ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΘΕΡΜΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΚΑΙ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΜΒΟΛΟΦΟΡΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 Κυλινδροκεφαλή Βενζινοκινητήρων
ΑΣΚΗΣΗ 2: ΚΥΛΙΝΔΡΟΚΕΦΑΛΗ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Σκοπός της Άσκησης: Το να μάθει ο σπουδαστής: (α) Το σκοπό και τα τμήματα κυλινδροκεφαλής Εμβολοφόρος Κινητήρας, (β) Ποιοι είναι οι χρόνοι ενός τετράχρονου κινητήρα. Θεωρητικό μέρος 1. ΚΥΛΙΝΔΡΟΚΕΦΑΛΗ ΒΕΝΖΙΝΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Η κυλινδροκεφαλή σχηματίζει το κάτω άκρο του θαλάμου καύσης. Στερεώνεται με κοχλίες στο μπλοκ του κινητήρα μαζί με το μεταλλοπλαστικό παρέμβυσμα (φλάντζα κυλινδροκεφαλής). Στην κυλινδροκεφαλή έχουν τοποθετηθεί οι αναφλεκτήρες και τα εξαρτήματα του χρονισμού του κινητήρα (βαλβίδες, ζύγωθρα, ελατήρια βαλβίδων, εκκεντροφόρος, οδηγοί βαλβίδων, κ.ο.κ.). Συνήθως η κεφαλή περιλαμβάνει και τον χώρο συμπίεσης. Η κυλινδροκεφαλή πρέπει να περιλαμβάνει την πίεση από την καύση και υφίσταται υψηλή θερμική καταπόνηση. Γι αυτό το λόγο πρέπει να ψύχεται καλά. Διακρίνουμε τα εξής είδη κυλινδροκεφαλών: 1.1 Υδρόψυκτη κυλινδροκεφαλή Αυτή παραλαμβάνει το ψυκτικό μέσο από το μπλόκ του κινητήρα μέσω των ειδικών οπών και αγωγών διαδρομών, οι οποίοι υπάρχουν και στην φλάντζα της κεφαλής. Με μία κεφαλή μπορούν να καλυφθούν μερικοί κύλινδροι ή όλοι και κατασκευάζεται από χυτοσίδηρο ή από κράματα αλουμινίου. Σχήμα 1: Υδρόψυκτη κυλινδροκεφαλή
1.2 Αερόψυκτη Κυλινδροκεφαλή Διαμορφώνεται με πτερύγια ψύξης και αποκλειστικά από κράμα ελαφρών μετάλλων. Τα πτερύγια πρέπει να δημιουργούν όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ψυκτική επιφάνεια, για την βελτίωση της μεταφοράς της θερμότητας προς τον αέρα. Οι αερόψυκτοι κύλινδροι έχουν πτερύγια ψύξης με σκοπό την αύξηση της επιφάνειας τους και συνεπώς, τη βελτίωση της ψύξης. Συνήθως τοποθετούνται ο καθένας χωριστά και συνδέονται με τον στροφαλοθάλαμο μέσω κοχλιών σύνδεσης. Οι αερόψυκτοι κύλινδροι κατασκευάζονται από κράματα αλουμινίου και τα τοιχώματα αυτών πρέπει να υποστούν ειδική κατεργασία για την βελτίωση των ιδιοτήτων φθοράς και ολίσθησης. Αντί όμως αυτοί οι αερόψυκτοι κύλινδροι να υποστούν ειδική κατεργασία στα τοιχώματά τους, είναι καλύτερο κατά τη χύτευσή τους να δέχονται και ένα χιτώνιο από χυτοσίδηρο με φύλλα γραφίτη. Σχήμα 2: Αερόψυκτη Κυλινδροκεφαλή 1.3 Το μεταλλοπλαστικό παρέμβυσμα κεφαλής (φλάντζα κεφαλής κυλίνδρων) Το παρέμβυσμα αυτό πρέπει να κλείνει τον χώρο καύσης αεροστεγώς και να παρεμποδίζει την διαφυγή του ψυκτικού υγρού και του λαδιού λίπανσης έξω από τις διόδους τους. Καλή στεγανοποίηση πραγματοποιείται μόνο εάν οι επιφάνειες επαφής του κορμού του κινητήρα και της κυλινδροκεφαλής είναι επίπεδες. Σχήμα 3: Φλάντζα κυλινδροκεφαλής
