Kαλώς ήρθατε στο Part 1 του “ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ: Βασικά στοιχεία κινητήρα για αρχάριους”

Θεωρείτε ότι έχετε εθιστεί στη συγκίνηση και την εμπειρία της γρήγορης οδήγησης, αλλά δεν ξέρετε το παραμικρό για το τι πραγματικά συμβαίνει κάτω από το καπό; 

Αν απαντήσατε “ναι”, από εδώ πρέπει να ξεκινήσετε. 

Εμείς θα σας πούμε τα πάντα για αυτό το θορυβώδες κομμάτι μετάλλου που συνδέεται με τους τροχούς σας και λίγα πράγματα για τα αντικείμενα που το κάνουν να κινείται.

Η γνώση είναι δύναμη

Για να αποκτήσετε μια ολοκληρωμένη κατανόηση της λειτουργίας των πιο προηγμένων συστημάτων ταχύτητας, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε πρώτα τα βασικά για τον κινητήρα ενός αυτοκινήτου. Τα περισσότερα αυτοκίνητα εφοδιάζονται με τον κλασικό τετράχρονο κινητήρα, ο οποίος διακρίνεται από τέσσερις κύριους κύκλους: τον κύκλο εισαγωγής, τη συμπίεση, την εκπομπή ισχύος και την εξαγωγή. Θα εξετάσουμε αυτές τις διαδικασίες πιο αναλυτικά σε επόμενο άρθρο του blog μας.

Προς το παρόν, κρίνεται ουσιώδες να γνωρίζετε ότι ο τετράχρονος κύκλος επεξηγεί τον τρόπο με τον οποίο ένα μείγμα αέρα και βενζίνης μπορεί να ανάψει, να καεί και να μετατραπεί ομαλά σε ενέργεια, προσφέροντας σας την απαραίτητη ώθηση, είτε για να σας εκτινάξει σε μια αγωνιστική πίστα, είτε για να σας μεταφέρει άνετα στη δουλειά.

Ο κινητήρας αποτελείται από πολλά κρίσιμα μέρη, όπως το μπλοκ κυλίνδρων, τον στροφαλοφόρο άξονα, τα έμβολα, τις βαλβίδες, τις κεφαλές κυλίνδρων, τους εκκεντροφόρους, καθώς και τα συστήματα εισαγωγής και εξαγωγής καυσαερίων. Όλα αυτά τα εξαρτήματα συνεργάζονται με ακρίβεια για να εκμεταλλευτούν τη χημική ενέργεια της βενζίνης, μετατρέποντας την σε περιστροφική κίνηση που τελικά προωθεί τους τροχούς και κινεί το όχημά σας.

”Μπλόκ”

Το μπλοκ κυλίνδρων αποτελεί τον πυρήνα του κινητήρα, φιλοξενώντας τα κινούμενα εξαρτήματα που μετατρέπουν την ενέργεια της βενζίνης σε κίνηση. Εάν ρίξετε μια ματιά κάτω από το καπό, θα δείτε αυτό το μεγάλο μεταλλικό στοιχείο στο κέντρο του χώρου του κινητήρα, με πλήθος καλωδίων, σωλήνων και άλλων μεταλλικών μερών προσαρτημένων σε αυτό.

Μέσα στο μπλοκ, υπάρχουν κυκλικές οπές όπου τα έμβολα κινούνται πάνω κάτω, καθένας από τους οποίους αποκαλείται “οπή κυλίνδρου”. Κάθε έμβολο αντιστοιχεί σε έναν κύλινδρο, όπου ο αριθμός των κυλίνδρων καθορίζει τη διάταξη του κινητήρα – για παράδειγμα, ένας τετρακύλινδρος κινητήρας διαθέτει τέσσερις κυλίνδρους και τέσσερα έμβολα, ενώ ένας εξακύλινδρος έχει έξι.

Η κυλινδροκεφαλή, που συχνά αποκαλείται απλώς «κεφαλή», τοποθετείται πάνω από το μπλοκ, καλύπτοντας τους κυλίνδρους και τα έμβολα. Σε κάποιες περιπτώσεις, όπως σε κινητήρες με οριζόντια αντίθετους κυλίνδρους ή σε διάταξη V, υπάρχουν δύο κεφαλές που καλύπτουν τις αντίστοιχες περιοχές του μπλοκ με τα εκτεθειμένα έμβολα.

Επιπλέον, το μπλοκ διαθέτει σειρά από διαδρόμους για υγρά, με κάποιους να χρησιμοποιούνται για τη διοχέτευση ψυκτικού υγρού γύρω από τους κυλίνδρους, προκειμένου να διατηρείται η κατάλληλη θερμοκρασία και να αποφεύγεται η υπερθέρμανση του κινητήρα. Άλλες δίοδοι ρυθμίζουν τη ροή του λαδιού στα κινούμενα μέρη, εξασφαλίζοντας την απαραίτητη λίπανση και προστασία από τις τριβές που επηρεάζουν την απόδοση του κινητήρα.

