Tune it: MEK 101

Tune it: MEK 101

Πρώτα-πρώτα, να ευχηθώ ό,τι καλύτερο σε όλους τους φίλους μας και τις οικογένειες σας για το 2020, ελπίζοντας να πραγματοποιηθούν τα πιο τρελά σας όνειρα. Πρωτίστως βέβαια η υγεία, ύστερα όλα τα άλλα… έρωτες, φράγκα, γκάζια και ό,τι άλλο κρυφό και …βρωμερό -δεν ντρέπεστε;- ονειρεύεται ο καθένας!

Με τον καινούργιο χρόνο, λέω να κάνουμε ένα ολικό reset και να πιάσουμε την τεχνολογία και την εξέλιξη του αυτοκινήτου από την αρχή. Πάντα υπάρχουν αναγνώστες που τώρα αρχίζουν να παίζουν με τα αυτοκίνητά τους και καλό είναι να μπορέσουν να βρουν μια σειρά μέσα από τις σελίδες αυτές του Power Automotive Magazine. Γιατί να ξέρετε ότι αν δεν τα μάθετε καλά εδώ, δεν θα τα μάθετε πουθενά αλλού! Θα προσπαθήσω μέσα από αυτές τις γραμμές να δώσω τις απαραίτητες γνώσεις με απλό τρόπο, ξεκινώντας από τα πιο βασικά. Εσείς που τα ξέρετε -ή έτσι νομίζετε- συγχωρέστε με και μη κοροϊδεύετε τους πρωτάρηδες, γιατί δεν είναι ντροπή να μην ξέρεις, ντροπή -και βλακεία- είναι να νομίζεις ότι ξέρεις και να μην θέλεις να μάθεις!  

 

Φροντιστήριο Μοτέρ No.1: Βασικά στοιχεία

Σας αρέσει η συγκίνηση και η ταχύτητα της γρήγορης οδήγησης, αλλά δεν γνωρίζετε τίποτα για το τι συμβαίνει στην πραγματικότητα κάτω από το καπό; Θέλετε να μάθετε περισσότερα για το τι συμβαίνει, χωρίς να χρειάζεται να παρακολουθήσετε ειδικά/τεχνικά σεμινάρια; Υποψιάζεστε ότι ο μηχανικός σας προσπαθεί πολλές φορές να σας τη «φέρει» με περίεργα λάδια, θεωρίες, εξαρτήματα και …μαγικά μαγνητάκια για τα οποία δεν ξέρετε τίποτα; Εάν απαντήσατε Ναι σε κάποια από αυτές τις ερωτήσεις, αυτό είναι το σημείο απ’ όπου πρέπει να ξεκινήσετε. Ελπίζω να λύσω πολλές από τις απορίες που μπορεί να έχετε, περπατώντας βήμα-βήμα τη διαδικασία παραγωγής ισχύος μέσα από την ανάλυση των μερών του κινητήρα.

Η γνώση είναι δύναμη

Για να μπορέσετε να κατανοήσετε πλήρως πώς λειτουργούν τα φτιαγμένα εργαλεία, πρέπει πρώτα να καταλάβετε τη βασική λειτουργία του κινητήρα. Τα περισσότερα αυτοκίνητα είναι εφοδιασμένα με τον λεγόμενο τετράχρονο κινητήρα. Οι τέσσερις χρόνοι  αφορούν στις τέσσερις φάσεις του κύκλου ισχύος: Τη φάση εισαγωγής, τη φάση συμπίεσης, τη φάση καύσης-εκτόνωσης και τη φάση εξαγωγής. Θα προσπαθήσουμε να τα καλύψουμε αυτά με κάποια λεπτομέρεια. Προς το παρόν, αυτό που πρέπει να γνωρίζετε είναι ότι ο 4χρονος κύκλος εξηγεί πώς ένα μείγμα βενζίνης και αέρα μπορεί να αναφλεγεί, να καίγεται και να μετατρέπεται ομαλά σε χρήσιμη ισχύ για να κινήσει τα όσα κιλά του εργαλείου σας -μαζί με τον οδηγό και όποια συμπράγκαλα- κουβαλάτε! Το μοτέρ αποτελείται από διάφορα κύρια εξαρτήματα: μπλοκ, στρόφαλο, μπιέλες, έμβολα, κεφαλή (ή κεφαλές), βαλβίδες, εκκεντροφόρους, συστήματα εισαγωγής και εξαγωγής και τα συστήματα τροφοδοσίας και ανάφλεξης. Αυτά τα μέρη συνεργάζονται με μια καλά χρονισμένη ακρίβεια για να αξιοποιήσουν τη χημική ενέργεια του καυσίμου, μετατρέποντας πολλούς μικρούς και γρήγορους κύκλους καύσης σε ροπή που τελικά καταλήγει να γυρίζει τους τροχούς σας και να προωθεί το  εργαλείο.

