Cap (mecanic)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Într-un motor cu ardere internă, chiulasa este un fel de capac construit de obicei din aluminiu sau fontă, care închide partea superioară a unuia sau mai multor cilindri , este o componentă importantă pentru camera de ardere și exploatarea gazelor, având în vedere că o anumită formă a camerei de către chiulasă, reușește să se asigure că gazele se comportă într-un anumit mod, ceea ce este deosebit de important pentru motorul în doi timpi .

Chiulasa pentru motoare in 2 timpi

Cap emisferic dintr-o bucată, răcit cu aer

Acest tip de chiulasă este foarte ușor, având forma foarte asemănătoare cu cea a unei plăci și are sarcina specifică de a colecta amestecul de aer / benzină cât mai aproape de bujie și mai eficient decât motorul în patru timpi . în a cărei cameră sunt supape care perturbă curățenia arderii.

Tipul capului

Cap emisferic răcit cu lichid

Pentru motoarele în doi timpi, chiulasele pot fi de trei tipuri:

  • O singură bucată: aceste capete sunt o singură bucată, acest tip de cap este considerat cel mai ieftin, deși în ultima perioadă problemele recurente de fiabilitate pe capetele separabile au cerut returnarea. La unele vehicule de motocross, acest tip de cap este aproape indispensabil datorită prezenței atașamentelor la cadru în cap, ceea ce face această componentă foarte critică, care, dacă nu este bine dimensionată, tinde să se rupă cu dificultate.
  • Separabile : aceste capete sunt formate din două bucăți: o cupolă internă în care se obține camera de ardere și o carcasă externă care, pe lângă funcția structurală, prin etanșări adecvate permite circulația fluidului de răcire în jurul cupolei. Acest tip de capete au fost create pentru utilizarea în curse, deoarece permit o înlocuire / modificare rapidă și economică a cupolei interne. Acest tip de cap poate genera probleme de fiabilitate datorită scurgerilor de lichide din garnituri, în plus, piața încrucișată, în care cele două ori încă rezistă, a fost umplută cu capete separabile construite cu concepte sau materiale greșite. De aici o revenire la capetele dintr-o singură piesă.
  • Integrat : în modelele mai simple și mai ieftine de motoare în doi timpi, cum ar fi ferăstraie cu lanț sau altele, acestea sunt una cu cilindrul, asigurând o fiabilitate mai mare, având în vedere absența șuruburilor de etanșare care altfel s-ar putea slăbi, dar ar pierde performanța din motive de siguranță se folosește un raport de compresie scăzut.

Cerul tăbliei

Coroana chiulasei este extrem de importantă, deoarece modifică valorile camerei de ardere, în anii diferiți s-au folosit diferite forme de chiulase, pentru a trece definitiv la secțiunile conice, care pe lângă colectarea eficientă a amestecul de aer / benzină în centru, unde este poziționată bujia, permit motorului să funcționeze cu carburatoare ușor mai slabe, fără a avea vreo deteriorare sau funcționare anormală și fiind mai ușor de construit.

Capul emisferic

Capetele emisferice sunt capete formate dintr-o emisferă simplă, deci fără squish, ceea ce le penalizează, deoarece în acest fel există o fiabilitate și o consistență mai reduse în comportamentul motorului, dar sunt mult mai simple și mai ieftine de realizat, pentru aceasta sunt utilizate pe ferăstraie cu lanț sau similare, unde sunt chiar una cu cilindrul, pentru a reduce și mai mult costurile și pentru a spori simplitatea și fiabilitatea mașinii.

Cap de pălărie emisferică sau de preot [1]

Capetele emisferice, permit utilizarea unor carburatoare mai slabe decât capetele sferice, datorită formei lor, care le permite să colecteze mai multă benzină lângă bujie, permițând o combustie mai bună, aceasta fiind dată de prezența zonei squish (turbulență), care direcționează amestecul aproape de bujie și reduce fenomenul de detonare, generează, de asemenea, o turbulență mai mare, chiar și în comparație cu conurile trunchiate, permițând utilizarea unor avansuri de aprindere mai mici, dacă în trecut în curse utilizați capetele emisferice au fost puse deoparte un pic și sunt acum din nou în vogă și datorită performanțelor oferite de motoarele moderne. Un cap emisferic face ca motorul să fie fluid și corpolent de-a lungul întregului domeniu de rotație.

Bot semi-emisferic
Șef al modelului Cagiva SXT 350, în partea de sus este posibil să se vadă conformația specială care recepționează și ghidează gazele proaspete introduse în cilindru prin orificiile de transfer.

