Τεχνικό Θέμα: Bλαβολόγιο 4χρονων εξωλέµβιων κινητήρων, μέρος 1ο
Την τελευταία δεκαετία οι 4χρονοι κινητήρες έγιναν εξαιρετικά δηµοφιλείς ειδικότερα µετά το 2000 όπου σταµάτησε η παραγωγή και διάθεση 2χρονων συµβατικής τεχνολογίας κινητήρων στην Ευρώπη και Αµερική λόγω των αυστηρών προδιαγραφών εκποµπών ρύπων.
Παλαιότερες προσπάθειες για την προώθηση 4χρονων εξωλέµβιων κινητήρων την δεκαετία του 90 δεν έγιναν και τόσο αποδεκτές από το αγοραστικό κοινό καθώς η τεχνολογία κατεργασιών στις βιοµηχανίες και η πρόοδος των ηλεκτρονικών δεν εξασφάλιζαν τα απαιτούµενα ποσοστά αξιοπιστίας που απαιτούσε ο µέσος χειριστής άρα κατά συνέπεια ο 2χρονος ζούσε και βασίλευε όντας απλούστερος και δυνατότερος.
Ακόµη και οι λίγες προσπάθειες των κατασκευαστών να περάσουν µία τέτοια 4χρονη τεχνολογία διαβλέποντας το ζοφερό από πλευράς ρύπων µέλλον, έπεσαν στο κενό καθώς το αγοραστικό κοινό επέµενε και είχε συνηθίσει 2χρονα. Στο συγκεκριµένο άρθρο θα ασχοληθούµε κυρίως µε τις βλάβες των µικρότερης ιπποδύναµης 4χρονων κινητήρων µε καρµπυρατέρ, καθώς οι 4χρονοι µε ψεκασµό µε εξαίρεση ελάχιστα µοντέλα ξεκινούν από 25HP και πάνω.
Συγκριτικά πάντα µε τους 2χρονους ανταγωνιστές τους οι 4χρονοι κινητήρες όπως θα δούµε και στη συνέχεια αποδεικνύονται βαρύτεροι, ογκωδέστεροι, πολυπλοκότεροι λόγω πολλών εξαρτηµάτων, µε λιγότερη δύναµη και νεύρο από έναν αντίστοιχου κυβισµού και κυλινδρισµού 2χρονο αλλά στον αντίποδα είναι λιγότερο θορυβώδεις και περισσότερο πολιτισµένοι, πιο λιτοδίαιτοι σε καύσιµο λόγω καλύτερης θερµοδυναµικής απόδοσης και µε µικρότερες εκποµπές ρύπων.
Επίσης αποδεικνύονται εξαιρετικά αξιόπιστοι και παράγουν την ροπή τους σε µεγαλύτερο εύρος στροφών. Όσον αφορά τους 4χρονους µε ψεκασµό καυσίµου ανταγωνίζονται σκληρά µε τους 2χρονους άµεσου ψεκασµού (DFI) οι οποίοι σε αντίθεση µε τους καρµπυρατεράτους 2χρονους καίνε ελάχιστο λάδι, λιγότερη βενζίνη, εκπέµπουν πολύ λίγους ρύπους και διατηρούν την ζωντάνια, το νεύρο και την σπιρτάδα του 2χρονου κινητήρα.
Η φύση του 4χρονου κινητήρα
Ο 4χρονος εξωλέµβιος βενζινοκινητήρας είναι ο πλέον συνήθης πια σε οποιοδήποτε σκάφος ενώ ο 4χρονος γενικότερα µας είναι γνωστός τόσο από το αυτοκίνητο µας και τη µοτό µας όσο και από τους κινητήρες έσω και έσω έξω, είτε αυτοί είναι βενζίνης είτε πετρελαίου. Ο 4χρονος κινητήρας όπως το λέει και το όνοµα του παράγει έργο ανά 4 χρόνους ενώ ο 2χρονος ανά δύο. Αυτό σηµαίνει πρακτικά ότι το εκάστοτε έµβολο (πιστόνι) ενός κινητήρα ανεβαίνοντας ή κατεβαίνοντας εντός του κυλίνδρου πραγµατοποιεί µία διαδροµή που την αποκαλούµε «χρόνο».
