κινητήρα, επειδή δεν έχει εκκινήσει ακόμα. Το ρεύμα απ το θετικό πόλο της μπαταρίας, μέσω του διακόπτη και της ρυθμιστικής αντίστασης, διαρρέει το πρωτεύον πηνίο του πολλαπλασιαστή και καταλήγει στις πλατίνες. Όταν οι πλατίνες είναι κλειστές, το ρεύμα επιστρέφει, μέσω του σασί του αυτοκινήτου (γείωση), στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας, ενώ το πρωτεύον κύκλωμα κλείνει. Όταν οι πλατίνες είναι ανοιχτές, το πρωτεύον κύκλωμα παραμένει ανοιχτό. Γυρίζοντας το διακόπτη στη δεύτερη σκάλα, το ρεύμα απ την μπαταρία φθάνει στη μίζα που ενεργοποιείται. Ταυτόχρονα, τροφοδοτείται με ρεύμα το πρωτεύον πηνίο του πολλαπλασιαστή ως τις πλατίνες, μέσω της επαφής 16 μετά τη ρυθμιστική αντίσταση που βραχυκυκλώνεται, ώστε να μην προκύψει, ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 30

33 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ στην περίτπωση αυτή που θα ενεργοποιηθεί η μίζα, μεγαλύτερη πτώση τάσης και, συνεπώς, μικρότερη ένταση ρεύματος στο πρωτεύον κύκλωμα. Εικόνα 1.8 Λειτουργία του συμβατικού συστήματος έναυσης. Με την περιστροφή της μίζας (εικόνα 1.9), περιστρέφεται ο στροφαλοφόρος και ο εκκεντροφόρος άξονας του κινητήρα (εκκίνηση) και, συνεπώς, και ο άξονας του διανομέα. Στην περίπτωση που οι πλατίνες είναι ανοικτές, πρώτα κλείνουν και αμέσως μετά ανοίγουν, με την επενέργεια του στρεφόμενου έκκεντρου του άξονα του διανομέα. Στην περίπτωση που οι πλατίνες είναι κλειστές, ανοίγουν. Εικόνα 1.9 Μίζα βενζινοκινητήρα. Η uica (εικόνα 1.10) αποτελεί τον αντικαταστάτη της γνωστής μανιβέλας κι εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε μοντέλο της Cadillac. Πρόκειται για ένα σύστημα εκκίνησης των κινητήρων εσωτερικής καύσης που τοποθετούνται στα αυτοκίνητα, στις μοτοσικλέτες καθώς και σε διάφορα άλλα μηχανοκίνητα οχήματα. Η βασική λειτουργία της μίζας είναι η έναρξη της περιστροφής του ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 31

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ στρο(ραλοφόρου άξονα μέσω του σφονδύλου δίνοντας το έναυσμα για τις ττρώτες αναφλέξεις στους θαλάμους καύσης. Μια συνηθισμένη μίζα απαρτίζεται από έναν ηλεκτροκινητήρα συνεχούς ρεύματος ο οποίος ενεργοποιείται από ηλεκτρικό ρεύμα μεγάλης έντασης (έως και 400Α) που προέρχεται απ την μπαταρία του αυτοκινήτου. Εικόνα 1.10 Μίζα βενζινοκινητήρα σε τομή. Γυρνώντας ο οδηγός το κλειδί στη δεύτερη σκάλα του διακότπη με έμμεσο τρόπο ενεργοποιεί ένα διακότπη που τροφοδοτεί με ρεύμα τον ηλεκτροκινητήρα, ενώ ο ρότορας (εικόνα 1.11) του τελευταίου βρίσκεται συνδεδεμένος με την οδοντωτή στεφάνη του σφονδύλου μέσω ζεύγους γραναζιών. Λόγω φθοράς που προέρχεται απ την απότομη εμπλοκή των γραναζιών με την μίζα στα σύγχρονα αυτοκίνητα τοποθετείται ανάμεσα τους σύστημα πλανητικής μετάδοσης στο ρόλο ενός μικρού συμπλέκτη. ΤΈΡΜΑΤΚΟ ΕΣΩΤΕΡΜΙ ΠΛΕΥΡΑ ΡΟΥΛΕλΙΑΝ ΓΡΑΗΑΖ1Α20ΝΑ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑ ΗΛΕΚΤΡΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΜΟΥ Εικόνα 1.11 Συστήματα λειτουργίας της μίζας. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 32