Acest cap diferă de "capul emisferic" prin aceea că partea din banda squish este sacrificată pentru a facilita spălarea cilindrului, în special porțiunea benzii sacrificate este situată pe partea de aspirație sau mai degrabă pe partea în care gazele proaspete doar introdus în cilindru. Această configurație în motoarele cu ciclu și în flux transversal permite spălarea cilindrului cu mai puține reziduuri de gaze de eșapament în camera de ardere.

Pat în capacul de jocheu

Acest cap diferă de „capul emisferic” prin faptul că cupola este deplasată mai mult într-o parte și, în consecință, există și o zonă squish care nu este constantă de-a lungul întregii circumferințe a capului. Această configurație în motoarele cu ciclu și în flux transversal permite spălarea cilindrului cu mai puține reziduuri de gaze de eșapament în camera de ardere.

Cap de con trunchiat

Capetele conice trunchiate, chiar dacă generează mai puține turbulențe decât încărcătura proaspătă și, prin urmare, necesită un avans de aprindere mai mare, având în vedere precizia lor de fabricație mai mare, permit utilizarea unor rapoarte de compresie mai mari decât capetele emisferice, de asemenea, creează turbulențe (lângă bujie ) care asigură că arderea gazelor de ardere rămâne mai departe de suprafața capului, permițând o dispersie mai mică a căldurii generate. Acest tip de chiulasă nu mai este aproape utilizat în aplicații de curse decât dacă doriți un motor cu o livrare foarte ascuțită, dar cu o pierdere mare de livrare la turații mediu-mici.

Cap emisferic trunchiat

Capetele semisferice trunchiate sunt o cruce între capul semiconferic și trunchiul conic, atât în ​​ceea ce privește avantajele, cât și dezavantajele capetelor relative.

Acest cap este întotdeauna echipat cu squish, dar partea interioară a capului are o formă emisferică, foarte asemănătoare cu cele emisferice, dar cu o despărțire centrală, astfel încât să aibă o bază plată pentru scaunul lumânării, exact ca capete de con trunchiate.

Cap de volum variabil

Capete de volum variabil, în stânga Polini PowerHead, în dreapta capul Mototekna acționat manual

Capetele de volum variabil sunt capete care își variază volumul în funcție de turația de funcționare a motorului, au fost utilizate la motoare cu temporizare de aprindere fixă, pentru a avea cel mai bun raport de compresie la fiecare turație.
Pentru a adapta arderea la aprinderea temporizată fixă, aceste chiulase au avut un raport de compresie mai mare la turații mici, pentru a îmbunătăți arderea, în timp ce la turații mari au scăzut compresia, astfel încât să încetinească arderea, deoarece această combustie este accelerată cu creșterea turației motorului, ceea ce duce la o creștere a turbulenței amestecului.
Pentru a varia volumul camerei de ardere , aceste capete aveau un con care forma suprafața capului care delimita camera de ardere și care era ridicat și coborât de un sistem hidraulic.

Acest tip de chiulasă a fost dezvoltat (de Polini cu numele de PowerHead) la începutul anilor nouăzeci pe modelele încrucișate ale diferitelor mărci, în deplasările 125 și 250, funcționarea sa fiind bazată pe o cameră presurizată, conectată la testat printr-un circuit hidraulic, permițând autoreglarea sistemului, ulterior în 2015, după 3 ani de testare, ideea revine la viață, dar într-o formă diferită, de fapt reglarea compresiei este complet manuală, cu cupola limitată în mișcările sale prin unele ghidaje, este ridicat și coborât cu ajutorul unei piulițe filetate la care se fixează un buton cu ajutorul diblurilor filetate (Șurub STEI) [2] .

Squish

Din punct de vedere istoric, acest efect a văzut lumina datorită lui Harry Ricardo care în 1919 a dezvoltat o nouă chiulasă / sistem pentru motoare diesel cu supapă laterală , care datorită acestui efect a evitat detonarea, în mileniul al treilea această soluție este utilizată aproape exclusiv din motoarele în 2 timpi, deoarece majoritatea motoarelor în 4 timpi utilizează 4 supape pe cilindru, ceea ce face aproape imposibilă utilizarea acestei soluții.