Η παλινδροµική κίνηση του εµβόλου που ανεβοκατεβαίνει εντός ενός κυλίνδρου θυµίζει την κίνηση που κάνουµε µε µία σύριγγα για να αναρροφήσουµε υγρό ή για να εξάγουµε το υγρό που περιέχει από τη βελόνα της. Ο 4χρονος λοιπόν κινητήρας πραγµατοποιεί 4 χρόνους δηλαδή το έµβολο του κινείται προς τα πάνω (ένας χρόνος), µετά προς τα κάτω (επίσης ένας χρόνος) και πάλι επάνω και πάλι κάτω ώστε να παράγει ισχύ.
Οι 4 χρόνοι ενός 4χρονου κινητήρα (Σχ.1) είναι η εισαγωγή (ρούφηγµα) µίγµατος αέρα-καυσίµου, η συµπίεση, η καύση-εκτόνωση και η εξαγωγή καυσαερίων. Ο 2χρονος κινητήρας κάνει τον παραπάνω κύκλο λειτουργίας σε 2 µόνο χρόνους κατά συνέπεια γρηγορότερα και για αυτό παρουσιάζεται πολύ πιο ζωηρός και ροπάτος. Ας δούµε λοιπόν αναλυτικά το πώς λειτουργεί ο 4χρονος όπως φαίνεται στο Σχ.1 έτσι ώστε να αποκτήσουµε και µία άποψη για τις βλάβες του που θα περιγραφούν παρακάτω.
Πρώτος χρόνος – Εισαγωγή καυσίµου µίγµατος
Καθώς το έµβολο κατεβαίνει προς τα κάτω στο χρόνο της εισαγωγής, ο εκκεντροφόρος πιέζοντας ανοίγει την βαλβίδα (ή βαλβίδες) εισαγωγής και µία ποσότητα µίγµατος αέρα-καυσίµου (που έχει ήδη ετοιµαστεί στο καρµπυρατέρ ή στο σύστηµα ψεκασµού) αναρροφάται εντός του κυλίνδρου. Όταν το έµβολο έχει κατέβει πλήρως προς τα κάτω συγχρονισµένα αρχίζει και το κλείσιµο της βαλβίδας.
Δεύτερος χρόνος – Συµπίεση
Το έµβολο τώρα συνεχίζει την κίνηση του προς τα πάνω λόγω αδρανείας, οι βαλβίδες είναι κλειστές και το καύσιµο µίγµα συµπιέζεται µε µεγάλη πίεση συχνά 10 και πλέον φορές παραπάνω από την ατµοσφαιρική πίεση (λόγος συµπίεσης). Όταν το έµβολο φτάσει στο ανώτερο σηµείο του κυλίνδρου τότε δίδεται σπινθήρας από το µπουζί (το ακριβές σηµείο σπινθηρισµού κρίνεται αναλόγως συνθηκών δηλαδή πόσο «αβάνς» χρειάζεται) και το µίγµα αέρα-καυσίµου αναφλέγεται.
Τρίτος χρόνος-Καύση και εκτόνωση
Το µίγµα αέρα καυσίµου αρχίζει µε τον σπινθήρα από το µπουζί να καίγεται αστραπιαία και η πίεση από τα καιόµενα αέρια αυξάνεται κατακόρυφα. Λόγω αυτής το έµβολο ωθείται προς τα κάτω (εκτόνωση) και αφού είναι συνδεδεµένο µε την µπιέλα (διωστήρα) γυρνάει το στροφαλοφόρο άξονα παράγοντας µηχανικό έργο. Αυτός ο χρόνος δηλαδή η καύση-εκτόνωση καλείται και χρόνος ισχύος καθώς είναι ο µοναδικός που παράγεται δύναµη ενώ οι άλλοι τρείς λειτουργούν σε βάρος αυτού του χρόνου καθώς το έµβολο απλά κινείται λόγω αδρανείας.
Τέταρτος χρόνος – Εξαγωγή καυσαερίων
Όταν το έµβολο κατέβει προς τα κάτω στο χρόνο εκτόνωσης τότε η πορεία του αντιστρέφεται και αρχίζει να ξανανεβαίνει προς το πάνω µέρος του κυλίνδρου πιέζοντας τα αέρια που παρέµειναν από την καύση (καυσαέρια), τα οποία εξάγονται από την βαλβίδα (ή βαλβίδες) εξαγωγής. Στη συνέχεια η βαλβίδα εξαγωγής κλείνει και ένας νέος κύκλος λειτουργίας αρχίζει καθώς το έµβολο θα ξανακατεβεί προς τα κάτω κάνοντας έναν νέο χρόνο αναρρόφησης.
