ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 6

Transcript

1 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΚΑΙ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΜΒΟΛΟΦΟΡΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 6 Χρονισμός Εμβολοφόρων Κινητήρων

2 ΑΣΚΗΣΗ 6: ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ, ΒΑΛΒΙΔΕΣ, ΕΚΚΕΝΤΡΟΦΟΡΟΣ ΑΞΟΝΑΣ Σκοπός της Άσκησης: Το να μάθει ο σπουδαστής το σκοπό του χρονισμού καθώς και το ρόλο των βαλβίδων και του εκκεντροφόρου άξονα Εμβολοφόρων Κινητήρων. Θεωρητικό μέρος 1.1 Χρονισμός Το σύστημα χρονισμού του κινητήρα ελέγχει την χρονική στιγμή και την διάρκεια της αναρρόφησης μίγματος καυσίμου αέρα, καθώς επίσης και την χρονική στιγμή και διάρκεια της εξαγωγής των καυσαερίων. Στις κυλινδροκεφαλές από κράματα αλουμινίου, για αύξηση της αντοχής της έδρας, χρησιμοποιούνται ειδικοί δακτύλιοι εδρών από κράμα χαλκού κασσίτερου. Οι δακτύλιοι πρέπει να είναι ανθεκτικοί στη θερμότητα, στην φθορά και να μην καίγονται. Η τοποθέτηση γίνεται με σφικτή συναρμογή. Οι έδρες των βαλβίδων στην κυλινδροκεφαλή έχουν την ίδια γωνία κώνου με αυτήν του δίσκου της βαλβίδας, συνήθως 45 ο. Είναι σημαντικό να πούμε ότι οι χρονικές στιγμές δίνονται ως σημεία ανοίγματος και κλεισίματος των βαλβίδων σε μοίρες της γωνίας του στροφαλοφόρου άξονα π.χ. η βαλβίδα εισαγωγής ανοίγει 20 ο προ του Α.Ν.Σ. Το σύστημα αυτό παίρνει κίνηση απ τον στροφαλοφόρο άξονα μέσω καδένας ή οδοντοτού ιμάντα. Στους πετρελαιοκινητήρες αυτή η μετάδοση κίνησης μπορεί να επιτυγχάνεται με την απευθείας σύνδεση των οδοντοτρο-χών του στροφάλου και του εκκεντροφό-ρου. Τα έκκεντρα του εκκεντροφόρου άξονα ανοίγουν τις βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής, με την βοήθεια άλλων εξαρτη-μάτων π.χ. ωστηρίων, ωστικών ράβδων κ.ο.κ. Οι βαλβίδες κλείνουν ωθούμενες απ την δύναμη των ελατηρίων τους. 1.2 Είδη διάταξης βαλβίδων Ανάλογα με την διάταξη των βαλβίδων και την τοποθέτηση του εκκεντροφόρου διακρίνουμε : - Κινητήρες ελεγχόμενοι από κάτω : Σ αυτούς του κινητήρες, η κίνηση των βαλβίδων για το κλείσιμό τους, είναι ομόρροπα με την κίνηση του εμβόλου προς το Κ.Ν.Σ.

3 Σχήμα 1: Διάταξη βαλβίδων ελεγχόμενη από κάτω Σ αυτούς τους κινητήρες, οι βαλβίδες βρίσκονται στο σώμα του κινητήρα και παίρνουν κίνηση απ τον εκκεντροφόρο άξονα μέσω των κυπελοειδών ωστηρίων. Η περιστροφική κίνηση του εκκέντρου μετατρέπεται σε ευθύγραμμη παλινδρομική του ωστηρίου και αυτό με την σειρά του ανοίγει την βαλβίδα. Η βαλβίδα κλείνει ωθούμενη από την δύναμη του ελατηρίου. Στους κινητήρες αυτούς, ο χώρος συμπίεσης έχει ακατάλληλη μορφή και γι αυτόν τον λόγο δεν κατασκευάζονται πλέον. Ένα άλλο είδος κινητήρα ελεγχόμενος από κάτω είναι αυτός που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Σχήμα 2: Διάταξη βαλβίδων ελεγχόμενη από επάνω Εδώ ο εκκεντροφόρος βρίσκεται στο σώμα τοι κινητήρα και παίρνει κίνηση από τον στροφαλοφόρο μέσω αλυσίδας ή με απευθείας σύνδεση των οδοντοτροχών του στροφάλου και του εκκεντροφόρου.οι κινητήρες αυτοί έχουν κρεμαστές βαλβίδες στην κεφαλή (OHV = overhead valves). Η περιστροφική κίνηση των εκκέντρων, μετατρέπεται σε ευθύγραμμη παλινδρομική του ωστηρίου και της ωστικής ράβδου και αυτή σε πειστροφική στο ζύγωθρο. Το ζύγωθρο με την σειρά του εξαναγκάζει την βαλβίδα να ανοίξει και έτσι να επιτευχθούν οι χρόνοι αναρρόφησης ή εξαγωγής, ανάλογα με το τι είναι η κάθε βαλβίδα.