Το παρέμβυσμα πρέπει να είναι ανθεκτικό στις καταπονήσεις ( πίεση, χημικές και θερμικές επιδράσεις ) για μεγάλο χρόνο λειτουργίας ή ηρεμίας και ακόμη να προσαρμόζεται, κάτω από την μεγάλη επιφανειακή πίεση, στις εκάστοτε συνθήκες λειτουργίας κατά ελαστικό τρόπο. Οι πολλαπλές απαιτήσεις τόσο στους βενζινοκινητήρες όσο και στους πετρελαιοκινητήρες ικανοποιούνται με φλάντζες από συνδυασμού μετάλλου και μαλακού υλικού και για αυτόν τον λόγο χρησιμοποιούνται σχεδόν πάντα. Χρησιμοποιούνται επίσης ολομεταλλικές φλάντζες κεφαλής σε κινητήρες υψηλής ισχύος. 1.4 Σχεδιασμός θαλάμου καύσης Το μέγεθος, το σχήμα και ο σχεδιασμός του θαλάμου καύσης επιδρούν στην απόδοση του κινητήρα. Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν πολλούς διαφορετικούς σχεδιασμούς θαλάμων καύσεως ώστε να επιτευχθούν τα επιθυμητά αποτελέσματα σχετικά με την απόδοση του κινητήρα. Θάλαμος καύσης σφηνοειδούς μορφής. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος δημιουργίας ενός σφηνοειδούς θαλάμου είναι να χρησιμοποιηθεί έμβολο με επίπεδη κεφαλή και να χυτευθεί ο θάλαμος με μορφή σφήνας. Ο αναφλεκτήρας (μπουζί) σ αυτήν την περίπτωση τοποθετείται στο ψηλότερο σημείο και ανάμεσα στις βαλβίδες. Το καύσιμο μίγμα συμπιέζεται μέσα στον θάλαμο καύσεως με ισχυρό στροβιλισμό με αποτέλεσμα την καλή ανάμιξη καυσίμου - αέρα και την αύξηση της απόδοσης του κινητήρα. Σχήμα 4: Θάλαμος καύσης σφηνοειδούς μορφής Ημισφαιρικός θάλαμος καύσης. Ο ημισφαιρικός θάλαμος καύσης είναι σχεδιασμένος σε ημισφαιρική μορφή με τον αναφλεκτήρα τοποθετημένο στο ψηλότερο σημείο του θόλου. Οι βαλβίδες είναι εγκατεστημένες υπό γωνία 60 ο μεταξύ τους. Ο σχεδιασμός αυτής της μορφής παρέχει ομαλή ανάπτυξη της φλόγας μπροστά από τον αναφλεκτήρα. Επίσης, επιτρέπει την εύκολη αναπνοή του κινητήρα εφόσον οι βαλβίδες είναι τοποθετημένες εγκάρσια η μία από την άλλη.
Σχήμα 5: Ημισφαιρικός θάλαμος καύσης Θάλαμοι καύσης ισχυρής περιδίνησης στροβιλισμού. Για να βελτιωθούν τα αποτελέσματα της καύσεως, μερικοί θάλαμοι είναι σχεδιασμένοι έτσι ώστε να φέρουν ειδικό μηχανισμό στροβιλισμού στην βαλβίδα εισαγωγής. Ο μηχανισμός αυτός προκαλεί ισχυρή περιδίνηση στροβιλισμό του μίγμα-τος την στιγμή που αυτό εισέρχεται στον κύλινδρο. Το αποτέλεσμα είναι η καλύτερη ανάμιξη του αέρα με το καύσιμο, με σκοπό την αύξησης της απόδοσης, την οικονομία καυσίμου και την ελάττωση των ρύπων. Σχήμα 6: Θάλαμος καύσης ισχυρής περιδίνησης Θάλαμος καύσης μέσα στο έμβολο. Αυτός ο σχεδιασμός θέτει τον θάλαμο καύσεως μέσα στην κεφαλή του εμβόλου. Τα πλεονεκτήματα αυτού του σχεδιασμού είναι ότι το έμβολο παραμένει αρκετά θερμό ώστε να ατμοποιεί καλά το καύσιμο μίγμα. Ο σχεδιασμός αυτός εφαρμόζεται πολύ στις πετρελαιομηχανές.
Σχήμα 7: Θάλαμος καύσης μέσα στο έμβολο Θάλαμοι καύσης αντεστραμμένου V. Οι θάλαμοι αυτού του σχεδιασμού έχουν κωνική μορφή και χρησιμοποιούνται συνήθως σε πολυβάλβιδους κινητήρες. Οι βαλβίδες πάνω στην οροφή του θαλάμου είναι ίσες με δύο για την εισαγωγή και δύο για την εξαγωγή. Το σχήμα αυτού του θαλάμου καύσεως παρέχει μία πολύ καλή σχέση συμπίεσης έχοντας σαν αποτέλεσμα την ελαχιστοποίηση των ρύπων. Σχήμα 8: Θάλαμος καύσης ανεστράμενου V Πρακτικό μέρος Να γίνει αναλυτική περιγραφή της κυλινδροκεφαλής του τετράχρονου βενζινοκινητήρα του εργαστηρίου (υλικό κατασκευής, εξαρτήματα που περιέχει καθώς και τρόπος λειτουργίας).