Βασική λειτουργία μηχανισμού κινητήρα εσωτερικής καύσης

GF01.00-P-9900A

Βασική λειτουργία μηχανισμού κινητήρα εσωτερικής καύσης

06.03.2020

Κινητήρας

όλα (Επιβατικα (PKW))

Επισκόπηση

Αυτό το έγγραφο περιλαμβάνει πληροφορίες για:

 Γενικά

 Λειτουργία

Γενικά

Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης ως κινητήρας με παλινδρομικά έμβολα χαρακτηρίζεται από έναν τρόπο λειτουργίας με παλινδρομική κίνηση εμβόλων και εσωτερική, κυκλική καύση. Χάρη στη μηχανική συνεργασία διαφόρων συγκροτημάτων, ο κινητήρας με παλινδρομικά έμβολα συμπιέζει το μείγμα καυσίμου-αέρα και προωθεί την πίεση καύσης ως ροπή στρέψης στον στροφαλοφόρο άξονα.

Ενδεικτική απεικόνιση συστήματος κίνησης στροφάλου M139

1	Στροφαλοθάλαμος
2	Κάρτερ
3	Κάτω τμήμα κάρτερ λαδιού
4	Περίβλημα χρονισμού
5	Άξονας εξισορρόπησης
6	Αδρανές γρανάζι
7	Στροφαλοφόρος άξονας
8	Μπιέλα
9	Έμβολο
10.1	Ελατήριο λαδιού εμβόλου
10.2	Ελατήριο μορφής κώνου
10.3	Δακτύλιος συμπίεσης
A	Επιφάνειες λειτουργίας κυλίνδρου (επίστρωση NANOSLIDE®)

P01.00-A042-76

Λειτουργία

Στροφαλοθάλαμος

Οι στροφαλοθάλαμοι των τρέχοντων κινητήρων Diesel και βενζίνης της Mercedes κατασκευάζονται από αλουμίνιο. Οι επιφάνειες λειτουργίας κυλίνδρου επιστρώνονται με τη μέθοδο της επίστρωσης NANOSLIDE® σε πολλές κατασκευαστικές σειρές κινητήρων απευθείας στις εσωτερικές επιφάνειες του στροφαλοθάλαμου. Στις κατασκευαστικές σειρές κινητήρων M260 και M264 καθώς και στις M270, M274 και M278 τα χιτώνια κυλίνδρων είναι κατασκευασμένα από φαιός χυτοσίδηρο.

Ως κεντρικό εξάρτημα του περιβλήματος κινητήρα, που αποτελείται κατά κανόνα από τα εξαρτήματα στροφαλοθάλαμος, κάρτερ και περίβλημα χρονισμού, ο στροφαλοθάλαμος εκπληρώνει σημαντικές εργασίες. Παραδείγματος χάριν την καταγραφή των αλληλεπιδρόντων δυνάμεων από τις διαδικασίες καύσης και τις παλινδρομικές κινήσεις των εμβόλων καθώς και τα υψηλά θερμικά φορτία. Μηχανικά ο στροφαλοθάλαμο είναι ο φορέας πολλών εξαρτημάτων του κινητήρα στα εξωτερικά τοιχώματα, στην εσωτερική περιοχή μεταξύ άλλων βάση ολόκληρου του συστήματος κίνησης στροφάλου. Τα σημαντικά εξαρτήματα του συστήματος κίνησης στροφάλου είναι:

 Άξονας εξισορρόπησης με κουζινέτο

 Αδρανή γρανάζια

 Στροφαλοφόρος άξονας με επάνω και κάτω κουζινέτο

 Μπιέλα με κουζινέτα

 Πείρος εμβόλου

 Έμβολο

 Ελατήρια εμβόλου

Οι τριβολογικοί σχεδιασμοί των επιφανειών λειτουργίας κυλίνδρου και ολόκληρου του συστήματος κίνησης στροφάλου είναι βασικοί για τη μείωση των απωλειών τριβής και την ανθεκτικότητα του κινητήρα. Η πίεση καύσης που επιδρά απευθείας στο έμβολο μετατρέπεται σε μια γραμμική κίνηση. Η δύναμη που προκύπτει επιδρά μέσω της μπιέλας στον στροφαλοφόρο άξονα, έτσι ώστε να προκύπτει ροπή στρέψης.

