Biella del motore
La biella trasmette la forza generata nel cilindro e che agisce sul pistone all'albero motore attraverso il perno di biella (Figura 7-18). L'estremità della biella collegata allo spinotto è chiamata estremità piccola, mentre l'estremità collegata al perno dell'albero motore è chiamata estremità grande. Sia l'estremità piccola che quella grande hanno superfici portanti. In questo modo, la forza lineare che agisce sul pistone e lo spinge a completare la corsa può essere convertita dal perno rotante dell'albero motore in forza rotazionale o coppia. La biella senza cuscinetto piede di biella utilizzata in abbinamento al pistone con testa a croce non ha la sede a sella ma ha invece una sede a sella direttamente fissata allo spinotto; pertanto il cuscinetto superiore è fornito dal cuscinetto della sede dello spinotto. La maggior parte dei motori diesel commerciali utilizza bielle in due pezzi. La biella viene solitamente forgiata nel suo insieme, quindi il cappuccio terminale grande viene separato, la superficie di accoppiamento viene lavorata e fissata (imbullonata) per la lavorazione.
Biella divisa
Per anni, la tecnologia della biella divisa è stata utilizzata nelle applicazioni da corsa, ma ora è diventata comune nei motori diesel. Alcuni produttori di motori diesel la chiamano tecnologia della biella a frattura. L'estremità grande della biella divisa è lavorata integralmente. Dopo la lavorazione, l'estremità grande della biella viene divisa. A seconda del materiale utilizzato, il processo di frattura può essere eseguito a temperatura ambiente oppure la biella può essere congelata a una temperatura inferiore a-zero. La frattura richiede una separazione radiale attraverso l'estremità grande della biella. Ciò produce un aspetto-grezzo ma in grado di formare una perfetta faccia di accoppiamento finale tra la biella e il coperchio della biella. La biella divisa, purché correttamente assemblata, rende superflua la procedura di controllo del gioco laterale della biella dopo il montaggio. La maggior parte dei produttori di motori diesel utilizza bielle divise in almeno alcuni dei loro motori (Figura 7-19).
Figura 7-19 La superficie di accoppiamento della biella rotta: A. Stato decomposto; B. Stato assemblato.
Struttura a biella
La maggior parte delle bielle adotta un design a sezione trasversale a forma di I--, ma sono state utilizzate anche sezioni trasversali- circolari. La maggior parte delle bielle sono dotate di canali dell'olio forati dall'estremità grande all'estremità piccola per trasferire l'olio lubrificante dal perno di biella dell'albero motore allo spinotto del pistone a scopo di lubrificazione e raffreddamento. Le bielle trapezoidali o le bielle a forma di cuneo- sono diventate comuni perché riducono lo stress di flessione sullo spinotto del pistone aumentando l'area della sezione trasversale- di carico, ideale per i motori diesel con elevata pressione del cilindro. Le bielle a forma di cuneo-hanno un'estremità piccola a forma di cuneo-. Le bielle sopportano due tipi di carichi: carico di compressione e carico di trazione. Le bielle mostrate nelle Figure 7-20, 7-21 e 7-22 hanno tutte le estremità piccole a forma di cuneo. A causa delle dure condizioni operative a cui sono sottoposte le bielle, hanno proprietà metalliche complesse. Devono avere una certa elasticità, essere leggeri ed essere in grado di assorbire i carichi di compressione e trazione del pistone.
Figura 7-20 Smontaggio della boccola dello spinotto.
Carico di compressione
Durante la corsa di compressione e la corsa di potenza del ciclo, la biella è soggetta a carico di compressione. Un altro modo per dirlo è "spremere". Conoscendo i valori della pressione del cilindro e dell'area della sezione-trasversale del pistone, è possibile calcolare il grado di carico di compressione sulla biella. Le bielle dei motori diesel commerciali raramente si guastano a causa del sovraccarico di compressione. Quando ciò si verifica, di solito si verifica contemporaneamente ad altri guasti (come il blocco idraulico). Il blocco idraulico è solitamente il risultato del guasto della guarnizione della testata, causando la fuoriuscita di liquido refrigerante nel cilindro.
Carico di trazione
Il carico di trazione è la forza di trazione. Alla fine di ogni corsa, il pistone si ferma effettivamente nel punto morto superiore (PMS) o nel punto morto inferiore (PMI) del cilindro. Quando il motore gira a 2000 giri/min, questa inversione di moto avviene quasi 70 volte al secondo in ciascuna biella. Maggiore è la massa del gruppo pistone, maggiore è la forza d'inerzia e quindi aumenta anche la sollecitazione di trazione sulla biella e sul perno della biella manovella. Nei motori che utilizzano gruppi di pistoni articolati pesanti, questa sollecitazione può essere estremamente estrema. Il carico di trazione sulla biella aumenta con la velocità del motore e con la conseguente velocità del pistone. Quando il motore funziona a velocità eccessiva, l'aumento del carico di trazione sulla biella può portare a una rottura per trazione.