Μπλοκ και …τρύπες

Το μπλοκ είναι το -πιο- κύριο μέρος του μοτέρ που περιέχει τα περιστρεφόμενα και παλινδρομικά εξαρτήματα που αξιοποιούν την ενέργεια της βενζίνης. Στο χώρο της μηχανής, είναι το …μεγάλο κομμάτι μέταλλο που βρίσκεται στο κέντρο που φαίνεται να έχει ένα μάτσο καλωδίων και σωληνώσεων που συνδέονται με αυτό, επιστημονική εξήγηση, ε; Το μπλοκ έχει …στρογγυλές τρύπες, όπου τα έμβολα παλινδρομούν πάνω-κάτω. Κάθε τρύπα ονομάζεται …κύλινδρος. Ο αριθμός των κυλίνδρων είναι φυσικά ίδιος με τον αριθμό των εμβόλων. Η κυλινδροκεφαλή (ή αλλιώς καπάκι) ονομάζεται έτσι επειδή βρίσκεται πάνω από το μπλοκ, καλύπτοντας τους κυλίνδρους και τα έμβολα. Ορισμένοι κινητήρες διαθέτουν κυλίνδρους που είναι οριζόντια αντίθετοι (επίπεδα μοτέρ) ή είναι σε διάταξη «V». Σ’ αυτά τα μοτέρ, υπάρχουν δύο κεφαλές που καλύπτουν την κάθε πλευρά του μπλοκ. Προς το παρόν, πρέπει απλώς να γνωρίζουμε ότι η κυλινδροκεφαλή ή το καπάκι -για συντομία- απλά κάθεται πάνω στο μπλοκ και καλύπτει τους κυλίνδρους με τα έμβολα. Το μπλοκ διαθέτει επίσης υδροθάλαμο γύρω από τους κυλίνδρους, όπου κινείται το ψυκτικό υγρό για τη διατήρηση της θερμοκρασίας σε καθορισμένα όρια προς αποφυγή της υπερθέρμανσης. Υπάρχουν και άλλες δίοδοι, όπου περνάει το λάδι για τη λίπανση των κινουμένων μερών, όπως ο στρόφαλος, οι εκκεντροφόροι και ό,τι άλλο κινείται. Δεδομένου ότι το μπλοκ πρέπει να αντέχει τις τεράστιες πιέσεις που ασκούνται στους κυλίνδρους, κατασκευάζεται από χυτοσίδηρο ή αλουμίνιο για αντοχή. Στη δεύτερη περίπτωση, τοποθετούνται χιτώνια από χυτοσίδηρο για να δημιουργηθούν οι κύλινδροι -οι …τρύπες που λέγαμε!

Πάνω-κάτω και γύρω-γύρω όλοι…

Τα έμβολα ανεβοκατεβαίνουν στους κυλίνδρους επειδή καίγεται το μείγμα αέρα/βενζίνης στο θάλαμο καύσης. Η εκτόνωση των αερίων από την ελεγχόμενη αυτή καύση σπρώχνει τα έμβολα προς τα κάτω με τεράστια πίεση. Η διαδοχική εφαρμογή της πίεσης στα έμβολα μεταφράζεται σε περιστροφή του στροφάλου με τη βοήθεια των διωστήρων ή μπιελών. Έτσι και η δύναμη που εφαρμόζεται σε κάθε έμβολο πολλαπλασιάζεται επί τον αριθμό τους και μας δίνει τη συνολική ροπή  του μοτέρ. Αυτή λοιπόν -σε βασικές γραμμές- είναι η λειτουργία του μοτέρ!  Κάθε έμβολο έχει τρία -συνήθως- ελατήρια που το βοηθούν να σφραγίζει τον χώρο που βρίσκεται από πάνω του, όπου γίνεται η καύση και η εκτόνωση του μείγματος. Επιπλέον, τα ελατήρια βοηθούν στην απομόνωση του λαδιού στην ελαιολεκάνη του κινητήρα (κάρτερ) και στη μεταφορά μέρους της θερμότητας του εμβόλου στα τοιχώματα του κυλίνδρου. Το πάνω-πάνω λέγεται ελατήριο συμπίεσης, το μεσαίο λέγεται ξύστρα και το κάτω είναι το ελατήριο ελέγχου λαδιού. Αν τα έμβολα δεν είχαν ελατήρια, θα είχαμε τραγική απώλεια πίεσης από την καύση και τρομακτική κατανάλωση λαδιού.