4 - Κινητήρες ελεγχόμενοι από πάνω : Σ αυτούς τους κινητήρες, η κίνηση για το κλείσιμο των βαλβίδων είναι ομόρροπη με την κίνηση του εμβόλου προς το Α.Ν.Σ. Οι κινητήρες αυτοί έχουν κρεμαστές βαλβίδες και ο εκκεντροφόρος βρίσκεται είτε στην κυλινδροκεφαλή, είτε επάνω απ αυτή. Κινητήρας με κρεμαστές βαλβίδες και έναν εκκεντροφόρο στην κυλινδροκεφαλή (ΟΗC = overhead camshaft ) Σχήμα 3: Διάταξη βαλβίδων με έναν εκκεντροφόρο στην κυλινδροκεφαλή (OHC) Εδώ ο εκκεντροφόρος βρίσκεται επάνω στην κυλινδροκεφαλή και παίρνει κίνηση απ τον στροφαλοφόρο μέσω ιμάντα ή αλυσίδας. Η περιστροφική κίνηση του εκκέντρου μεταδίδεται στο ζύγωθρο, και αυτό με την σειρά του ανοίγει την βαλβίδα. Η βαλβίδα κλείνει ωθούμενη απ την δύναμη των ελατηρίων. Κινητήρας με κρεμαστές βαλβίδες και δύο εκκεντροφόρους στην κυλινδροκεφαλή (DOHC = double overhead camshaft ) Σχήμα 4: Διάταξη βαλβίδων με δύο εκκεντροφόρους στην κυλινδροκεφαλή (DOHC)

5 Εδώ είναι εγκατεστημένοι δύο εκκεντροφόροι επάνω στην κυλινδροκεφαλή. Αυτοί παίρνουν κίνηση από τον στροφαλοφόρο μέσω ιμάντα ή αλυσίδας (καδένας). Ο ένας εκκεντροφόρος έχει σαν απόστολή να ανοίγει τις βαλβίδες εισαγωγής και ο άλλος τις βαλβίδες εξαγωγής. Η περιστροφική κίνηση του εκκέντρου μετατρέπεται σε ευθύγραμμη παλινδρο-μική του κυπελλοειδούς ωστηρίου, και αυτό με τη σειρά του ωθεί την βαλβίδα προς τα κάτω. Κινητήρας με κρεμαστές βαλβίδες και εκκεντροφόρο μέσα στην κυλινδροκεφαλή (CIH = camshaft in head) Σχήμα 5: Διάταξη βαλβίδων με εκκεντροφόρο μέσα στη κυλινδροκεφαλή (CΗΙ) Εδώ ο εκκεντροφόρος είναι εγκατεστημένος μέσα στην κυλινδροκεφαλή. Η περιστροφική κίνηση του εκκέντρου μετα-τρέπεται σε ευθύγραμμη παλινδρομική του ωστηρίου και αυτή σε περιστροφική του ζυγώθρου. Το ζύγωθρο ανοίγει την βαλβίδα και αυτή κλείνει ωθούμενη από την δύναμη του ελατηρίου. Κάθε κύλινδρος ενός κινητήρα πρέπει να έχει τουλάχιστον μία βαλβίδα εισαγωγής και μία