Στροφάρισμα σε περισσότερες RPM

[stratos]

Χμμμμ νομίζω εδώ έχουμε δουλειά και πολλά να πούμε. Ας ξεκινήσουμε...

Ο κινητήρας σε πολύ υψηλότερο στροφάρισμα ταλαιπωρείται σε αρκετά σημεία στα οποία όμως πρέπει να δώσουμε ιδιαίτερη προσοχή. Ξεκινάμε με ανατεμένη σιρά και όχι με αυτό που την "ακούει" περισσότερος.

--Στρόφαλος: Ο στρόφαλος είναι ένα απο τα εξαρτήματα που καταπονήται λιγότερο και δεν χρίζει θέμα προς αντικατάσταση. Τα υσχηρά σφυρήλατα κράματα ατσαλιού που χρησιμοποιούνται του δίνου αντοχή τόσο στις μηχανικές καταπονήσεις που υποφέρει όσο και αντοχή στην κόπωση. Αν δεν πρόκειται να αντικατασταθεί ο στρόφαλος με κάποιον aftermarket τότε πρέπει όποσδήποτε να αφαιρεθεί και να γίνει ζυγοστάθμιση στις τουλάχιστον 8000 rpm για να δουλεύουμε με ασφάλεια στις 7500 rpm που είναι ο στόχος. Καλό είναι επίσης να γίνει και κάποιο ελάφρωμα στα αντίβαρα (κιθάρες) για πολύ γρηγορότερο στροφάρισμα αλλά και διαμόρφωση τους σε σχήμα σαν τσεκούρι έτσι ώστε όταν βιθύζονται στο κάρτερ να μην έχουν σχεδόν καθόλου αντίσταση καθώς το σκίζουν πιο άνετα.

Διωστήρες: είναι ένα απο τα δύο εξαρτήματα που ταλαιπορούνται πιο πολύ. Όταν ανεβάζουμε το όριο στροφών τότε οι δυνάμεις που δέχονται οι διωστήρες (μπιέλες) ανεβαίνουν με εκθετικό ρυθμό. Δηλαδή για μια αύξηση 1000 στροφών το φορτίο δεν αυξάνεται 20% αλλά περίπου 70% (είναι ανάλογη της τέταρτης δύναμης της αύξησης των στροφών). Εκεί κρίνεται επιτακτική χρήση σφυρίλατων μπιελών απο ατσάλι και μείγμα χρωμίου-μολυβδαινίου σε διατομή Η και όχι Ι. Η διατομή Η προσφέρει μεγαλήτερη αντοχή στα εναλασσόμενα θληπτικά-εφελκυστικά φορτία με τίμημα την ελαφρώς αυξημένη μάζα σε σχέση με τις Ι.

Πείρος: Είναι το δεύτερο εξάρτημα που καταπονήται πιο πολύ. Τα φορτία απο το πιστόνι μεταφέρονται στην μπιέλα μέσο αυτού. Στο ΑΝΣ και ΚΝΣ δέχεται τις μεγαλήτερες επιταχύνσεις οπότε και δυνάμεις. Για να μην γίνει ο πείρος σαν "ω" πρέπει να είναι κατασκεβασμένος επίσης απο chro-moly η απο κράμα τιτανίου μαγνησίου για βέλτιστη αντοχή.

Πιστόνι: χεχεχε εδώ μπορώ να γράψω διατριβή αλλά θα πούμε λίγα και καλά. Πιστόνι με μακριές φούστες δεν το θέλουμε, θέλουμε οποσδήποτε σφυρήλατο αλουμήνιο για λιγότερη μάζα αλλά με αυξημένη αντοχή και τέλος κάποια κεραμική επίστρωση. Οι επιστρώσεις είναι είτε γραφιτούχες στις φούστες για να περιορίζουν τους συντελεστές τριβής είτα μολυβδούχες για να θυσιάσουμε τον συντελεστή τριβής με την θερμική αντοχή. Η κορώνα του πιστονιού πρέπει να είναι οποσδηποτε επιστρομένη με κεραμική επικάλιψη Τιτανίου η στροντίου έτσι ώστε να ανακλά τα μεγάλα ποσά θερμότητας πίσω στο οριακό στρώμα του καύσιμου μείγματος και να απομακρίνει τα κατάλειπα που μπορεί να δημιουργήσουν hot spots και συνεπώς τρήπημα της κορώνας.

