Alkuninis velenas yra esminė vidaus degimo variklio dalis, atliekanti pagrindinę funkciją - paverčia tiesinį stūmoklių judesį sukamuoju judesiu, kuris vėliau perduodamas ratams. Šis sudėtingas mechanizmas veikia nuolat kintančių jėgų, tokių kaip besisukančios masės išcentrinė jėga, dujų inercijos jėga ir slenkanti atgal inercijos jėga, įtakoje. Dėl šių apkrovų alkūninis velenas turi būti itin tvirtas, standus, o jo paviršiai - atsparūs dilimui, lygūs ir subalansuoti.
Alkuninis velenas yra alkūninio-švaistiklinio mechanizmo (AŠM) pagrindas, kuris tiesiogiai veikia variklio galią ir efektyvumą.
Alkuninio veleno sandara ir komponentai
Alkuninis velenas sudarytas iš kelių pagrindinių dalių:
- Priekinis (laisvasis) galas
- Švaistiklio kakliukai
- Pagrindinio veleno kakliukai
- Švaistikliai
- Balansiniai blokai (atsvaros)
- Galinio flanšo (galios išvesties galas)
Pagrindiniai veleno kakliukai tvirtinami cilindrų bloke, o švaistiklio kakliukai jungiasi su didžiąja švaistiklio anga. Mažoji švaistiklio galvutės anga yra sujungta su cilindro stūmokliu, sudarant tipinį švaistiklio-stūmoklio mechanizmą. Konstrukciškai alkūninis velenas dažnai susideda iš daugelio alkūnių, kurių švaistiklio kaiščiai, švaistiklio svirtys ir pagrindiniai sukliai sudaro vientisą struktūrą.
Daugelio variklių alkūniniai velenai turi alkūninius svirtis. Pagal švaistiklio prijungimo būdą, alkūniniai velenai skirstomi į vientisus ir surenkamus (kombinuotus) tipus. Pagrindinės alkūninio veleno dalys yra kakliukai, švaistikliai, atsvaros, galinis flanšas ir kt.
Alkuninio veleno funkcija ir veikimo principas
Pagrindinė alkūninio veleno funkcija - paversti stūmoklių tiesinį judesį sukamuoju judesiu ir tiekti galią variklio transmisijos sistemai. Variklio veikimo metu, degimo procesas stumia stūmoklį žemyn. Ši jėga per švaistiklį perduodama alkūniniam velenui, kuris dėl to pradeda suktis. Tai yra esminis principas, leidžiantis automobiliui judėti.
Alkuninis velenas ne tik generuoja sukimo momentą, bet ir valdo kitas variklio sistemas. Jis suka kumštelinį veleną, kuris reguliuoja variklio vožtuvų atidarymą ir uždarymą, taip kontroliuodamas oro ir degalų mišinio patekimą į degimo kameras bei išmetamųjų dujų išleidimą.
Senoji Animacija - Kartuno gatve senojimanimacija.cf
Alkuninio veleno ašinės padėties svarba
Jei alkūninis velenas nebūtų tinkamai išdėstytas ašine kryptimi, atsirastų ašinis judėjimas. Tai sukeltų papildomą ašinį slėgį, dėl kurio ekscentriškai dėvėtųsi švaistiklio guoliai, stūmokliai ir stūmoklių kaiščiai. Be to, ašinis judėjimas sankabos užspaudimo metu gali pakeisti sankabos laisvą eigą, sukeldamas vibracijas užvedant automobilį.
Alkuninio veleno ašinė padėtis paprastai kontroliuojama naudojant traukos plokštes, sudarytas iš keturių pusapvalių tarpiklių, sumontuotų ant paskutinio alkūninio veleno kakliuko. Didžiausią ašinio judėjimo priežastį sukelia transporto priemonės inercija ir sankabos slėgio plokštės trauka, veikianti atleidimo guolį. Geriausia vieta atraminei plokštei montuoti yra cilindrų bloko gale, nes sunkiausios sukamąją jėgą perduodančios dalys (smagratis ir sankaba) yra arčiausiai šios vietos.