βαλβίδα εξαγωγής. Σ αυτήν την περίπτωση η διάμετρος του δίσκου της βαλβίδας εισαγωγής είναι μεγαλύτερη απ την διάμετρο του δίσκου της βαλβίδας. Αυτό συμβάινει διότι θέλουμε να εισάγουμε στον κύλινδρο όσον το περισσότερο μίγμα. Αυτό θα το επιτύχουμε, μόνο αν η δίοδος που αποκαλύπτει η βαλβίδα εισαγωγής πα-ρουσιάζει μικρότερες δυνατές αντιστάσεις. Απ την άλλη, η διάμετρος της διόδου της βαλβίδας εξαγωγής μπορεί να είναι μικρότερη (απ αυτήν της εισαγωγής), για το λόγο ότι καθώς ανέρχεται το έμβολο κατά τον 4 ο χρόνο, σπρώχνει τα καυσα-έρια έξω απ τον κύλινδρο (εξαναγκασμός) και έτσι η διάμετρος του δίσκου της, έρχεται σε δεύτερη μοίρα. Οι κινητήρες υψηλής απόδοσης, μπορούν να έχουν δύο βαλβίδες εισαγωγής και μία ή δύο βαλβίδες εξαγωγής σε κάθε κύλινδρο. Στην περίπτωση της μίας βαλβίδας εξαγωγής, η διάμετρος του δίσκου αυτής είναι μεγαλύτερη απ την διάμετρο του δίσκου της βαλβίδας εισαγωγής (σχήμα 6).

6 Σχήμα 6: Διαμόρφωση κυλινδοκεφαλής με δύο βαλβίδες εισαγωγής και μία βαλβίδα εξαγωγής Επίσης υπάρχουν και κινητήρες με τρείς βαλβίδες εισαγωγής και δύο εξαγωγής, σε κάθε κύλινδρο όπως φαίνεται στο σχήμα 7. Σ αυτήν την περίπτωση, η τρίτη βαλβίδα εισαγωγής χρησιμοποιείται για την επιστροφή ενός ποσοστού καυσαερίων μέσα στον κύλινδρο. Σχήμα 7: Διαμόρφωση κυλινδοκεφαλής με τρεις βαλβίδες εισαγωγής και δύο βαλβίδες εξαγωγής 3 Δομή βαλβίδων Μια βαλβίδα αποτελείται απ το στέλεχος (ή σώμα) της βαλβίδας και από τον δίσκο της με την κωνική έδρα. Η κωνική έδρα έχει συνήθως μια γωνία 45 ο ή 30 ο. Για τον λόγο ότι αυτή η έδρα με το αντίστοιχο δακτύλιο στην καφαλή πρέπει να κλείνει αεροστεγώς, υφίσταται κατερ-γασία λεπτής τόρνευσης. Στο άνω άκρο του στελέχους της βαλβίδας, υπάρχει ένα αυλάκι (ή και περισσότερα), στο οποίο στηρίζονται οι κωνικές σφήνες των βαλβίδων. Αυτές οι κωνικές σφήνες πιέζονται στο αυλάκι απ τους κωνικούς δίσκους έδρα-σης των ελατηρίων των βαλβίδων.

