Κεφαλή κινητήρα,μέρη και λειτουργία.

από **Mastergunner** » Πέμ Ιούλ 22, 2010 7:03 pm

Α.Η Κεφαλή : Η κεφαλή βρίσκεται στο πάνω μέρος του κορμού του κινητήρα.Είναι κατασκευασμένη από κράμα αλουμινίου με προσμίξεις άλλων υλικών που την καθιστούν ανθεκτική στις πιέσεις και θερμοκρασίες κατα τη λειτουργία του κινητήρα.Φυσικά υπάρχουν και κεφαλές απο χυτοσίδηρο (μαντέμι) αλλά τείνουν να εκλείψουν λόγω του βάρους και της κακής τους αγωγημώτητας στις θερμοκρασίες.Γύρο απο το σημείο επαφής τους με τους κυλίνδρους οι κεφαλές φέρουν δακτύλιο απο κράμα νικελίου,βαναδίου ή απλού χιτοσιδήρου το οποίο δεν επιτρέπει την διαστολή της κεφαλής λόγω των θερμοκρασιών.Οι κεφαλές φέρουν διόδους λαδιού για τη λίπανση και εν μέρη την απορρόφηση θερμοκρασίας των κινούμενων μερών,διόδους νερού (αντιψυκτικού) για την αποβολή της θερμοκρασίας.Φέρουν επίσης τους αυλούς εισαγωγής και εξαγωγής,τις βαλβίδες και τον εκκεντροφόρο (επι κεφαλής) ή αν ο εκκεντροφόρος δεν είναι στη κεφαλή φέρουν τα ζύγωθρα (κοκκοράκια) και τον άξονα ζυγόθρων (πιανόλα) όπως επίσεις και τα ωστήρια κίνησης των βαλβίδων.

: Διάταξη με ωστήρια.jpg (148.31 KiB) 4174 προβολές

: Διχαλωτά κοκοράκια.jpg (121.08 KiB) 4174 προβολές

: Διπλοί εκκεντροφόροι επι κεφαλής.jpg (122.58 KiB) 4174 προβολές

Οι κεφαλές ανάλογα με τον τύπο θαλάμων καύσης διακρίνονται σε:
α) Επίπεδες κεφαλές τύπου Heron (ο θάλαμος καύσεως είναι διαμορφωμένος στην κεφαλή του εμβόλου συνήθως σε πετρελαιοκινητήρες)

: Παρατηρήστε οτι η κεφαλή είναι εντελώς επίπεδη,ο θάλαμος καύσης είναι διαμορφωμένος στο στέμμα του εμβόλου; Κεφαλή με δύο βαλβίδες.jpg (53.9 KiB) 4174 προβολές

β) Κεφαλές με σφαιροειδείς θαλάμους καύσεως

: Ημισφαιρικός θάλαμος καύσης με δύο βαλβίδες και δύο μπουζί.jpg (20.92 KiB) 4174 προβολές

γ) Κεφαλές με σφηνοειδής θαλάμους κάυσεως

: Θάλαμος καύσης με 4 βαλβίδες.jpg (49.35 KiB) 4174 προβολές

Για τις κεφαλές με 2 βαλβίδες ανα κύλινδρο υπάρχουν δύο επιπλέων κατηγορίες:
1. Uniflow όταν οι αυλοί εισαγωγής και εξαγωγής βρίσκονται στην ίδια πλευρά της κεφαλής
2. Crossflow οταν οι αυλοί εισαγωγής και εξαγωγής βρίσκονται και στις δύο πλευρές της κεφαλής
Επίσης μπορεί να ονομάζονται και ανάλογα με τον αριθμό των βαλβίδων που φέρουν για το σύνολο των κυλίνδρων του κινητήρα
π.χ Οκταβάλβιδες (4 κύλιδροι με 2 βαλβίδες ανα κύλινδρο) ή Δεκαεξαβάλβιδες (4 κύλινδροι με 4 βαλβίδες ανα κύλινδρο) κτλ.