Alkuninio veleno medžiagos ir konstrukcija
Tradiciniai alkūniniai velenai dažniausiai gaminami iš vidutinio anglies plieno ir vidutinio anglies legiruotojo plieno (pvz., 45, 40Cr, 35Mn2). Paviršius apdorojamas aukšto dažnio arba nitrito tirpalais, o galutinis apdirbimas užtikrina reikiamą lygumą ir atsparumą.
Šiuolaikiniuose automobilių varikliuose plačiai naudojami kaliojo ketaus alkūniniai velenai, pasižymintys geromis mechaninėmis savybėmis. Dėl didelių sukimo jėgų, alkūniniai velenai gaminami iš kaltinio plieno, užtikrinančio tvirtumą ir ilgaamžiškumą. Jie turi grūdintą paviršių ir tvirtą šerdį. Siekiant užtikrinti sklandų variklio darbą, alkūninis velenas yra subalansuotas.
Alkuninio veleno atsvaros ir guoliai
Atsvaros yra sunkios dalys, pritvirtintos prie alkūninio veleno, kurios padeda sumažinti vibraciją ir pagerinti variklio veikimo sklandumą. Jos kompensuoja besisukančių dalių sukeliamas jėgas, užtikrinant stabilumą.
Guoliai palaiko alkūninio veleno kakliukus ir leidžia jam suktis su minimalia trintimi. Tai gali būti slydimo arba kakliuko guoliai, kurie yra būtini sklandžiam alkūninio veleno veikimui.
Smagračio tvirtinimo flanšas ir alyvos sandarikliai
Smagračio tvirtinimo flanšas yra vieta, kur smagratis jungiamas prie alkūninio veleno. Smagratis yra didelis mechaninis įtaisas, sukaupiantis sukamąją energiją ir išlyginantis variklio darbą. Alyvos sandarikliai yra montuojami abiejuose alkūninio veleno galuose, siekiant užkirsti kelią alyvos nutekėjimui iš variklio.
Alkuninio veleno vaidmuo perdavimo sistemoje
Alkuninis velenas yra pagrindinis elementas, paverčiantis stūmoklių judėjimą į sukamąjį judesį, kuris varo transporto priemonę. Stūmokliui judant žemyn, alkūninis velenas sukasi ir perduoda energiją smagračiui. Toliau sankaba perima sukimosi energiją iš alkūninio veleno ir perduoda ją per pavarų dėžę į diferencialą, o galiausiai - į ratus. Taigi, alkūninis velenas yra tiesiogiai susijęs su transporto priemonės judėjimu.
Alkuninio mechanizmo nejudančios dalys
Alkuninio mechanizmo konstrukcijoje svarbią vietą užima nejudančios dalys, užtikrinančios jo stabilumą ir ilgaamžiškumą. Pagrindinės šios grupės dalys yra cilindrų blokas ir cilindrų galvutė.
Cilindrų blokas
Cilindrų blokas, dar vadinamas karteriu, yra variklio pagrindas. Jis priima visas darbo metu atsirandančias apkrovas ir veikia variklio atramas, todėl yra gaminamas kuo standesnis išilgine ir skersine kryptimis. Siekiant padidinti standumą, alkūninio veleno pagrindinių guolių plokštumose esančiose pertvarose daromos papildomos sustiprinimo briaunos. Standumas taip pat didėja, kai karterio dugninė tvirtinama žemiau plokštumos, einančios per pagrindinių kakliukų guolius. Dar didesnis standumas gaunamas, kai karteris gaminamas iš dviejų dalių: viršutinės ir apatinės, kurioje integruoti alkūninio veleno pagrindinių guolių dangteliai.