∆ιάφορα συµπεράσµατα
Το πλεονέκτηµα του 4χρονου κινητήρα αν αντιληφθούµε τα παραπάνω είναι η πολύ καλή απόδοση του καθώς η διαδικασία καύσης είναι πολύ αποδοτική σε όλο το φάσµα στροφών του κινητήρα καθώς δεν ξεφεύγει σχεδόν καθόλου άκαυστο καύσιµο (σε αντίθεση µε τον κλασικό 2χρονο). Επίσης οι 4χρονοι κινητήρες διαθέτουν σηµαντικά ποσά ροπής στις χαµηλές στροφές.
Το µειονέκτηµα στον 4χρονο είναι βέβαια ότι υπάρχει µόνο ένας χρόνος ισχύος ανά δύο περιστροφές του στροφαλοφόρου ενώ στο 2χρονο έχουµε ένα χρόνο ισχύος ανα µία περιστροφή, για αυτό και ο 2χρονος δείχνει πολύ δυνατότερος και ροπάτος για τον ίδιο κυβισµό. Οι 4χρονοι γενικότερα έχουν περισσότερο βάρος από τους 2χρονους καθώς απαιτούν βαλβίδες (Σχ.2) µε τα ελατήρια επαναφοράς τους, εκκεντροφόρους (Σχ.3 – Σχ.4) και ζύγωθρα (κοκκοράκια) για να τις ανοίγουν, καδένες ή ιµάντες (Σχ.3) µεταξύ στροφαλοφόρου και εκκεντροφόρου, αντικραδασµικούς άξονες και αρκετά άλλα µικροεξαρτήµατα για να ολοκληρώσουν ένα πλήρη κύκλο καύσης. Παρ’ όλη την πολυπλοκότητα τους όµως διαθέτουν επαρκή αξιοπιστία και είναι αποδεδειγµένα λειτουργικοί. Στους 4χρονους (Φωτ.1 και Σχ.5) το µπλόκ των κυλίνδρων και τα έµβολα όπως και οι µπιέλες µοιάζουν αρκετά µε αυτά των 2χρονων.
Τα προβλήµατα των 4χρονων κινητήρων
Βάσει των παραπάνω και όπως αναφέραµε και στην περίπτωση των 2χρονων στα προηγούµενα άρθρα καταλαβαίνουµε πως για να λειτουργήσει ο 4χρονος κινητήρας ορθά απαιτεί ένα κατάλληλα προετοιµασµένο (από καρµπυρατέρ ή ένα σύστηµα ψεκασµού) και σε σωστές αναλογίες µίγµα αέρα-καυσίµου, ένα κατάλληλα χρονισµένο σπινθήρα από µπουζί που πρέπει να δοθεί στην κατάλληλη στιγµή και επαρκή συµπίεση. Ειδικά για τον 4χρονο το τελευταίο σηµαίνει βαλβίδες στεγανές και ελατήρια εµβόλων σε άψογη κατάσταση καθώς και φλάντζες µεταξύ κυλινδροκεφαλής και µπλόκ επίσης σε άψογη κατάσταση.
Επίσης για κάθε εξωλέµβιο είτε 2χρονο είτε 4χρονο το άνοιγµα του γκαζιού θα πρέπει να συµβαδίζει µε το αβάνς δηλαδή µε το πόσο νωρίτερα πρέπει να δοθεί ο σπινθήρας από το µπουζί καθώς ανεβαίνει το έµβολο. Αυτό σηµαίνει πρακτικά ότι όλοι αυτοί οι περίεργοι µοχλοί γύρω από τα καρµπυρατέρ θα πρέπει να είναι συγχρονισµένοι και σε καλή κατάσταση, ειδάλλως πολλά προβλήµατα ανακύπτουν. Ο 4χρονος δεν χρειάζεται να κάψει λάδι µαζί µε την βενζίνη σαν µίξη αλλά το λάδι του λιπαίνει τον κινητήρα και επανασυλλέγεται στην ελαιολεκάνη του κινητήρα (κάρτερ) έως ότου αυτό αλλαχθεί στο προβλεπόµενο σέρβις. Ας δούµε λοιπόν µερικά σηµεία που πρέπει να προσέχουµε για να αυξήσουµε τη µακροζωία του 4χρονου κινητήρα µας.
