Στρώσιμο = τριβή θερμική εξισορρόπηση
Αυτή είναι η... εξίσωση στρωσίματος, η οποία μας βοηθά να καταλάβουμε τα "γιατί". Εσύ, ο ανυπόμονος: μη βιάζεσαι, χωρίς το "γιατί" η εκτέλεση του "πώς" είναι αμφίβολη, επισφαλής και συνήθως λανθασμένη -ή, για να μην το πάρεις και προσωπικά, όχι απαραίτητα η πλέον ωφέλιμη και αποδοτική... Δώσε βάση, λοιπόν: στο στρώσιμο μας ενδιαφέρει να τριφτούν σωστά μεταξύ τους τα εξαρτήματα που ενδέχεται να υποστούν τριβή μετάλλου με μέταλλο και να "καλμάρουν" τα εξαρτήματα που τραβάνε ακόμη ζόρια από τις θερμικές κατεργασίες της κατασκευής τους. Για να γίνουν όλα αυτά σωστά, το μοτέρ πρέπει να βρίσκεται πάντα και μόνο σε θερμοκρασία λειτουργίας και να μην ζορίζεται κρύο ούτε να πιέζεται σε βαθμό που να ζεματίσει τα λάδια ή τα νερά του. Είναι σαν τον αθλητή: πρέπει τραβήξει ζόρι για να ζεσταθεί πριν από τον αγώνα, αλλά προσέχει και να μην καεί στο ζέσταμα...
Αρχή στρωσίματος η λίπανση
Τα πάντα (ή σχεδόν...) στο στρώσιμο γίνονται για να εξυπηρετήσουν τη λίπανση. Τόσο η τριβή των εξαρτημάτων μεταξύ τους όσο και η θερμική εξισορρόπηση των εξαρτημάτων, αποσκοπούν στην εξασφάλιση των ιδανικών ανοχών κάτω από όλες τις συνθήκες. Οι ανοχές είναι ο ζωτικός χώρος μεταξύ των συνεργαζόμενων εξαρτημάτων: ο χώρος στον οποίο θα "τρυπώσει" το λάδι για να αποτρέψει την επαφή μετάλλου με μέταλλο. Σκοπός, ωστόσο, δεν είναι απλά να βρεθεί το λάδι στα διάκενα των ανοχών, αλλά και να παραμείνει εκεί όταν οι δυνάμεις που ασκούν τα εξαρτήματα μεταξύ τους τείνουν να το εκτοπίσουν. Το μυστικό έγκειται στην υφή των επιφανειών που συνεργάζονται μεταξύ τους. Ακόμη και η πιο λεία επιφάνεια, αν τη δεις στο μικροσκόπιο, είναι γεμάτη ανωμαλίες: μικροσκοπικούς πόρους, γραμμές, γρατζουνιές και πάει λέγοντας. Αυτή η τραχύτητα της επιφάνειας, είτε είναι ορατή με το μάτι (όπως λ.χ. στους κυλίνδρους) είτε αόρατη (λ.χ. η μικροτραχύτητα της επιφάνειας ενός ωστηρίου ή κουζινέτου), είναι ο παράγοντας που εξασφαλίζει τη συγκράτηση λαδιού στις συνεργαζόμενες επιφάνειες.
Πώς σχηματίζεται η λιπαντική μεμβράνη?
Πες ότι πλένεις το αυτοκίνητό σου, και βλέπεις τη μπογιά που έχει θαμπώσει κι έχει κάνει "αράχνες" από τη βούρτσα του βενζινάδικου. Καθώς το ξεπλένεις με τη μάνικα, βλέπεις ότι το νερό κολλάει πάνω στη βαφή και σχηματίζει μεγάλες μονοκόμματες επιφάνειες, ένα φιλμ νερού πάνω στη βαφή. Ξενερώνεις και το πλακώνεις στο κερί. Μετά ξαναδοκιμάζεις την τύχη σου με τη μάνικα, και βλέπεις ότι το νερό δεν κάθεται πάνω στη στιλβωμένη επιφάνεια παρά κατρακυλάει και την αφήνει σχεδόν στεγνή. Γιατί? Οι "αράχνες" που βλέπεις στην μπογιά είναι μικροσκοπικές γρατζουνιές που δημιουργούν "κοιλάδες" στην επιφάνεια του χρώματος. Το νερό καταλαμβάνει αυτές τις κοιλάδες και έτσι "γαντζώνεται" πάνω στη βαφή. Χωρίς κοιλάδες στην επιφάνεια, το νερό κατρακυλάει. Αν το λάδι αρχίσει να συμπεριφέρεται έτσι μέσα στη μηχανή, έφτασε το τέλος της! Σκοπός είναι το λάδι να σχηματίζει φιλμ...