: Κεφαλή με τρεις βαλβίδες.jpg (45.23 KiB) 4174 προβολές

: Κεφαλή με τέσσερις βαλβίδες ανα κύλινδρο.jpg (48.17 KiB) 4174 προβολές

: Μια κεφαλή με πέντε βαλβίδες ανα κύλινδρο.Όπως καταλαβαίνετε σε έναν τετρακύλίνδο θα υπάρχουν είκοσι βαλβίδες; Κεφαλή με πέντε βαλβίδες ανα κύλινδρο.png (36.15 KiB) 4174 προβολές

Β.Επιμέρους στοιχεία (κεφαλή με εκκεντροφόρο επι κεφαλής)
1. Εκκεντροφόρος : Ο εκκεντροφόρος είναι ένας άξονας ο οποίος φέρει αυγοειδής μάζες σιδήρου (έκκεντρα) με επεξεργασμένες λείες επιφάνειες οι οποίες είναι υπεύθυνες για το άνοιγμα των βαλβίδων,παίρνει κίνηση απο τον στροφαλοφόρο άξονα μέσω ιμάντα ή μέσω αλυσίδας (καδένας) μία πλήρη στροφή του εκκεντροφόρου άξονα αντιστοιχεί σε δύο πλήρεις στροφές του στροφαλοφόρου άξονα.

: Ενας εκκεντροφόρος.jpg (31.9 KiB) 4174 προβολές

2.Βαλβίδες : Οι βαλβίδες είναι εξαρτήματα με σχήμα μανιταριού,τοποθετούνται στους αυλούς εισαγωγής και εξαγωγής με την εξαγωγής να είναι μεγαλύτερη.Κατασκευάζονται απο ατσάλι υψιλής αντοχής ενω δύναται (είδικά η εξαγωγής) να φέρουν στο στέλεχος τους (κορμό) Νάτριο για την καλύτερη ψύξη τους.Το κλείσιμό τους επιτυγχάνεται μέσο κατεργασμένων και προφορτισμένων ελατηρίων επαναφοράς ενω το σύστημα βαλβίδας/ελατηρίου ασφαλίζεται με δισκοειδείς ροδέλες και ημικυλινδρικές ασφάλειες,το στέλεχος της βαλβίδας τοποθετήται στον οδηγό της βαλβίδας που βρίσκεται σταθερά προσαρμοσμένος στο σώμα της κεφαλής,για την αποφυγή εισρροής λαδιού απο την κεφαλή στον κύλινδρο φροντίζει μια τσιμούχα στεγάνωσης.Επιδή το έκκεντρο φέρει ειδικά κατεργασμένη επιφάνεια για το άνοιγμα της βαλβίδας στην μεταξύ τους επαφή χρησιμοποιήται ενα αντίστοιχο εξάρτημα που ονομάζεται καπελότο και απο εκεί στα περισσότερα αυτοκίνητα γίνεται και ο χρονισμός (ρύθμιση) των βαλβίδων.

: Βαλβίδες.jpg (56.15 KiB) 4174 προβολές

: Το ελατήριο επαναφοράς βαλβίδας.jpg (61.17 KiB) 4174 προβολές

3.Τροχαλίες κινήσεως/Ιμάντας : Προκειμένου να κινηθεί ο εκκεντροφόρος συνδέεται με τον στρόφαλο μέσω ιμάντα και οδοντωτών τροχαλιών ή μεσω αλυσίδας και γραναζιών και στις δύο περιπτώσεις ο λόγος των δοντιών είναι 2:1.Ο ιμάντας είναι κατασκευασμένος απο ίνες υάλου και κέβλαρ ωστε να είναι ανθεκτικός εύκαμπτος αλλα με σχεδών μηδενική ελαστικότητα.Πλεονέκτημα του σε σύγκριση με την αλυσίδα είναι οτι είναι αθόρυβος δεν χρειάζεται λίπανση και μπορεί να εργαστεί σε υψιλότερους ρυθμούς περιστροφής.Η φυσιολογική φθορά αλλα και οι κραδασμοί που δημιουργούνται κατα την περιστροφή και των δύο διατάσεων απορροφούνται στην μεν πρώτη διάταξη με τεντωτήρα και τρελη τροχαλία εν στη δεύτερη με τεντωτήρα και γλύστρα.

4. Φλάτζα κεφαλής; Για την στεγανωποίηση την κεφαλής με τον κύλινδρο χρησιμοποιήται μια φλάτζα η οποία είναι κατασκευασμένη απο εμβαπτισμένο χαρτί σε πολυεστερική ρυτίνη και βακελίτη,εξασφαλίζοντας την στεγανώτητα των διόδων λαδιού και νερού,γύρω απο τους κυλίνδρους φέρει ροδέλες απο κράμα αλουμινίου προκειμένου να μην υπάρχει διαφυγή συμπίεσης.