Kad bloke nesusidarytų lenkimo įtempių dėl dujų slėgio jėgos, cilindrų blokas daromas tokios formos, kad galvutės ir alkūninio veleno pagrindinių guolių dangtelių tvirtinimo varžtai būtų vienoje linijoje. Tam cilindrų bloko šoninės sienelės atraminių guolių plokštumose kartais įgaubiamos į vidų. Susidaręs banguotas paviršius dėl didesnio paviršiaus ploto mažina virpesius ir triukšmo spinduliavimą. Be to, dėl mažesnių aušinimo skysčio ertmių variklis greičiau pašyla. Aušinimo ertmių aukštis turi būti toks, kad stūmokliui esant abiejuose galiniuose taškuose, jo žiedai būtų aušinimo skysčio skalaujamose cilindro zonose.
Variklio blokai liejami iš pilkojo ketaus, legiruoto chromu, nikeliu, molibdenu arba titanu, arba aliuminio lydinių. Cilindrų bloke yra įstatytos šlapiosios cilindrų įvorės. Viršutinėje įvorės dalyje yra pakabinimo briauna, skirta įvorei variklio bloke įtvirtinti. Viena ar dvi kreipiamosios juostelės centruoja įvorę bloko lizde ir mažina jos šiluminę deformaciją. Apatinė įvorių dalis sandarinama apvaliais guminiais žiedais. Tokia konstrukcija leidžia įvorėms plėstis neprarandant sandarumo. Viršutinė įvorės briauna turi iškilti virš bloko plokštumos apie 0,1 mm. Tada gerai prispaudžiamas galvutės tarpiklis, neleidžiantis dujoms prasiveržti iš cilindro. Sausos įvorės, priešingai nei su aušinimo skysčiu, tiesiogiai nesiliečia.
Cilindrų galvutė
Cilindrų galvutė iš viršaus uždengia cilindrus. Ji yra sudėtingos formos liejinys, nes joje įtaisyti įsiurbimo ir išmetimo kanalai, aušinimo ertmės, purkštuvai ir vožtuvai.
Alkuninio veleno tipai ir išdėstymas
Alkuniniai mechanizmai gali būti skirtingų konstrukcijų, priklausomai nuo variklio tipo ir paskirties.
- Alkuninis mechanizmas, kuriame alkūninio veleno sukimosi centras sutampa su cilindro ašine linija, vadinamas centriniu mechanizmu.
- Kartais laivų, šilumvežių ir savivarčių varikliai turi dezeksalinį (necentrinį) alkūninį mechanizmą, kai alkūninio veleno sukimosi centras 3-5 mm atstumu nutolęs nuo cilindro ašies. Pritaikius tokią alkūninio mechanizmo schemą, sumažėja stūmoklio normalinė jėga „Fn“, veikianti statmenai į cilindro sienelę. Ji dažniausiai taikoma dyzeliuose.
Didelės galios varikliuose cilindrai dažniausiai išdėstomi dviem eilėmis. Ypač plačiai taikoma vadinamoji „V“ formos cilindrų išdėstymo schema. Kampas tarp cilindrų eilių šiuose varikliuose dažniausiai būna 90 laipsnių, nes tuomet lengviau sprendžiamos alkūninio mechanizmo judančių masių atsvėrimo problemos, paprasčiau sakant - variklis mažiau vibruoja, nereikia didelių balansų ant alkūninio veleno. Varikliai, kuriuose kampas tarp cilindrų yra 180 laipsnių, vadinami opoziciniais. Tokie varikliai dažniausiai naudojami motocikluose, nes juos lengviau aptarnauti.
Cilindrai variklyje gali būti išdėstyti vertikaliai viena eile.
Alkuninio mechanizmo judančios dalys ir jų funkcijos
Alkuninis velenas yra sudėtingas mechanizmas, kurį sudaro daugybė judančių dalių, atliekančių specifines funkcijas.
Stūmokliai
Stūmoklį sudaro dugnas, sandarinimo dalis ir kreipiamoji dalis. Stūmoklio galvutėje ištekinti grioveliai kompresiniams ir tepaliniams žiedams. Tepalinių žiedų grioveliuose arba po jais išgręžiamos ~ 2 mm skersmens drenažinės skylutės, kuriomis alyvos perteklius vidiniu stūmoklio paviršiumi nuteka į karterį. Į stebules įstatomas stūmoklio pirštas, jungiantis stūmoklį su švaistikliu. Kreipiamosios dalies ilgis turi būti toks, kad stūmoklio lyginamasis slėgis į cilindro sienelę neviršytų leistino dydžio. Kreipiamosios dalies apatinėje dalyje dažnai daromos išpjovos, kad neužkliūtų alkūninio veleno atsvarai ir švaistiklis.
Švaistikliai, žiedai, guoliai, pirštai, tarpinės
- Švaistikliai jungia stūmoklius su alkūninio veleno alkūniniais kakliukais.
- Žiedai (kompresiniai ir tepaliniai) užtikrina sandarumą tarp stūmoklio ir cilindro sienelės.
- Guoliai (pagrindiniai ir švaistikliniai) mažina trintį tarp besisukančių ir fiksuotų alkūninio mechanizmo dalių.
- Stūmoklio pirštai jungia stūmoklį su švaistikliu.
- Tarpinės užtikrina sandarumą tarp cilindrų bloko ir cilindrų galvutės.
Alkuninio veleno padėties daviklis
Alkuninio veleno padėties daviklis yra mažas, bet itin svarbus komponentas, informuojantis variklio valdymo kompiuterį (ECU) apie momentinę alkūninio veleno padėtį ir jo apsisukimų greitį. Šie duomenys yra būtini tiksliam degalų įpurškimo momentui, uždegimo kampui ir kitiems variklio parametrams nustatyti. Daviklis veikia kartu su matavimo disku, kuris gali turėti išpjautus plyšelius, dantukus arba magnetus. Priklausomai nuo daviklio tipo (indukcinis, Holo, išmanusis), jis reaguoja į disko elementų artėjimą ir siunčia elektrinį signalą į ECU.
Alkuninio veleno padėties daviklio gedimo požymiai
Sugedus alkūninio veleno padėties davikliui, gali pasireikšti šie simptomai:
- Karšto variklio gesimas
- Netolygus variklio darbas
- Užvedimo problemos arba variklis visai neužsikuria
- Užsidegusi "Check Engine" lemputė ir variklio perėjimas į avarinį režimą (galios sumažėjimas, degalų sąnaudų padidėjimas)
- Problemos su EGR sistemos darbu
Alkuninio veleno padėties daviklio gedimo priežastys
Dažniausios gedimų priežastys:
- Vidinis trumpas jungimas
- Mechaninis matavimo disko pažeidimas
- Elektros laidų, kištuko arba lizdo pažeidimai
- Daviklio galvutės užsiteršimas
- Kištuko arba lizdo korozija
- Apnašos ant jungiamųjų elementų
Alkuninio veleno padėties daviklio diagnostika ir keitimas
Diagnostika apima klaidos kodų nuskaitymą, daviklio montavimo vietos ir tipo nustatymą. Toliau tikrinamas daviklio ir matavimo disko fizinis stovis, matuojamas daviklio ritės varžas ir generuojamas signalas (dažnai naudojant osciloskopą). Nors kartais daviklį galima pabandyti išvalyti arba suremontuoti laidus, patikimiausias sprendimas yra daviklio pakeitimas nauju. Keitimas dažniausiai atliekamas servise dėl sunkiai prieinamos montavimo vietos ir būtinybės tinkamai sureguliuoti daviklį. Svarbu atkreipti dėmesį, kad ne visada alkūninio veleno padėties daviklis yra variklio gedimo priežastis.
Alkuninio mechanizmo galimi gedimai
Nors alkūninis mechanizmas yra patvarus, tačiau dėl eksploatacijos sąlygų, netinkamos priežiūros ar gamyklinių defektų gali atsirasti gedimų. Dažniausi alkūninio mechanizmo gedimai apima:
- Alkuninio veleno susidėvėjimas ar deformacija.
- Stūmoklio žiedų susidėvėjimas, sukeliantis kompresijos sumažėjimą ir alyvos patekimą į degimo kamerą.
- Švaistiklinių ar pagrindinių guolių susidėvėjimas, sukeliantis variklio "kalenimą".
- Stūmoklio piršto susidėvėjimas ar įtrūkimai.