7 Σχήμα 8: Ονοματολογία βαλβίδας Οι βαλβίδες εισαγωγής κατασκευάζονται από χρωμοπυριτιούχους χάλυβες και για την ελάττωση της φθοράς, βάφονται στην έδρα και στο αυλάκι για τις κωνικές σφήνες. Οι βαλβίδες εξαγωγής για το λόγο ότι υφίστανται υψηλή θερμική καταπόνηση, είναι κατασκευή δύο μετάλλων. Το κάτω μέρος του στελέχους και ο δίσκος της βαλβίδας κατασκευάζονται από χάλυβα ο οποίος είναι ιδιαίτερα ανθεκτικός στις υψηλές θερμοκρασίες. Ενώ το πάνω μέρος του στελέχους κατασκευάζεται από χρωμοπυριτιούχο χάλυβα, ο οποίος βάφεται. Αυτός ο χάλυβας παρουσιάζει πολύ καλή θερμοαγωγιμότητα. Τα δύο μέρη συγκολλούνται μεταξύ τους μετωπικά, με συγκόληση τριβής. 4 Ελατήρια βαλβίδων Το σύστημα των βαλβίδων ενός 4-χρονου κινητήρα, είναι γνωστό. Το στέλεχος της βαλβίδας ολισθαίνει αξονικά μέσα σ έναν οδηγό, ακολουθώντας, με απόλυτη ακρίβεια, την μορφή του εκκέντρου του εκκεντροφόρου άξονα. Έχουμε αναφέρει ότι το έκκεντρο είναι επιφορτισμένο στο να εκβιάζει μόνο το άνοιγμα της βαλβίδας. Το κλείσιμο της είναι υπόθεση του ελατηρίου της βαλβίδας, το οποίο, με την δύναμη που της ασκεί, την εξαναγκάζει να ακολουθεί την διαμόρφωση του εκκέντρου, ανεξάρτητα το πόσο γρήγορα κινείται αυτό. Απ την αρχική κιόλας φάση της διαδικασίας του κλεισίματος, η βαλβίδα πιεζόμενη απ το ελατήριό της, βρίσκεται σε κατάσταση συνεχούς επιτάχυνσης έτσι ώστε, απ την αρχική ακινησία στην οποία βρίσκεται (όταν έχει φτάσει στο μέγιστο βυθισμά της), να μπορέσει να ακολουθήσει την περιστρεφόμενη κατάνομή κλεισίματος του εκκέντρου. Η επιτάχυνση (α) είναι αυθέως ανάλογη της δύναμης (F) που ακείται στην βαλβίδα απ το ελατήριο και αντιστρόφως ανάλο-γη της μάζας της (α = F / m ). Επίσης, η δύναμη που ακεί το ελατήριο, είναι ανά-λογη της σταθεράς (Κ) του ελατηρίου και της συμπίεσής του (Δx), την συγκεκριμένη στιγμή (F = Κ*Δx). Η επιλογή σταθεράς του ελατηρίου είναι μια αρκετά πολύπλοκη ιστορία καθώς δεν μπορεί να είναι χαμηλότερη από ένα όριο, πέρα απ το οποίο ο συνδυασμός της σταθεράς αυτής με την μάζα της συγκεκριμένης βαλβίδας θα οδηγήσει την βαλβίδα σε ταλάντωση, άρα και διακοπή της σχέσης της με την κατανομή του εκκέντρου. Για τον λόγο ότι επιθυμούμε αυτός ο συντονισμός να είναι αρκετά εκτός των συνθηκών λειτουργίας του κινητήρα (ώστε να αποφύγουμε τις αναπηδήσεις της βαλβίδας), ορίζουμε το ανώτατο όριο στροφών στο οποίο θα περιστρέφεται ο κινητήρας (π.χ rpm) και με βάση αυτό, υπολογίζουμε το σύστημα βαλβίδα ελατήριο να έχει ιδιοσυχνότητα συντονισμού απ τις 10,000 rpm και πάνω (ώστε να υπάρχει ένα περιθώριο ασφαλείας). Έτσι κατά την λειτουργία του κινητήρα, είμαστε σίγουροι ότι η βαλβίδα ακολουθεί την κατανομή του