Τα έμβολα μαζί με τα ελατήρια εμβόλων τους εκτίθενται σε υψηλές μηχανικές και θερμικές καταπονήσεις. Η γεωμετρία και η υφή επιφάνειας των εμβόλων έχουν σημαντική επίδραση στη δημιουργία μείγματος και την καύση. Επιπλέον, είναι υπεύθυνα για την απαγωγή θερμότητας από το θάλαμο καύσης στο λάδι και το ψυκτικό μέσο. Τα ελατήρια εμβόλων διατίθενται σε διαφορετικές εκδόσεις σύμφωνα με τις λειτουργίες τους. Ο κατώτερος δακτύλιος, το ελατήριο λαδιού εμβόλου, αποβάλλει λάδι κινητήρα από την επιφάνεια λειτουργίας κυλίνδρου και τροφοδοτεί ταυτόχρονα το φιλμ λαδιού, στο οποίο ολισθαίνει το ελατήριο εμβόλου κατά τη διάρκεια της διαδρομής. Το ελατήριο μορφής κώνου, στο οποίο έχει τοποθετηθεί η μεσαία οπή στο έμβολο, ελέγχει το φιλμ λαδιού, τόσο για τις επαρκώς καλές τριβολογικές συνθήκες, όσο και ως προς το πάχος της επίστρωσής του. Αυτό πρέπει να είναι τόσο λεπτό ώστε η απώλεια λαδιού κατά την εξαγωγή του ατμού να είναι περιορισμένη. Επιπλέον, το ελατήριο μορφής κώνου μονώνει έναντι των αερίων καύσεως και επηρεάζει μέσω εναλλαγής με την κίνηση του κατώτερου δακτυλίου τη συμπεριφορά Blowby του κινητήρα. Ο ανοιχτός δακτύλιος ή/και ο δακτύλιος συμπίεσης μονώνει τον θάλαμο καύσης στον στροφαλοθάλαμο και προωθεί τη θερμότητα καύσης προς την επιφάνεια λειτουργίας κυλίνδρου που έχει κρυώσει. Μέσω της μηχανικής προέντασης αυτού του ελατηρίου εμβόλου διασφαλίζεται η στεγανοποίηση κατά την εκκίνηση του κινητήρα και μειώνει την ταλάντωση των τροχών στους υψηλούς αριθμούς στροφών κινητήρα.

Το σύστημα κίνησης στροφάλου είναι τοποθετημένο στο στροφαλοθάλαμο. Ο στροφαλοθάλαμος αναλαμβάνει, κατά βάση, τις παρακάτω εργασίες:

 Έδραση του στροφαλοφόρου άξονα και του άξονα εξισορρόπησης

 Έδραση στον τοποθετημένο άξονα εξισορρόπησης

 Σύνδεση μετάδοσης ισχύος ανάμεσα σε κυλινδροκεφαλή και σύστημα μετάδοσης κίνησης

 Βάση των επιφανειών λειτουργίας κυλίνδρου ή/και των χιτωνίων κυλίνδρου

 Ενσωματωμένες δομές καναλιών για την ψύξη, τη λίπανση, τη εξαέρωση

 Υποδοχή των παρελκόμενων συγκροτημάτων

Ο στροφαλοθάλαμος έχει επιπλέον σημεία στερέωσης για προσαρτήματα και σχηματίζει ένα θάλαμο συστήματος μετάδοσης κίνησης και ψυκτικού μέσου, που είναι στεγανός στο λάδι και το νερό.

Μηχανισμός κίνησης βαλβίδων
Ο μηχανισμός κίνησης βαλβίδων καθορίζει τη χρονική στιγμή και τη διάρκεια της αναρρόφησης του καθαρού αέρα, καθώς και τη χρονική στιγμή και τη διάρκεια εκπομπής των καμμένων αερίων. Ο μηχανισμός κίνησης βαλβίδων και τα αντίστοιχα εξαρτήματα αποτελούν βασικά στοιχεία της κυλινδροκεφαλής.
Ο μηχανισμός κίνησης βαλβίδων περιγράφει τη μετατόπιση φορτίου ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης. Η κυλινδροκεφαλή έχει τους εξής ρόλους:

 Καταγραφή των δυνάμεων συμπίεσης κυλίνδρων

 Ψύξη περιοχών κοντά στο θάλαμο καύσης

 Λίπανση του μηχανισμού κίνησης βαλβίδων

 Σφράγιση του θαλάμου καύσης προς τα επάνω

 Καταγραφή των μπουζί ή/και ακροφυσίων ψεκασμούΟ μηχανισμός κίνησης βαλβίδων αποτελείται κυρίως από τα παρακάτω εξαρτήματα:

 Βαλβίδες εισόδου και εξόδου

 Ελατήρια βαλβίδας

 Ζύγωθρο με βραχίονα

 Εκκεντροφόρος εισαγωγής/εξαγωγής

 Κυλινδροκεφαλή

 Καδένα χρονισμού (ή οδοντωτός ιμάντας)Ο έλεγχος του εκκεντροφόρου και της βαλβίδας εισαγωγής ή/και εξαγωγής πραγματοποιείται μέσω της καδένας χρονισμού μέσω του στροφαλοφόρο άξονα. Τα έκκεντρα του εκκεντροφόρου άξονα ανοίγουν τις βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής μέσω οργάνων μετάδοσης π. χ. ζύγωθρο με βραχίονα, ενάντια στη δύναμη των ελατηρίων βαλβίδας. Η δύναμη ελατηρίου των ελατηρίων βαλβίδας κλείνει ξανά τις βαλβίδες. Ο κύκλος εργασίας εκτείνεται σε τέσσερις χρονισμούς, δηλαδή δύο περιστροφές στροφαλοφόρου. Το άνοιγμα και το κλείσιμο των βαλβίδων πραγματοποιείται μόνο μία φορά κάθε φορά, με μία μόνο περιστροφή του εκκεντροφόρου. Ο εκκεντροφόρος λειτουργεί με τον μισό αριθμό στροφών κινητήρα του στροφαλοφόρου άξονα.
 Ο λόγος στροφών ανάμεσα στο στροφαλοφόρο και τον εκκεντροφόρο άξονα είναι 2 : 1.
Μηχανισμός κίνησης με ιμάντα
Ο μηχανισμός κίνησης με ιμάντα ασχολείται με τη μετάδοση της περιστροφικής κίνησης του στροφαλοφόρου άξονα στα παρελκόμενα συγκροτήματα π. χ. το δυναμό, την αντλία νερού και τον συμπιεστή ψυκτικού υγρού και την κίνησή τους.
Ο μηχανισμός κίνησης με ιμάντα περιλαμβάνει, κατά βάση, τα παρακάτω εξαρτήματα:

 Σφηνοειδής ιμάντας

 Εντατήρας ιμάντα

 Αδρανείς τροχαλίεςΛίπανση κινητήρα
Η λίπανση κινητήρα χρησιμεύει στην τροφοδοσία με λάδι λίπανσης όλων των σημείων προς λίπανση και ψύξη στον κινητήρα όπως π. χ. έμβολα, κουζινέτα, ζύγωθρο με βραχίονα. Συγχρόνως η πίεση λαδιού διαφέρει ανάλογα με τον αριθμό στροφών κινητήρα.
Η λίπανση κινητήρα περιλαμβάνει, κατά βάση, τα παρακάτω εξαρτήματα:

 Αντλία λαδιού

 Κάρτερ

 Βαλβίδα αντλίας λαδιού

 Αισθητήρας λαδιού

 Μονάδα φίλτρου λαδιού

 Εναλλάκτης θερμότητας λαδιού κινητήρα Η λίπανση κινητήρα αναλαμβάνει τους ακόλουθους ρόλους:

 Λίπανση για την αποτροπή ενεργειακών απωλειών και φθοράς που προκαλεί τριβή ανάμεσα στα εξαρτήματα που ολισθαίνουν το ένα πάνω στο άλλο.

 Ψύξη, για την προστασία των εξαρτημάτων κινητήρα, καθώς αυτά δεν μπορούν να διοχετεύουν τη θερμότητα απευθείας στο ψυκτικό μέσο ή στον αέρα ψύξης.

 Στεγανοποίηση, για τη διασφάλιση της σωστής στεγανοποίησης ανάμεσα στα εξαρτήματα που ολισθαίνουν το ένα πάνω στο άλλο (π. χ. ελατήριο εμβόλου προς το τοίχωμα κυλίνδρου).

 Καθαρισμός, για την εξαγωγή ή/και τη δέσμευση ρινισμάτων, ιζημάτων και υπολείμματα καύσης στο λάδι κινητήρα.

 Προστασία από διάβρωση.

 Απόσβεση θορύβων κινητήρα, καθώς το φιλμ λίπανσης λειτουργεί ως μόνωση για θορύβους και δονήσεις.

Ενδεικτική απεικόνιση μηχανισμού κίνησης βαλβίδων M139

7	Στροφαλοφόρος άξονας
11	Καδένα χρονισμού
12	Ράγα καδένας με υδραυλικό εντατήρα καδένας
13	Εκκεντροφόρος εξαγωγής
14	Εκκεντροφόρος εισαγωγής
15	Ελατήρια βαλβίδας
16	Βαλβίδες εισαγωγής
17	Βαλβίδες εξαγωγής
18	Μπουζί

P01.00-A043-76

	Περαιτέρω βασικές λειτουργίες
	Βασική λειτουργία στροφαλοθαλάμου		GF01.40-P-1000A
	Βασική λειτουργία μηχανισμού κίνησης βαλβίδων		GF05.30-P-1000A
	Βασική λειτουργία μηχανισμού κίνησης με ιμάντα		GF13.21-P-1001A
	Βασική λειτουργία λίπανσης κινητήρα		GF18.00-P-1003A