Κουζινέτα στροφάλου: Εδώ χρειαζόμαστε κουζινέτα φτιαγμένα απο το εξαιρετικά μαλακό λευκό μέταλο. Τα λευκά μέταλλα είναι μια κατηγορία μετάλλων και ονομάζονται έτσι λόγω του λευκού χρώματος και λάμψης που έχουν κάτω απο το κοινό φώς. Οι κυριότερη εφαρμογή τους είναι για χρήση σε αντιτριβικά στοιχεία μηχανών δηλαδή έδρανα κύλισης και κουζινέτα. Δεν έιναι λίγες οι φορές που τα πολλά, απο τα ακριβότερα aftermarket, κουζινέτα στροφάλου είναι φτιαγμένα απο αυτό το υλικό. Γενικα, η κύρια σύσταση τους είναι περίπου 80% κασσίτερος, 3.5% μόλυβδος και 3.5% αντιμόνιο και αποτελούν τα καλύτερα και ακριβότερα κράμματα, που θα αναλύσουμε τις ιδιότητες τους εν συντομία πιο κάτω.

Υπάρχουν και άλλες περιπτώσεις οπου ο κασσίτερος ελαχιστοποιήται σε περίπου 52% και το υπόλοιπο είναι μεγάλο ποσοστό μολύβδου και χαλκού. Η πρώτη περίπτωση είναι αυτή που χρησιμοποιείται κυρίως σε κουζινέτα ενώ η δεύτερη χρησιμοποιήται απο κοσμηματοποιούς για την δημιουργία καλουπιών χύτευσης χρυσού και άλλων τέτοιων μετάλων λόγω της ευκολίας τους στη διαμόρφωση του επιθυμητού σχήματος.

Τα λευκά μέταλα υψηλής περιεκτικότητος σε κασσίτερο είναι πολύ μαλακά και όλκυμα, δηλαδή παρουσιάζουν μεγάλη ελαστική παραμόρφωση πρίν έρθουν στο σημείο διαρροής τους και επομένως την εμφάνιση πλαστικής (μόνιμης) παραμόρφωσης. Το σημείο διαρροής τους είναι αρκετά χαμηλό, σχεδόν 83Mpa όταν ο κοινός χάλυβας έχει περίπου σημείο διαρροής 280 Mpa.

Παρόλαυτά, εμφανίζουν αρκετά μικρό συντελεστή τριβής και ΅αρπάζουνΆ δυσκολότερα σε συνθήκες ελειπούς λύπανσης. Για αυτό και χρησιμοποιούνται σε extreme εφαρμογές κουζινέτων. Η χρήση λευκού μέταλου δεν ενδίκνυται απο μόνη της. Ο λόγος είναι πως εμφανίζουν αστοχία σε κόπωση ύστερα απο δυναμική φόρτιση με μεγάλα φορτία. Πιο απλά, υστερα απο κάποιο χρονικό διάστημα τα μέταλλα αυτά χάνουν το αρχικό πάχος και μεγαλώνουν σε πλάτος (νόμος του Poisson) επειδή είναι πολύ μαλακά, σαν να έχουμε μια μπάλα πλαστελίνη και να την πατάμε με δύναμη απο πάνω. Έτσι, ο στρόφαλος ξεκινά να αποκτά μεγαλύτερες ανοχές απο τις επιτρεπτές και να ξεκινά να ΅παίζειΆ μέσα στα κουζινέτα με τις γνωστές καταστροφικές συνέπειες. Για αυτό το κάτω τους μέρος είναι απο κάποιο σκληρό υλικό ενώ το άνω τους μέρος επικαλύπτεται με λευκό μέταλλο. Ταυτόχρονα ελαχιστοποιείται και το κόστος τους ενώ απάγεται και πιο εύκολα η θερμότητα λόγω του μεγαλύστερου συντελεστή αγωγής που έχουν τα σκληρότερα μέταλλα βάσης. Μηλώντας για θερμοκρασίες το σημείο τήξης τους είναι κοντά στους 400-430 C και για αυτό δεν χρησιμοποιούνται στα κουζινέτα της μπιέλας με τον πείρο.

