Τι είναι τα έμβολα του κινητήρα
Στο μεγαλύτερο ποσοστό τους, οι σύγχρονοι μικρής και μεσαίας ιπποδύναμης διαθέτουν 4 έμβολα ή πιστόνια. Όσο ανεβαίνει ο κυβισμός και η ιπποδύναμη αυξάνεται και ο αριθμός των εμβόλων, ο οποίος μπορεί να φτάσει τα 6, 8, 10. 12 ή και περισσότερα. Τα έμβολα κινούνται προς τα επάνω και κάτω στο εσωτερικό των κυλίνδρων, ένα έμβολο ανά κύλινδρο.
Το τμήμα του κυλίνδρου επάνω από το έμβολο, ονομάζεται θάλαμος καύσης. Εκεί, γίνεται η ανάφλεξη του μείγματος καυσίμου-αέρα με τη χρήση σπινθήρα που παράγεται από το μπουζί. Το κάτω από το έμβολο τμήμα του κυλίνδρου ονομάζεται θάλαμος του στροφαλοφόρου άξονα ή στροφαλοθάλαμος και είναι γεμισμένο με λάδι.
Συνήθως, η κατασκευή των εμβόλων γίνεται από κράματα αλουμινίου και χάλυβα υψηλής αντοχής, ενώ η σχεδίασή τους δεν τους επιτρέπει την επαφή με τα τοιχώματα του κυλίνδρου μέσα στον οποίο κινούνται. Στην επιφάνεια των εμβόλων, υπάρχουν 3 δαχτυλίδια, τα ελατήρια των εμβόλων, που δεν αφήνουν το λάδι να περάσει στο εσωτερικό του θαλάμου καύσης και να αναμιχθεί με το μείγμα αέρα-καυσίμου.
Εμφανισιακά έχουν κυλινδρικό σχεδιασμό, αν και η λεπτομερέστερη εξέτασή τους θα αποδείξει πως η μορφή τους είναι πολύπλοκη με μικρές κλίσεις και καμπύλες, ανάλογα με τον κινητήρα. Ακόμη, σε κάποιους από τους καινούριους κινητήρες άμεσου ψεκασμού κοινού δοχείου, είτε ντίζελ, είτε βενζίνης, διαθέτουν ένα σύνολο από προεξοχές και καμπύλες υπεύθυνες για την κατευθυνόμενη στρωματοποίηση και τον στροβιλισμό του μείγματος που περνά στο εσωτερικό του θαλάμου καύσης.
Πως λειτουργούν τα έμβολα του κινητήρα;
Τα έμβολα των θερμικών κινητήρων (κινητήρων εσωτερικής καύσης) μεταδίδουν την πίεση που ασκείται στην άνω επιφάνειά τους από τα καυσαέρια στον στροφαλοφόρο άξονα, παρέχοντας κίνηση στον κινητήρα και κατά συνέπεια, στο όχημα.
Ας το δούμε αυτό τώρα, λίγο πιο αναλυτικά. Τα έμβολα συνδέονται με τον στροφαλοφόρο άξονα μέσω των μπιελών. Οι μπιέλες συνδέονται στο κάτω μέρος του εμβόλου με πείρους, και με τον στροφαλοφόρο με τα λεγόμενα καβαλέτα που ουσιαστικά, δένουν περιμετρικά τον άξονα. Έτσι, η καθοδική ή ανοδική κίνηση του εμβόλου ανάλογα με τον χρόνο του κινητήρα, μετατρέπεται σε περιστροφική. Με πιο απλά λόγια, η παλινδρομική αυτή κίνηση, λόγω των μπιελών, περιστρέφει το στροφαλοφόρο άξονα.