8 εκκέντρου. Εάν τώρα, επιδιώκεται την αποφυγή φαινομένων συντονισμού σε ακόμη υψηλότερο αριθμό στροφών, αυτό μπορεί να επιτευχθεί είτε ελαττώνοντας την μάζα της βαλβίδας, είτε αυξάνοντας την σταθερά του ελατηρίου. Στην βαλβίδα όμως, υπάρχει ένα όριο μείωσης του βάρους της, το οποίο δεν μπορούμε να υπερβούμε χωρίς να επηρεαστεί σοβαρά η αντοχή της. Επομένως πολύ πιο εύκολο είναι να αυξήσουμε την σταθερά του ελατηρίου, με το τίμημα κάποιες αυξημένες τριβές. Το πλεονέκτημα είναι ότι η αύξηση της σκληρότητας του ελατηρίου δεν αυξάνει, σε ανάλογο βαθμό (αλλά στο τετράγωνο), το όριο περιστροφής στο οποίο θα εμφανιστεί ιδιοσυντονισμός. Έτσι χρειάζεται ένα ελάχιστα σκληρότερο ελατήριο για μια μεγάλη σύξηση του ρυθμού περιστροφής. Το ότι η σταθερά του ελατηρίου που έχουμε επιλέξει είναι επαρκής για την αποφυγή φαινομένων ιδιοσυντονισμού, δεν σημαίνει ότι έχουμε διασφαλίσει απολύτως και την στενή επαφή ανάμεσα στην βαλβίδα και το έκκεντρο, στην φάση του κλεισίματος (της βαλβίδας). Το ελατήριο πρέπει να ακεί συνεχώς μια μεταβαλλόμενη επιτάχυνση (άρα και δύναμη) στην βαλβίδα, ώστε αυτή να βρίσκεται σε συνεχή επαφή με το έκκεντρο. Καθώς η δύναμη αυτή είναι ανάλογη της συμπίεσης του ελατηρίου, επόμενο είναι το μέγεθός της να εμφανίζεται μειωμένο όταν η βαλβίδα έχει σχεδόν επιστρέψει στην έδρα της. Στην περίπτωση αυτή, δεν αποκλείεται παρουσιάσει υστέριση η κίνηση της βαλβίδας από τη κίνηση του έκκεντρου και αντί να κλείσει ομαλά, ακολουθώντας την κατανομή του, να προσκρούσει πάνω στην έδρα, με αποτέλεσμα την φθορά και των δύο. Σ αυτό το σημείο αναλαμβάνει ρόλο η προφόρτιση του ελατηρίου. Ο ρόλος της προφόρτισης του ελατηρίου, είναι να διαφοροποιεί (το ελατήριο) τη δύναμη που ασκεί στην βαλβίδα, ανάλογα με την θέση αυτής. Η προφόρτιση πρέπει να είναι όση και η επιτάχυνση που θα απαιτηθεί να έχει η βαλβίδα ώστε να ακολουθήσει την κατανομή του εκκέντρου, κατά την φάση της ολοκλήρωσης του κλεισίματός της. Η προφόρτιση πρέπει να γίνεται στις μέγιστες επιτρεπτές όταν δηλαδή ο κινητήρας περιστρέφεται στο ρυθμό εκείνο στον οποίο έχει ρυθμιστεί να επεμβαίνει ο κόφτης. Όταν επιλέγονται ελατήρια με κριτήριο την αποφυγή ιδιοσυντονισμού στις στροφές του κόφτη, αυτό σημαίνει ότι σ όλο το υπόλοιπο φάσμα στροφών τα ελατήρια είναι σκληρότερα από ότι πραγματικά χρειάζεται. Το ίδιο συμβαίνει και με την προφόρτιση. Απ την στιγμή που αυτή έχει επιλεγεί έτσι ώστε να διασφαλίζει την επαφή βαλβίδας εκκέντρου, στο όριο περιστροφής, αυτό σημαίνει ότι σ όλες τις υπόλοιπες περιπτώσεις αυτή (η προφόρτιση) είναι μεγαλύτερη από την αναγκαία και μάλιστα τόσο περισσότερο, όσο λιγότερες είναι οι στροφές. Τα ελατήρια των βαλβίδων είναι σκληρά. Άρα απαιτούν μεγάλα ποσά ενέργειας για να συμπιεστούν. Η ενέργεια αυτή είναι ανάλογη του μεγέθους συμπίεσης, της σταθεράς του ελατηρίου, της προφόρτισης και του εριθμού επαναληπτικών συμπιέσεων στην μονάδα του χρόνου. Δηλαδή σπαταλάται περισσότερη ενέργεια απ ότι θα έπρεπε να σπαταληθεί για να ανοίξουν οι βαλβίδες στις χαμηλές στροφές περιστροφής. 