Έμβολα και μπιέλες

Τα έμβολα συνδέονται με τη μπιέλα, της οποίας, όπως είπαμε, η επίσημη ονομασία είναι διωστήρας. Η δουλειά της μπιέλας είναι να μεταφράζει την παλινδρομική κίνηση του εμβόλου σε περιστροφική κίνηση του στροφάλου. Η μπιέλα συνδέεται στο ένα άκρο της με το έμβολο διαμέσου του πείρου. Το άλλο άκρο της συνδέεται με το κομβίο του στροφάλου. Ανάμεσά τους παρεμβάλλεται ένα ειδικό έλασμα, το μέταλλο ή κουζινέτο για τους παλιούς (από το ιταλικό cuscinetto). Το μέταλλο αυτό αποτελείται από δύο ατσάλινα ημικύκλια που στο εσωτερικό μέρος τους έχουν επίστρωση από μαλακό μέταλλο, συνήθως κράμα από μόλυβδο, ίνδιο και κασσίτερο. Η σχετικά μαλακή αυτή επιφάνεια δεν έρχεται όμως ποτέ σε επαφή με το κομβίο του στροφάλου, καθώς παρεμβάλλεται ένα λεπτότατο στρώμα λαδιού μεταξύ τους. Πώς βρέθηκε αυτό το λάδι εκεί; Ο στρόφαλος έχει ένα κανάλι στο εσωτερικό του, όπου φτάνει λάδι με πίεση από την αντλία λαδιού. Σε κάθε κομβίο υπάρχει μία έξοδος (τρύπα) για το λάδι που λιπαίνει τις επιφάνειες μετάλλων και κομβίων. Η παρουσία του λαδιού αποτελεί και το προστατευτικό στρώμα που δεν επιτρέπει την επαφή κομβίου/μετάλλου και η οποία συνήθως έχει καταστροφικά αποτελέσματα. Στα περισσότερα μοτέρ, ο πείρος του εμβόλου λιπαίνεται από το λάδι που αφαιρείται από τα τοιχώματα των κυλίνδρων με τη δράση των ελατηρίων.

Ο στρόφαλος

Ο στρόφαλος είναι το εξάρτημα που μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση των εμβόλων σε περιστροφική. Ακριβώς όπως κάνουμε ποδήλατο, όπου τα γόνατά μας είναι τα «έμβολα» και οι κνήμες μας είναι οι «μπιέλες». Στη μηχανή του αυτοκινήτου, αντί για την ενέργεια των ποδιών που πιέζουν τα πεντάλ για να δημιουργήσουν τη δύναμη είναι η καύση στον κύλινδρο και η πίεση που επενεργεί στο έμβολο που δημιουργεί την ενέργεια. Το ποδήλατο, όταν πατάτε προς τα κάτω το ένα πεντάλ, κινείται προς τα εμπρός και ταυτόχρονα ανεβαίνει προς τα πάνω το άλλο πεντάλ. Ομοίως, όταν ένα έμβολο ωθείται προς τα κάτω από την καύση του μείγματος, γυρίζει το στρόφαλο και ωθεί άλλο έμβολο προς τα πάνω, έτοιμο για την επόμενη καύση. Όλη αυτή η διαδοχικά επαναλαμβανόμενη ιστορία κινεί το αυτοκίνητο. Ο στρόφαλος στερεώνεται στο μπλοκ με τα καβαλέτα. Και εδώ, ανάμεσα από τα κομβία στροφάλου και τα καβαλέτα, παρεμβάλλονται πάλι τα μέταλλα που λιπαίνονται με παρόμοιο τρόπο, όπως είδαμε προηγουμένως για τις μπιέλες.