Γ) Λειτουργία κεφαλής : Η λειτουργία κεφαλής είναι απλή καθώς όλα τα εξαρτήματα είναι προκατασκευασμένα ανάλογα τον κινητήρα.Ο εκκεντροφόρος φέρει τα έκκεντρά του κατα τη χύτευσή του,οι τροχαλίες ή τα γρανάζια φέρουν προκαθορισμένο αριθμό δοντιών κτλ.Αυτό που λείπει είναι η μικρορύθμιση ή αλλιώς ο χρονισμός των βαλβίδων που δεν είναι τίποτε άλλο απο τον έλεγχο του του διακένου μεταξύ του καπελότου και του εκκέντρου,ένα μεγάλο διάκενο θα αργούσε (σχετικά) να ανοίξει τις βαλβίδες ενω ενα μηδενικό διάκενο θα τις άνοιγε γρηγορότερα απο ότι έπρεπε τα σωστά διακένα αναφέρονται για κάθε όχημα στο βιβλίο κατασκευαστή ενω ο έλεγχός τους γίνεται με ένα εργαλείο που ονομάζεται ¨Φίλλερ¨.
Αναφερόμενοι για μονοκύλινδρο κινητήρα ωστε να γίνει κατανοητή η λειτουργία έχουμε.
1.Εισαγωγή: Καθώς ο στρόφαλος κινήται δεξιόστροφα κατεβάζοντας το έμβολο ο εκκεντροφόρος μέσο του ιμάντα περιστρέφεται και το έκκεντρο της εισαγωγής πιέζει το καπελότο και υπερνικόντας την αντίσταση του ελατηρίου η βαλβίδα εισαγωγής ανοίγει.
2.Συμπίεση: Συνεχίζοντας να περιστρέφεται ο στρόφαλος,το έκκεντρο του εκκεντροφόρου προσπερνα το καπελότο και το ελατήριο επαναφέρει την βαλβίδα (την κλείνει)
3.Εκτόνωση: Ο στρόφαλος περιστρέφεται γίνεται η ανάφλεξη αλλά κανένα έκκεντρο δεν ανοίγει βαλβίδα.
4.Εξαγωγή : Ο στρόφαλός περιστρέφεται το έμβολο αρχίζει να ανεβαίνει για δεύτερη φορά το έκκεντρο της εξαγωγής αρχίζει να ανοίγει την βαλβίδα και οι τέσσερις χρόνοι ολοκληρόνονται.
Φυσικά το παραπάνω παράδειγμα ήταν εντελώς θεωρητικό μιας και οι εκκεντροφόροι είναι κατασκευασμένοι έτσι ωστε να παρέχουν υπερκάλυψη στο άνοιγμα και κλείσιμο των βαλβίδων (να μένουν δηλαδή και οι δύο ανοιχτές ταυτόχρονα αξιοποιόντας τις υποπιέσιεις και υπερπιέσεις που αναπτύσονται στον κύλινδρο,προς όφελος της μέγιστης απόδοσης).Υπάρχουν σήμερα αυτορυθμιζόμενες βαλβίβες οπου το διάκενό τους,μέσο ειδικού μηχανισμού,ρύθμίζεται με το λάδι που υπάρχει στην κεφαλη.

: Λειτουργία εκκέντρου και κίνηση της βαλβίδας.jpg (142.51 KiB) 4174 προβολές

: Τα έκκεντρα σε εργασία με τη βοήθεια ζυγόθρων ανοίγουν τις βαλβίδες.jpg (71.58 KiB) 4174 προβολές

Δεσμοδρομικό Σύστημα
Ένα σύστημα οπου συναντάται σπάνια (Ducati και κάποια Mercedes) είναι το δεσμοδρομικό.Εδώ δεν υπάρχουν ελατήρια επαναφοράς των βαλβίδων αλλά ζύγωθρα που ελέγχουν τόσο το άνοιγμα όσο και το κλείσιμο.Ο εκκεντροφόρος άξονας φέρει δύο έκκεντρα για κάθε βαλβίδα (ανοίγματος και κλεισίματος) αυτή η διάταξη επιτρέπει υψιλούς ρυθμους περιστροφής για μεγάλο χρονικό διάστημα εξασφαλίζοντας αντοχή και ασφάλεια όσο και αθόρυβη λειτουργία.Η πολυπλοκότητα κατασκευής αλλα και το κόστος την κάνουν απαγορευτική για την ευρεία παραγωγή.