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Ο πυκνωτής που συνδέεται ηλεκτρικά παράλληλα με τις πλατίνες φορτίζεται καθώς η αυτεπαγωγική τάση εφαρμόζεται στους πόλους του. Ο πυκνωτής φορτίζεται κατά το χρονικό διάστημα, κατά το οποίο η τάση που εφαρμόζεται στους πόλους του είναι μικρότερη από την αυτεπαγωγική τάση του πρωτεύοντος πηνίου. Ο σπινθήρας προκαλείται στις ακίδες του σπινθηριστή, πριν αρχίσει να εκφορτίζεται ο πυκνωτής. Όταν η τάση του πυκνωτή υπερβεί την τάση του πηνίου, ο πυκνωτής εκφορτίζεται στο πηνίο. Η ηλεκτρική ενέργεια που είχε αποθηκευτεί στον πυκνωτή μεταφέρεται ως μαγνητική ενέργεια στο πηνίο. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την ταχύτερη καταστροφή του μαγνητικού πεδίου και, συνεπώς, την αύξηση της υψηλής επαγωγικής τάσης και, άρα, ισχυρότερο σπινθήρα. Η εναλλαγή ενέργειας απ τον πυκνωτή στο πηνίο και αντίστροφα συνεχίζεται περιοδικά, όπως σε συντονισμένο κύκλωμα. Η ταλάντωση αυτή διαρκεί όσο και ο σπινθήρας. Όταν η ηλεκτρική ενέργεια μειωθεί, ώστε να διακοπεί ο σπινθήρας, η απομένουσα ενέργεια αποσβένεται, δημιουργώντας παλλόμενο ρεύμα, η ένταση του οποίου τελικά μηδενίζεται. Η εκφόρτιση, δηλαδή, του πυκνωτή ολοκληρώνεται, ενώ ακόμη οι πλατίνες είναι ανοικτές. Η τάση έναυσηζ εξαρτάται απ το σύνολο των πτώσεων τάσης στο δευτερεύον κύκλωμα ( ρυθμιστική αντίσταση- πρωτεύον και δευτερεύον πηνίο, κεντρικό καλώδιο πολλαπλασιαστή-διανομέα και μπουζοκαλώδια, αντιπαρασιτική αντίσταση στο κεντρικό πύργο του διανομέα, διάκενο ράουλουεπαφών των περιφερειακών πύργων του διανομέα) και βέβαια στο διάκενο των αναφλεκτήρων, όπου ανέρχεται στο 80 % της συνολικής πτώσης τάσης. Καθώς λοιπόν με το άνοιγμα των πλατινών η επαγωγική τάση αυξάνεται συνεχώς, ο σπινθήρας εμφανίζεται μόλις η επαγωγική τάση υπερβεί το σύνολο των αναφερθέντων πτώσεων τάσης. Μετά την εμφάνιση του σπινθήρα, αυτός μπορεί να διατηρηθεί με μία μικρότερη τάση μεταξύ 2 έως 3 KV, εφόσον πλέον το διάκενο των ακίδων του σπινθηριστή έχει καταστεί αγώγιμσ. Αυτή η τάση καλείται τάση καύση<:. Ο πολλαπλασιαστής δίνει το σύνολο της ενέργειάς του, μόνο όταν καταστήσουμε άπειρη την αντίσταση του δευτερεύοντος κυκλώματος ( βγάζουμε το κεντρικό καλώδιο πολλαπλασιαστή-διανομέα). Η τάση που δίνει τότε ο πολλαπλασιαστής πρέπει να είναι τουλάχιστον 5 KV (τάση ρεζερβέ) ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 33

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ μεγαλύτερη απ την απαιτούμενη τάση έναυσης. Η ένταση του επαγωγικού ρεύματος είναι λίγα nria. Στο σφόνδυλο αποθηκεύεται ενέονεια σ αυτόν κατά την εκτόνωση (ενεργητικός χρόνος) κι αποδίδεται στουζ υπόλοιπουο 3 (τταθητικοί χρόνοι). via τη συνέχιση της λειτουργίας του κινητήρα κατά τους νεκρούς γοόνους. Λόγω της μεγάλης μάζας του ο σφόνδυλος παρουσιάζει μεγάλη αδράνεια. Αυτό σημαίνει ότι η περιστροφική κίνηση που του μεταδίδει ο στροφαλοφόρος άξονας κατά τον τρίτο χρόνο (εκτόνωση), που είναι και ο μόνος ωφέλιμος χρόνος του τετράχρονου κινητήρα, συνεχίζεται και μετά τον τερματισμό της ώθησης που του δίνει ο στροφαλοφόρος άξονας. Εικόνα 1.12 Κινητήρας σε τομή. Έτσι, κατά τη συνεχιζόμενη λόγω αδράνειας της μάζας του κίνησης, αποδίδει την κινητική ενέργεια που έχει αποκτήσει κατά τον τρίτο χρόνο, στους υπόλοιπους χρόνους. Μ αυτόν τον τρόπο συνεχίζεται η λειτουργία του κινητήρα και στους τρείς χρόνους, οι οποίοι καταναλώνουν την αδρανειακή ενέργεια του σφονδύλου. Μετά το τέλος της συμπίεσης (δεύτερος χρόνος), κατά την εκτόνωση, ο στροφαλοφόρος άξονας ανανεώνει την κινητική ενέργεια που μεταδίδει στο σφόνδυλο κγ έτσι αυτός συνεχίζει να κινείται σ όλη τη διάρκεια της λειτουργίας του κινητήρα λόγω των αδρανειακών δυνάμεων (εικόνα 1.12). ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ Σφόνδυλος δύο μαζών. Στους εμβολοφόρους κινητήρες, λόγω της περιοδικής εμφάνισης των τεσσάρων χρόνων κσι της σειράς σνάφλεξης, σνστπύσσοντσι ατροφικές τσλσντώσεις στο στροφσλοφόρο άξονσ. Οι τσλσντώσεις συτές, στην περίπτωση σφονδύλου μιας μάζας, εμφανίζουν σχεδόν ίσα πλάτη και συχνότητες με τις ταλαντώσεις που αναπτύσσονται στην είσοδο του κιβωτίου ταχυτήτων (εικόνα 1.13). Αυτό, σε περίτπωση συντονισμού των στροφών, προκαλεί θορύβους στο κιβώτιο ταχυτήτων και στο αμάξωμα. Πρέπει, δηλαδή, ν απομονωθούν οι ταλαντώσεις του συμβατικού συστήματος διωστήρα-στροφάλου- σφονδύλουσυμπλέκτη, πράγμα που επιτυγχάνεται με τη διαίρεση αυτής της συμβατικής μάζας στην πρωτεύουσα uaca (διωστήρας - στρόφαλος - πρωτεύον σφόνδυλος) και στη δευτεοεύουσα υάζα (δευτερεύον σφόνδυλος - συμπλέκτης) μέσω του αποσβεστήρα ατροφικών ταλαντώσεων. Εικόνα 1.13 Γραμμές ταλαντώσεων για συμβατική μάζα σφονδύλου. Με το σύστημα αυτό του σφονδύλου δύο μαζών (εικόνα 1.14) αυξάνεται σημαντικά η ροπή αδράνειας της μάζας των στρεφόμενων μερών του κιβωτίου ταχυτήτων, επειδή τώρα στη μάζα αυτή προστίθεται και η σχετικά σημαντική μάζα του δευτερεύοντα σφονδύλου και του συμπλέκτη, για τον οποίο τώρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας απλός δίσκος, χωρίς απόσβεση στροφικών ταλαντώσεων. Στην περίτπωση αυτή, η περιοχή συντονισμού μετατοπίζεται κάτω από τις στροφές του ρελαντί, δηλαδή έξω από την περιοχή λειτουργίας του κινητήρα. I' Εικόνα 1.14 Γραμμές ταλαντώσεων ενός σφονδύλου δύο μαζών. ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ 1.2 Σύστημα μετάδοσης κίνησης Ιμάντας Γενικά. Είναι μία «ζ ώ ν η» που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση δύο ή και περισσοτέρων εκ περιτροπής αξόνων, μηχανικά. Η χρήση τους στη μετάδοση κίνησης είναι να διαβιβάσει τη δύναμη αποτελεσματικά ή να παρακολουθεί nj σχετική κίνηση του στοοφαλοφόοου και εκκεντοοφόοου ά^ονα. Οι ιμάντες τοποθετούνται πάνω σε τροχαλίες (εικόνα 1.15). Σ ένα σύστημα με τροχαλία, ο ιμάντας είτε μπορεί να οδηγήσει τις τροχαλίες προς την ίδια κατεύθυνση είτε να χρησιμοποιηθεί έτσι ώστε η κατεύθυνση των αξόνων των τροχαλιών να είναι απέναντι. Σαν πηγή κίνησης ο ιμάντας χρησιμοποιείται σαν μεταφορική ταινία και χρησιμεύει για τη συνεχόμενη μεταφορά φορτίων μεταξύ δύο σημείων. Αποτελεί τη σχετικά φτηνότερη λύση στη μετάδοση κίνησης και δεν απαιτεί αξονικά ευθυγραμμισμένους άξονες. Βοηθά την προστασία του μηχανήματος από υπερφόρτωση, καθώς επίσης απομονώνει το θόρυβο και τους κραδασμούς. Οι ιμάντες δεν χρειάζονται λίπανση κι απαιτούν ελάχιστη συντήρηση. Έχουν υψηλή απόδοση ( % συνήθως ), υψηλή ανοχή στη μετατόπιση και το κόστος τους είναι σχετικά χαμηλό, ειδικά όταν οι άξονες είναι πολύ μακριά. Εικόνα 1.15 Σύστημα μετάδοσης κίνησης με ιμάντα. Ο λόγος γωνιακής ταχύτητας δεν μπορεί να είναι σταθερός ή ίσος μ εκείνον των διαμέτρων της τροχαλίας, λόγω των κλήσεων και του τεντώματος ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 36