Που σημαίνει ότι για να δημιουργείται και να συγκρατείται λιπαντική μεμβράνη, πρέπει το λάδι να βρίσκει τραχύτητα πάνω στην οποία να γαντζώνει. Οι κατασκευαστές το γνωρίζουν πολύ καλά αυτό. Γι' αυτό και, στο φινίρισμα των εξαρτημάτων πριν από τη συναρμολόγησή τους, φροντίζουν να τους δίνουν μια τραχύτητα που να εξασφαλίζει τη σωστή συγκράτηση λαδιού πάνω τους. Η τραχύτητα αυτή εξασφαλίζεται με διαδικασίες λείανσης (ρεκτιφιέ). Το ρεκτιφιέ δημιουργεί μικροσκοπικά "όρη" και "κοιλάδες" στην επιφάνεια του μετάλλου, για να συγκρατήσουν το λάδι και να επιτελέσει το ζωτικό του έργο: να μην ακουμπήσουν τα μέταλλα μεταξύ τους. Φυσικά, για να γίνει αυτό, απαιτείται άλλη μια αναγκαία και ικανή συνθήκη: οι κοιλάδες να είναι αρκετά βαθιές ώστε να συγκρατούν μεγάλη ποσότητα λαδιού και συνάμα οι κορυφές των ορέων να μην είναι πολύ απότομες ή αιχμηρές, ώστε να μη διασπούν τη συνοχή της μεμβράνης (φιλμ) λαδιού. Τρίτο κρατούμενο, ακούει στο όνομα Plateau Honing στην περίπτωση των κυλίνδρων και Superfinishing στην περίπτωση εκκεντροφόρων, ωστηρίων, βαλβίδων κ.λπ.
Aλλος τρίβεται κι άλλος επιπλέει
Εδώ είναι το σημείο που το χάνουν οι περισσότεροι. Μέχρι στιγμής πρέπει να έχεις καταλάβει ότι δεν στρώνουν όλα τα εξαρτήματα του μοτέρ. Είναι παιδαριώδες να μιλάει κανείς για στρώσιμο σε άξονες του κινητήρα, για παράδειγμα. Ολοι οι άξονες του μοτέρ έχουν έδρανα (κουζινέτα) τα οποία λιπαίνονται απευθείας με πίεση λαδιού. Το λάδι υπό πίεση δημιουργεί ένα στρώμα που γεμίζει την ανοχή της συναρμογής κουζινέτου - άξονα ή, για την ακρίβεια, κουζινέτου - κομβίων άξονα, δηλαδή των σημείων του άξονα που συνεργάζονται με τα κουζινέτα. Σε αυτές τις περιπτώσεις έχουμε ένα "μαξιλάρι" λαδιού υπό πίεση, και όχι ένα απλό φιλμ λαδιού. Αυτό το μαξιλάρι, η ελαιοδυναμική λίπανση, αποτρέπει την απευθείας επαφή κουζινέτου - κομβίου και έτσι δεν υπάρχει η παραμικρή τριβή μετάλλου με μέταλλο. Οπότε? Ουδέν στρώσιμο εδώ...
Με το valvetrain (βαλβίδες - οδηγοί - ελατήρια - retainers - ωστήρια - κοκοράκια - εκκεντροφόροι) τι γίνεται? Ολα τα σημεία του valvetrain (με εξαίρεση τα έδρανα των εκκεντροφόρων, βεβαίως βεβαίως...) λιπαίνονται με φιλμ λαδιού. Το λάδι τα πιτσιλάει ή τα πλημμυρίζει, αλλά δεν παρέχεται με πίεση στα συνεργαζόμενα σημεία, ως εκ τούτου δεν σχηματίζει μαξιλάρι παρά μόνο ένα πολύ λεπτό στρώμα που αποτρέπει την απευθείας επαφή μετάλλου με μέταλλο.
Ο κίνδυνος αυτής της επαφής είναι και πιο άμεσος όταν οι βαλβίδες βρίσκονται κοντά στο σημείο μέγιστης ανύψωσής τους (οπότε τα ελατήρια ασκούν και τη μέγιστη πίεση). Εντούτοις στην περίπτωση του valvetrain, παρότι έχουμε επιφάνειες με τραχύτητα και λιπαντική μεμβράνη, το στρώσιμο είναι μάλλον περιττή φανφάρα. Οι επιφάνειες έχουν τόσο λεία επιφάνεια (λεία στην αφή, αλλά τραχιά στο μικροσκόπιο, κι αυτό είναι που ενδιαφέρει το λάδι προκειμένου να σχηματίσει μεμβράνη), που θεωρείται, πρακτικά, στρωμένη. Οι επιφάνειες αυτές μπορεί να γυαλίσουν λίγο ακόμη στην πορεία, όμως αν συγκρίνεις την αρχική τους διάσταση με τη διάστασή τους αφού έχουν γυαλίσει, είναι ζήτημα να μετρήσεις διαφορά 2-3micron (χιλιοστά του χιλιοστού). Επίσης, οι διαδρομές που διανύουν και οι ταχύτητες με τις οποίες το κάνουν είναι αστείες σε σύγκριση μ' αυτές του στροφάλου ή των εμβόλων. Πρώτ' απ' όλα οι εκκεντροφόροι (συνεπώς ολόκληρο το valvetrain) κινούνται στις μισές rpm από εκείνες του στροφάλου. Επίσης, ενώ τα έμβολά σου έχουν μια διαδρομή της τάξης των 70-90mm, οι βαλβίδες σου ανυψώνονται περίπου 8-12 φορές λιγότερο, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των εκκεντροφόρων. Οι γραμμικές ταχύτητες κίνησης που οι περισσότεροι θεωρούν όριο για ένα πιστόνι κατά τη διάρκεια του στρωσίματος (σύμφωνα με τις οδηγίες στρωσίματος των περισσότερων κατασκευαστών, αυτό το όριο είναι της τάξης των 8-10m/s), είναι απλά αστρονομικές για μια βαλβίδα ή για την επιφάνεια ενός έκκεντρου, ακόμη κι αν μιλάς για μοτέρ που στροφάρουν δεκάρες.
Τρία ελατήρια ξύνανε...
...το crosshatch του κυλίνδρου... Τελικά, τι στρώνουμε? Τα ελατήρια κατά πρώτο λόγο και τα πιστόνια κατά δεύτερο: τα μεν ελατήρια για να πατήσουν σωστά στους κυλίνδρους και να μας δώσουν τη μέγιστη δυνατή στεγανότητα, τα δε πιστόνια για να "στανιάρουν" μετά τις θερμικές κατεργασίες που υπέστησαν κατά την κατασκευή τους. Με το σωστό στρώσιμο, τα ελατήρια θα "ξυρίσουν" τις μικροσκοπικές κορυφές των ορέων που εξέχουν από τη λείανση των κυλίνδρων, δημιουργώντας επίπεδες επιφάνειες μεταξύ των κοιλάδων, επιφάνειες πάνω στις οποίες το ελατήριο θα μπορεί να γλιστρά με λιγότερη αντίσταση και, φυσικά, θα μπορεί να στεγανοποιεί καλύτερα. Την ίδια στιγμή, αυτή η διαδικασία λείανσης των κυλίνδρων δημιουργεί μια μικρή επιφανειακή φθορά στα ελατήρια των εμβόλων, φθορά που επιτρέπει στα ελατήρια να πάρουν ακριβώς τη μορφή των κυλίνδρων και να ασκούν ίση πίεση σε όλη την περιφέρεια των τοιχωμάτων των κυλίνδρων, μειώνοντας δραστικά το blow-by και την κατανάλωση λαδιού. Το blow-by είναι η διαφυγή αερίων συμπίεσης προς το στροφαλοθάλαμο, επειδή τα ελατήρια δεν είναι σε θέση να τα περιορίσουν μέσα στο θάλαμο καύσης. Αντιλαμβάνεσαι, φυσικά, ότι το blow-by είναι χαμένα άλογα και χαμένα ευρώ σε κατανάλωση καυσίμου και λιπαντικού.
Με το πιστόνι τι γίνεται? Αυτός ο ήρωας της μηχανής μας τρώει στο κεφάλι όλη τη δύναμη του μοτέρ. Το σημαντικότερο για ένα πιστόνι, πέρα φυσικά από το να μην σπάει κάθε τρεις και δυο, είναι να αποκτά εντελώς κυλινδρικό σχήμα κατά τη λειτουργία του, και να διατηρεί τις επιθυμητές ανοχές ως προς τους κυλίνδρους, τον πείρο του και τα ελατήρια (άλλος ένας ύπουλος λόγος για πολλά δεινά, από υπερβολικό blow-by μέχρι κολλημένα ελατήρια εμβόλων...). Για να το κάνει αυτό στο μέγιστο βαθμό, θα πρέπει να έχει απαλλαγεί, στο μέτρο του δυνατού, από τις παραμένουσες θερμικές και μηχανικές τάσεις που το συνοδεύουν από τότε που το έπιασαν στο Mazak για να του κόψουν τσέπες και φούστες. Η προοδευτική έκθεσή τους σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις και η προοδευτική άφεση στην ησυχία τους ώστε να κρυώσουν και να επανέλθουν σε κατάσταση ηρεμίας είναι ζωτικές για τα έμβολα.
Heat Cycling: ανάγκη ή urban legend?
Πολλοί υποστηρίζουν ότι αυτό το "heat cycling" είναι υπερβολή και ότι δεν χρειάζεται επειδή τα έμβολα είναι πολύ προσεγμένα από κατασκευής τους και πάει λέγοντας. Οποιοι έχουν λύσει μοτέρ από διάφορες μάρκες αυτοκινήτων, είναι σε θέση να διακρίνουν ποια μοτέρ είχαν κάποτε σοβαρά έμβολα και ποια έχουν μέχρι και σήμερα (ελάχιστα, τα περισσότερα είναι φτιαγμένα σαν από χαλβά!). Ακόμη κι απ' αυτούς, ποιοι ξέρουν ότι η σωστή θερμική κατεργασία ενός εμβόλου μετά τη χύτευση ή τη σφυρηλάτηση, κοστίζει πολύ περισσότερο από την ίδια τη χύτευση ή τη σφυρηλάτηση? Φυσικό είναι, λοιπόν, το έμβολο να συνιστά το πρώτο θύμα των περικοπών εν ονόματι του "δεν έχει ανάγκη" και, πιστέψτε το, ακόμη και οι αυτοκινητοβιομηχανίες καταφεύγουν συχνά σε αυτόν τον τρόπο σκέψης. Για τον ίδιο λόγο, και ενίοτε με εντυπωσιακή συχνότητα σε σχέση με τα έμβολα "του κιλού", κάποιοι κατασκευαστές σφυρήλατων εμβόλων είτε τσιγκουνεύονται να αφήσουν τα forged billets σε φούρνους για δωδεκάωρα είτε δεν είναι σε θέση να ελέγξουν πλήρως τη μονάδα σφυρηλάτησης που αναλαμβάνει να σφυρηλατήσει και στη συνέχεια να ψήσει το αλουμίνιο για λογαριασμό τους.
Η μονάδα σφυρηλάτησης κονομάει τρελά για κάθε μισάωρο που γλιτώνει από το heat treatment, αφού ανεβάζει την παραγωγικότητά της και τσεπώνει πολλές KW/h ηλεκτρικής ενέργειας τις οποίες πληρώνεται για να ψήσει τα έμβολα. Δυστυχώς, τόσο σε Αμερική όσο και Ευρώπη, έχουν κατά καιρούς παρατηρηθεί κρούσματα ανεπαρκώς "ψημένων" aftermarket σφυρήλατων εμβόλων, ακόμη κι από καταξιωμένες εταιρείες του χώρου...
συνεχιζεται......
Απάντηση με παράθεση