Βαλβίδες: Οι πύλες εισόδου και εξόδου…

Στην κυλινδροκεφαλή (καπάκι λέμε…) βρίσκονται οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής.  Οι βαλβίδες λειτουργούν ως θυρίδες που ρυθμίζουν χρονικά την εισαγωγή αέρα και καυσίμου και την εξαγωγή των καυσαερίων έπειτα από την καύση. Κατά τη διάρκεια των 4 χρόνων λειτουργίας, οι βαλβίδες εισαγωγής ανοίγουν για να μπει το μείγμα αέρα/καυσίμου από τον αυλό εισαγωγής στο θάλαμο καύσης και στη συνέχεια κλείνουν, καθώς το έμβολο ανεβαίνει για να συμπιέσει το μείγμα. Αφού το μείγμα αναφλεγεί και καεί, η πίεση ωθεί έμβολο προς τα κάτω στον κύλινδρο. Πριν φτάσει κάτω το έμβολο και αφού έχει εκτονωθεί το μεγαλύτερο μέρος της πίεσης στον κύλινδρο, ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής και αρχίζουν να βγαίνουν τα καυσαέρια περνώντας από τον αυλό εξαγωγής προς την πολλαπλή εξαγωγής, βγαίνοντας από τον κύλινδρο με την άνοδο του εμβόλου. Αυτή είναι κοντολογίς η αλληλουχία που επαναλαμβάνεται εκατομμύρια φορές στη ζωή του μοτέρ.

Πώς κινούνται οι βαλβίδες; Ο μαέστρος της ορχήστρας εδώ είναι ο εκκεντροφόρος. Μπορεί να είναι ένας, δύο ή και τέσσερις ανάλογα με τον αριθμό των κυλίνδρων και τον τύπο του μοτέρ, δηλαδή εν σειρά, επίπεδος ή διάταξης «V». Και -αν δεν το ξέρετε- είναι μία μεταλλική ράβδος με πολλά …καρούμπαλα που ονομάζονται έκκεντρα. Όπως περιστρέφεται ο εκκεντροφόρος, τα έκκεντρα αυτά ανοιγοκλείνουν τις βαλβίδες για τη λειτουργία που μόλις είδαμε. Οι εκκεντροφόροι με τη σειρά τους περιστρέφονται από τον ιμάντα ή αλυσίδα χρονισμού που τους συνδέει με τον στρόφαλο. Τώρα, σε ό,τι αφορά τη διάταξη κίνησης των βαλβίδων, άλλοι εκκεντροφόροι κινούν απευθείας τις βαλβίδες και άλλοι με κάποιο ωστήριο, δηλαδή ένα μοχλικό σύστημα που κινείται στο ένα άκρο του από το έκκεντρο και το άλλο άκρο του κινεί τη βαλβίδα. Τα ελατήρια των βαλβίδων τις κρατούν κλειστές, σφραγίζοντας τον κύλινδρο μέχρι να τις ανοίξουν οι εκκεντροφόροι. Αποκάλεσα τον εκκεντροφόρο μαέστρο της ορχήστρας του μοτέρ. Δεν είναι τυχαία η λέξη, διότι από τις ιδιότητες του εκκεντροφόρου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό η απόδοση του μοτέρ μας. Χονδρικά, τα στοιχεία που καθορίζουν τον εκκεντροφόρο είναι το βύθισμα (σε χιλιοστά) και η διάρκεια (σε μοίρες). Προς το παρόν, ας αρκεστούμε στο γεγονός ότι όσο μεγαλύτερα είναι αυτά τα δύο νούμερα, τόσο αυξάνεται ανάλογα και η ισχύς του μοτέρ. Κάντε λίγο υπομονή, ολόκληρο χρόνο έχουμε μπροστά μας…

