Μπιέλα: Δουλεύοντας υπό πίεση!

Μπορεί η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης είναι σχετικά απλή όμως πρόκειται για κάτι ιδιαίτερα πολύπλοκο που αποτελείται από πολλά εξαρτήματα. Μικρές αλλαγές και τροποποιήσεις σε οποιοδήποτε από αυτά μπορεί να αλλάξει δραστικά τον τρόπο που αυτός λειτουργεί. Ένα από αυτά είναι και η μπιέλα και ίσως κανένα άλλο μέρος του κινητήρα δεν καλείται να διαχειριστεί τόσο μεγάλες δυνάμεις. Ας δούμε λοιπόν τι είναι και πώς λειτουργεί.

Τι κάνει;
Ο ρόλος της μπιέλας είναι να συνδέει το πιστόνι και τον στροφαλοφόρο άξονα γι`αυτό και βρίσκεται ανάμεσά τους. Μετατρέπει την κινητική ενέργεια από την παλινδρομική κίνηση του πιστονιού σε περιστροφική μέσω του στροφάλου. Τρία είναι τα σημεία που ξεχωρίζουν σε μια μπιέλα: το άνω (μικρό) άκρο, το κυρίως στέλεχος και το κάτω (μεγάλο) άκρο. Το άνω άκρο συνδέεται με το πιστόνι, μέσω ενός πείρου, ενώ το κάτω άκρο συνδέεται με τον στροφαλοφόρο άξονα με ρουλεμάν ή κουζινέτα. Στους περισσότερους σύγχρονους κινητήρες το κάτω άκρο είναι διαιρούμενο, ώστε να είναι ευκολότερη η συναρμολόγηση.



Πώς κατασκευάζεται;
Στις μέρες μας δυο είναι οι επικρατέστεροι τύποι μπιέλας: οι σφυρήλατες και οι billet. Κάθε τύπος έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του, αλλά όταν χρησιμοποιούνται ποιοτικά υλικά το αποτέλεσμα είναι η παραγωγή πολύ ισχυρών τελικών προϊόντων.

 

Η διαδικασία της σφυρηλάτησης περιλαμβάνει καλούπια, υψηλή θερμοκρασία και μεγάλη πίεση. Ένα κομμάτι μέταλλο, θερμαίνεται, ώστε να γίνει εύπλαστο και τοποθετείται στο καλούπι, όπου διαμορφώνεται κάτω από υψηλή πίεση για να αποκτήσει το σωστό σχήμα. Στη συνέχεια αφαιρείται το περιττό μέταλλο και διαμορφώνονται τα δυο άκρα της. Το τελικό φινίρισμα τη φέρνει στο σωστό βάρος και ολοκληρώνει τη διαδικασία.
Το σημαντικότερο μειονέκτημα των σφυρήλατων μπιελών είναι το αρχικό κόστος παραγωγής. Η κατασκευή των καλουπιών είναι ιδιαίτερα ακριβή διαδικασία και κάθε σχέδιο μπιέλας χρειάζεται και διαφορετικό καλούπι. Αυτό σημαίνει ότι η αλλαγή στον σχεδιασμό της μπιέλας απαιτεί την κατασκευή νέου καλουπιού ή την αλλαγή στην τελική διαδικασία κατεργασίας. Όμως, η διαδικασία της σφυρηλάτησης προσφέρει αυξημένη αντοχή, αφού η μοριακή δομή του ατσαλιού αλλάζει και είναι συμφέρουσα για μια εταιρεία που κατασκευάζει μεγάλο αριθμό μπιελών, ενώ η αντικατάστασή της δεν κοστίζει ακριβά.  

Οι billet μπιέλες κατασκευάζονται από ένα ενιαίο κομμάτι μετάλλου, το οποίο μπορεί να είναι ατσάλι, αλουμίνιο ή τιτάνιο. Η σχεδίασή τους γίνεται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή μέσω προγράμματος CAD και στη συνέχεια το μέταλλο κόβεται και παίρνει σχήμα με υψηλή πίεση νερού ή μηχανήματα CNC.
Το γεγονός ότι η διαδικασία δεν περιλαμβάνει καλούπια, κάνει εύκολες τις αλλαγές στον σχεδιασμό, ενώ με τα ίδια μηχανήματα μπορούν να κατασκευαστούν διαφορετικές μπιέλες, από μοτοσυκλέτας μέχρι τράκτορα. Το μειονέκτημα των billet μπιελών εντοπίζεται στη μοριακή δομή του μετάλλου, η οποία δεν είναι τόσο ισχυρή σε σχέση με τις σφυρήλατες και χρειάζονται πιο συχνά αντικατάσταση. Οι μπιέλες αυτές δεν παράγονται μαζικά και η κατασκευή τους παίρνει περισσότερη ώρα, οπότε μπορεί να έχουν αυξημένο κόστος σε σχέση με τις σφυρήλατες. Όμως, το μικρό τους βάρος τις καθιστά ιδανικές για κινητήρες υψηλής απόδοσης, όπου τα απόλυτα νούμερα είναι το ζητούμενο.