5 Ωστικές ράβδοι Οι κινητήρες που φέρουν τον εκκεντροφόρο στον κορμό τους, έχουν και κατάλληλες θέσεις για τις ωστικές ράβδους. Τοποθετούνται μέσα σε οδηγούς (οπές) στον κορμό και πάνω από αυτές τοποθετούνται τα ζύγωθρα. Κάτω από αυτές βρίσκονται τα ωστήρια, τα οποία έχουν άμεση επαφή με την επιφάνεια του εκκέντρου. Πρέπει να αναφερθεί ότι το φορτίο των ωστικών ράβδων είναι δυναμικό, αφού κάποιες στιγμές είναι φορτισμένες και κάποιες άλλες όχι. Οι κοίλες ωστικές ράβδοι είναι αυτές που χρησιμοποιούνται επι το πλείστον επειδή παρουσιάζουν μικρότερη μάζα απ τις συμπαγείς ωστικές ράβδους. Μια συνήθης κοίλη ωστική ράβδος έχει σχήμα κυλινδρικό, με σφαιρικά συμπαγή άκρα. Τα σφαιρικά αυτά άκρα χρησιμοποιούνται σαν εδράσεις της ράβδου στο ωστήριο και στο ζύγωθρο. Γενικά οι ωστικές ράβδοι κατασκευά-ζονται από χαλυβοκράματα και τα άκρα τους υπόκεινται σε σκλήρυνση για να ανταπεξέρχονται στις φθορές. Ο έλεγχος της ωστικής ράβδου θα πρέπει να περιλαμβάνει έλεγχο για λυγισμο και επιθεώρηση για ρωγμές. Οι

9 οδηγοί, μέσα στους οποίους κινούνται γραμμικά, θα πρέπει να ελέγχονται και να μετρώνται με τηλεσκοπικό όργανο και μικρόμετρο. 6 Ζύγωθρα (κοκοράκια) Τα ζύγωθρα μπορεί να χρησιμο-ποιούνται είτε όταν ο εκκεντροφόρος βρίσκεται στο μπλοκ του κινητήρα, είτε είναι επικεφαλής. Ρόλος τους είναι να μεταφέρουν την κίνηση του εκκεντροφόρου στις βαλβίδες. Ο άξονας πάνω στον οποίο βρίσκονται τα ζύγωθρα αναφέρεται σαν πιανόλα. Η λίπανση τους γίνεται με το λιπαντικό του κινητήρα, όπου με την βοήθεια της αντλίας φτάνει μέχρι την κεφαλή, όπου βρίσκεται η πιανόλα. Πολύ σημαντικό είναι να ελέγχεται το διάκενο («τζόγος») των ζυγώθρων, στην έδρασή τους στην πιανόλα. Επίσης πρέπει να ελέγχεται και η πιανόλα για λυγισμό ή και φθορά στο πρόσωπα των εδράνων των ζυγώθρων. 7 Ωστήρια Το ωστήριο είναι γενικά ένα εξάρτημα που παρεμβάλλεται μεταξύ του εκκέντρου και της ωστικής ράβδου (αν ο εκκεντροφόρος βρίσκεται στο σώμα του κινητήρα). Στην περίπτωση που ο εκκεντροφόρος είναι επικεφαλής τότε το ωστήριο αποτε-λεί σημείο επαφής μεταξύ του εκκέντρου και της βαλβίδας. Επίσης στην περίπτωση που ο εκκεντροφόρος βρίσκεται μέσα στην κυλινδρο-κεφαλή, το ωστήριο παρεμβάλλεται μεταξύ εκκέντρου και ζυγώθρου. Τα ωστήρια αυτά αποτελούνται από έναν μικρό τροχίσκο και έναν πίρο. Οι τριβές μειώνονται σημαντικά αφού πλέον δεν υπάρχει ολίσθηση πάνω στην επιφάνεια του εκκέντρου. Η επαφή τώρα γίνεται με κύλιση και οι φθορές απ την τριβή, μειώνονται στο ελάχιστο. Αυτό συμβαίνει, όταν ο εκκεντροφόρος βρίσκεται στο μπλοκ του κινητήρα και υπάρχουν ωστικές ράβδοι. Όταν ο εκκεντροφόρος είναι επικεφαλής, το ωστήριο με τροχίσκο και το ζύγωθρο είναι ένα ενιαίο εξάρτημα, το οποίο ενεργοποιεί την βαλβίδα. Οι επιφάνειες επαφής σ αυτά τα εξαρτήματα υπόκεινται σε σκλήρυνση και θα πρέπει να επιθεωρούνται για ξεφλούδισμα και οξειδώσεις. Επίσης ο τροχίσκος θα πρέπει να ελέγχεται για ακτινική και αξονική μετατόπιση. 8 Εκκεντροφόρος άξονας Το εξάρτημα που καθορίζει το πότε, πως και πόσο θα ανοίξουν οι βαλβίδες είναι ο εκκεντροφόρος άξονας (σχήμα 9). Αυτός είναι ένας άξονας, ο οποίος παίρνει κίνηση απ τον στροφαλοφόρο μέσω ενός συστήματος μετάδοσης για το οποίο ισχύουν δύο απαρέγκλιτες προδιαγραφές: Σχήμα 9: Εκκεντροφόρος άξονας - Ο εκκεντροφόρος πρέπει να περιστρέφεται ακριβώς με τις μισές στροφές του στροφαλοφόρου.

10 - Η κίνηση του εκκεντροφόρου πρέπει να βρίσκεται σε αυστηρή σύμφαση με αυτή του στροφάλου, σημείο προς σημείο. Με τον τρόπο αυτό, διασφαλίζεται η ακριβής σχέση της θέσης των βαλβίδων ως προς την αντίστοιχη θέση του εμβόλου. Για τον λόγο αυτό, η κίνηση του εκκεντροφόρου απ τον στροφαλοφόρο γίνεται μ ένα ακριβές σύστημα μετάδοσης το οποίο δεν επιτρέπει σχετικές ολισθήσεις. Η ονομασία εκκεντροφόρος οφείλεται στο γεγονός ότι ο άξονας αυτός φέρει πάνω του τα έκκεντρα. Η δουλειά των εκκέντρων,είναι να μην κινούν τις βαλβίδες όταν αυτές πρέπει να μείνουν κλειστές, να φροντίζουν να τις ανοίγουν όταν πρέπει και να επιτρέπουν το κλείσιμό τους επίσης όταν πρέπει. Επίσης είναι σημαντικό να πούμε ότι το έκκεντρο «διαχειρίζει» τον ρυθμό ανοίγματος των βαλβίδων. Δεν αρκεί μόνο οι βαλβίδες να ανοίξουν και να κλείσουν, σε κάποιες προκαθορισμένες στιγμές. Σχήμα 10: Ονοματολογία έκκεντρου Πρέπει κατά την διάρκεια του ανοίγματος και του κλεισίματός τους να έχουν, την κατάλληλη απόσταση απ την έδρα τους στην κεφαλή, έτσι ώστε η δίοδος που σχηματίζεται να εμφανίζει την καταλληλότερη κατά περίπτωση διατομή για την υποβοήθηση και εκμετάλλευση της ροής του διερχόμενου ρευστού. Επιπρόσθετα, μια επιπλέον αποστολή των εκκέντρων είναι η αποφυγή πρόκλησης έντονων αδρανειακών φαινομένων στην κίνηση των βαλβίδων, τόσο κατά το άνοιγμα, όσο και κατά το κλείσιμό τους, αποφεύγοντας την υπέρβαση κάποιων ορίων επιτάχυνσης της βαλβίδας. Το μέγιστο βύθισμα της βαλβίδας είναι ίσο με την απόσταση από το κέντρο του ακρότατου σημείου του εκκέντρου, μείον την ακτίνα του βασικού κύκλου. Αυτό όμως ισχύει μόνο στην περίπτωση που ο εκκεντροφόρος κινεί άμεσα τις βαλβίδες, μέσω των κυπελλοειδών ωστηρίων. Μεταξύ της κατανομής κλεισίματος και του βασικού κύκλου, μεσολαβεί μια ράμπα μετάβασης έτσι ώστε η βαλβίδα να μην προσκρούει πάνω στην έδρα, κατά την τελευταία φάση του κλεισίματος της.

11 Σχήμα 11: Σχηματική διαμόρφωση εκκεντροφόρου-ελατηρίου-βαλβίδας Οι εκκεντροφόροι άξονες κατασκευάζονται από χυτοσίδηρο με σφαιροειδή γραφίτη και από σφυρήλατο χάλυβα. Οι θέσεις των εδράνων (στροφείς) και των επιφανειών επαφής με τις βαλβίδες (τα έκκεντρα) έχουν επιφανειακή βαφή. Ο εκκεντροφόρος εδράζεται σε έδρανα της κυλινδροκεφαλής, στο πάνω μέρος της και σε κατάλληλη οπή μέσα στην κυλινδροκεφαλή και στον κορμό του κινητήρα. 9 Κίνηση του εκκεντροφόρου άξονα Αναφέρθηκε στις προηγούμενες παραγράφους ότι ο εκκεντροφόρος άξονας παίρνει κίνηση από τον στροφαλοφόρο άξονα μέσω γραναζιών, αλυσίδας ή ακόμη και ιμάντα. Στα παρακάτω αναφέρονται τα κυριότερα είδη μετάδοσης της κίνησης. Μετάδοση μέσω γραναζιών: Χρησιμοποιείται όταν ο εκκεντροφόρος άξονας βρίσκεται μέσα στον κορμό του κινητήρα. Για την απόσβεση θορύβων, οι οδοντοτροχοί του εκκεντροφόρου-στροφαλοφόρου έχουν λοξή οδόντωση. Αλυσοκίνηση: Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η χρήση της αλυσίδας και χρησιμοποιείται στην περίπτωση που πρέπει να μεταφερθούν μεγάλες δυνάμεις και να τηρηθεί ο χρονισμός με μεγάλη ακρίβεια. Η διατήρηση της τάνυσης της αλυσίδας επιτυγχάνεται με έναν τανυστήρα αλυσίδας.

12 Σχήμα 12: Σχηματική διάταξη μετάδοσης κίνησης με αλυσιδα Ιμαντοκίνηση: Πολλοί κινητήρες χρησιμοποιούν ιμάντες για τον χρονισμό και διαθέτουν αυτόματη ρύθμιση της τάνυσης αυτών. Αυτό γίνεται για να μεγαλώνει η διάρκεια ζωής των ιμάντων, για καλύτερη απόδοση της κίνησης και για πιο ήσυχη λειτουργία. Σχήμα 13: Σχηματική διάταξη μετάδοσης κίνησης με οδοντωτό ιμάντα Οι οδοντωτοί ιμάντες: - Έχουν ελάχιστη μάζα - Έχουν αθόρυβη λειτουργία - Έχουν μικρά έξοδα κατασκευής - Δεν χρειάζονται λίπανση - Δεν πρέπει να τσακίζονται Οι αλυσίδες και οι ιμάντες που χρησιμοποιούνται για την μετάδοση της κίνησης πρέπει να ελέγχονται και να αντικαθίστανται (όταν χρειάζεται). Η μεν αλυσίδα συγκρίνεται με μία άλλη όμοια που προτείνει ο κατά-σκευαστής και στην περίπτωση που το μήκος της είναι εκτός ορίου ( που θέτει ο κατασκευαστής ) τότε αντικαθίστανται.

13 Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις, το γρανάζι του εκκεντροφόρου πρέπει να έχει το διπλάσιο αριθμό δοντιών από το γρανάζι του στροφαλοφόρου για το λόγο ότι, ο εκκεντροφόρος άξονας πρέπει να περιστρέφεται με την μισή ταχύτητα του στροφαλοφόρου. Πρακτικό μέρος (α) Περιγράψτε ποιες διατάξεις χωροθέτησης βαλβίδων γνωρίζετε και εξηγείστε ποια η θέση του εκκεντροφόρου και των βαλβίδων για κάθε διάταξη. (β) Εξηγείστε ποια η χρήση ωστικών ράβδων, ωστηρίων και ζυγόθρων (γ) Περιγράψτε ποια είδη μετάδοσης κίνησης από τον στροφαλοφόρο προς τον εκκεντροφόρο άξονα γνωρίζετε.