Σταθμός περιστροφής

Τα έμβολα, ή πιστόνια, αποτελούν κεντρικό στοιχείο στη λειτουργία του κινητήρα, κινούμενα πάνω-κάτω στους κυλίνδρους του μπλοκ. Αυτή η κίνηση προκαλείται από την έκρηξη ενός μείγματος καυσίμου και αέρα εντός του κυλίνδρου. Η επακόλουθη καύση δημιουργεί μια γρήγορη διαστολή των αερίων, η οποία ωθεί το έμβολο προς τα κάτω με μεγάλη δύναμη, μακριά από την κυλινδροκεφαλή. Η συνεχής επανάληψη αυτών των καύσεων σε κάθε κύλινδρο αυξάνει πολλαπλασιαστικά την παραγόμενη ισχύ.

Κάθε έμβολο είναι εφοδιασμένο με μεταλλικούς δακτυλίους, γνωστοί και ως “δακτύλιοι εμβόλου”, οι οποίοι είναι τοποθετημένοι σε αυλακώσεις κοντά στην κορυφή του κάθε εμβόλου. Αυτοί οι δακτύλιοι έχουν κρίσιμο ρόλο, λειτουργώντας ως στεγανοποιητικά για τη διατήρηση της πίεσης του κυλίνδρου από το καύσιμο και τον αέρα που καίγεται, εξασφαλίζοντας ότι η δύναμη πίεσης εφαρμόζεται στο έμβολο για να το ωθήσει προς τα κάτω. Επίσης, οι δακτύλιοι παίζουν ρόλο στην απομάκρυνση του λαδιού από τα τοιχώματα του κυλίνδρου, προλαμβάνοντας την καύση του λαδιού και την πρόωρη φθορά.

Επιπλέον, υπάρχει ένας κυματοειδής δακτύλιος, γνωστός ως δακτύλιος λαδιού, ο οποίος βοηθά στη λίπανση των τοιχωμάτων του κυλίνδρου κατά την κίνηση του εμβόλου, παρέχοντας σταθερή προστασία και μειώνοντας τη φθορά. Χωρίς αυτούς τους δακτυλίους, η απόδοση του κινητήρα θα ήταν σοβαρά μειωμένη, καθώς οι καύσεις δεν θα μπορούσαν να παράγουν την απαιτούμενη δύναμη και το λάδι θα καταναλωνόταν πρόωρα, αυξάνοντας τον κίνδυνο σφράγισης και υπερβολικής καταστροφής του μηχανισμού.

Πιστόνια και μπιέλες

Τα έμβολα είναι συνδεδεμένα στον κινητήρα μέσω ενός στοιχείου που ονομάζεται συνδετική ράβδος. Η βασική λειτουργία της συνδετικής ράβδου είναι να μεταφέρει τη δύναμη της πίεσης, η οποία ωθεί το έμβολο κατά μήκος του κυλίνδρου, στον στροφαλοφόρο άξονα, γνωστό και ως “στρόφαλο”. Αυτή η διαδικασία εξηγεί πώς οι συνδετικές ράβδοι απέκτησαν την ονομασία τους, καθώς συνδέουν κρίσιμα μέρη του κινητήρα για τη μετάδοση κίνησης.

Η σύνδεση της ράβδου με το έμβολο γίνεται μέσω ενός στοιχείου που ονομάζεται πείρος του εμβολίου. Ο πείρος περνά μέσα από μία οπή στο έμβολο και μία στο μικρότερο άκρο της συνδετικής ράβδου, το οποίο είναι γνωστό ως “μικρό άκρο”.

Από την άλλη πλευρά, το “μεγάλο άκρο” της ράβδου, που είναι το τμήμα που συνδέεται με τον στροφαλλοφόρο άξονα, διαθέτει ένα αφαιρούμενο τμήμα που ονομάζεται ακροδέκτης ή καπάκι. Αυτό το καπάκι επιτρέπει την εύκολη σύνδεση και ασφαλή εφαρμογή της ράβδου στον στρόφαλο, εξασφαλίζοντας την αποτελεσματική μεταφορά της κινητήριας δύναμης στο σύστημα του οχήματος.

Στρόφαλος

Ο στροφαλοφόρος άξονας ενός κινητήρα λειτουργεί με έναν τρόπο ανάλογο με τον στρόφαλο ενός ποδηλάτου. Στο ποδήλατο, η δύναμη που ασκείτε στα πεντάλ μετατρέπεται σε κίνηση που κινεί το όχημα προς τα εμπρός. Στον κινητήρα ενός αυτοκινήτου, αντί για τη δύναμη των ποδιών σας, η ενέργεια προέρχεται από την καύση ενός μείγματος αέρα και καυσίμου, η οποία πιέζει τα έμβολα κάτω, προκαλώντας την περιστροφή του στροφάλου. 

Ο στρόφαλος έχει εξελιχθεί έτσι ώστε να διαθέτει μετατοπισμένες διαδρομές που διευκολύνουν τη μεταφορά της κινητήριας δύναμης στο αυτοκίνητο.

Όπως και στο ποδήλατο, όπου το πάτημα του πεντάλ προκαλεί την κίνηση του ποδηλάτου μπροστά, στο αυτοκίνητο, όταν το έμβολο ωθείται προς τα κάτω από τη δύναμη της καύσης, ο στρόφαλος γυρίζει και προετοιμάζει το επόμενο έμβολο για καύση. Αυτή η συνεχής διαδικασία είναι αυτή που προωθεί το αυτοκίνητο.