Pentru toate focoasele, efectul squish este fundamental, adică prezența în cupola unei zone, numită squish (turbulență), care direcționează amestecul aproape de lumânare și reduce fenomenul de detonare. are trei valori:

  • Unghiul de înclinare a zonei de squish , care trebuie să fie adecvat pistonului; plat sau cu înclinație apropiată de 1 ° pentru pistoanele cu vârful plat sau cu înclinații mai accentuate pentru pistoanele cu vârful rotunjit.
    De asemenea, alegerea conformației coroanei pistonului (și, în consecință, a capului corespunzător) este fundamentală pentru alegerea livrării motorului, un piston plat va oferi un motor mai fluid și mai predispus la conducere, o coroană rotunjită va oferi motorului o mai mare randament și răspuns, în special la turații mari.
    • Inclinare dublă , unele tipuri speciale de cap folosesc o bandă de înclinare dublă înclinată, unde partea exterioară este mai puțin înclinată și partea cea mai interioară este mai înclinată, acest lucru se datorează faptului că, în acest fel, cantitatea de amestec proaspăt de pe părțile laterale a camerei este redusă în continuare arderea.
  • Lățimea zonei , care nu trebuie să depășească jumătate din aria pistonului, pentru a obține diametrul interior minim al squishului, care corespunde lățimii maxime a zonei squish, se folosește această formulă; folosind diametre mai mari decât diametrul calculat, suprafața squish va fi mai mică.
  • Înălțimea inelului squish este distanța dintre baza squish-ului și coroana pistonului, care este utilizată pentru a evita lovirea în cap , valorile squish-ului din motoarele de competiție sunt sub un milimetru înălțime.

În procesarea motorului, înălțimea squish-ului este redusă pentru a obține un raport de compresie mai mare. Această prelucrare poate avea loc prin prelucrarea directă în punctul squish al capului prin prelucrarea CNC sau prin instalarea de garnituri de banc cu grosimi zecimale mai mici.

Chiulasa pentru motoare unidirecționale în 2 timpi

Acest tip de chiulasă poate fi de multe tipuri, în funcție de tipul de motor unidirecțional, poate fi:

  • În absență , motorul unidirecțional cu pistoane opuse nu folosește chiulasa, deoarece camera de ardere este dată de cei doi pistoane și de cilindru.
  • Ca sau similar în 2T , în motoarele convergente sau paralele cu cilindri aveți o chiulasă complet similară cu cea a unui ciclu de buclă 2T, dar puțin mai largă, deoarece trebuie să pună doi cilindri în comunicație
  • Ca sau similar în 4T , ca în cel mai frecvent caz, în care există una sau mai multe supape de evacuare sau spălare ciuperci pe cap.

Chiulasa pentru motoare in 4 timpi

Capete cu două supape cu cameră de pană, dintre care în stânga puteți vedea conductele de admisie și evacuare, în dreapta aveți o versiune sportivă a camerei de pană

Acest tip de chiulasă este mult mai complex decât cel pentru motoarele în 2 timpi și este neapărat de tip descompozibil, deoarece susține componentele de distribuție și arborele cu came , cu excepția cazului unei distribuții de tip indirect (pe arborele cotit).) , și spre deosebire de chiulasa pentru motoarele în 2 timpi, mult mai grele (date fiind suprastructurile pe care trebuie să le găzduiască), scumpe (din nou datorită suprastructurilor).

Testat pentru distribuții DOHC , SOHC și OHV

Cap SOHC cu două supape

Capetele cilindrilor pentru motoarele cu unul dintre aceste sisteme de distribuție pentru supapele poppet, trebuie să fie de tip descompozabil, sunt în general compuse din 2 componente, dintre care componenta superioară este acoperită definită și poate fi construită în diverse materiale, din plastic metalic , întrucât altfel nu ar fi posibil să se asigure o protecție și ungere corespunzătoare acestor componente.

Datorită naturii lor, aceste chiulase nu pot avea o bandă Squish ca în cazul motoarelor în doi timpi, în special pentru unele, cum ar fi „camera emisferică” (motoare cu 2 supape pe cilindru) sau capetele de cilindru „acoperiș 4V”, în timp ce pentru alte forme pot exista turbulențe semnificative ca în cazul capetelor cu 2 supape pe cilindru cu camere "pană", "cupă" [3] (cunoscută și sub numele de "cameră Heron") sau cutie de sardine [4] .

Testat pentru distribuția SV

Chiulasele pentru acest tip de distribuție nu au carcasa supapei, ci trebuie să aibă o formă diferită de cea circulară, deoarece trebuie să formeze conductele de admisie și evacuare, care sunt deschise de supapele care sunt plasate lateral către cilindru.

Testat pentru distribuția IOE

Chiulasele pentru acest tip de distribuție sunt comparabile cu cele ale distribuției SV, dar în acest caz au carcasa uneia sau mai multor valve, care sunt întotdeauna dispuse pe partea cilindrului, dar dispuse una în opoziție cu cealaltă (pe aceeași axă glisantă).