Για να λειτουργήσει ο κινητήρας, αυτή η κίνηση είναι συνεχιζόμενη. Έτσι, με το που τα αέρια της καύσης εκτονώνονται, σπρώχνουν το έμβολο προς τα κάτω. Εκεί μπαίνει στο παιχνίδι η αδράνεια του στροφαλοφόρου που επιστρέφει το έμβολο στη αρχική του θέση, για να το σπρώξουν και πάλι τα αέρια στον επόμενο κύκλο. Η συγκεκριμένη παλινδρομική κίνηση φτάνει τελικά, μέσω της μετάδοσης, στους κινητήριους τροχούς και κινεί το όχημα.
Περιορισμοί, απαιτήσεις και μειονεκτήματα
Κατανοούμε λαμβάνοντας υπ’ όψη τα παραπάνω, πως το έμβολο θα πρέπει να τα βγάλει πέρα με υπερβολικές δυνάμεις σε ακραίο περιβάλλον. Απαιτείται λοιπόν, να είναι ανθεκτικό σε υπερβολικές πιέσεις (από τα καυσαέρια), αλλά και σε υψηλές δυνάμεις αδράνειας (από τον στροφαλοφόρο). Παράλληλα, θα πρέπει το βάρος του να είναι μικρό, για να υπάρχουν όσο το δυνατό μικρότερα μεγέθη των πιο πάνω δυνάμεων, αλλά και για να μειώνονται οι απώλειες λόγω αδράνειας.
Μειονεκτήματα υπάρχουν και με βάση τον τρόπο κατασκευής του εμβόλου. Συνήθως, η κατασκευή τους γίνεται με χύτευση. Με την εισαγωγή, δηλαδή, του μετάλλου σε υγρή κατάσταση μέσα σε καλούπια και την κατεργασία τους στο επακριβές μέγεθος στη συνέχεια. Ο συγκεκριμένος τρόπος είναι οικονομικός και επιτρέπει την κατασκευή μεγάλων ποσοτήτων τμημάτων. Το θέμα, όμως, είναι πως έτσι το τελικό προϊόν δεν έχει υψηλή πυκνότητα, με αποτέλεσμα τη μείωση της αντοχής, οπότε απαιτείται να υπάρχει μεγαλύτερο μέγεθος, άρα και υψηλότερο βάρος.
Η δεύτερη μέθοδος είναι η σφυρηλάτηση. Τα σφυρήλατα έμβολα παράγονται απευθείας από μπάρες μετάλλου, επιτρέποντας έτσι τις αλλαγές στη σχεδίασή τους κατά την παραγωγή, ενώ παράλληλα η πυκνότητά τους αγγίζει το βέλτιστο. Το μειονέκτημα εδώ είναι ο ιδιαίτερα μεγάλος χρόνος κατασκευής και το υψηλό κόστος. Έτσι, η συγκεκριμένη μέθοδος χρησιμοποιείται αποκλειστικά από βελτιωτικούς οίκους και κατασκευαστές αγωνιστικών τμημάτων.
Η τελευταία μέθοδος και η πλέον εξελιγμένη είναι η σφυρηλασία. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, απαιτείται η θέρμανση του μετάλλου σε θερμοκρασίες που προσεγγίζουν το σημείο τήξης του και μετά, το απότομο πρεσάρισμά του με τρομακτική δύναμη ανάμεσα σε καλούπια. Έτσι, το μέταλλο έχει ιδιαίτερα υψηλή συνοχή και αντοχή. Τα έμβολα αυτά παρουσιάζουν μεγάλη αντοχή σε αναλογία με το βάρος τους, οπότε η χρήση τους γίνεται κυρίως στους ιδιαίτερα δυνατούς κινητήρες.
Προβλήματα
Λόγω των υψηλών πιέσεων και της ακρίβειας των μεγεθών και της σύνδεσης που απαιτεί η κίνηση των εμβόλων στο εσωτερικό των κυλίνδρων, ενδέχεται να προκύψουν πολλά προβλήματα και ζημιές.
Ας δούμε τα συνηθέστερα με τα οποία ενδέχεται να έρθετε αντιμέτωποι:- Απώλεια ευθυγράμμισης της κίνησης των εμβόλων. Όταν προκύψει κάποια ζημιά στον κινητήρα, σε πολλές περιπτώσεις στραβώνουν ή παραμορφώνονται οι μπιέλες. Αν λοιπόν κατά τη γενική επισκευή του κινητήρα γίνει έλεγχος των δύο ματιών (άνω και κάτω) της μπιέλας και αυτή παραμείνει στραβή, έχουμε μη ευθυγραμμισμένη κίνηση του εμβόλου στο εσωτερικό του κυλίνδρου. Το αποτέλεσμα είναι η μη κυκλική κίνηση των ελατηρίων των εμβόλων, με συνέπεια τα μεγάλα προβλήματα στεγανοποίησης και ενδεχομένως το σπάσιμο των ελατηρίων.
- Είσοδος ρύπων στον κινητήρα. Αποτελεί το συνηθέστερο ίσως αίτιο πρόωρης φθοράς του κινητήρα και των ελατηρίων των εμβόλων. Συνήθως, το πρόβλημα οφείλεται είτε σε εισαγωγή ρύπων από τον αέρα της εισαγωγής, λόγω μη έγκαιρης αλλαγής του φίλτρου αέρα, είτε λόγω λειτουργίας του κινητήρα χωρίς αυτό. Οι ρύποι λοιπόν αυτοί, καταλήγουν στα κενά τοποθέτησης των ελατηρίων των εμβόλων, όπου μαζί με το λάδι δημιουργούν λάσπη που προκαλεί τριβές, στα τοιχώματα των εμβόλων, αυξάνοντας τις εγκοπές των ελατηρίων και προκαλώντας ζημιά και στα τοιχώματα των εμβόλων.
- Σπάσιμο των ελατηρίων των εμβόλων. Τις περισσότερες φορές, οφείλεται σε πολύ μεγάλη φθορά ή σε ταλάντωση των ελατηρίων εξαιτίας λαθών κατά την τοποθέτησή τους. Επίσης, στη χειρότερη περίπτωση, ενδέχεται να οφείλεται σε εισροή νερού ή λαδιού στο εσωτερικό των κυλίνδρων που θα επιφέρει υδραυλική συμπίεση. Στην περίπτωση αυτή, μιας και τα υγρά δεν συμπιέζονται, μόλις η ποσότητα του υγρού ξεπεράσει τον όγκο του θαλάμου συμπίεσης, το υγρό είτε θα σπάσει το έμβολο, είτε τα ελατήρια του εμβόλου. Το αποτέλεσμα μπορεί να είναι η στρέβλωση της μπιέλας ή το σπάσιμο των τοιχωμάτων του κυλίνδρου.
Σε γενικές γραμμές, μπορούν να εμφανιστούν πολλά ακόμα προβλήματα και σε πολλά ακόμη σημεία του συγκεκριμένου μηχανισμού, αλλά όλα μπορούν να αποφθεχθούν με συγκεκριμένες πρακτικές. Αρχικά, θα πρέπει να γίνεται πάντα η συντήρηση με βάση αυτά που ορίζει ο κατασκευαστής του αυτοκινήτου. Να υπάρχει τακτικός έλεγχος για την ορθότητα της λειτουργίας των τμημάτων και φυσικά, να γίνεται πάντα χρήση των συνιστώμενων από τον κατασκευαστή αναλώσιμων και ανταλλακτικών.
Δεν πρέπει σε καμία περίπτωση να αγοράζουμε «φτηνά» ανταλλακτικά και αναλώσιμα από «επίφοβους», μη αξιόπιστους πωλητές. Τα χρήματα που θα γλιτώσουμε στις αγορές μας, θα τα χαλάσουμε σε πανάκριβες επισκευές που ενδέχεται να μην επαναφέρουν καν τον κινητήρα μας στην αρχική του κατάσταση.
Σχόλιο