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ που υφίσταται στην τοποθέτησή του. Οι θερμοκρασίες λειτουργίας τους κυμαίνονται από -35 C έως 85 C. Ρύθμιση της απόστασης κέντρου ή προσθήκη μιας τροχαλίας τεμπέλη είναι ζωτικής σημασίας για την αποφυγή ζημιών και του κινδύνου να τεντώσει ο ιμάντας. Αναφορικά με τη διατομή των ιμάντων, η οποία παίζει καθοριστικό ρόλο στον τρόπο οδήγησης κι εμπλοκής τους (πολύ σημαντική παράμετρος για την τεχνολογία των ιμάντων), δύο είναι οι βασικές κατηγορίες τους, οι επίπεδοι και οι τραπεζοειδείς Διατομή ιμάντων. Οι ιμάντες κατατάσσονται σε κατηγορίες με κύριο κριτήριο τη μορφή της διατομής τους (εικόνα 1.16), όπως παρακάτω Επίπεδοι luavrec Η διατομή τους είναι ορθογωνική κι εργάζονται σε τροχαλίες με απλή κυλινδρική επιφάνεια, η οποία μπορεί να είναι και ελαφρά κυρτή για ασφαλή πρόσφυση. Αυτό συμβαίνει, γιατί ο ιμάντας έλκεται προς τα σημεία που υπάρχει η μεγαλύτερη τάνυση, δηλαδή προς το μέσο της στεφάνης. Η κύρτωση αυτή δεν υπάρχει, όταν ο ιμάντας πρέπει να μετατοπίζεται πάνω στην κινούμενη και να περνά σε μια ελεύθερη τροχαλία για αποσύμπλεξη, χωρίς σταμάτημα της κινητήριας. Ο τύπος αυτός έχει σε μεγάλο βαθμό εκτοπιστεί από τους τραπεζοειδείς ιμάντες που παρουσιάζουν πλεονεκτήματα στην πρόσφυση ακόμα και με μικρή τάνυση. Κυκλικοί iu0vt C Η διατομή τους είναι κυκλική κι εργάζονται σε τροχαλίες που έχουν περιφερειακά αντίστοιχα αυλάκια. Χρησιμοποιούνται σε λίγες περιπτώσεις. Τοαπεδοειδεκ ιυάντες Οι ιμάντες αυτοί είναι σήμερα οι πιο διαδεδομένοι. Η διατομή τους είναι τραπεζοειδής. Στο πάνω μέρος της διατομής τους, μέσα απ την επένδυση, έχουν χορδές για την παραλαβή των εφελκυστικών φορτίων. Διακρίνονται στους κανονικούς και στους στενούς ιμάντες. Συνήθως χρησιμοποιούνται ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 37

40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΣΥΜΒΑΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥ πολλοί παράλληλοι κλάδοι και οι τροχαλίες έχουν αντίστοιχης μορφής ισάρυθμα αυλάκια στην περιφερειακή τους στεφάνη. Οι κλάδοι μπορεί να είναι ανεξάρτητοι ή να συνδέονται στο πάνω μέρος τους αποτελώντας έναν "πολύκλαδο" ιμάντα. Σε περιπτώσεις συχνής μεταβολής των στροφών, συνήθως χρησιμοποιούνται τραπεζοειδείς μεγάλου πλάτους μ εσωτερική οδόντωση. Η οδόντωση αυτή είναι απαραίτητη στις περιπτώσεις που η ολίσθηση είναι εντελώς ανεπιθύμητη (απαίτηση ακρίβειας κατά τη μετάδοση - ιμάντες χρονισμού) και οπωσδήποτε βελτιώνει την ευκαμψία του ιμάντα. Εικόνα 1.16 Τύποι ιμάντων 1) επίπεδος, 2) κυκλικός, 3) κοινός τραπεζοειδής, 4,5,5,6) ενισχυμένοι τραπεζοειδείς, 7,8) στενοί ενισχυμένοι τραπεζοειδείς, 10,11,12) ιμάντες χρονισμού με οδόντωση Τάνυση των ιμάντων. Στα συστήματα μετάδοσης κίνησης και μεταφοράς φορτίων με ιμάντες η πλευρά έλκοντος κλάδου του ιμάντα μεταξύ των δύο τροχαλιών καλείται ιμάντας φορτίου ενώ η πλευρά ελκομένου κλάδου του ιμάντα καλείται ελεύθερος ιμάντας. Για να επιτευχθεί η απαιτούμενη τάνυση του ιμάντα αξιοποιούνται: ΚΟΤΣΙΛΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Σελίδα 38