Κυλινδροκεφαλή ή καλύτερα… καπάκι

Όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, το καπάκι είναι ένα μεγάλο μεταλλικό κομμάτι (ωραία περιγραφή, ε;) που τοποθετείται και βιδώνεται στο επάνω μέρος των κυλίνδρων και του μπλοκ γενικότερα. Συνήθως είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο, αλλά παλιότερα τα έφτιαχναν και από χυτοσίδηρο. Περιέχει τις βαλβίδες με τα ελατήριά τους, τα μπουζί και τους εκκεντροφόρους (αυτούς τους τελευταίους όχι πάντα, γιατί στα παλιά, προ-Jurassic, μοτέρ ήταν ένας και βρισκόταν στο μπλοκ). Όταν τα έμβολα βρίσκονται στο ανώτατο σημείο της διαδρομής τους -που ονομάζεται και Άνω Νεκρό Σημείο (ΑΝΣ)- μεταξύ αυτών και του καπακιού υπάρχει ένας χώρος όπου γίνεται η καύση. Ο χώρος αυτός ονομάζεται θάλαμος καύσης και στην επάνω μεριά του (του καπακιού) βρίσκονται οι βαλβίδες και τα μπουζί.

Το καπάκι βιδώνεται με συγκεκριμένη ροπή στο μπλοκ, αφού προηγουμένως μεταξύ τους έχει τοποθετηθεί η απαραίτητη φλάντζα στεγανοποίησης ή απλά φλάντζα. Η φλάντζα είναι και αυτή σχεδιασμένη κατά τρόπο ώστε να αφήνει την επικοινωνία σε ψυκτικά και λάδια από το μπλοκ στο καπάκι και φυσικά σφραγίζει το πάνω μέρος των κυλίνδρων στο καπάκι. Η στεγανοποίηση πρέπει να είναι αποτελεσματική, ώστε να μην υπάρχει διαρροή κατά την καύση του μείγματος και όλη η πίεση να εξασκείται σπρώχνοντας το έμβολο προς τα κάτω, παράγοντας το μέγιστο δυνατό έργο. Το καπάκι είναι κατασκευαστικά διαμορφωμένο κατά τέτοιο τρόπο ώστε περιέχει διόδους και περάσματα μέσα στο χυτό για να κυκλοφορεί το ψυκτικό υγρό και το λάδι, βοηθώντας να διατηρηθεί η θερμοκρασία στο επιθυμητό πλαίσιο. Τα περισσότερα σύγχρονα μοτέρ έχουν διάταξη με διπλούς επικεφαλής εκκεντροφόρους (DOHC-Dual Over Head Camshafts), που σημαίνει ότι οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής έχουν τους δικούς τους, ξεχωριστούς, εκκεντροφόρους. Το πλεονέκτημα της ύπαρξης ξεχωριστών εκκεντροφόρων είναι ότι κάθε έκκεντρο μπορεί να τοποθετηθεί πολύ κοντά στη βαλβίδα και είτε να την κινεί απευθείας είτε μέσω ενός πολύ μικρού ωστηρίου. Αυτή η τεχνική μειώνει την αδρανειακή μάζα των κινουμένων μερών στο ελάχιστο, πράγμα που βοηθάει τη λειτουργία σε ακόμα μεγαλύτερες στροφές. Γι’ αυτό και σχεδόν όλα τα σύγχρονα μοτέρ επιδόσεων χρησιμοποιούν τεχνολογία DOHC.

Μάλιστα… Τώρα που είδαμε ξεχωριστά τα διάφορα βασικά μέρη του μοτέρ, νομίζω ότι μπορούμε να τα βάλουμε να δουλέψουν μαζί σαν σύνολο. Η επιμέρους διαχείριση των παραμέτρων που περιέχονται στους 4 χρόνους λειτουργίας είναι ο δρόμος μέσα από τον οποίο μπορούμε να ανεβάσουμε την απόδοση του μοτέρ. Γι’ αυτό θα εξετάσουμε με κάποια μεγαλύτερη προσοχή την κάθε φάση, αλλά όχι σήμερα, πάμε για το επόμενο τεύχος. Λίγη υπομονή μέχρι τότε και το μυστικό για την επιβίωση είναι ένα… τζάκι, κράσος, κάρβουνα και κάργα πρωτεΐνη…

 

Αρθρογράφος

 

Mercedes-Benz A250e hatchback και Sedan

Mercedes-Benz A250e hatchback και Sedan

Τα νέα μοντέλα Α250e hatchback & A250e Sedan έφτασαν στη χώρα μας και προσφέρουν τα οφέλη της ηλεκτροκίνησης στις καθημερινές μετακινήσεις.