Tune it Ελατήρια Εμβόλων

Μπορεί μερικοί να μην τα θεωρείτε σημαντικά ή ενδιαφέροντα εξαρτήματα, αλλά σας βεβαιώ ότι παίζουν τεράστιο ρόλο στο πόσα γαϊδούρια θα βγάλει το εργαλείο σας! Ελπίζω ότι, αφού διαβάσετε το σημερινό κατεβατό, θα αλλάξετε γνώμη! Πράγματι, οι βελτιώσεις στα τελευταία 60 χρόνια σε ό,τι αφορά τα ελατήρια δεν μπορούμε να πούμε ότι είναι κοσμογονικές, αλλά έχουν αλλάξει αρκετά, όχι τόσο σχεδιαστικά, αλλά κυρίως στα υλικά που χρησιμοποιούνται. Η τεχνολογία των υλικών έχει επέμβει παντού με κυριότερο αποτέλεσμα τη δυνατότητα κατασκευής λεπτότερων και πιο ανθεκτικών ελατηρίων. Ας τα γνωρίσουμε, λοιπόν, κάπως καλύτερα μέσα από τις γραμμές του Power Automotive Magazine.

 

Βασικά

Καθώς τα ελατήρια ανεβοκατεβαίνουν στον κύλινδρο, οι δουλειές που κάνουν -με σειρά σπουδαιότητας- είναι οι εξής: στεγανοποίηση του θαλάμου καύσης, απομόνωση του λαδιού στο κάρτερ και μεταφορά μέρους της θερμότητας του εμβόλου στα τοιχώματα του κυλίνδρου. Σχεδόν όλα τα μοτέρ επιβατικών αυτοκινήτων έχουν 3 ελατήρια ανά έμβολο, πολλά δίχρονα μηχανάκια έχουν μόνο δύο και μεγαλύτερα βιομηχανικά ντίζελ έχουν τέσσερα. Όσον αφορά τα …γλήγορα μοτέρ, υπάρχουν «αγωνιάρικα» με 2 ή 3 ελατήρια ανά κύλινδρο. Εκτός όμως από τον απλό αριθμό των ελατηρίων, υπάρχουν και άλλα δύο πολύ σημαντικά χαρακτηριστικά, που τα διακρίνουν, κι’ αυτά είναι το σχέδιο και η ακτινική τους τάση -μάλλον αρχίζει να γίνεται τεχνικό το παραμύθι μας… αλλά ας πάρουμε τα πράγματα με τη σειρά. Το πρώτο (επάνω) ελατήριο είναι το ελατήριο συμπίεσης και περιορίζει την πίεση της καύσης εκεί που πρέπει να αναπτύσσεται, μέσα στο θάλαμο δηλαδή, ώστε να δέχεται το έμβολο τη μέγιστη δυνατή ώθηση προς τα κάτω. Η άλλη σημαντική δουλειά του είναι να μεταφέρει στα τοιχώματα του κυλίνδρου περίπου το 80% της θερμότητας του εμβόλου -εξαιρετικά σημαντικό ποσοστό. Το δεύτερο ελατήριο βοηθάει λίγο στη διατήρηση της συμπίεσης και της αποβολής της θερμότητας στον κύλινδρο, αλλά επιπρόσθετα συμβάλλει στην απομάκρυνση του λαδιού από τον κύλινδρο. Το τρίτο (κάτω) ελατήριο, το ελατήριο του λαδιού, όπως λέγεται κοινά, διότι κύρια αποστολή του είναι ο καθαρισμός του κυλίνδρου από τα πολλά λάδια του κάρτερ, αλλά και η εξασφάλιση ότι θα μείνει μια ελάχιστη ποσότητα λαδιού στο τοίχωμα, που είναι απαραίτητη για τη λειτουργία και την τέλεια στεγανοποίηση του θαλάμου καύσης, διότι τέλεια στεγανοποίηση από μέταλλο, που ολισθαίνει στεγνό σε μέταλλο, δεν είναι εφικτή, για να μην αναφέρουμε τα προβλήματα καταστροφικής τριβής που θα είχαμε και μάλιστα σε χρόνο μηδέν! Όπως βλέπετε πιο κάτω, το ελατήριο του λαδιού είναι μια σημαντική αιτία τριβής στο μοτέρ και όλοι γνωρίζουμε ότι οποιαδήποτε τριβή κοστίζει άλογα! Οι περισσότεροι κατασκευαστές λοιπόν των ελατηρίων διαθέτουν τρείς βασικούς τύπους στην αγορά ως προς την ακτινική πίεση:

- Τα στάνταρ ελατήρια, που τοποθετούνται σχεδόν σε όλα τα μοτέρ παραγωγής.

- Τα ελατήρια μειωμένης πίεσης, που προτιμώνται για μοτέρ επιδόσεων/αγωνιστικά.

- Τα ελατήρια αυξημένης πίεσης, που χρησιμοποιούνται σε ειδικές περιπτώσεις, όταν υπάρχει μεγάλο διάκενο εμβόλου/κυλίνδρου, δηλαδή όταν το μοτέρ είναι …σώβρακο και το έχουμε για πούλημα. Τέτοια ελατήρια είναι τα λεγόμενα expander. Με αυτά, κόβεται «μαχαίρι» η κατανάλωση λαδιού -αν είναι από κάτω- αλλά δεν παίρνει και τα πόδια του το εργαλείο!

Σύγκριση λειτουργίας και τριβής ελατηρίων

                                         Στεγανοποίηση       Έλεγχος λαδιού       Απώλειες λόγω τριβής   

Πρώτο ελατήριο                     78%                              5% (*)                                30%

Δεύτερο ελατήριο                  22%                             45% (*)                              20%

Ελατήριο λαδιού                     ---                                70%                                    50%

(*) Το πρώτο και δεύτερο φτάνουν σ’ αυτές τις ψηλές τιμές μόνο όταν το ελατήριο του λαδιού έχει φθαρεί αρκετά ή είναι κολλημένο.

Σε τουρμπάτα μοτέρ, όπως αυτά δηλαδή που μας αρέσουν, το …πολύ ξύλο το τρώει το έμβολο και γι’ αυτό, πέρα από το σωστό διάκενο με τον κύλινδρο, πρέπει να ψύχεται αποτελεσματικά. Υπάρχουν τέσσερις περιοχές, που μπορούν να βοηθήσουν σ’ αυτό, αλλά η βασική λύση αφορά τα ελατήρια. Βεβαίως και τα τουρμπάτα έμβολα μαζεύουν περισσότερη θερμότητα από τα ατμοσφαιρικά, οπότε κύριος στόχος μας είναι να βρούμε τρόπο να φύγει η θερμότητα αυτή αλλιώς τα έμβολα θα γίνουν …μαστίχα! Ο ψεκασμός λαδιού από κάτω είναι ένα μία μόνο ενέργεια προς τη διευθέτηση του θέματος και όχι τόσο αποτελεσματική όσο πολλοί (επιστήμονες και μη) θέλουν να νομίζουν.

Ύψος τοποθέτησης ελατηρίων

Η πρώτη σημαντική πληροφορία, που αφορά τα ελατήρια για τουρμπάτα μοτέρ, είναι το ύψος στο οποίο πρέπει να τοποθετηθούν, φυσικά μιλάμε για έμβολα, που γίνονται κατά παραγγελία και όχι τα υπάρχοντα στο μοτέρ, όπου δεν μπορείτε να κάνετε και τίποτα. Όπως βλέπετε στο σχέδιο, πρέπει να μετακινηθούν και τα τρία ελατήρια πιο κάτω, αφήνοντας αρκετή απόσταση από την επιφάνεια καύσης, περίπου 8-9mm για το ελατήριο συμπίεσης και άλλα 5-6mm για το δεύτερο, για να ακολουθήσει του λαδιού άλλα 2.5-3mm πιο κάτω. Ο λόγος για τη μετακίνηση αυτή είναι ότι όσο απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια καύσης και προχωράμε προς τα κάτω, η θερμοκρασία (του εμβόλου) είναι χαμηλότερη και επομένως η αντοχή του μετάλλου είναι μεγαλύτερη και ικανή να υποστηρίξει αποτελεσματικά τα λούκια, ιδίως του ελατηρίου συμπίεσης που υφίσταται τεράστιες πιέσεις. Στην περίπτωση που η αντοχή του μετάλλου μειωθεί κάτω από το απαραίτητο -λόγω της μεγάλης θερμοκρασίας φυσικά- η ζημιά στην πλειονότητα των περιπτώσεων αρχίζει κάτω από το ελατήριο συμπίεσης. Αρχίζει να λυγίζει προς τα κάτω το σημείο στήριξης του ελατηρίου (ανάμεσα στα δύο λούκια), οπότε παραμορφώνεται και το ελατήριο, που αποκτά πλέον σχεδόν σημειακή επαφή με τον κύλινδρο αντί να εφάπτεται όλη η εξωτερική του περιφέρεια για τη μεταφορά θερμοκρασίας. Αυτό είναι η απαρχή μιας αλυσιδωτής αλληλουχίας γεγονότων, που ανεβάζουν ακόμα περισσότερο τη θερμοκρασία, μαλακώνοντας κι’ άλλο το κράμα του εμβόλου. Το μαλακό πλέον μέταλλο, που στηρίζει το ελατήριο συμπίεσης, λυγίζει κι’ άλλο προς τα κάτω και ακινητοποιεί το δεύτερο ελατήριο, αφαιρώντας του την ικανότητα να απάγει και αυτό μέρος της θερμότητας. Δεν αργεί η καταστροφή, μην το κουράζουμε… Αν τα έμβολα δεν είναι σφυρήλατα και για κάποιο λόγο ανεβείτε τη Συγγρού με 1.6bar και το ακούτε να βαράει πειράκια για 2 χιλιόμετρα, τότε τα θέλει ο πισινός σας! Λοιπόν, επειδή ομολογώ ότι το έκανα αυτό (αν και συνοδηγός στο αυτοκίνητό μου), το αποτέλεσμα ήταν να δουλεύει κανονικά το εργαλείο, αλλά να έχει μπόλικες αναθυμιάσεις. Αφού το άνοιξα, βρήκα και τα 4 ελατήρια συμπίεσης «μαγκωμένα», αφού τα είχε συμπιέσει το μέταλλο, που τα χωρίζει από το χώρο καύσης. Ευτυχώς, με προσεκτική δουλειά τα ελευθέρωσα, επανέφερα τα λούκια στην εργοστασιακή διάσταση και το εργαλείο έγινε …τζάμι με τα ίδια ελατήρια και με σωστό πρόγραμμα αυτήν τη φορά. Στον Στρατή, όμως, δεν το ξανάδωσα για βόλτα… Όποιος καεί στο χυλό, φυσάει και το γιαούρτι…

Πως σφραγίζουν τα ελατήρια?

Ας παρατηρήσουμε λίγο το σχήμα για να καταλάβουμε πως σφραγίζει (στεγανοποιεί) το θάλαμο καύσης το ελατήριο συμπίεσης. Πολλοί πιστεύουν ότι η ακτινική τάση του ελατηρίου είναι που σφραγίζει το θάλαμο καύσης. Η τάση αυτή βοηθάει, αλλά με κανέναν τρόπο δεν επαρκεί για να σφραγίσει πιέσεις πολλών δεκάδων bar, μέχρι και πάνω από 100bar σε μερικές περιπτώσεις. Το αποτελεσματικό σφράγισμα επιτυγχάνεται, επειδή η πίεση της καύσης εισχωρεί πίσω από το ελατήριο συμπίεσης και το σπρώχνει προς τον κύλινδρο. Για να γίνει αυτό, τα ελατήρια και τα λούκια έχουν την κατάλληλη διαμόρφωση, που διευκολύνει την κίνηση αυτή των αερίων της καύσης. Στα πολύστροφα μοτέρ, έχουμε ένα πρόσθετο πρόβλημα, που μειώνει την ικανότητα του ελατηρίου να σφραγίσει το χώρο καύσης και ονομάζεται πλεύση του ελατηρίου ή ταλάντωση. Κατά τη διαδρομή του προς τα επάνω και φθάνοντας κοντά στο ΑΝΣ, το έμβολο επιβραδύνεται από τη μπιέλα, αλλά τα ελατήρια θέλουν να συνεχίσουν την ανοδική τους κίνηση λόγω της αδράνειας. Αν, λοιπόν, η μάζα τους είναι αρκετή, θα αποκολληθούν το καθένα από το κάτω λούκι και θα πέσουν στο επάνω λούκι, μιλάμε για κινήσεις δέκατου ή εκατοστών του χιλιοστού τώρα. Σ’ αυτήν την περίπτωση, τα αέρια δεν μπορούν να περάσουν πίσω από το ελατήριο για να το πιέσουν προς τα έξω, αλλά η πίεση του θαλάμου καύσης αναγκάζει πλέον το ελατήριο να «κλείσει» προς τα μέσα, αφήνοντας την πίεση να περάσει προς το στροφαλοθάλαμο. Η ακτινική τάση του ελατηρίου είναι τελείως ανεπαρκής, ώστε να περιορίσει την απώλεια συμπίεσης λόγω της ταλάντωσης. Στην καλύτερη περίπτωση, η ταλάντωση των ελατηρίων μειώνει τη διαθέσιμη συμπίεση, αλλά αν το φαινόμενο συνεχιστεί, θα φτάσουμε στα πιο πάνω καταστροφικά αποτελέσματα, αφού μειώνεται δραστικά και η ψυκτική επαφή με τον κύλινδρο.

Πλάτος ελατηρίων (ή ύψος, ανάλογα πως το βλέπει κανείς)

Όσο πιο λεπτό είναι το ελατήριο, σε τόσο πιο ψηλές στροφές παρουσιάζει ταλάντωση. Αυτή η παραδοχή οδήγησε πολλούς μοτερίστες να πιστεύουν ότι μπορούν να χρησιμοποιήσουν όλο και πιο λεπτά ελατήρια σε αγωνιστικά μοτέρ, σωστό σαν αρχική σκέψη. Υπάρχει όμως και η αδιαπραγμάτευτη απαίτηση για αποτελεσματική μεταφορά της θερμότητας από το έμβολο στον κύλινδρο! Τα λεπτά ελατήρια όμως έχουν και μικρή διάρκεια ζωής, κάτι που στους αγώνες δεν ενδιαφέρει και πολύ. Σε αγώνες αντοχής όμως… τα πράγματα αλλάζουν, διότι πέφτει η ισχύς όσο περνάει η ώρα… Στο σημείο, λοιπόν, αυτό βάζουμε και κάποια νούμερα στο παιχνίδι, συνιστώντας 1.5mm πλάτος για το πρώτο και δεύτερο ελατήριο σε μοτέρ που πάνε μέχρι 8.000 στροφές. Για τους …γλήγορους που πάνε στις 9.500rpm, ένα πλάτος 1.2mm στη συμπίεση και 1.5mm στο δεύτερο είναι αρκετά. Για πάνω από 10.500rpm, το ελατήριο συμπίεσης μπορεί να είναι 1mm και το δεύτερο 1.2mm. Αν είστε στις δύο τελευταίες κατηγορίες, κρατάτε κι’ ένα ζεμπίλι στο πορτ-μπαγκάζ για να μαζέψετε τα σίδερα… μία των ημερών! Εσείς τώρα οι άλλοι περίεργοι –σας ξέρω και με ξέρετε- που μου γυρνάτε με 1mm ελατήρια και σφυρήλατα σε καθημερινά αυτοκίνητα των 6.500-7.000rpm… τι να σας πω? Πρόβλημά σας! Λοιπόν, αρκετά για σήμερα, ψέματα δεν είπα -ακόμα-, με τους επιστήμονες δεν τσακώθηκα… ανιαρή μέρα! Συνέχεια τον επόμενο μήνα, και πάλι με ελατήρια…