Ο στροφαλοφόρος άξονας είναι στερεωμένος στο μπλοκ του κινητήρα με τη βοήθεια κύριων καλυμμάτων. Ο στρόφαλος δεν είναι απλώς προσαρτημένος αλλά ενσωματωμένος στο μπλοκ, και υποστηρίζεται από κύρια ρουλεμάν που βοηθούν στη λίπανση των εδράνων του. Τα κύρια ρουλεμάν, μαζί με τις οπές που επιτρέπουν την παροχή λαδιού υπό πίεση, διασφαλίζουν την ομαλή λειτουργία του στροφάλου, μειώνοντας την τριβή και τη φθορά καθ’ όλη τη διάρκεια της λειτουργίας του κινητήρα.

Βαλβίδες: Οι πύλες εισόδου και εξόδου 

Ο επικεφαλής της ομάδας

Η κυλινδροκεφαλή, ένα σημαντικό και συχνά μεγάλο μεταλλικό τμήμα του κινητήρα, είναι συνήθως κατασκευασμένη από αλουμίνιο για την μείωση βάρους και βρίσκεται στην κορυφή του μπλοκ, καλύπτοντας τους κυλίνδρους. Αυτή περιέχει ζωτικά στοιχεία όπως τα μπουζί, τις βαλβίδες και το υπόλοιπο σύστημα βαλβίδων, όπως τα ελατήρια και οι εκκεντροφόροι. Η καλή στερέωση της κυλινδροκεφαλής στο μπλοκ με σωστή ροπή είναι απαραίτητη για την ασφαλή κατακράτηση της υψηλής πίεσης που δημιουργείται από την καύση του μείγματος αέρα/καυσίμου.

Η ένωση αυτή δημιουργεί τον θάλαμο καύσης πάνω από κάθε κύλινδρο, ο οποίος είναι ο χώρος όπου το μείγμα αναφλέγεται. Στον θάλαμο καύσης, τα μπουζί παράγουν το ηλεκτρικό τόξο που ανάβει το καύσιμο. Η δομή της κεφαλής διαθέτει επίσης κανάλια που επιτρέπουν τη διακίνηση του ψυκτικού υγρού ή του λαδιού, διασφαλίζοντας ότι η κεφαλή παραμένει δροσερή και καλά λιπασμένη κατά τη διάρκεια λειτουργίας.

Μεταξύ της κυλινδροκεφαλής και του μπλοκ τοποθετείται η φλάντζα κεφαλής, μια στρώση μεταλλικού ή σύνθετου υλικού, που είναι προσαρμοσμένη για να σφραγίσει αποτελεσματικά τους θαλάμους καύσης και να διατηρεί τις διαδρομές των υγρών σφραγισμένες, αποτρέποντας διαρροές και βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση και αξιοπιστία του κινητήρα.

Διπλός εκκεντροφόρος

Το σύστημα βαλβίδων διπλού εκκεντροφόρου (DOHC) αποτελεί μια κοινή τεχνολογία σε πολλούς σύγχρονους κινητήρες, προσφέροντας σημαντικά πλεονεκτήματα στη λειτουργία του κινητήρα, ιδίως στις υψηλές στροφές.

Στο σύστημα DOHC, οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής ελέγχονται από διαφορετικούς εκκεντροφόρους άξονες, από έναν για την εισαγωγή και έναν για την εξαγωγή. Αυτή η διάταξη επιτρέπει την τοποθέτηση των εκκεντροφόρων πολύ κοντά στις βαλβίδες, είτε επηρεάζοντας τις βαλβίδες απευθείας είτε μέσω ενός μικρού βραχίονα.

Αυτό οδηγεί σε μικρότερη αδρανειακή μάζα του συστήματος βαλβίδων, βελτιώνοντας την απόκριση του κινητήρα και την αποδοτικότητα στις υψηλές στροφές. Η χρήση του συστήματος DOHC επιτρέπει την αυξημένη ροή τόσο του αέρα που εισέρχεται όσο και των καυσαερίων που εξέρχονται, οδηγώντας σε καλύτερη εκμετάλλευση της δύναμης του καυσίμου και συνεπώς σε αυξημένες επιδόσεις. Ακριβώς για αυτό το λόγο, σχεδόν όλοι οι κινητήρες υψηλών επιδόσεων στις σύγχρονες εφαρμογές αυτοκινήτων περιλαμβάνουν συστήματα DOHC, διασφαλίζοντας μέγιστη ισχύ και απόδοση σε υψηλά επίπεδα στροφών.

Μείνετε συντονισμένοι καθώς την επόμενη εβδομάδα θα ανέβει δεύτερο blog με κάποια επιμέρους κομμάτια του κινητήρα ,και κάποια περιφερειακά όπως εξάτμιση, εισαγωγές και ούτω καθεξής.

Σας ευχαριστούμε για ακόμη μια φορά για τον χρόνο σας,

Raceroms out!