Άλλο ένα σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η ευκολία κατεργασίας τους : μπορούν να πάρουν το επιθυμητό σχήμα και μορφή σχετικά εύκολα και με πολύ μεγάλη ακρίβεια σε σχέση με τα σκληρότερα μέταλλα. Για την ακρίβεια, έχωντας δουλέψει στο μηχανολογικό τομέα μεγάλης τσιμεντοβιομηχανίας είδα πως η κατεργασία του κουζινέτου του περιστροφικού κλιβάνου απο λευκό μέταλλο μπορούσε να γίνει και με το σύρμα που πλένουμε τις κατσαρόλες. Ξέρω ακούγεται περίεργο που ένα μέταλλο που χαράσεται βαθιά με το νύχι (!!!!) μπορεί να φέρει τόσο μεγάλα φορτία.



Στην παραπάνω φωτογραφία φαίνεται ένα κουζινέτο στροφάλου απο λευκό μέταλλο

Τα κουζινέτα απο λευκό μέταλλο αν αστοχούσαν εύκολα σε κόπωση δεν θα χρησιμοποιούνταν. Απλά, ενδείκνηται η χρήση τους με κάποια πιό σκληρή βάση/υπόστρωμα ώστε να γλυτώσουμε κόστος αλλα και φαινόμενα buckling (κανονικά συμαίνει λυγισμός αλλα δεν μπορώ να βρώ κάποιο συνώνημο, ίσως διέλαση μετα απο θλίψη να ήταν πιο σωστό).

Συνεπώς, ένα ατόφιο κουζινέτο απο white metal δέν συνιστάται αλλά είναι καλύτερο να έχει σκληρή βάση απο κάποιο Black metall και επίστρωση white metall.

Μηλώντας για black metall δεν έχει να κάνει παρα μόνο με χάλυβες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα. Εξού και φαιός (σκούρος) χυτοσίδηρος ή μαντέμι ως γνωστον (gray cast iron). To black/white έχει να κάνει μόνο με το χρώμα που ανακλούν στο λευκό φώς (ο χαλκός ανήκει στα ''κόκκινα'' μεταλλα).

Τελειώσαμε με το μπλόκ εν μέρη για αυτο πάμε στο καπάκι.

Valvetrain: είναι το σύστημα καπάκι, εκκεντροφόροι, ωστήρια, ελατήρια και βαλβίδες. Αφού δεν μας ενδιαφέρουν τα τρελά νούμερα ιπποδύναμης τότς δεν μηλάμε καθόλου για βαλβίδες με επίστρωση βυριλίου και κοίλο εσωτερικό με γέμηση νατρίου. Πρέπει να επικεντρωθούμε στα retainers (δεν θυμάμαι στα ελληνικά, είναι το "καπελάκι" στο πάνω μέρος των βαλβίδων που πιέζει προς τα κάτω το ελατήριο). Πρέπει να είναι οπωσδηποτε να είναι απο κράμα τιτανιόυ αλλιώς θα στραβώσουν και θα κοπούν με καταστροφικό αποτέλεσμα. Το άλλο κομμάτι είναι τα ελατήρια βαλβίδων. Χρειάζονται ενισχυμένα και διπλά ελατήρια βαλβίδων. Στο πολύ μεγάλο στροφάρισμα η βαλβίδα χάνει την επαφή της με τον εκκεντροφόρο όταν πάει να ανασηκωθεί και να κλήσει. αν χάσει την επαφή της και την προλάβει το πιστόνι στο ανέβασμα του τότε βαλβίδα και πιστόνι αποκτούν στενές επαφές και τότε βλέπουμε την βαλβίδα καρφωμένη στην κυριολεξία πάνω του σαν ένα σώμα. Επίσης τα ελατήρια δεν πρέπει να είναι ιδιαίτερα σκληρά αλλά να υπάρχει μια χρυσή τομή μεταξύ αντοχής στην κόπωση και γρήγορης επαναφοράς της βαλβίδας (δηλαδή στην σκληρότητα).

Τέλος χρειάζονται ενισχυμένα μποζόνια για να μην βραθεί αλλού το καπάκι και αλλού το μπλόκ απο τις μεγάλες αδρανειακές δυνάμεις.

Ελπίζω να βοήθησα κάπως