Tappo della testa sfalsato
Molti produttori spostano le superfici di accoppiamento delle due metà della testa grande (dalla direzione orizzontale). Ciò garantisce che i bulloni della biella non debbano sopportare l'intero carico di trazione della biella. La biella mostrata nell'attrezzatura della biella nella Figura 7-20 adotta una testa sfalsata.
Suggerimento tecnico
Un metodo per verificare se la biella è leggermente piegata è rimuovere la testata e controllare l'altezza di ciascun pistone nel cilindro nella posizione del punto morto superiore. Se la biella è gravemente piegata, il motore non sarà in grado di ruotare.
Ispezione della biella
1. Come mostrato nella Figura 7-20, utilizzare una pressa per rimuovere la boccola del cuscinetto, quindi installare il cappuccio della testata e serrarlo secondo le specifiche.
2. Utilizzare un calibro interno o un calibro di estensione che corrisponda al micrometro del diametro esterno per misurare il foro della testa grande e il foro della testa piccola. La concentricità della testa grande è fondamentale e la forza di trazione è il risultato del carico sul cuscinetto della biella.
3. La rettilineità e la torsione della biella devono essere controllate su uno strumento di ispezione meccanico della biella (Figura 7-21) o su uno strumento elettronico di misurazione della biella.
Figura 7-21 Strumento di ispezione della biella/Attrezzatura della biella.
4. Utilizzare aria compressa da officina per pulire i canali dell'olio nei fori della biella. Se necessario, per la pulizia utilizzare spazzole per lenze da pesca con setole di nylon-.
5. Infine, eseguire un rilevamento dei difetti delle particelle magnetiche elettromagnetiche sulla biella per verificare la presenza di crepe. Questo processo prevede l'utilizzo di un ferro elettromagnetico per magnetizzare la biella e quindi l'applicazione di polvere magnetica fine (metodo a secco o metodo di sospensione della soluzione). Le crepe interromperanno il campo magnetico e la polvere magnetica si concentrerà sul difetto. Quando la polvere magnetica è sospesa nella soluzione, viene rivestita con un pigmento bianco in modo che piccole crepe possano essere osservate utilizzando la luce nera (luce ultravioletta). Qualsiasi componente sottoposto a rilevamento di difetti tramite particelle magnetiche deve essere smagnetizzato prima di essere riutilizzato.
6. Quando si sostituisce la boccola dell'estremità di biella, la boccola appena installata deve essere dimensionata e modellata utilizzando un alesatore di tipo estrusione-, come mostrato nella Figura 7-22.
Figura 7-22 Boccola dello spinotto del pistone con formatura a compressione.
Quando si maneggiano le bielle, è necessario prestare la massima attenzione. Quando si monta la biella sul pistone, utilizzare una morsa da banco con ganasce in rame ed applicare una leggera pressione di serraggio. Piccole ammaccature e graffi sulla biella possono creare punti di concentrazione delle sollecitazioni, portando potenzialmente alla rottura della frattura. La maggior parte dei produttori di motori diesel consiglia di eseguire un'ispezione della polvere magnetica elettromagnetica ogni volta che la biella viene rimossa dal motore. Rispetto al potenziale danno causato dal guasto della biella, il costo dell’ispezione della polvere magnetica è trascurabile. Quando la biella si guasta con un motore in funzione, il risultato è solitamente che la biella si disperde e fora la fusione del blocco cilindri. I produttori consigliano di sostituire le bielle che non superano l'ispezione. Quando si ripara il motore, ricordare che la rimozione di materiale dalla biella ne modificherà il peso, alterando di conseguenza l'equilibrio dinamico del motore. La Figura 7-23 mostra la procedura per misurare il foro grande della testa della biella utilizzando un micrometro.
Figura 7-23 Misurazione del foro grande della testa della biella utilizzando un micrometro.
