Moottorin männät: miten ne toimivat?
Männät ovat olennainen osa mäntäpolttomoottoria. Moottorin männät välittävät energian siirtoa polttokammion ja mäntiin yhdistetyn liikkuvan mekanismin välillä.
Tämä artikkeli valaisee mäntien toimintaa, rakennetta, materiaalia ja sitä, mitä voimia niiden on kestettävä.
Sisältö
Moottorin männät toimivat
Polttomoottorin männät ovat yksi moottorin rasituimmista osista. Niiden on kestettävä paljon rasitusta, joka johtuu erittäin korkeista lämpötiloista (noin 2000 °C tai 3600 °F) ja suuresta paineesta, joka on jopa korkeampi dieselmoottoreissa kuin bensiinimoottorit. Siten mäntiä rasittavat pääasiassa paine ja lämpötila.
Kampiakseli: Mihin se on tarkoitettu ja mitä voimia sen on kestettävä?
Lisäksi polttomoottorin mäntien tulee pyörittää kampiakselia kiertokankien avulla ja siepata kaasujen paisuntapaine pinnallaan. Toinen mäntien tehtävä on erottaa polttokammio kampiakselin kammiosta.
Mäntien tulee tiivistyä hyvin, mutta ei liikaa, jotta männän helman ja sylinterin seinämän väliin jää rako. Mäntien on oltava pienempiä kuin sylinteri (satoja millimetrejä) - muuten ne voivat takertua tai halkeilla. Tämä johtuu materiaalien lämpölaajenemisesta.
Katso tarkasti yllä olevaa animaatiota männän liikkeistä ja huomaa pienen rakon männän helman ja sylinterin seinämän välillä. Männän kaksi riviä edustavat männänrenkaita, jotka ovat lähempänä seinää kuin itse mäntä.
Moottorin mäntien rakenne
Polttomoottorin mäntä koostuu useista osista:
- Männän kruunu/pää
- Männän helma
- Männän tappi tai männän tappi
- Männän renkaat
1. Männän kruunu
Männän kruunu, joka tunnetaan nimellä männän pää, on männän päällä oleva pinta. Sen on kestettävä erittäin korkeita lämpötiloja ja painetta polttokammiossa.
2. Männän hame
Männän helma on männän sylinterimäinen seinämä ja sen on pysyttävä voideltuna moottorin käydessä, eli kun mäntä liikkuu ylös ja alas. Voitelun säilyttämiseksi männän helman pinta on hieman karhea.
3. Gudgeon tappi
Tappitappi tunnetaan männäntappina tai rannetapina. Se on lyhyt, ontto tanko, joka on yleensä valmistettu erittäin lujasta ja kovasta terässeoksesta. Tämä tappi yhdistää männän kiertokankeen ja tarjoaa myös laakerin kiertokangelle.
Yhdystanko: Mikä sen tehtävä on?
Suojatapin muotoilu on ratkaisevan tärkeä moottorin suorituskyvyn kannalta, erityisesti pienissä, korkeakierroksisissa automoottoreissa. Näissä moottoreissa tukitapin on kestettävä suuria kuormia ja rasituksia käytettäessä suurilla nopeuksilla.
4. Männänrenkaat
Mäntä on varustettu renkailla, jotka tiivistävät sylinterin ja estävät puristushäviön ja öljyvuotojen. Männänrenkaat asetetaan männän uriin tietyllä välyksellä, jotta varmistetaan männän helman ja sylinterin seinämien oikea voitelu.
Männänrenkaat: Mikä on niiden toiminta ja tyypit?
Yleensä kahdesta kolmeen männän rengasta asennetaan yhteen mäntään. Männänrenkaita on kahta tyyppiä:
- Puristusrengas – Kaksi ylintä rengasta (vain yksi, jos männässä on vain kaksi rengasta) tiivistävät palotilan painamalla sylinterin seinää vasten.
- Öljynsäätörengas – Alarenkaalla, joka tunnetaan nimellä öljynsäätörengas, on kolme toimintoa: ohjaa moottoriöljyn syöttöä sylinteriin, voitele männän helmaa ja pitää ylimääräisen öljyn poissa polttokammioon.
Mäntien tyypit
Mäntiä on kolmea tyyppiä, joilla kullakin on eri muoto ja toiminta: litteät, kupulliset ja lautaset.
Litteät männät
Tasakattoisissa männissä on tasainen yläpinta, jonka ansiosta ne voivat luoda eniten voimaa ja tuottaa tehokkaan palamisen. Ne voivat kuitenkin luoda liian paljon puristusta pienempiin palokammioihin.
Dome männät
Kupumännät sen sijaan kuplivat keskellä kuten stadionin huipulla, mikä lisää männän päällä olevaa pinta-alaa. Tämä rakenne lisää puristussuhdetta, vaikka kupumännän rakenne voi vaihdella. Jotkut kupumännistä kärsivät hitaasta palamisesta.
Kulhon männät
Kulhon männät ovat kupumäntiä vastapäätä ja, kuten nimestä voi päätellä, niiden yläosa on kulhon tai astian muotoinen, jossa on hieman käpristyneet ulkoreunat. Tämä rakenne auttaa välttämään räjähdyksen, koska se vähentää puristussuhdetta lisäämällä ylimääräistä kulhon tilavuutta kammioon. Näitä mäntiä käytetään yleensä turbo- tai ahdettuissa moottoreissa.
Mäntien korkeusero
Muun muassa männän korkeus johtaa erilaisiin ominaisuuksiin. Korkea mäntä on painavampi kuin matala. Suurinopeuksisissa moottoreissa käytetään paljon lyhyempiä mäntiä kuin perinteisissä moottoreissa juuri niiden pienemmän painon vuoksi.
Bensimoottoreissa on yleensä lyhyemmät iskut männät kuin dieselmoottoreissa. Näin ollen bensiinimoottorin mäntä yleensä suorittaa iskunsa lyhyemmässä ajassa kuin dieselmoottorin mäntä. Bensiinimoottorien hyötysuhde on kuitenkin pienempi kuin dieselmoottoreiden alhaisemman puristussuhteen vuoksi.
Hyvin lyhyiden mäntien haittana on lisääntynyt moottoriöljyn kulutus, koska tällainen mäntä ei pysty tiivistämään palotilaa täydellisesti.
Moottoriöljyn luokitus selitetty
Moottorin mäntien materiaali
Männät valmistetaan usein alumiinista, piistä, kuparista, nikkelistä ja magnesiumseoksesta, mutta myös muita materiaaleja voidaan käyttää. Kilpa-ajossa käytettävät männät ovat paljon kiinteämpiä kuin henkilöautojen moottoreiden männät, kun taas niiden paino on paljon pienempi moottorin korkean kierrosluvun saavuttamiseksi.