Testat pentru distribuția RCV

Chiulasele pentru acest tip de motor nu au probleme cu forma sau carcasa componentelor de distribuție (chiar și în cazul unei supape cu manșon ) și din acest motiv sunt complet comparabile cu capetele pentru motoarele în doi timpi .

Proiectare [5] [6]

Proiectarea chiulasei trebuie să ia în considerare mai mulți factori, cum ar fi determinarea domeniului termic la care este supus un cap motor cu mai mulți cilindri, având în vedere contribuțiile garniturilor, scaunelor supapelor, ghidajelor supapelor, știfturilor și piulițelor de blocare, precum și serviciul de funcționare a motorului de tip, prin urmare tranzitorii de pornire-oprire sau condiții de sarcină minimă completă tipice testelor de viață pe bancă.

Analiza stresului urmează mai mulți pași:

  • simularea debitului gazelor de eșapament pentru a obține coeficienții de schimb de căldură și a debitelor termice pe suprafețele piesei;
  • calculul tranzitorului termic prin simularea încălzirii și răcirii piesei;
  • calculul mecanic cu intervalul de temperatură ca parametru de solicitare care sunt suprapuse plus orice sarcini mecanice.

Câmpul termic al capului, în special în zona apropiată de suprafața flăcării, în ciuda faptului că are zone cu temperaturi de la 140 ° C și o temperatură medie de aproximativ 180 ° C [7] , alte părți pot atinge temperaturi deosebit de ridicate, în special pentru capete echipate cu două conducte de evacuare împerecheate, unde traversa care le separă poate atinge 250 ° C, aceste zone sunt critice, deoarece generează puncte fierbinți și sunt supuse multor solicitări, ceea ce poate duce la crearea multor fisuri în astfel de puncte.

Precauții

Chiulasa împreună cu pistonul este cel mai important element pentru a defini forma camerei de ardere și a modifica rata de ardere, de fapt aceasta trebuie:

Grafic care arată turbulența Swirl and Tumble
  • Măriți turbulența , pentru a îmbunătăți viteza de ardere prin accelerarea arderii, ținând cont că, în funcție de sistemul utilizat, respirația motorului și, prin urmare, umplerea acestuia poate fi mai mult sau mai puțin limitată sau rezistența la funcționarea sa în general. , un sistem este Fiat "CHT" [8] , unde în cazul unui control al clapetei de accelerație redus, prin intermediul unei supape suplimentare în linia de alimentare (care o sufocă parțial sau total) și a unei conducte auxiliare de dimensiuni mai mici, care este în comunicația de deasupra supapei de alimentare, unde odată cu deschiderea supapei de alimentare există un jet care iese din acest canal auxiliar, care conferă gazelor de aspirație reduse o turbulență puternică.
    Există multe alte modalități de a crește această turbulență, de la canalizarea dreaptă sau curbată, până la tunelarea zonei squish până la zona de ardere [9] , dar nu toate sunt eficiente în același mod, de fapt turbulența Swirl tinde să nu progreseze rapid fața flăcării [10] .
    • Turbulența turbionară care apare la motoarele în 4 timpi (în special la motoarele cu aprindere prin compresie) și similare în timpul fazei de admisie, datorită unei conformații particulare a conductelor de admisie, care dau o tendință de rotire de-a lungul axei cilindrului [11] , o exemplu este DTS-Si (Digital Twin Spark - Swirl Induction)
    • Tumble turbulențe care are loc în timpul fazei de admisie sau de spălare (în special în motoarele cu aprindere prin scânteie), datorită unei conformații particulare a conductelor de admisie, care dau o tendință turbionar de-a lungul axei ortogonale a cilindrului (camera de gaz din orificiul de admisie a peretele cilindrului, apoi mergeți la piston și reveniți în cele din urmă la orificiul de admisie, ciclul se repetă până când energia cinetică este epuizată) [11] , această turbulență apare și în motoarele în doi timpi de tipul curentului tangențial (în bucla engleză -scavenged) în timpul fazei de spălare.
    • Squish , un fenomen care apare în etapele finale de compresie, unde amestecul situat pe părțile laterale ale camerei de ardere este împins în zona centrală.
  • Colectați amestecul de aer / combustibil cât mai mult posibil , în special pe motoarele cu aprindere pozitivă.
  • Aveți măsurători cât mai constante posibil pentru fiecare bucată din același cap
  • Furnizați un raport de compresie adecvat pentru combustibil, pentru a accelera arderea cât mai mult posibil, fără a ajunge la detonare
  • Umplerea materialului conductor de căldură / bimetalic , construit în cea mai mare parte cu materialele clasice ale capului și cu utilizarea umplerii cuprului sau a altor materiale conductoare de căldură pentru partea care constituie camera de ardere.
  • Reglarea comportamentului motorului
    • În cazul sincronizării cu aprindere fixă, acesta trebuie să ofere un raport de compresie astfel încât să garanteze un comportament cât mai liniar posibil, unde cu cât este mai mic raportul de compresie, cu atât sunt mai favorizate turațiile mari, în timp ce cu cât este mai mare raportul de compresie, sunt favorizate mai multe turații mici
    • În caz de sincronizare variabilă a aprinderii, chiulasa nu are nicio limită asupra raportului de compresie, fiind astfel capabil să genereze compresii foarte mari, acest lucru se datorează faptului că aprinderea prin modificarea momentului de aprindere a scânteii modifică momentul de ardere astfel încât diferitele viteza de ardere a amestecului de aer / benzină duce întotdeauna la o ardere completă la TDC (punctul mort superior), având întotdeauna o exploatare optimă și constantă a amestecului de aer-benzină cu același tip de chiulasă, chiar dacă se utilizează mai multe sau mai puține capete comprimat, va fi necesar să amânați sau să anticipați întreaga curbă de aprindere sau să folosiți o chiulasă cu o valoare de compresie diferită pentru a nu fi necesar să deplasați întreaga curbă de aprindere
  • Scaunele supapelor (numai pentru capetele echipate cu supape cu clapetă), acestea sunt scaunele în care capul supapei se oprește și în contact cu supapa închisă, acest scaun este în general din bronz sau cupru beriliu, aceste scaune au una sau mai multe înclinații, dacă nu chiar și un profil curbat pentru închiderea supapei, pentru a avea o închidere mai bună și pentru a reduce perturbarea la trecerea amestecului proaspăt
  • Ghidajul supapelor (numai pentru capetele echipate cu supape cu clapetă), este elementul care permite supapei să alunece corect în timpul lucrului, unde la motoarele de drum se extinde în conductă, în timp ce la motoarele de curse acest lucru nu se întâmplă, deci pentru a reduce căderile de presiune și au o putere mai mare, dar în detrimentul fiabilității.
Desen în secțiune a chiulasei pentru un motor în patru timpi, unde este posibil să se vadă unghiurile dintre supape și diferitele conformații ale conductelor dintre admisie și evacuare, în primul caz pentru a favoriza Swirl sau Tumble în al doilea pentru expulzarea gazelor arse
  • Conductele (numai pentru capetele echipate cu supape) acestea trebuie să aibă o formă și un curs diferit în funcție de funcția lor, în general conductele trebuie să fie cât mai drepte și cu cel mai mic număr de bavuri sau imperfecțiuni, pentru a reduce pierderile de sarcină , în ceea ce privește conducta de admisie, acestea trebuie să încerce să reducă curbura secțiunii terminale pentru a facilita umplerea cilindrului, scăzând impactul asupra supapei de admisie și favorizând „turbulența” sau „turbulența de tip Swirl”.
  • Sisteme de oprire a motorului sau decompresoare de pornire , dispozitive utilizate la motoare fără un sistem de oprire care acționează electric asupra bujiei și care datorită caracteristicilor lor se numesc decompresie manuală , sistem care este utilizat și pentru unele motoare care trebuie pornite de o manivelă, în cazul sistemelor de decompresie pentru pornirea sistemului poate fi manual sau automat prin intermediul unei tije de legătură direct conectate la manivela de aprindere sau prin intermediul unui sistem centrifugal (în acest caz funcționează cu orice sistem de pornire ).
    • Supapa de evacuare sau supapă de închidere sau supapă de decompresie , este o supapă care, atunci când este apăsată, eliberează amestecul proaspăt, împiedicând arderea sau reducându-l drastic, astfel încât să poată opri motorul, acest sistem a fost utilizat pe Piaggio Ciao și vehicule similare.
    • Dispozitivul de ridicare a supapelor , este un dispozitiv, care este în general controlat de un control al ghidonului și face ca una sau mai multe supape de evacuare să rămână ridicate, împiedicând arderea sau reducând-o drastic.
  • Sistemul de camera Pre- folosit pe motoarele diesel, unde există o cameră mică în comunicație cu camera de ardere, care poate fi preîncălzit printr - o bujie incandescentă și unde injectorul este poziționat, astfel încât odată ce combustibilul a fost injectat poate introduce mai ușor în autocombustie.

Notă

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe