Alkūninis velenas yra viena iš esminių vidaus degimo variklio detalių, tiesiogiai lemiančių jo veikimą. Jis paverčia stūmoklio tiesioginio judesio virsmą sukamuoju judesiu ir yra alkūninio-švaistiklinio mechanizmo (AŠM) pagrindas, veikiantis variklio galią ir efektyvumą. Tinkamai prižiūrimas ir reguliariai tikrinamas alkūninis velenas užtikrina ilgalaikį ir efektyvų variklio veikimą.
Cilindrų blokas - variklio pagrindas
Cilindrų blokas, dažnai vadinamas tiesiog variklio bloku arba karteriu, yra pagrindinė vidaus degimo variklio struktūra, kurioje yra cilindrai. Jis priima visas darbo metu atsirandančias apkrovas ir veikia variklio atramas, todėl 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. Didžiausias 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 skalaujamuose cilindro zonose.
Variklio blokai liejami iš pilkojo ketaus, legiruoto chromu, nikeliu, molibdenu arba titanu, arba aliuminio lydinių. Cilindrų bloke yra įstatomos 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 konstrukcijos ir tipai
Alkūniniai mechanizmai gali būti skirtingų konstrukcijų, priklausomai nuo variklio tipo ir paskirties.
Centrinis ir necentrinis alkūniniai mechanizmai
Alkūninis 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 centas 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.
Cilindrų išdėstymas
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 (inline tipo blokai). Šis dizainas dažnai giriamas dėl savo paprastumo ir pusiausvyros. Pavyzdžiui, keturių cilindrų varikliai, esantys kompaktiniuose automobiliuose, paprastai naudoja šį tipą.
Plokšti blokai, taip pat žinomi kaip horizontalūs arba bokso varikliai, pasižymi tuo, kad stūmokliai juda priešingomis kryptimis. Ši konstrukcija sumažina variklio svorio centrą, užtikrindama geresnę pusiausvyrą ir stabilumą.
Alkuninio veleno judančios dalys ir jų funkcijos
Alkuninis velenas yra sudėtingas mechanizmas, kurį sudaro daugybė judančių dalių, atliekančių specifines funkcijas.
Alkuninis velenas
Alkuninis velenas yra pagrindinė AŠM dalis, kurią sudaro alkūniniai kakliukai, pagrindiniai kakliukai ir alkūnės. Alkuninio veleno ašinis laisvumas ribojamas plieniniais pusžiedžiais, įmontuotais galinio arba vidurinio pagrindinių guolių šonuose, arba pagrindinių guolių briaunomis.
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 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.
Rekomenduojama, kad visos variklio detalės būtų nepažeistos, nedeformuotos ir atitiktų automobilio modelį bei markę. Idealiausia, jei gedimus nustatys ar patikros darbus atliks specializuoto autoserviso darbuotojas.
Variklio bloko gamyba ir medžiagos
Variklio bloko gamyba prasideda nuo liejimo. Gamintojai paprastai renkasi liejimą iš smėlio arba liejimą slegiant. Smėlio liejimas, naudojamas sudėtingoms geometrijoms, apima smėlio pakavimą aplink bloko raštą. Kai smėlio forma sukietėja, į ertmę pilamas išlydytas metalas - dažniausiai geležis arba aliuminis. Kita vertus, liejimas naudojamas didelės apimties gamybai ir apima išlydyto metalo įpurškimą į plieno formas esant aukštam slėgiui. Šis metodas užtikrina lygesnį paviršių ir didesnį matmenų tikslumą.
Po liejimo etapo seka apdirbimo ir apdailos procesas. CNC (Computer Numerical Control) mašinos naudojamos tiksliai apdirbti bloką, užtikrinant, kad cilindrai ir alyvos kanalai būtų idealiai išdėstyti optimaliam veikimui. Svarbiausia, kad blokas atitiktų griežtus kokybės standartus. Kokybės kontrolės priemonės apima matmenų patikrinimą, paviršiaus šiurkštumo matavimą ir neardomuosius bandymus (rentgeno, ultragarsinius) vidiniams trūkumams aptikti.
Variklio blokas dažniausiai gaminamas iš ketaus arba aliuminio. Aliuminio lydiniai tampa vis populiaresni dėl savo lengvumo, geresnio dizaino ir aukštesnės surinkimo kokybės, kas leidžia pasiekti didelį stiprumą ir mažesnę šiluminę inerciją. Tai reiškia, kad variklis greičiau įkaista ir atvėsta, o lengvesnis svoris padeda pasiekti geresnį svorio balansą tarp priekinės ir galinės ašių.
Šiuolaikinės technologijos ir ateities tendencijos
Šiuolaikinės gamybos technologijos, tokios kaip 3D spausdinimas ir pažangus CNC apdirbimas, pakeitė blokų gamybą, leidžiant sukurti tikslius ir sudėtingus dizainus. Automobilių gamintojai, tokie kaip BMW ir Audi, naudoja pažangias medžiagas, tokias kaip aliuminio ir magnio lydiniai, siekdami pagerinti degalų efektyvumą ir sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį nepakenkdami našumui.
Žvelgiant į ateitį, dėmesys krypsta į hibridines ir elektrines jėgos pavaras, kurioms reikia skirtingų konfigūracijų. Šios srities moksliniai tyrimai ir plėtra plečia ribas, todėl gali atsirasti naujų medžiagų ir gamybos metodų.