Sostituire la biella
Dato che la riparazione delle bielle non è una pratica comune nelle attuali revisioni dei motori diesel, le bielle devono essere ispezionate secondo le procedure indicate dal produttore. Se risultano non qualificati, devono essere sostituiti. Quando si sostituisce la biella, l'adeguamento del peso deve essere effettuato secondo le istruzioni del servizio tecnico del produttore. Poiché la maggior parte dei camion e degli autobus con motore diesel hanno velocità relativamente inferiori rispetto ai motori a benzina, alcuni produttori consentono una certa flessibilità a questo riguardo. Tuttavia, la sostituzione della biella con bielle di-peso diverso (più grandi o più piccole) può provocare uno squilibrio del motore. I produttori solitamente codificano le bielle in base al peso; tipicamente, c'è una finestra di circa 1,4 once (40 grammi) per classe di peso. Quando si sostituiscono le bielle difettose, assicurarsi di far corrispondere il codice del peso.
La maggior parte dei produttori richiede la sostituzione degli elementi di fissaggio del cappello di biella ogni volta che il motore viene rimontato. Inoltre, la sostituzione deve essere eseguita utilizzando i dispositivi di fissaggio del produttore corretto invece di bulloni di grado SAE-compatibili. Considerando le conseguenze di un cedimento degli elementi di fissaggio del cappello di biella, la deformazione e l'allungamento delle filettature rendono molto elevato il rischio di riutilizzo di questi bulloni. Il tasso di guasto effettivo è molto basso, ma ricorda che le conseguenze del guasto della biella sono gravi. Se si esegue questo lavoro per un cliente, si consiglia di sostituire gli elementi di fissaggio e lasciare al cliente la decisione di riutilizzarli. Se sei una persona a cui piace rischiare, nel caso di accoppiamento sfalsato della testa grande, riutilizzare gli elementi di fissaggio è più vantaggioso.
Cuscinetti di biella
La maggior parte dei produttori di motori utilizza boccole in un unico pezzo-premute nell'estremità piccola della biella per l'estremità piccola della biella e wafer per cuscinetti a frizione in due-pezzi per l'estremità grande della biella. I cuscinetti della biella della testa di biella devono essere rimossi utilizzando un mandrino o un punzone idoneo (vedere la Figura 7-20) e una pressa o una pressa idraulica. Si sconsiglia l'uso di un martello e di qualsiasi punzone che non sia dimensionato per le dimensioni del foro piede di biella, in quanto la possibilità di danneggiamenti è molto elevata. Le nuove boccole a pezzo singolo- devono essere installate utilizzando una pressa e un mandrino per garantire che i fori dell'olio siano allineati correttamente, quindi dimensionate utilizzando un alesatore o uno strumento di levigatura, come mostrato nella Figura 7-22. Quando si installano i cuscinetti di testa grandi separati, è necessario prestare attenzione anche alla posizione dei fori dell'olio e alla misurazione della distanza tra il perno di biella e il cuscinetto. Sia i wafer dei cuscinetti che le boccole dei piedi di biella devono essere installati in fori puliti e asciutti: pulendo i cuscinetti con un solvente, rimuovendo l'eventuale rivestimento protettivo dell'imballaggio e quindi asciugandoli con aria compressa.
Suggerimento tecnico
Dopo aver serrato il cappello di biella alla biella secondo la coppia specificata, è necessario controllare il gioco laterale della biella. L'inceppamento del cappello di biella e l'accoppiamento della biella possono causare il blocco del motore e danneggiare l'albero motore raschiando la pedivella. Nelle applicazioni in cui si verifica la rottura della biella, questo controllo non è necessario in quanto si può presumere che il cappello di biella e la biella siano perfettamente accoppiati. Lo spostamento avanti e indietro del gruppo biella sul perno dovrebbe produrre un clic, indicante lo spazio laterale.
Smontare e installare il pistone
Il gruppo pistone si riferisce generalmente al pistone, alle fasce elastiche e alla biella assemblati. Questo è talvolta chiamato pacchetto pistone. alcuni produttori includono la camicia del cilindro nella definizione del pacchetto pistone. La maggior parte dei motori diesel commerciali per uso stradale sono progettati per consentire revisioni in posizione cabina quando necessario: ciò significa che il gruppo pistone può essere rimosso dal motore senza rimuovere l'albero motore. In alcuni motori le dimensioni della testa della biella ne impediscono lo smontaggio dalla camicia del cilindro; in questo caso il pacco pistone e la camicia del cilindro devono essere smontati in blocco. Prima di rimuovere il pistone, consultare la documentazione di assistenza del produttore. Tieni presente che in alcuni motori diesel non-stradali, il gruppo pistone non può essere rimosso dalla parte superiore, il che significa che non sono possibili revisioni in posizione cabina. Quando si installa il gruppo pistone nell'alesaggio del cilindro del motore, utilizzare il compressore per fasce elastiche appropriato.