Εγχειρίδιο χρήσης και συντήρησης
Ένας 4χρονος λόγω περισσότερων εξαρτηµάτων χρήζει µεγαλύτερης συντήρησης από έναν 2χρονο. Το εγχειρίδιο του κατασκευαστή (Φωτ.2) περιέχει χρήσιµες πληροφορίες για ένα απλό σέρβις το οποίο µπορεί να κάνει και ο ιδιοκτήτης µε ελάχιστα εργαλεία. Η αλλαγή λαδιών και φίλτρου λαδιού, η αντικατάσταση του φίλτρου καυσίµου και των µπουζί, η αλλαγή βαλβολινών καθώς και διάφοροι οπτικοί έλεγχοι είναι απλές εργασίες ρουτίνας.
Αντιθέτως στα µεγάλα σέρβις ο καθαρισµός και η ρύθµιση των καρµπυρατέρ, η αλλαγή ιµάντων και η ρύθµιση των βαλβίδων αποτελούν πολυπλοκότερες εργασίες και καλό είναι να αφεθούν στα χέρια του επαγγελµατία ή ενός πολύ έµπειρου ερασιτέχνη που διαθέτει όχι µόνο τα εργαλεία αλλά και το βιβλίο επισκευών του κινητήρα (Service manual). Το να αµελήσει κανείς να πραγµατοποιήσει τα σέρβις που περιγράφονται στο σχετικό κεφάλαιο του εγχειρίδιου χρήσης και συντήρησης ισοδυναµεί µε την σταδιακή φθορά και πιθανά αστοχία του κινητήρα.
Λάδια λίπανσης
Ο κατασκευαστής περιγράφει στο παραπάνω εγχειρίδιο τον τύπο και την ποσότητα λαδιού που απαιτεί ο κινητήρας καθώς και το πότε θα αλλαχθεί. Μην βάζετε οποιοδήποτε λάδι στον κινητήρα αλλά το ειδικό ναυτικού τύπου (marine) που ορίζει ο κατασκευαστής η αντίστοιχης ποιότητας του εµπορίου το οποίο όµως να τηρεί τις σχετικές προδιαγραφές που αναγράφονται στο πίσω µέρος του δοχείου συνήθως (API, ML, SAE κτλ). Αν τοποθετείτε φθηνά λάδια είναι σίγουρο και µε µαθηµατική ακρίβεια ότι θα οδηγηθείτε σε γενική επισκευή κινητήρα κάποια στιγµή από υπερβολικές φθορές και κατάλοιπα λαδιού που θα κολλήσουν τα ελατήρια των εµβόλων και θα τραυµατίσουν τους κυλίνδρους (Φωτ.3) ενώ θα συσσωρευτούν ταχύτατα κι στις βαλβίδες (Φωτ.4) δυσχεραίνοντας το έργο τους.
Έτσι θα πληρώσετε πολλαπλά το κόστος των ακριβότερων λαδιών που τσιγκουνευτήκατε αρχικά. Μην εµπιστεύεστε επίσης το λάδι που προτείνει ο κάθε άσχετος πωλητής ή βενζινάς αλλά µόνο αυτό που ορίζει ο κατασκευαστής ως κατάλληλο. Ελέγχετε συχνά και πριν από κάθε σας εξόρµηση τη στάθµη του λαδιού λίπανσης ,όπως αυτή ορίζεται από τον κατασκευαστή στο εγχειρίδιο χρήσης καθώς εάν αυτή πέσει τότε ο κινητήρας λειτουργεί µε λιγότερο λάδι το οποίο σηµαίνει εσωτερικές φθορές στον κινητήρα. Αλλάξτε φίλτρο (1 στη Φωτ.5) µαζί µε κάθε αλλαγή λαδιού καθώς το µολυσµένο λάδι που περιέχει το παλιό φίλτρο, µολύνει και το καινούργιο λάδι. ∆εν έχει λεχθεί αδίκως ότι το λάδι σε έναν 4χρονο κινητήρα ισοδυναµεί µε το «αίµα» στο ανθρώπινο σώµα.
Ιµάντες
Οι 4χρονοι κινητήρες συνήθως διαθέτουν έναν ή περισσότερους ιµάντες. Για να συνδεθεί συγχρονισµένα ο στροφαλοφόρος άξονας µε τον εκκεντροφόρο που κινεί τις βαλβίδες απαιτείται είτε ένας λαστιχένιος οδοντωτός ιµάντας χρονισµού (Σχ.3 και Φωτ.6) είτε µία εσωτερική αλυσίδα µετάδοσης (καδένα). Σε αντίθεση µε την καδένα που µε σωστή λίπανση αντέχει όσο και το όριο ζωής του κινητήρα ο ιµάντας απαιτεί αντικατάσταση.
Όπως και στους 4χρονους κινητήρες των αυτοκινήτων µας όπου ο ιµάντας απαιτείται να αντικατασταθεί µεταξύ 50 έως 100 χιλιάδες χλµ έτσι και στον εξωλέµβιο µας πρέπει να αντικατασταθεί και να συγχρονισθεί όταν περάσει ένας συγκεκριµένος αριθµός ωρών λειτουργίας. Αν ο ιµάντας δεν αλλαχθεί στην ώρα του και κοπεί κατά την λειτουργία τότε ο κινητήρας παθαίνει µεγάλη ζηµιά καθώς τα έµβολα θα χτυπήσουν επάνω στις βαλβίδες και θα απαιτηθεί λύσιµο και επισκευή του κινητήρα.
Ο µηχανικός που θα αναλάβει την αντικατάσταση ιµάντα χρονισµού πρέπει να είναι πολύ προσεκτικός µε το τέντωµα του ιµάντα καθώς υπερβολικό τέντωµα σηµαίνει καταστροφή στις τσιµούχες του εκκεντροφόρου και ζόρισµα των σχετικών ρουλεµάν η κουζινέτων εκκεντροφόρου και στροφαλοφόρου ενώ ένας χαλαρός φθαρµένος ιµάντας µπορεί να προκαλέσει επίσης προβλήµατα. Σε µεγάλης ιπποδύναµης κινητήρες ένας άλλος ιµάντας που απαιτεί έλεγχο και περιοδική αντικατάσταση είναι ο ιµάντας που κινεί την γεννήτρια ρεύµατος από τον στροφαλοφόρο εάν αυτή είναι αυτοκινητιστικού τύπου (αλτερνέϊτορ-2 στη Φωτ.5).
Η ίδια λύση είχε εφαρµοσθεί και σε 2χρονους DFI (Στη Φωτ.7 διακρίνεται ο ιµάντας µίας Mercury Optimax που κινεί επίσης τον συµπιεστή αέρα). Επίσης εάν αυτός ο ιµάντας είναι αρρύθµιστος και χαλαρός τότε οι µπαταρίες µας δεν θα φορτίζουν σωστά ενώ εάν είναι πολύ σφιχτός πιθανά να φθείρει πρόωρα τον άξονα και τα κουζινέτα ή ρουλεµάν του αλτερνέϊτορ.
Ρύθµιση βαλβίδων
Σε αντίθεση µε τους 2χρονους όπου εισάγουν το µίγµα µέσω θυρίδων οι 4χρονοι διαθέτουν βαλβίδες. Σε κάποιες περιπτώσεις για να ανοιγοκλείσουν οι βαλβίδες από τους εκκεντροφόρους έχουµε ενδιάµεσα εξαρτήµατα όπως ζύγωθρα (Σχ.6-κοκκοράκια) ενώ σε κινητήρες υψηλών επιδόσεων ενδέχεται τα έκκεντρα του εκκεντροφόρου να ανοίγουν τις βαλβίδες απευθείας µέσω ωστηρίων (Σχ.2) και µικρών δισκίων που καλούνται καπελότα (σαν πεπλατυσµένες ασπιρίνες-Φωτ.8). Οι βαλβίδες πρέπει να έχουν ένα µικρό τζόγο (διάκενο) που το ορίζει ο κατασκευαστής έτσι ώστε όταν θερµανθούν στην φυσιολογική θερµοκρασία λειτουργίας του κινητήρα να ακουµπήσουν επάνω στο ζύγωθρο ή το έκκεντρο του εκκεντροφόρου.
Επειδή οι βαλβίδες φθείρονται σταδιακά το διάκενο αυτό µικραίνει ή µεγαλώνει κατά περίπτωση και απαιτείται ρύθµιση. Στους κινητήρες µε κοκκοράκια (συχνή λύση σε µικρούς κινητήρες) αυτό γίνεται εύκολα µέσω ρύθµισης µε «κόντρα» παξιµάδι (Σχ.6) όπου το τελευταίο ξεβιδώνεται και ρυθµίζουµε το διάκενο. Αντιθέτως στους κινητήρες µε καπελότα ο µηχανικός πρέπει να αφαιρέσει το καπελότο και να τοποθετήσει ένα καινούργιο για να επαναφέρει το απαιτούµενο διάκενο και συχνά αυτό είναι µία πολύπλοκη, χρονοβόρα και µε υψηλό σχετικά κόστος διαδικασία που επιβαρύνει το µεγάλο σέρβις.
Υπάρχουν και κινητήρες όπως π.χ ο Mercury Verado όπου δεν απαιτείται ρύθµιση βαλβίδων ή µία άλλη τεχνική λύση των κατασκευαστών είναι η χρήση υδραυλικών ωστηρίων µε λάδι που απαλείφουν τους τζόγους αυτόµατα, µία λύση περισσότερο συχνή σε κινητήρες έσω ή έσω έξω. Αν οι βαλβίδες δεν ρυθµισθούν σωστά και στην ώρα τους ενδέχεται να προκληθούν φθορές, έντονοι θόρυβοι αλλά και βλάβες.
Καθαρά & ρυθµισµένα καρµπυρατέρ
Όπως αναλύσαµε και στους 2χρονους η βενζίνη δεν αντέχει για περισσότερους από 2 µήνες από την ηµέρα που την αγοράζουµε από το πρατήριο και γρήγορα αλλοιώνεται χάνοντας όχι µόνο τα οκτάνια της αλλά εξατµίζοντας τα πτητικότερα συστατικά της και αφήνοντας πίσω κατάλοιπα σαν ζελέ (Φωτ.9) µε άσχηµη µυρωδιά τα οποία βουλώνουν τα πάντα. Αν ο κινητήρας αποθηκευθεί για µήνες απαιτείται προσθήκη συντηρητικού στα καύσιµα το οποίο δεν θα αφήσει την βενζίνη να αλλοιωθεί.
Οι αναλογίες του και η όλη διαδικασία αναφέρονται στο εγχειρίδιο χρήσης και συντήρησης στο κεφάλαιο µακρόχρονη ή χειµερινή συντήρηση. Αν δεν προστεθεί συντηρητικό τότε οι µικρές τρύπες των ακροφυσίων (ζιγκλέρ-Φωτ.10) που ψεκάζουν την βενζίνη θα βουλώσουν ή θα µικρύνουν πολύ µε αποτέλεσµα κακές αναλογίες στο µίγµα αέρα-καυσίµου που θα οδηγήσουν σε δύσκολη εκκίνηση, σβησίµατα και βηξίµατα του κινητήρα. Τα φτωχά αυτά µίγµατα αέρα-καυσίµου (µε λίγη βενζίνη και πολύ αέρα στο µίγµα) θα οδηγήσουν σε υπερθέρµανση που αν και δεν θα έχει τα προβλήµατα ενός 2χρονου (που µπορεί να καταστρεφόταν ολοσχερώς) θα οδηγήσει σε µεγάλες φθορές τον ταλαίπωρο κινητήρα.
Πραγµατοποιήστε συντήρηση του κινητήρα προ µακράς αποθήκευσης ή εάν για οποιοδήποτε λόγο αµελήθηκε, επισκεφθείτε το µηχανικό σας για καθαρισµό και ρύθµιση των καρµπυρατέρ.
Στο επόµενο µέρος του άρθρου- Κορδονιέρα και αποσυµπιεστής, Βαλβίδα αναθυµιάσεων λαδιού, ηλεκτρολογικές βλάβες κινητήρα και πίνακας βλαβών 4χρονων.
