ΦΑΛΙΕΡΟΣ ΦΙΛΙΠΠΟΣ Α2ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ 2010-2011

ΙΣΤΟΡΙΑ ΚΑΙ ΕΙΔΗ ΚΙΝΗΤΙΡΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΣΗΣ.

Θερμικές μηχανές

Θερμικές μηχανές ή θερμοκινητήρες: ονομάζονται οι μηχανές οι οποίες μετατρέπουν την θερμότητα που παράγεται από την χημική ενέργεια της καύσης, σε μηχανικό έργο. Ανάλογα με τον τρόπο πραγματοποίησης της καύσης χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: - στις μηχανές εσωτερικής καύσεως (Μ.Ε.Κ.) και - στις μηχανές εξωτερικής καύσεως ή ατμομηχανές.Εσωτερικής καύσεως ονομάζονται οι μηχανές που ως μέσο για την παραγωγή έργου (εργαζόμενο μέσο) χρησιμοποιούν τον αέρα και κατά κάποιο τρόπο το ίδιο το καύσιμο, δηλαδή καυσαέρια π.χ εμβολοφόρος κινητήρας αυτοκινήτου, αεροστρόβιλος αεροπλάνου.Εξωτερικής καύσεως ονομάζονται οι μηχανές όπου η καύση δεν λαμβάνει μέρος στο χώρο παραγωγής έργου αλλά έξω από αυτόν και στις οποίες το μέσο παραγωγής έργου δεν είναι το καυσαέριο αλλά κάποιο άλλο στοιχείο όπως π.χ. νερό. Σε αυτήν την κατηγορία ανήκουν οι ατμοστρόβιλοι, οι ατμομηχανές.Ανάλογα με τον τρόπο μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε μηχανικό έργο οι θερμικές μηχανές διακρίνονται σε: - εμβολοφόρους ή παλινδρομικές (ισχύουν τόσο για τις μηχανές εσωτερικής καύσεως όσο και για τις εξωτερικής καύσεως) και σε - περιστροφικές ή στροβίλους (στις μηχανές εσωτερικής καύσεως ονομάζονται ατμοστρόβιλοι και στις εξωτερικής καύσεως αεριοστρόβιλοι).Ειδικότερα στις εμβολοφόρους - παλινδρομικές μηχανές εσωτερικής καύσεως η έναυση στον κύλινδρο μπορεί να πραγματοποιηθεί με δύο τρόπους:α. με τη βοήθεια εξωτερικού μέσου π.χ. σπινθήρα, σε αυτή περίπτωση υπάγονται οι "κινητήρες Όττο" (που διακρίνονται σε αεριομηχανές και σε βενζινομηχανές)β. αυτόματα, λόγω μεγάλης θέρμανσης του καυσίμου, περίπτωση όπου οι μηχανές Ντήζελ ή πετρελαιομηχανές.

Εμβολοφόρες - παλινδρομικές θερμικές μηχανές εσωτερικής καύσεωςΗ λειτουργία των μηχανών αυτών στηρίζεται στην παραγωγή μηχανικού έργου από τη χημική ενέργεια των καυσίμων και συγκεκριμένα της καύσης τους.Καύση είναι η χημική αντίδραση όπου η καύσιμος ύλη ενώνεται με το οξυγόνο του αέρα για να δώσει νέα συστατικά, το διοξείδιο του άνθρακα και νερό (κ.α.)Επειδή η ενέργεια που χρειάζεται για να σχηματιστούν τα νέα αυτά μόρια είναι μικρότερη από αυτή που είχαν τα αρχικά μόρια, μένει ελεύθερο ένα σημαντικό ποσό ενέργειας με την μορφή της θερμότητας (εξώθερμη αντίδραση, αποδιδόμενη ενέργεια). Η θερμότητα δεν είναι ακριβώς αυτό που ζητάμε, την εκμεταλλευόμαστε όμως για να πετύχουμε τον σκοπό μας. Μέρος λοιπόν αυτής της θερμότητας ανεβάζει την θερμοκρασία των αερίων προϊόντων της καύσης και αυξάνει την πίεσή τους. Τα υπερσυμπιεσμένα αέρια σπρώχνουν προς όλες τις κατευθύνσεις και φυσικά και την επιφάνεια του εμβόλου που αρχίζει να κινείται. Με αυτόν τον τρόπο μετατρέπουμε την θερμότητα σε κινητική ενέργεια. Η κίνηση είναι αυτό που ζητάμε. Δυστυχώς δεν μπορούμε να μετατρέψουμε όλο το ποσό της εκλυόμενης ενέργειας του καύσιμου σε κινητική. Έτσι λοιπόν η μόνιμη πρόκληση των σχεδιαστών είναι να προσπαθήσουν να μειώσουν τις απώλειες και να παρουσιάσουν κινητήρες με τον καλύτερο βαθμό μετατροπής, της προσφερόμενης ενέργειας σε αποδιδόμενη. Αυτό ονομάζεται θερμοδυναμική απόδοση των κινητήρων. Ο λόγος, δηλαδή, ανάμεσα στη θερμότητα που αξιοποιείται (μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια) και στη θεωρητικά διαθέσιμη ενέργεια. Όσο πιο υψηλή είναι αυτή η απόδοση τόσο πιο αποδοτικός είναι ο κινητήρας.Βελτίωση της θερμοδυναμικής απόδοσης ενός κινητήρα σημαίνει αύξηση της αποδιδόμενης ισχύος για την ίδια κατανάλωση καυσίμων, ή μείωση της κατανάλωσης για την ίδια απόδοση ισχύος. Οι πιο γνωστοί τύποι κινητήρα που λειτουργούν με αυτό τον τρόπο είναι ο τετράχρονος βενζινοκινητήρας εσωτερικής καύσης και ο κινητήρας Diezel (Ντήζελ). Παλαιότερα χρησιμοποιούταν και ο δίχρονος βενζινοκινητήρας εσωτερικής καύσης όμως σήμερα η χρήση του έχει περιοριστεί σε μικρές μηχανές, οικιακής κυρίως χρήσης (πχ. μηχανές κουρέματος του γκαζόν, αλυσοπρίονα) και μικρού κυβισμού μοτοσικλέτες (το 2008 στην ευρωπαϊκή ένωση θα καταργηθούν εντελώς) λόγω των αυξημένων ρύπων.

2

Βενζινοκινητήρες

Ο βενζινοκινητήρας είναι μηχανή εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ) στην οποία η ισχύς παράγεται με την καύση του μίγματος βενζίνης και αέρα.

Οι περισσότεροι βενζινοκινητήρες ανήκουν στην κατηγορία των παλινδρομικών μηχανών, οι πρόσφατες όμως τεχνολογικές εξελίξεις οδηγούν στο συμπέρασμα ότι ο τύπος στρεφόμενου εμβόλου ή ο τύπος στροβίλου υπερέχουν λειτουργικά από ορισμένη άποψη.

Οι βενζινοκινητήρες είναι οι πιο διαδεδομένες μηχανές εσωτερικής καύσης. Το μέγεθος και η ισχύς τους ποικίλλουν από λιγότερο από έναν ίππο για χρήση σε μικρές φορητές συσκευές, μέχρι 35.000 ίππους για αεροπλάνα. Μολονότι οι περισσότεροι βενζινοκινητήρες χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα, αντιπροσωπεύουν λιγότερο από το μισό του συνολικού αριθμού που είναι σε χρήση, σε παγκόσμια κλίμακα.

ΙΣΤΟΡΙΚΗΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ

Πρόδρομος του βενζινοκινητήρα θεωρείται η ατμομηχανή, που πρωτοεμφανίστηκε τον 18ο αιώνα. Η ΜΕΚ, που ακολούθησε τον 19ο αιώνα ως βελτίωση για πολλές εφαρμογές, δε μπορεί να αποδοθεί μόνο σε έναν εφευρέτη. Ήδη από τον 17ο αιώνα αρκετοί πειραματιστές προσπάθησαν αρχικά να χρησιμοποιήσουν θερμά καυσαέρια για να κινήσουν αντλίες. Το 1820 στην Αγγλία ένας κινητήρας λειτουργούσε με βάση την έκρηξη μίγματος αέρα-υδρογόνου. Οι κινητήρες αυτοί ήταν βαρείς και χονδροειδείς στην κατασκευή αλλά περιείχαν πολλά βασικά στοιχεία των μετέπειτα, πιο επιτυχημένων συσκευών.

3

Το 1824, ο Γάλλος φυσικός Σαντί Καρνό δημοσίευσε το κλασικό πλέον σύγγραμμα Σκέψεις πάνω στην Ωστική δύναμη της θερμότητας στο οποίο περιέγραψε τις βασικές αρχές της θεωρίας εσωτερικής καύσης.

Στα επόμενα χρόνια εμφανίστηκαν βελτιωμένοι τύποι, καθώς και κινητήρες στους οποίους το καύσιμο συμπιεζόταν πριν αναφλεγεί. Κανένας τους όμως δεν αποδείχθηκε ικανοποιητικός μέχρι το 1860, οπότε ο Γάλλος Ετιέν Λενουάρ παρουσίασε έναν κινητήρα με φωταέριο και με σχετικά καλή απόδοση.

Μια σημαντικότατη εξέλιξη πραγματοποιήθηκε στο Παρίσι το 1862, όταν δημοσιεύτηκε η περιγραφή του ιδανικού κύκλου λειτουργίας μιας μηχανής εσωτερικής καύσης από τον Αλφόνς Μπω ντε Ροσά, ο οποίος ήταν και ο πρώτος που διατύπωσε τις συνθήκες για την άριστη απόδοση.Ο κινητήρας του Μπω ντε Ροσά προέβλεπε τετράχρονο κύκλο, σε αντίθεση με το δίχρονο κύκλο (είσοδος-ανάφλεξη και ισχύς-έξοδος) του Λενουάρ. Όμως στα επόμενα 14 χρόνια ο τετράχρονος κινητήρας έμεινε στα χαρτιά.

Εμφανίστηκε ως κατασκευή του Γερμανού μηχανικού Νικολάους Ότο, του οποίου η εταιρία Ότο και Λάνγκεν στο Ντόιτς είχε προηγουμένως κατασκευάσει έναν βελτιωμένο δίχρονο κινητήρα. Ο κινητήρας ήταν πολύ θορυβώδης και μικρής ισχύος, όμως η κατανάλωση καυσίμου ανά μονάδα ισχύος ήταν μικρότερη από τη μισή κατανάλωση του κινητήρα του Λενουάρ, γι’ αυτό και είχε εμπορική επιτυχία.

Το 1867 παρουσιάστηκε αυτός ο κινητήρας στην παγκόσμια έκθεση του Παρισιού και, παρά τη θορυβώδη λειτουργία του, πήρε ένα χρυσό βραβείο, γιατί είχε κατά 60% μειωμένη κατανάλωση καυσίμου.

Η μεγάλη ζήτηση για τους κινητήρες του Ότι οδήγησε στην ίδρυση από τον Λάνγκεν της ανώνυμης εταιρίας Deutz AG στην Κολωνία, το έτος 1872, η οποία είχε στόχο τη μαζική παραγωγή κινητήρων. Το 1876 η εταιρεία χρησιμοποίησε το τετράχρονο κύκλο του Μπω ντε Ροσά στον σχεδιασμό ενός νέου κινητήρα. Η επιτυχία ήταν άμεση.

Παρά το μεγάλο βάρος και τη μέτρια οικονομία στα επόμενα 17 χρόνια πουλήθηκαν σχεδόν 50.000 κινητήρες συνολικής ισχύος 200.000 περίπου ίππων, ενώ ακολούθησε μια ραγδαία εξελισσόμενη ποικιλία μηχανών του τύπου αυτού. Η κατασκευή του κινητήρα Ότο στις Η.Π.Α ξεκίνησε το 1878, έναν χρόνο μετά την κατοχύρωση από τον Ότο της σχετικής ευρεσιτεχνίας.

Το 1892 από τον Γερμανό μηχανικό Ρούντολφ Ντήζελ (Rudolf Diesel 1858-1913)ανακοινώθηκε ως ευρεσιτεχνία το έτος 1892 ο ομώνυμος κινητήρας και μελετήθηκε στα έτη 1893-1897 με χρηματική υποστήριξη της εταιρίας Friedrich Krupp AG.

Το πρώτο λειτουργικά ολοκληρωμένο δείγμα με καλό βαθμό αποδόσεως και εξοικονόμηση καυσίμου, κατασκευάστηκε στο εργοστάσιο της εταρίας MAN στην πόλη Augsburg της Βαυαρίας. Αργότερα ιδρύθηκαν εργοστάσια σε διάφορες ευρωπαϊκές πόλεις για τη μαζική παραγωγή κινητήρων ντήζελ.Οι πρώτες εσωτερικές μηχανές δεν είχαν τη συμπίεση, αλλά ήταν αναμμένες σε ένα μίγμα αέρα/καυσίμων που απορροφήθηκε ή που φυσηκε μέσα κατά τη διάρκεια του πρώτου μέρους του κτυπήματος εισαγωγής. Η σημαντικότερη διάκριση μεταξύ σύγχρονες εσωτερικές μηχανές και τα πρόωρα σχέδια είναι η χρήση συμπίεση και, και ιδιαίτερα, συμπίεση -κυλίνδρων.

4

1206: Al-Jazari περιέγραψε έναν διπλής ενέργειας εναλλάσσοντας εμβολοφόρος αντλία με το α στροφαλοφόρος άξονας-συνδέοντας ράβδος μηχανισμός.1509: Leonardo Da Vinci περιέγραψε μια compressionless μηχανή.1673: Christiaan Huygens περιέγραψε μια compressionless μηχανή.17$ος αιώνας: Αγγλικά ο Sir εφευρετών Samuel Morland χρησιμοποιημένος πυρίτιδα για να οδηγήσει υδραντλίες, δημιουργώντας ουσιαστικά την πρώτη στοιχειώδη εσωτερική μηχανή.1780's: Alessandro Volta έχτισε ένα ηλεκτρικό πιστόλι παιχνιδιών ([1]) στο οποίο ένας ηλεκτρικός σπινθήρας εξερράγη ένα μίγμα αέρας και υδρογόνο, βάζοντας φωτιά σε έναν φελλό από το τέλος του πυροβόλου όπλου.1794: Robert Street έχτισε μια compressionless μηχανή η της οποίας αρχή της λειτουργίας θα εξουσίαζε για σχεδόν έναν αιώνα.1806: Ελβετικός μηχανικός François Isaac de Rivaz έχτισε μια εσωτερική μηχανή που τροφοδοτήθηκε από ένα μίγμα υδρογόνου και οξυγόνου.1823: Samuel Brown κατοχύρωσε την πρώτη εσωτερική μηχανή που εφαρμόζεται με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας βιομηχανικά. Ήταν compressionless και βάσισε ποιο Hardenberg καλεί το «κύκλο Leonardo,» που, όπως το όνομα υπονοεί, ήταν ήδη ξεπερασμένο εκείνη τη στιγμή.1824: Γαλλικός φυσικός Sadi Carnot καθιέρωσε θερμοδυναμικός θεωρία των εξιδανικευμένων μηχανών θερμότητας. Αυτό καθιέρωσε επιστημονικά την ανάγκη για τη συμπίεση να αυξηθεί η διαφορά μεταξύ των ανώτερων και χαμηλότερων θερμοκρασιών εργασίας.1826 1 Απριλίου: Αμερικανικά Samuel Morey έλαβε το α δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια compressionless «μηχανή αερίου ή ατμού.»1838: ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας χορηγήθηκε σε William Barnet (αγγλικά). Αυτό ήταν η πρώτη καταγραμμένη πρόταση της συμπίεσης -κυλίνδρων.1854: Οι Ιταλοί Eugenio Barsanti και Felice Matteucci κατοχύρωσε την πρώτη λειτουργώντας αποδοτική εσωτερική μηχανή στο Λονδίνο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας (PT. Num. 1072) αλλά δεν πήγε στην παραγωγή με τον. Ήταν παρόμοιο στην έννοια με την επιτυχή έμμεση μηχανή Otto Langen, αλλά τόσο καλά δεν επιλύθηκε λεπτομερώς.1856: Φλωρεντία Fonderia del Pignone (τώρα Nuovo Pignone, ένα υποκατάστημα Γενικός ηλεκτρικός), ο Pietro Benini πραγματοποίησε ένα λειτουργώντας πρωτότυπο της μηχανής barsanti-Matteucci, που παρέχει 5 HP. Στα επόμενα έτη ανέπτυξε ισχυρότερο μηχανή-με ένα ή δύο έμβολο-που εχρησίμευσε ως σταθερά οι πηγές ενέργειας, που αντικαθιστούν τις μηχανές ατμού.1860: Βελγικά Jean Joseph Etienne Lenoir (1822-1900) παρήγαγε μια με γκάζι εσωτερική μηχανή παρόμοια στην εμφάνιση με οριζόντιο έναν διπλής ενέργειας ατμός μηχανή ακτίνων, με κύλινδροι, έμβολα, συνδέοντας ράβδοι, και σφόνδυλος στο οποίο το αέριο πήρε ουσιαστικά τη θέση του ατμού. Αυτό ήταν η πρώτη εσωτερική μηχανή που παράγεται στους αριθμούς.1862: Γερμανικά εφευρέτης Nikolaus Otto σχεδίασε μια να έμμεσος-ενεργήσει free-piston compressionless μηχανή η της οποίας μεγαλύτερη αποδοτικότητα κέρδισε την υποστήριξη Langen και έπειτα η μεγαλύτερη μέρος της αγοράς, η οποία ήταν εκείνη τη στιγμή συνήθως τις μικρές μηχανές ξηράς που τροφοδοτήθηκαν με καύσιμα για με το φωτισμό του αερίου.1870: Στη Βιέννη, Siegfried Marcus βάλτε την πρώτη κινητή μηχανή βενζίνης σε μια χειράμαξα.1876: Nikolaus Otto, εργαζόμενος με Gottlieb Daimler και Wilhelm Maybach, ανέπτυξε έναν πρακτικό four-stroke κύκλος (Κύκλος Otto) μηχανή. Γερμανικά τα δικαστήρια, εντούτοις, δεν κράτησαν το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του για να καλύψουν όλες τις μηχανές συμπίεσης -κυλίνδρων ή ακόμα και το four-stroke κύκλο, και μετά από την παρούσα απόφαση, η συμπίεση -κυλίνδρων έγινε καθολική.1879: Karl Benz, να εργαστεί ανεξάρτητα, χορηγήθηκε το α δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την εσωτερική μηχανή του, ένας αξιόπιστος δίχρονος μηχανή αερίου, βασισμένη στο σχέδιο του Nikolaus Otto's της four-stroke μηχανής. Αργότερα, Benz σχεδίασε και έχτισε δικοί δικοί του four-stroke μηχανή που χρησιμοποιήθηκε στα αυτοκίνητά του, τα οποία έγιναν τα πρώτα αυτοκίνητα στην παραγωγή.

5

1882: James Atkinson έφηυρε Κύκλος Atkinson μηχανή. Η μηχανή του Atkinson είχε μια φάση δύναμης ανά επανάσταση μαζί με τους διαφορετικούς όγκους εισαγωγής και επέκτασης, που καθιστούν το αποδοτικότερο από τον κύκλο Otto.1891: Herbert Akroyd Stuart έχτισε την πετρελαιομηχανή του, μισθώνοντας τα δικαιώματα Hornsby από την Αγγλία για να τους χτίσει. Έχτισαν τις πρώτες μηχανές συμπίεσης ανάφλεξης κρύος-έναρξης. Το 1892, εγκατέστησαν τους πρώτους σε ένα αντλιοστάσιο ύδατος. Στο ίδιο έτος, μια πειραματική έκδοση υψηλός-πίεσης παρήγαγε την αυτοϋποστηριζόμενη ανάφλεξη μέσω της συμπίεσης μόνο.1892: Rudolf Diesel αναπτυγμένος δικών του Μηχανή θερμότητας Carnot κάψιμο μηχανών τύπων που κονιοποιείται σκόνη άνθρακα.1893 23 Φεβρουαρίου: Ο Rudolf Diesel έλαβε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μηχανή diesel.1896: Karl Benz έφηυρε μηχανή μπόξερ, επίσης γνωστός ως οριζόντια αντιταγμένη μηχανή, στο οποίο η αντιστοιχία έμβολα κορυφαίο νεκρό κέντρο προσιτότητας συγχρόνως, ισορροπώντας κατά συνέπεια ο ένας τον άλλον στην ορμή.1900: Ο Rudolf Diesel κατέδειξε τη μηχανή diesel το 1900 Έκθεση Universelle (Παγκόσμια έκθεση) χρησιμοποίηση του πετρελαίου φυστικιών (δείτε biodiesel).1900: Wilhelm Maybach σχεδίασε μια μηχανή που χτίστηκε Daimler Motoren Gesellschaft- μετά από τις προδιαγραφές Emil Jellinek- ποιος απαίτησε τη μηχανή για να ονομαστεί Daimler-Mercedes μετά από την κόρη του. Το 1902 τα αυτοκίνητα με εκείνη την μηχανή τέθηκαν στην παραγωγή από DMG.1908: Νέα Ζηλανδία εφευρέτης Ernest Godward ξεκίνησε μια επιχείρηση μοτοσικλετών μέσα Invercargill και εγκατεστημένος τα εισαγόμενα ποδήλατα με την εφεύρεσή του - μια βενζίνη εξοικονομητής. Οι εξοικονομητές του ελειτούργησαν επίσης στα αυτοκίνητα όπως έκαναν στις μοτοσικλέτες.

Η ιστορία του Wankel

Η αρχική ιδέα για ένα διαφορετικό κινητήρα εσωτερικής καύσης γεννήθηκε το 1924, όταν ο Felix Wankel ήταν 22 χρονών. Η ιδιοφυής σύλληψή του βασιζόταν σε ένα περιστρεφόμενο τριγωνικό έμβολο, το οποίο σε μια περιστροφή του εκτελούσε τους τέσσερις κύκλους (εισαγωγή, συμπίεση, έκρηξη και εξαγωγή) του «κλασικού» τετράχρονου κινητήρα. Πλεονέκτημα της κατασκευής ήταν τα λιγότερα κινούμενα μέρη, το μικρότερο βάρος και η περισσότερη δύναμη. Ο κινητήρας,

στη μορφή που τον αναγνωρίζουμε σήμερα, δημιουργήθηκε για πρώτη φορά το 1951 στη λίμνη της Κωνστάντσας, στην Ελβετία. Οι δρόμοι της γερμανικής NSU και του Wankel συναντήθηκαν για πρώτη φορά το 1954. Το «Prinz Spider», δημιουργία των σχεδιαστηρίων του Bertone, ήταν επτά χρόνια αργότερα το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής που διέθετε περιστροφικό κινητήρα. Το 1961 η άδεια χρήσης του Wankel αποκτήθηκε από την Mazda, που ξεκινούσε το δικό της πρόγραμμα. Το 1967 ήταν ιστορικό για τον κινητήρα, αφού με αυτόν παρουσιάστηκαν δύο κατασκευές διαφορετικής προέλευσης και φιλοσοφίας: το γερμανικό sedan «Rο 80» της NSU που ανακηρύχθηκε «Αυτοκίνητο της Χρονιάς» το 1968 και το ιαπωνικό διθέσιο «R 100», πρόγονος της σειράς των «Cosmo» και «RX». Τη μερίδα του λέοντος όμως στις εντυπώσεις, απέσπασε το αεροδυναμικό πρωτότυπο υψηλών επιδόσεων «C111» της Mercedes το 1971. Το 1978 η Mazda παρουσίασε το πρώτο «RX-7», γιορτάζοντας συνάμα την παραγωγή ενός εκατομμυρίου αυτοκινήτων της, εφοδιασμένων με τον κινητήρα Wankel. Δέκα χρόνια αργότερα, ο Felix πέθανε στη Χαϊδελβέργη και το 1991 ο κινητήρας του κέρδισε για πρώτη φορά τις «24 ώρες» στο Λε Μαν, τοποθετημένος στο πλαίσιο του πρωτοτύπου Mazda «787». Στoν καιρό μας, η θητεία του στα αυτοκίνητα παραγωγής συνεχίζεται, με το επιτυχημένο «RX-8».        

6

ΠετρελαιοκινητήρεςΟι εμβολοφόρες μηχανές διακρίνονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες, τους κινητήρεςOtto και τους κινητήρες Diesel. Η διάκριση αυτή έχει να κάνει με την αρχήλειτουργίας τους και βασίζεται στον τρόπο αναφλέξεως της κάθε μηχανής. Έτσιστους κινητήρες Otto υπάρχει πάντα ανάφλεξη με τη βοήθεια ενός εξωτερικού μέσου,συνήθως ενός ηλεκτρικού σπινθήρα, σε αντίθεση με τους κινητήρες Diesel στουςοποίους υπάρχει πάντα αυτανάφλεξη ύστερα από την κατάλληλη εισαγωγή τουκαυσίμου εντός του κυλίνδρου. Η κάθε μηχανή λειτουργεί με βάση τον αντίστοιχοθερμικό κύκλο λειτουργίας, τον κύκλο Otto ή τον κύκλο Diesel

Στις επόμενες δεκαετίες, η πρόοδος στο τομέα των diesel ήταν σημαντική αλλά πάντοτε η προτεραιότητα των μηχανικών -στον τομέα των επιβατικών αυτοκινήτων- ήταν οι βενζινοκινητήρες. Το ενδιαφέρον για τους diesel αναζωπυρώθηκε την δεκαετία του ‘70 σε μια περίοδο που θεσπίστηκε ο EPA (Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος) και όταν ο OPEC (οργανισμός με παράγωγα μέλη/χώρες του παγκόσμιου πετρελαίου) σκόρπισε τον πανικό -κυρίως- στις ΗΠΑ όταν αποφάσισε να μειώσει την

ποσότητα του εξαγόμενου πετρελαίου. Η μειωμένη κατανάλωση των diesel ήταν μια λύση η οποία όμως και πάλι επέστρεψε στο παρασκήνιο μιας και η ενεργειακή κρίση ξεπεράστηκε σύντομα. Αξίζει να σημειωθεί, πως εκείνη τη περίοδο, για πρώτη φορά μια αμερικανική αυτοκινητοβιομηχανία αποφάσισε να ασχοληθεί σοβαρά με τους diesel. Αυτή δεν ήταν άλλη από την GM αλλά η προσπάθεια των μηχανικών της ήταν απογοητευτική καθώς, σε αντίθεση με τους ευρωπαίους, δεν διέθεταν την κατάλληλη τεχνογνωσία ώστε τα μπλοκ και οι κυλινδροκεφαλές των μοτέρ να μην ραγίζουν μετά από μόλις μερικές χιλιάδες χιλιόμετρα (θυμηθείτε πως η σχέση συμπίεσης στους diesel είναι σχεδόν η διπλάσια). Το 1985 η GM αποφάσισε να τερματίσει την παραγωγή diesel εκδόσεων και αναζήτησε λύση στους ευρωπαίους κατασκευαστές όπως η Fiat, Opel κ.α. Επειδή λοιπόν το κόστος εξέλιξης είναι σημαντικά μεγάλο, αρκετές εταιρίες που πρωταγωνιστούν στην ευρωπαϊκή αγορά είτε προμηθεύονται κινητήρες diesel από άλλες ευρωπαϊκής (π.χ. η συνεργασία της Toyota με τον όμιλο PSA) είτε τους δανείζονται από συγγενείς εταιρίες που ανήκουν στον ίδιο όμιλο. Ας μην ξεχνάμε πως κάτι ανάλογο συμβαίνει στις αμερικανικές και τις υπόλοιπες εταιρίες που ανήκουν στον όμιλο της DaimlerChrysler. Σήμερα, η βενζίνη στις ΗΠΑ είναι πάμφθηνη (έως πότε όμως;) και δεν υπάρχει λόγος για να ασχοληθεί κανείς με τους diesel. Στην Ιαπωνία τα πράγματα είναι εντελώς διαφορετικά αφού οι αυστηροί κανονισμοί περί ρύπων καθιστούν τα πετρελαιοκίνητα οχήματα ως απαγορευμένο είδος αυτοκίνησης. Στην ευρωπαϊκή αγορά τα

7

πετρελαιοκίνητα επιβατικά κατέχουν ένα μεγάλο μερίδιο από την πίτα των συνολικών ταξινομήσεων που αυξάνεται συνεχώς εις βάρος των βενζινοκίνητων εκδόσεων.

Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΊΑ ΕΝΌΣ ΤΕΤΡΆΧΡΟΝΟΥ DIESEL

1 η - :φάση εισαγωγής Το έμβολο ακολουθεί καθοδική πορεία δημιουργώντας

υποπίεση. Όση ώρα η βαλβίδα εισαγωγής παραμένει ανοικτή ο θάλαμος καύσης γεμίζει με ατμοσφαιρικό αέρα που μπορεί να περιέχει και καυσαέρια αν υπάρχει σύστημα επανακυκλοφορίας.

2 η - :φάση συμπίεσης Την στιγμή που όλες οι βαλβίδες κλείνουν, το πιστόνι κινείται προς τα πάνω μέχρι να φτάσει στο άνω νεκρό σημείο. Η αυξημένη συμπίεση (25-55bar) προκαλεί την αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα (600-900 0 C) η οποία είναι σχεδόν η διπλάσια από τη θερμοκρασία αυτανάφλεξης του καυσίμου.

8

3 η - & :φάση ανάφλεξη εκτόνωση Προς το τέλος του χρόνου συμπίεσης

πραγματοποιούνται οι ψεκασμοί του καυσίμου στην μορφή ατμών οι οποίοι αναμειγνύονται με το θερμό αέρα. Τότε αυτοαναφλέγονται σε πύρινο περιβάλλον που φτάνει τους 2.500 0 C και σε πίεση μπορεί να αγγίξει και τα 100bar. Από τη στιγμή που θα ψεκαστεί το καύσιμο, μέχρι την ανάφλεξη του, υπάρχει καθυστέρηση της αυτανάφλεξης που διαρκεί 0,5-2 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Για αυτό στα πρόσφατα συστήματα πραγματοποιείται από πριν ένας μικροψεκασμός που μειώνει και το χαρακτηριστικό κροτάλισμα των κινητήρων diesel.

4 η - :φάση εξαγωγή Όταν η φάση εκτόνωσης πλησιάζει στην ολοκλήρωση της και αφού το πιστόνι έχει αρχίσει να ξανανεβαίνει ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής ώστε να βγουν τα καυσαέρια. Η πίεση μειώνεται απότομα στα 3-4bar και προοδευτικά αγγίζει την ατμοσφαιρική και η βαλβίδα εξαγωγής κλείνει με ένα μικρό βαθμό επικάλυψης με τις εισαγωγής (συνήθως 20 μοίρες).Περιγραφή λειτουργείας του Δίχρονου κινητήρα Diesel

Στους δίχρονους κινητήρες μια περίοδος λειτουργίας διαρκεί μια περιστροφή τηςστροφαλοφόρου ατράκτου δηλαδή 366o. Περιλαμβάνει 2 διαδρομές του εμβόλου(χρόνους) κατά τις οποίες λαμβάνουν μέρος και οι τέσσερις διεργασίες του κύκλου:

9

συμπίεση, καύση, εκτόνωση, εξαγωγή καυσαερίων και νέα πλήρωση αέρα.

1)Συμπίεση: Κατά τη φάση της συμπίεσης το έμβολο κινείται ανοδικά συμπιέζονταςτον αέρα που εισέρχεται από τις θυρίδες εισαγωγής αυξάνοντας έτσι την πίεση και τη

θερμοκρασία του. Όταν το έμβολο φτάσει στο Άνω Νεκρό Σημείο(ΑΝΣ) η θερμοκρασία του αέρα υπερβαίνει τη θερμοκρασία αναφλέξεως τουκαυσίμου.2)Έγχυση καυσίμου και καύση: Λίγες μοίρες πριν το έμβολο φτάσει στο ΑΝΣεγχύεται το καύσιμο εντός του κυλίνδρου υπό μορφή μικροσκοπικών σταγονιδίωνμέσω κατάλληλα διαμορφωμένου εγχυτήρα. Το εγχυόμενο καύσιμο αναμιγνύεται μετον αέρα αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία του ενώ ο διασκορπισμός του μέσα στονκύλινδρο συμβάλλει στη γρηγορότερη ατμοποίηση του και καλύτερη ανάμιξη με τοναέρα ώστε όταν δημιουργηθούν οι κατάλληλες συνθήκες να αρχίσει η έναυση τουμείγματος και να ξεκινήσει το φαινόμενο της καύσης .3)Εκτόνωση: Σε 1100 μοίρες περίπου μετά το ΑΝΣ ξεκινάει η φάση της εκτονώσεωςμε την αποκάλυψη των θυρίδων εξαγωγής από το έμβολο ή με το άνοιγμα τηςβαλβίδας εξαγωγής και ξεκινά η εξαγωγή των καυσαερίων στον οχετό εξαγωγής. Κατά τη φάση της εκτονώσεως γίνεται η παραγωγή της ισχύος απότον κινητήρα.4)Εξαγωγή καυσαερίων και νέα πλήρωση αέρα: Μετά την εκτόνωση και κατά την

εξαγωγή των καυσαερίων ακολουθεί η φάση της εισαγωγής νέου αέρα η οποία ξεκινάπερίπου 1400 μετά το ΑΝΣ με την αποκάλυψη των θυρίδων εισαγωγής αέρα. Οιθυρίδες αποκαλύπτονται μετά από το άνοιγμα της βαλβίδας εξαγωγής καυσαερίων (ή

10

των θυρίδων εξαγωγής) όταν η πίεση εντός του κυλίνδρου μειωθεί στα επίπεδα τηςπίεσης αέρα στον οχετό εισαγωγής, ώστε να είναι δυνατή η διαφυγή των καυσαερίωνπρος τον οχετό εξαγωγής. Έτσι εισάγεται στον κύλινδρο ο απαραίτητος αέρας για τηνκαύση, ένα μέρος του οποίου χρησιμοποιείται και για να οδηγήσει τα εναπομείναντακαυσαέρια στην εξαγωγή ολοκληρώνοντας με αυτό τον τρόπο τη διαδικασία τηςαπόπλυσης. Το έμβολο συνεχίζει να κινείται καθοδικά έως ότουφτάσει στο Κάτω Νεκρό Σημείο (ΚΝΣ). Στη συνέχεια το έμβολο αρχίζει και πάλι νακινείται ανοδικά υπό την επίδραση της στροφαλοφόρου ατράκτου κλείνονταςσταδιακά και πάλι τις θυρίδες αέρα εισαγωγής. Τέλος, κλείνει η θυρίδα εξαγωγήςκαυσαερίων, ολοκληρώνοντας έτσι ένα κύκλο λειτουργίας και ξεκινώντας τη νέασυμπίεση. Στα παρακάτω σχήματα φαίνεται ο κύκλος λειτουργίας ενός δίχρονου Όπως γίνεται κατανοητό από την παραπάνω περιγραφή η φάση της εναλλαγής τωναερίων (εξαγωγή καυσαερίων, εισαγωγή νέου αέρα) γίνεται σε πολύ μικρό χρονικόδιάστημα και αρκετά βίαια, σε αντίθεση με τους τετράχρονους κινητήρες όπουυπάρχει περισσότερος χρόνος για την πιο ομαλή διεξαγωγή των φάσεων. Επίσης ηχρησιμοποίηση μέρους του νέου αέρα εισαγωγής για απόπλυση του κυλίνδρου αλλάκαι λόγω της επικάλυψης των χρόνων των θυρίδων εισαγωγής και των θυρίδωνεξαγωγής των καυσαερίων οδηγεί σε μείωση του βαθμού πληρώσεως του δίχρονουκινητήρα με αποτέλεσμα ο δίχρονος κινητήρας να έχει πάντα χειρότερο βαθμόπληρώσεως από τον τετράχρονο.Οι τυπικές μέθοδοι απόπλυσης οι οποίοι εφαρμόζονται στους δίχρονους κινητήρεςφαίνονται στο παρακάτω σχήμα.

Πλεονεκτήματα δίχρονων μηχανών Diesel• Σε μια δίχρονη μηχανή Diesel το αποδιδόμενο ανά κύκλο ωφέλιμο έργο,συγκριτικά με μια τετράχρονη μηχανή, είναι μεγαλύτερο (θεωρητικά τοδιπλάσιο από το ωφέλιμο έργο που αποδίδεται από μια τετράχρονη μηχανή μετις ίδιες διαστάσεις). Αυτό κυρίως οφείλεται στο ότι κάθε κύλινδρος μιας

11

τετράχρονης μηχανής παράγει ωφέλιμο έργο σε κάθε τέσσερις διαδρομές του13εμβόλου, ενώ κάθε κύλινδρος μιας δίχρονης παράγει έργο σε κάθε δύοδιαδρομές του εμβόλου.• Κάτι άλλο που συναντάμε στις δίχρονες μηχανές είναι η απλότητα τους, όπουο αριθμός των βαλβίδων είναι μικρότερος ή και δεν υπάρχουν καθόλουβαλβίδες σε αντίθεση με τις τετράχρονες, όπου έχουμε απαραίτητα βαλβίδεςεισαγωγής και εξαγωγής, κάτι που τις κάνει πολύπλοκες όσον αφορά στηνλειτουργία των βαλβίδων.• Τέλος, σε μια δίχρονη μηχανή ίδιων διαστάσεων η ροπή στρέψεως είναι πιοομοιόμορφη από τη ροπή στρέψεως μιας τετράχρονης. Αυτό συμβαίνει γιατίστην τετράχρονη έχουμε απόδοση έργου για κάθε στρόφαλο της μηχανήςκάθε δύο στροφές ενώ στην δίχρονη σε κάθε μία στροφή.Μειονεκτήματα δίχρονων μηχανών Diesel• Στις δίχρονες μηχανές συναντάμε δυσκολίες στην απόπλυση του κυλίνδρουαπό τα καυσαέρια και γι’ αυτό διατηρούνται επί ορισμένο χρόνο συγχρόνωςανοιχτές οι θυρίδες εξαγωγής και σαρώσεως. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τιςτετράχρονες μηχανές όπου ο καθαρισμός του κυλίνδρου από τα καυσαέριαείναι πιο εύκολος και απλός.• Η διάρκεια της εκτόνωσης των καυσαερίων σε κάθε κύλινδρο μιας δίχρονηςμηχανής είναι συνήθως μικρότερη από την αντίστοιχη εκτόνωση σε κάθεκύλινδρο μιας τετράχρονης μηχανής, γεγονός που επηρρεάζει ελαφρά τοβαθμό απόδοσης της μηχανής.• Ο χρόνος για την εκτέλεση των διαφόρων φάσεων λειτουργίας στις δίχρονεςμηχανές είναι περιορισμένος, κάτι που δεν συμβαίνει στις τετράχρονες όπουόλες οι φάσεις (π.χ. σάρωση , εξαγωγή) διαρκούν περισσότερο με αποτέλεσμανα έχουμε περισσότερη άνεση χρόνου.• Τέλος, οι δίχρονες μηχανές θεωρούνται ακατάλληλες για λειτουργία σεμεγάλο αριθμό στροφών. Αυτό είναι αποτέλεσμα της δύσκολης απαγωγής τηςθερμότητας από τις δίχρονες μηχανές, κάτι το οποίο οφείλεται στο γεγονός ότιοι καταπονήσεις των δομικών τμημάτων της δίχρονης μηχανής είναι πολύμεγάλες σε σύγκριση με τις τετράχρονες.

H βενζίνη και το πετρέλαιο αποτελούν καύσιμα ενώσεων υδρογονανθράκων που παράγονται από την διύλιση του ακατέργαστου πετρελαίου (μαζούτ). Η βενζίνη χαρακτηρίζεται από το μικρότερο ειδικό της βάρος, είναι δηλαδή ελαφρύτερη, και εξατμίζεται πιο εύκολα. Λόγω της εξαιρετικά υψηλής πτητικότητας της (εξαέρωσης) επιτρέπει την ομαλή εκκίνηση του κινητήρα, ακόμα και σε ιδιαίτερα χαμηλές θερμοκρασίες. Στον αντίποδα, το πετρέλαιο είναι βαρύτερο σαν καύσιμο, εξατμίζεται δυσκολότερα ενώ όταν υπάρχει παγωνιά οι παραφίνες του πήζουν και το εμποδίζουν να φτάσει μέχρι τα μπεκ. Το υψηλό ιξώδες, δηλαδή η ρευστότητα, δυσχεραίνει τη

12

λειτουργία της αντλίας και στην καλύτερη περίπτωση επηρεάζει αρνητικά την ποιότητα καύσης. Για αυτόν, και αρκετούς άλλους λόγους, η σύσταση του πετρελαίου διαφέρει ανάλογα με τις θερμοκρασίες που επικρατούν σε διαφορετικές περιοχές (π.χ. Νότια ή Βόρεια Ευρώπη).

Η θερμική απόδοση της βενζίνης δεν είναι μεγαλύτερη σε σύγκριση με του πετρελαίου;Θεωρητικά, ναι. Στην πράξη όμως, συμβαίνει το αντίθετο, καθώς για να επιτευχθεί η ίδια τιμή έργου στους diesel απαιτείται μικρότερη ποσότητα καυσίμου η οποία συνεπάγεται σε μικρότερη κατανάλωση. Yστερούν δηλαδή στον τομέα της ειδικής ισχύος (ίπποι/λίτρο) αλλά υπερτερούν στην ειδική κατανάλωση καυσίμου (απόδοση/κατανάλωση). Και από πλευράς θερμοδυναμικής απόδοσης, οι diesel υπερέχουν των βενζινοκινητήρων. Λόγω της υψηλότερης σχέσης συμπίεσης, η οποία ξεπερνά το 20:1 σε αντίθεση με την 8-12:1 των βενζινοκινητήρων, η δομή του μπλοκ στους diesel είναι πιο στιβαρή προσφέροντας καλύτερο βαθμό θερμοαγωγιμότητας.

Ναι, αλλά η ενισχυμένη αρχιτεκτονική τους δεν μεταφράζεται σε αυξημένο βάρος;Το συγκεκριμένο πρόβλημα καλύπτεται έμμεσα λόγω της βραδύτερης απαγωγής της θερμότητας που προσφέρει καλύτερο θερμοδυναμικό συντελεστή (30-36%) έναντι των βενζινοκινητήρων (20-25%). Στο θέμα της μικρότερης κατανάλωσης των diesel μεγάλο ρόλο λαμβάνει η εμφάνιση της μέγιστης τιμής της ισχύος σε μικρότερο εύρος στροφών σε σχέση με τους βενζινοκινητήρες.

Οι κινητήρες diesel είναι περισσότερο αξιόπιστοι από τους βενζινοκινητήρες;Θεωρητικά, ναι, αν και η

αξιοπιστία τους εξαρτάται πάντοτε από την γνησιότητα του πετρελαίου (η νοθεία είναι συνηθισμένο φαινόμενο στην Ελλάδα). Ιδιαίτερη βέβαια σημασία έχει το γεγονός πως οι diesel απαιτούν λιγότερη συντήρηση. Ακόμη, το μεγαλύτερο εύρος στροφών των βενζινοκινητήρων (περίπου 7.000σ.α.λ.) σε σχέση με τους μικρότερο των diesel (περίπου μέχρι τις 5.000σ.α.λ.) επιτρέπει στους πρώτους την απόδοση αυξημένης ισχύος. Στον αντίποδα όμως οι περισσότεροι diesel εμφανίζουν σημαντικά μεγαλύτερα αποθέματα ροπής σε εύρος μεταξύ των 1.000-2.000σ.α.λ.

Αν είναι έτσι τα πράγματα τότε γιατί δεν αυξάνονται τα όρια του κόφτη και στους diesel;Ας θυμηθούμε τις ιδιότητες του πετρελαίου και το φαινόμενο της αυτονανάφλεξης, παράμετροι που δεν είναι δυνατό να συνδυαστούν όταν ο στροφαλοφόρος περιστρέφεται σε εύρος, όπου οι βενζινοκινητήρες συνήθως πλησιάζουν την μέγιστη τιμή της ισχύος τους.

13

Τύποι πετρελαιοκινητήρων

Σύγχρονη διάταξη πετρελαιοκινητήρα με σύστημα άμεσου ψεκασμού και σύστημα επανακυκλοφορίας καυσαερίων (EGR ή Exhaust Gas Recirculation)

Τα πράγματα στους βενζινοκινητήρες είναι πιο πολύπλοκά, αφού εκτός από το σύστημα ψεκασμού, υπάρχει το ηλεκτρικό κύκλωμα της ανάφλεξης που περιλαμβάνει τα μπουζί. Επίσης, μια μεγάλη διαφορά ανάμεσα στους κινητήρες που καίνε βενζίνη και στους diesel αφορά στο

τρόπο που αναφλέγεται το μείγμα στο θάλαμο καύσης. Στους κινητήρες diesel, το μείγμα αυτοαναφλέγεται (χωρίς μπουζί) λόγω της υψηλής θερμοκρασίας του αέρα η οποία οφείλεται στην υψηλή σχέση συμπίεσης. Η ποιότητα της καύσης έχει άμεση επίπτωση στους diesel και για αυτό το λόγο απαιτείται η καλύτερη δυνατή ανάμειξη του καυσίμου με τον αέρα. Με βάση λοιπόν τον τρόπο που πραγματοποιείται ο ψεκασμός και η καύση οι κινητήρες diesel χωρίζονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες.

Σε αυτούς με προθάλαμο καύσης ή θάλαμο στροβιλισμού και σε εκείνους με άμεσο ψεκασμό, με αποκορύφωμα τα συστήματα common rail. Στην πρώτη περίπτωση το πετρέλαιο ψεκάζεται στο προθάλαμο καύσης αναμειγμένο με συμπιεσμένο αέρα. Από εκεί, ξεκινά η ανάφλεξη η οποία μετέπειτα μεταβιβάζεται στο κυρίως θάλαμο καύσης. Βασικό τους μειονέκτημα είναι η δυσκολία στην ψυχρή εκκίνηση όπου απαιτείται προθερμαντήρας. Από την άλλη, οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού εμφανίζουν τον υψηλότερο βαθμό απόδοσης, την μικρότερη καθυστέρηση στην καύση, καλύτερη ποιότητα, χαμηλότερη κατανάλωση και μεγαλύτερη ευκολία στην ψυχρή εκκίνηση. Χάρη στην εξέλιξη των ηλεκτρονικών συστημάτων κατασκευάστηκαν αρχικά ηλεκτρονικά ελεγχόμενα συστήματα όπως οι ανεξάρτητες ελεγχόμενες μονάδες ψεκασμού (EUI, Electronic Unit Injector) και αργότερα το σύστημα κοινής τροφοδοσίας (common rail). Το τελευταίο αποτελεί διαφορετική εκδοχή του πρώτου καθώς η αντλία είναι ενσωματωμένη μαζί με το μπεκ τα οποία ελέγχονται από τον εγκέφαλο του μοτέρ. Συγκεντρωτικά, χάρη σε αυτά τα συστήματα, η πίεση που το καύσιμο ψεκάζεται στο θάλαμο καύσης αγγίζει με τα σημερινά δεδομένα έως και τα 2.000bar. Γιατί όμως απαιτείται τόσο μεγάλη τιμή; Η βέλτιστη διασπορά των σταγονιδίων καυσίμου στο θάλαμο επηρεάζει άμεσα την ποιότητα καύσης η οποία προσφέρει όχι μόνο καλύτερη απόδοση αλλά μειωμένους ρύπους και λιγότερα άκαυστα σωματίδια.

Common RailΤεχνολογία

Μια κλασική διάταξη common rail αποτελείται από τρία βασικά κυκλώματα. Αυτό της χαμηλής πίεσης, περιλαμβάνει τη γραναζωτή αντλία του καυσίμου από το ρεζερβουάρ, το φίλτρο συν το ψύκτη καυσίμου καθώς και τις σωληνώσεις χαμηλής πίεσης. Η συνήθως ηλεκτρονικά ελεγχόμενη εμβολοφόρα αντλία, ο διακλαδωτής rail και τα μπεκ συγκαταλέγονται στο κύκλωμα υψηλής πίεσης. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα ελέγχου απαρτίζεται από την ηλεκτρονική

14

μονάδα του κινητήρα (ECU), ένα σύνολο αισθητήρων, τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες και τον αισθητήρα πίεσης στο διακλαδωτή rail.

, Για να δούμε πως συνεργάζονται όλα αυτά τα εξαρτήματα μεταξύ τους. Η αντλία χαμηλής πίεσης (5-10bar) ρουφά το καύσιμο από το ρεζερβουάρ το οποίο όμως περνά πρώτα από ένα φίλτρο που αποτελείται από πορώδες υλικό (χαρτί, μέταλλο ή κεραμικό) με διαπερατότητα 3-6μm. Αξίζει να σημειωθεί πως τo φίλτρο αυτό μαζί με τις υδατοπαγίδες συγκρατούν την υγρασία που υπάρχει στο πετρέλαιο και μπορεί να καταλήξει στη καταστροφή πανάκριβων εξαρτημάτων, όπως είναι οι αυτολιπαινόμενες αντλίες (το κόστος των οποίων κυμαίνεται συνήθως από 1.000-3.500 ευρώ). Εν συνεχεία, η γραναζωτή αντλία στέλνει το καθαρισμένο πετρέλαιο στο κύκλωμα υψηλής πίεσης, με σταθερή παροχή (περίπου 100-200 λίτρα/ώρα). Σε μερικές περιπτώσεις υπάρχει ηλεκτρική αντλία που στέλνει το καύσιμο από το μοτέρ χωρίς να γίνεται αναρρόφηση από την γραναζωτή. Επειδή η ποσότητα του πετρελαίου είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από όσο απαιτείται το πλεονάζον επιστρέφει από μια βαλβίδα τύπου by pass στο ρεζερβουάρ την στιγμή που μια δεύτερη διατηρεί σταθερή την εσωτερική πίεση (στη ίδια την αντλία) ανεξάρτητα από τις στροφές της.

,Κατόπιν η αντλία, παλινδρομικού ή περιστρεφόμενου εμβόλου, διανέμει το καύσιμο, προς το κάθε κύλινδρο, μέσα από ξεχωριστά rail. O αριθμός των παλινδρομήσεων που πραγματοποιεί το έμβολο της αντλίας, κατά τη διάρκεια μιας ολόκληρης περιστροφής του άξονα του, ισούται με τον αριθμό των κυλίνδρων του κινητήρα. Σε μεγαλύτερη ποσότητα το καύσιμο προωθείται από εκεί προς το διακλαδωτή rail στον οποίο -θεωρητικά- επικρατούν σταθερές συνθήκες πίεσης λόγω του όγκου του καυσίμου που υπάρχει στο κύκλωμα. Η πίεση ρυθμίζεται ηλεκτρονικά από την ECU, μέσω του αισθητήρα πίεσης, και συνήθως κυμαίνεται από 400 έως 1.600bar, ανάλογα με το φορτίο και τις στροφές του μοτέρ. Η έναρξη του ψεκασμού καθορίζεται επίσης από την ECU που ενεργοποιεί τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες. Όπως είναι κατανοητό η ποσότητα του καυσίμου που θα ψεκαστεί στο θάλαμο καύσης καθορίζεται από τη χρονική διάρκεια όπου το μπεκ θα παραμείνει ανοιχτό. Το σύστημα common rail προσφέρει μεγάλα πλεονεκτήματα όπως η δυνατότητα υψηλών πιέσεων ψεκασμού, η μεταβαλλόμενη πίεση ψεκασμού ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του μοτέρ και η ευκολία τοποθέτησης του όλου συστήματος.

.Στο μάτι της βελόνας common Ηλειτουργία του

rail θα ήταν αδύνατη αν δεν υπήρχε εξέλιξη στους εγχυτήρες, τα ευρέως γνωστά μπεκ. Μια τυπική διάταξη αποτελείται από μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα της οποίας το εσωτερικό πηνίο τροφοδοτείται με ηλεκτρικό ρεύμα που διαχειρίζεται η ηλεκτρονική μονάδα του κινητήρα. Το πηνίο αυτό είναι έμμεσα συνδεδεμένο με το ελατήριο που ελέγχει το άνοιγμα ή το κλείσιμο της βελόνας (ακροφύσιο) που ψεκάζει το καύσιμο στο εσωτερικό του κυλίνδρου. Το πηνίο και η βαλβίδα είναι η

καρδιά του εγχυτήρα και ελέγχουν με απόλυτη ακρίβεια το καύσιμο που θα περάσει από το μύτη της βελόνας της οποίας το άνοιγμα κυμαίνεται στα περίπου στα 1,5-3 μm (χιλιοστά του χιλιοστού!). Πρακτικά η μεγαλύτερη πρόκληση που αντιμετωπίζουν οι μηχανικοί έχει να κάνει με το πότε και το πόσο θα παραμείνει ανοιχτή η μύτη της βελόνας του μπεκ, διαδικασία η οποία συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 150-800μsec. Το καύσιμο φτάνει στα μπεκ μέσα από τις σωληνώσεις υπό πίεση περίπου 1..400-1.800bar.

Στα πρώτης γενιάς common rail, μια ηλεκτρονικά ελεγχόμενη βαλβίδα σήκωνε τη βελόνα και έτσι περνούσε το καύσιμο. Στα νέα συστήματα ο ψεκασμός

15

εξαρτάται από την διαφορά πίεσης ανάμεσα στη  βαλβίδα και το ακροφύσιο. Στο εσωτερικό του μπεκ υπάρχει εξισορρόπηση της πίεσης μέχρι η ECU να στείλει ηλεκτρικό ρεύμα και να υπάρξει υποπίεση και να σηκωθεί η βελόνα επιτρέποντας το ψεκασμό του καυσίμου. Όταν ο εγκέφαλος διακόψει τη ηλεκτρική διέγερση η βαλβίδα κλείνει και η πίεση αυξάνεται ξανά, πάνω από την βελόνα. Η πίεση εξισορροπείται και η βαλβίδα κατεβαίνει για ακόμα μια φορά ολοκληρώνοντας το ψεκασμό. Στα προηγούμενης τεχνολογίας μπεκ η βαλβίδα ανοίγει όταν η πίεση ξεπεράσει κάποια τιμή χωρίς να προσφέρουν καλύτερη διασπορά του καυσίμου.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ

Γενικά

ΤαξινόμησηΟι διάφοροι τύποι ΜΕΚ μπορούν να ταξινομηθούν με βάση τις μεταξύ τους ομοιότητες. Οι σπουδαιότερες ταξινομήσεις αναφέρονται στην τελική εφαρμογή, στο είδος του καυσίμου και στον τρόπο εισαγωγής του, στην ανάφλεξη, στη χρήση εμβόλων ή περιστροφέα, στη διάταξη των κυλίνδρων, στους χρόνους λειτουργίας, στο σύστημα ψύξης και τέλος στον τύπο και στη θέση των βαλβίδων. Οι ταξινομήσεις αυτές εξετάζονται αναλυτικότερα στην περιγραφή των διαφόρων τύπων κινητήρων.

Τύπος και διάταξη βαλβίδωνΟι βαλβίδες για την είσοδο και την έξοδο των αερίων μπορεί να βρίσκονται στην κεφαλή, στη μία πλευρά, στις απέναντι πλευρές του κυλίνδρου κ.ο.κ. Είναι οι λεγόμενες μυκητοειδείς βαλβίδες.Ορισμένοι κινητήρες χρησιμοποιούν ολισθαίνουσες βαλβίδες τύπου δακτυλίου, που κινούνται στη εσωτερική επιφάνεια του κυλίνδρου.

Εφαρμογή της πίεσηςΟρισμένες μηχανές ισχύος χρησιμοποιούν την ίδια αρχή όσον αφορά την καύση, αλλά αξιοποιούν την πίεση από αυτήν σε διαφορετικά μηχανικά στοιχεία. Υπάρχουν, λ.χ., αεροστρόβιλοι στους οποίους τα καυσαέρια οδηγούνται μέσα από ακροφύσια προς τα πτερύγια του στροβίλου, κάνοντάς τον να περιστρέφεται. Στους κινητήρες αεριοθουμένων, εξάλλου, τα καυσαέρια ρέουν μέσα από ακροφύσιο, ενώ η δύναμη της αντίδρασης τείνει να κινήσει το ακροφύσιο προς την αντίθετη κατεύθυνση.Στους κινητήρες Βάνκελ και τους Τριδύναμους κινητήρες το καύσιμο καίγεται μέσα στον κινητήρα. Οι κινητήρες αυτοί είναι περιστροφικοί, χωρίς κυλίνδρους και έμβολα. Η πίεση των αερίων δρα πάνω σε κατάλληλα διαμορφωμένες επιφάνειες.

Σύγκριση με άλλους κινητήρεςΟ βενζινοκινητήρας μπορεί να οριστεί ως κινητήρας σχεδιασμένος να καίει πτητικό υγρό καύσιμο με ανάφλεξη που προκαλείται με ηλεκτρικό σπινθήρα. Σύγκρισή του με άλλους τύπους αποκαλύπτει αρκετές ομοιότητες και διαφορές, καθώς επίσης και ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Ο ντηζελοκινητήρας και ο κινητήρας υγραερίου έχουν αρκετά κοινά σημεία με τον βενζινοκινητήρα.Επειδή ο ντηζελοκινητήρας δεν διαθέτει αθόρυβη και στρωτή λειτουργία ή ευελιξία όπως ο βενζινοκινητήρας, βρήκε μικρή εφαρμογή στα επιβατικά αυτοκίνητα. Αντίθετα, στα βαρέα οχήματα αντικατέστησε σχεδόν πλήρως τον βενζινοκινητήρα.

Ο αεριοκινητήρας έχει πολλά κοινά σημεία με τον βενζινοκινητήρα, και σε ορισμένες περιπτώσεις οι διαφορές είναι πολύ μικρές.Από πλευράς δομής, η διαφορά έγκειται κυρίως στην αντικατάσταση της βαλβίδας ανάμιξης του αερίου από τον εξαεριωτήρα (καρμπυρατέρ).Σε γενικές γραμμές, τα αέρια χαρακτηρίζονται από καλύτερες αντικροτικές ιδιότητες, επιτρέποντας ελαφρώς υψηλότερους λόγους συμπίεσης, χωρίς προβλήματα ή άλλες δυσκολίες σχετικές με την καύση.Ο αεριοκινητήρας με φυσικό αέριο, φωταέριο ή άλλο σχετικό καύσιμο σε αέρια μορφή, περιορίζεται κυρίως σε σταθμούς παραγωγής ισχύος, αφού πρέπει να είναι συνδεδεμένος

16

με τον σχετικό αγωγό. Αν όμως το καύσιμο είναι υγραέριο, η διακίνησή του μπορεί να γίνεται με ειδικές φιάλες.

Δίκυκλο με κινητήρα Ότο

Τύποι βεντζινοκινητήρων

Η πιο σημαντική τεχνική για την παραγωγή ισχύος από καύση ήταν αυτή του τετράχρονου κύκλου.

Τετράχρονος κύκλοςΣτον τετράχρονο κύκλο η λειτουργία του κινητήρα αποτελείται από 4 στάδια.

Με ανοιχτή την βαλβίδα εισόδου το έμβολο κατέρχεται, κατά τον χρόνο εισαγωγής. Το κενό που δημιουργείται προκαλεί αναρρόφηση μίγματος ατμών βενζίνης και αέρα.

Το μίγμα συμπιέζεται καθώς το έμβολο ανέρχεται κατά τον χρόνο συμπίεσης με κλειστές βαλβίδες. Με το τέλος του χρόνου αυτού, το μίγμα αναφλέγεται με τη βοήθεια ηλεκτρικού σπινθήρα.

Κατά τον χρόνο ισχύος οι βαλβίδες παραμένουν κλειστές ενώ η πίεση από την καύση πιέζει την κεφαλή του εμβόλου.

17

Κατά τον χρόνο εξαγωγής, το ανερχόμενο έμβολο αναγκάζει τα προϊόντα της καύσης να εξέλθουν από την ανοιχτή βαλβίδα εξόδου.

Δίχρονος κύκλος

Αναπτύχθηκε το 1878. Σ’ αυτόν οι χρόνοι εισαγωγής, συμπίεσης, ισχύος και εξαγωγής συντελούνται μόνο σε μία περιστροφή του στροφαλοφόρου. Στον δίχρονο κινητήρα το μίγμα οδηγείται στον κύλινδρο μέσα από περιμετρικές θυρίδες με τη βοήθεια περιστροφικού φυσητήρα. Τα καυσαέρια περνούν μέσα από μυκητοειδείς βαλβίδες που βρίσκονται πάνω στην κεφαλή του κυλίνδρου.Το 1891 παρουσιάστηκε μια απλουστευμένη παραλλαγή του δίχρονου κινητήρα, με προσυμπίεση στον στροφαλοθάλαμο για την προώθηση του νωπού μίγματος στον κύλινδρο.

Ο κινητήρας γυρίζει με εξωτερική βοήθεια και το έμβολο ανεβαίνει. Η πίεση στην βάση πέφτει και αναροφάται μίγμα από την ανοικτή βαλβίδα. Το έμβολο αρχίζει να κατεβαίνει. Η βαλβίδα εισαγωγής έχει κλείσει. Το μίγμα στην βάση συμπιέζεται. Το έμβολο έχει φθάσει στο κατώτατο σημείο (με εξωτερική βοήθεια) και έχει αποκαλύψει (έχουν δηλαδή ανοίξει) τις δύο πόρτες της bypass και εξαγωγής (εξάτμιση). Λόγω της διαφοράς πίεσης, το μίγμα ανεβαίνει από τον πλάγιο διάδρομο μεταφοράς και εισχωρεί στον ελεύθερο χώρο του κυλίνδρου, επάνω από το έμβολο. Επειδή είναι ανοικτή η πόρτα εξαγωγής, μικρό μέρος του μίγματος αρχίζει να εξέρχεται.

Ο στρόφαλος συνεχίζει την αδρανή περιστροφή του και το έμβολο ανεβαίνει κλείνοντας την πόρτα μεταφοράς και την πόρτα εξαγωγής και στο υπόλοιπο της διαδρομής του συμπιέζει το μίγμα. (Επαναλαμβάνεται ταυτόχρονα η φάση 1). Πλησιάζοντας το ανώτατο σημείο της διαδρομής το μίγμα αναφλέγεται. Τα αέρια εκτονώνονται και σπρώχνουν το έμβολο προς τα κάτω. Από το σημείο αυτό ο κινητήρας έχει εκκινήσει και μπορεί να επαναλάβει μόνος του τον επόμενο κύκλο με την προϋπόθεση φυσικά ότι όλοι οι άλλοι παράγοντες είναι σωστά ρυθμισμένοι (Επαναλαμβάνεται ταυτόχρονα η φάση 2). Καθώς το έμβολο κατέρχεται σε κάποιο σημείο ανοίγει η πόρτα εξαγωγής και τα καυσαέρια αρχίζουν τα εξέρχονται. Η μεγάλη πίεση που εξασκούσαν στο έμβολο μειώνεται. Σε ελάχιστο χρόνο αργότερα ανοίγει η πόρτα μεταφοράς, και επαναλαμβάνεται η φάση 3, αλλά τώρα το φρέσκο μίγμα

18

θα καταλάβει μόνο τον χώρο που ελευθερώνουν τα καυσαέρια, και θα αναμιχθεί με την ποσότητα των καυσαερίων που μένει στον κύλινδρο.

Κινητήρας αντίθετων εμβόλων

Έχει δύο έμβολα που κινούνται αντίθετα μέσα στον ίδιο κύλινδρο και δύο ομάδες θυρίδων κατάλληλα διατεταγμένες, ώστε η μία από αυτές να καλύπτεται και να αποκαλύπτεται από το ένα έμβολο, ενώ η άλλη να ελέγχεται από το άλλο έμβολο.Ο σχεδιασμός των αντίθετων εμβόλων έχει δύο βασικά πλεονεκτήματα: οι μάζες που παλινδρομούν κινούνται σε αντίθετες διευθύνσεις ζυγοσταθμίζοντας έτσι τον κινητήρα. Επιπλέον δε χρειάζονται οι μυκητοειδείς βαλβίδες που είναι απαραίτητες σε κινητήρες με μονόδρομη σάρωση.

Περιστροφικός κινητήρας Βάνκελ

Ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης με περιστροφικό έμβολο που αναπτύχθηκε στη Γερμανία είναι διαφορετικός σε δομή από τους συμβατικούς κινητήρες με παλινδρομικά έμβολα. Ο κινητήρας επινοήθηκε από τον Φέλιξ Βάνκελ και η κατασκευή του άρχισε το 1956. Αντί για έμβολα ο κινητήρας Βάνκελ έχει έναν τροχιακό ρότορα, ισόπλευρο και περίπου τριγωνικό, που στρέφεται μέσα σ’ έναν κλειστό θάλαμο, ενώ οι τρεις κορυφές του εφάπτονται συνεχώς πάνω στην εσωτερική επιφάνεια του κελύφους. Μεταξύ του ρότορα και του κελύφους σχηματίζονται τρεις ημισεληνοειδείς θάλαμοι, ο όγκος των οποίων μεταβάλλεται με την κίνηση του ρότορα. Ο όγκος αυτός μεγιστοποιείται όταν η πλευρά του ρότορα που σχηματίζει τον θάλαμο είναι παράλληλη προς τη δευτερεύουσα διάμετρο του κελύφους, ενώ ελαχιστοποιείται όταν η ίδια πλευρά του ρότορα καθορίζουν το σχήμα των θαλάμων καύσης και τον λόγο συμπίεσης.Eνας τυπικός κινητήρας wankel (π.χ. ο 13Β ή ο πιο σύγχρονος Renesis) έχει δύο «θαλάμους» ή στάτορες ή housings, δύο τριγωνικούς ρότορες (ένα σε κάθε στάτορα), τρία side housings (ένα μεσαίο και δύο πλαϊνά) και φυσικά τον έκκεντρο άξονa.Ο θάλαμος ενός περιστροφικού κινητήρα wankel έχει επιτροχιοειδή μορφή, και η περιφέρειά του θυμίζει χοντρικά αυγό. Μέσα σε αυτόν περιστρέφεται με πλανητοειδή κίνηση ο ρότορας, ο οποίος κατά την περιστροφή του σχηματίζει τους αντίστοιχους θαλάμους και φάσεις του παλιδρομικού κινητήρα σε κάθε μία από τις τρεις πλευρές του. Με λίγα λόγια, οι «θάλαμοι» του περιστροφικού κινητήρα δεν είναι σταθεροί, αλλά κάθε πλευρά του τριγωνικού ρότορα σχηματίζει από έναν θάλαμο που περιστρέφεται μαζί με αυτόν. Για τον αεροστεγή σχηματισμό των θαλάμων, ο κινητήρας wankel διαθέτει τρία apex seals ανά ρότορα (τα «καρβουνάκια» ή «μαχαίρια» ή «λεπίδες» στις κορυφές του κάθε ρότορα που έρχονται σε επαφή με την εσωτερική επιφάνεια του θαλάμου), έξι side seals και έξι corner seals ανά ρότορα (τα «ελατήρια» που βρίσκονται σε κάθε πλευρά του ρότορα και εφάπτονται με τα side housings που αποτελούν τις «φέτες» από τις οποίες σχηματίζεται το σύνολο του κινητήρα).Οι φάσεις λειτουργίας του περιστροφικού κινητήρα είναι ίδιες με αυτές ενός παλινδρομικού:

19

1) Φάση εισπνοής: μία από τις πλευρές του ρότορα περνάει επάνω από τα intake ports, τις θυρίδες εισαγωγής από όπου εισέρχεται το προς καύσιν μείγμα βενζίνης/αέρα. Όταν η επόμενη κορυφή του ρότορα κλείσει εντελώς τις θυρίδες εισαγωγής, έχουμε πλήρωση του πρώτου «θαλάμου» με μείγμα.

Το μίγμα καυσίμων/αέρα εισάγεται στο χώρο εισαγωγής κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης της περιστροφής.

20

 

2) Φάση συμπίεσης: συνεχίζοντας την περιστροφή του, ο ρότορας –λόγω της μορφής του στάτορα- συμπιέζει το μείγμα βενζίνης/αέρα σύμφωνα με τον λόγο συμπίεσης που έχει ο κινητήρας wankel. Στην περίπτωση του Renesis αυτός ο λόγος είναι 10:1, δηλαδή το μείγμα συμπιέζεται στο 1/10 του αρχικού του όγκου.

το μίγμα συμπιέζεται εδώ.

3) Φάση ανάφλεξης: στην τρίτη φάση περιστροφής του ρότορα το συμπιεσμένο μείγμα οδηγείται πάνω από τα δύο μπουζί (ανά θάλαμο) ώστε να αναφλεγεί και να μετατραπεί η χημική ενέργεια του σε κινητική, η οποία πρακτικά «σπρώχνει» τον ρότορα ώστε να συνεχίσει την περιστροφή του. Οι κινητήρες wankel, λόγω του ιδιόμορφου και σχετικά μακρύ «θαλάμου» που σχηματίζουν δεν έχουν καλή και πλήρη καύση, γι’αυτό και πάντα χρησιμοποιούν δύο μπουζί ανά θάλαμο.

το μίγμα αναφλέγεται, περιστρέφοντας τον στροφέα

 

4) Φάση εκτόνωσης: η ίδια πλευρά του ρότορα πλέον περνάει πάνω από τα exhaust ports (θυρίδες εξαγωγής), μέσα από τα οποία τα καυσαέρια οδηγούνται προς την εξάτμιση. Και εδώ έχουμε το ίδιο φαινόμενο μικρής σχετικά ταχύτητας καυσαερίων στις χαμηλές στροφές, που οδηγεί σε μερική πλήρωση του ιδίου θαλάμου, και άρα σε σχετικά χαμηλή παραγόμενη ροπή.

21

τα καυσαέρια αποβάλλονται 

Τα μόλις τρία κινούμενα μέρη του wankel (ρότορες και έκκεντρος άξονας), η λογική λειτουργίας του (η περιστροφική κίνηση παράγεται από περιστροφική κίνηση, σε αντίθεση με τον παλινδρομικό κινητήρα), και η συχνότητα παραγωγής έργου (μία φορά σε κάθε περιστροφή του ρότορα, ο οποίος με την σειρά του περιστρέφεται τρεις φορές πιο αργά από τον άξονα), οδηγούν σε μερικά πολύ σημαντικά πλεονεκτήματα:

- Πολύ μικρότερο μέγεθος, πράγμα που σημαίνει μικρότερο χώρο κάτω από το καπώ, και πολύ καλύτερη τοποθέτηση του κινητήρα για την καλύτερη κατανομή βάρους.

- Πολύ λιγότερες τριβές, μειωμένες απώλειες ισχύος, μικρότερο βάρος, και κυρίως μικρότερη αδράνεια των κινούμενων μερών του κινητήρα, η οποία εξασφαλίζει στον Wankel κορυφαία ευστροφία.

- Εξάλειψη των κραδασμών στον περιστροφικό κινητήρα και έτσι δεν απαιτούνται αντικραδασμικοί άξονες.

- Η απουσία βαλβίδων οδηγεί σε καλύτερη αναπνοή, άρα και καλύτερη απόδοση στις μεσαίες και υψηλές στροφές

Μερικά από τα μειονεκτήματα –που φυσικά υπάρχουν- έχουν ήδη αναφερθεί:

- Ο μακρύς και στενός θάλαμος καύσης μειώνει το θερμοδυναμικό βαθμό απόδοσης του κινητήρα, κι αυτό συνεπάγεται αύξηση της κατανάλωσης.

- H απουσία βαλβίδων σημαίνει μικρή ταχύτητα του αέρα στις χαμηλές στροφές, με αποτέλεσμα την χαμηλή ροπή.

- Η κατάναλωση δεν αντιστοιχεί στην ονομαστική χωρητικότητα του κινητήρα (1,3lt) αλλά περισσότερο σε κατανάλωση παλινδρομικού κινητήρα 2,5lt.

- Λόγω της αρχής λειτουργίας του wankel, είναι απαραίτητος ο ψεκασμός λαδιού στο εσωτερικό των θαλάμων για λίπανση των rotors και των apex seals. Αυτό φυσικά οδηγεί σε κατανάλωση λαδιού, και άρα απαιτείται από τον οδηγό η παρακολούθηση της στάθμης του λιπαντικού.

Τριδύναμος (Tri-Dyne) περιστροφικός κινητήραςΟ κινητήρας αυτός, βρετανικής επινόησης αποτελείται από τρεις ρότορες, έναν για ισχύ, έναν για την καύση και έναν που λειτουργεί ως βαλβίδα φραγής.Ο πρώτος στρέφεται αντίστροφα από τον ρότορα της καύσης και τη βαλβίδα φραγής. Έχει τρεις λοβούς που εφαρμόζουν στους δύο άλλους ρότορες και συγκεκριμένα αντίστοιχα κοιλώματα της περιφέρειάς τους.

22

Τα κοιλώματα του ρότορα ισχύος σχηματίζουν τους θαλάμους καύσης. Οι ρότορες δεν αγγίζουν ο ένας τον άλλο, αλλά αλληλεπιδρούν έτσι ώστε να συνδέουν διαδοχικά τα κοιλώματα αυτά με τους σωλήνες εισαγωγής και εξαγωγής και να τα απομονώνουν κατά τη καύση. Λόγω της μεγάλης ταχύτητας λειτουργίας δεν απαιτείται απόλυτη στεγανοποίηση των κοιλωμάτων. Δύο σπινθηριστές είναι προσαρμοσμένοι πάνω στο κέλυφος σε τέτοια θέση ώστε να επικοινωνούν με τα κοιλώματα του ρότορα καύσης τη στιγμή του σπινθήρα. Το πλεονέκτημα του κινητήρα αυτού σε σχέση με τον κινητήρα Βάνκελ έγκειται στο ότι δεν χρειάζεται τη στεγανοποίηση που απαιτεί ο τελευταίος και η οποία περιορίζει την ταχύτητα λειτουργίας και δυσχεραίνει τη λίπανση.

Ο αεριοστρόβιλος

Πολλές από τις ατέλειες του παλινδρομικού κινητήρα οφείλονται στην ασυνεχή κίνηση και την περιοδική καύση.

Η βασική αρχή του αεριοστρόβιλου ήταν γνωστή από πολύ παλιά. Χαρακτηριστικό παράδειγμα το παιχνίδι-στρόβιλος του Ήρωνα του Αλεξανδρέα, περίπου στους χρόνους του Χριστού. Ουσιαστική όμως εξέλιξη του αεριοστρόβιλου έγινε μόλις τον 20ό αιώνα.

Ο αεριοστρόβιλος είναι μια απλή μονάδα παραγωγής ισχύος. Ένας συμπιεστής τροφοδοτεί συνεχώς με αέρα-σε πίεση τριπλάσια και εξαπλάσια περίπου της ατμοσφαιρικής-έναν θάλαμο καύσης μέσα στον οποίο ψεκάζεται καύσιμο. Τα καυσαέρια εκτονώνονται, στη συνέχεια κινώντας τον κατάλληλο στρόβιλο. Οι ρότορες του συμπιεστή και του στροβίλου μπορεί να βρίσκονται πάνω στον ίδιο άξονα. Η ισχύς που

αναπτύσσεται πέρα από εκείνη για την κίνησή του συμπιεστή είναι ωφέλιμη ισχύς του κινητήρα.

23

Ο κινητήρας ελεύθερου εμβόλου

Στον κινητήρα αυτόν τα έμβολα δε συνδέονται στη ίδια άτρακτο, όπως σε ένα συμβατικό κινητήρα. Αντίθετα, τα καυσαέρια μεταδίδουν την ισχύ τους σε έναν στρόβιλο. Κατασκευασμένος αρχικά ως αεροσυμπιεστής, ο κινητήρας αυτός χρησιμοποιήθηκε συστηματικά για πρώτη φορά από τους Γερμανούς κατά τον Β’ Παγκόσμιο πόλεμο για την εκτόξευση τορπιλών. Το προς καύση μίγμα αναφλέγεται από τη θερμότητα της συμπίεσης και όχι από σπινθηριστή.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ

Η δομή γενικά

Εκτός από το είδος του κύκλου(δίχρονο ή τετράχρονο), η κυριότερη δομική διαφορά ανάμεσα σε κινητήρες αυτοκινήτων, αεροσκαφών, θαλάσσης ή στάσιμους κινητήρες έγκειται στον τρόπο έδρασής τους. Όταν χρησιμοποιούνται συμπλέκτης και κιβώτιο ταχυτήτων, όπως στα αυτοκίνητα, ο κινητήρας αποτελεί μια αυτόνομη μονάδα ισχύος.

Η γενική περιγραφή της κατασκευής του κινητήρα που ακολουθεί δείχνει τα κυριότερα μέρη του και εισάγει την ονοματολογία τους. Ως βασικός τύπος χρησιμοποιείται ο τετράχρονος κινητήρας αυτοκινήτου.

24

Σώμα κυλίνδρων

Το κύριο δομικό στοιχείο των κινητήρων είναι το σώμα κυλίνδρων. Το σώμα αυτό αποτελεί τον σκελετό και ταυτόχρονα φέρει την πλάκα με την οποία ο κινητήρας στηρίζεται στο πλαίσιο. Το σώμα των κυλίνδρων είναι συνήθως από χυτοσίδηρο. Ο στροφαλοθάλαμος σχηματίζεται από το κάτω μέρος του σώματος και από την ελαιολεκάνη, που περικλείει το κάτω μέρος του κινητήρα και χρησιμεύει ως δεξαμενή του λιπαντικού ελαίου.

Η διάταξη των κυλίνδρων είναι δύο ειδών-κατακόρυφη ή ευθύγραμμη ή σχήματος V.Ο ευθύγραμμος κινητήρας έχει μια σειρά κυλίνδρων τοποθετημένων κατακόρυφα και ευθυγραμμισμένων με τους τριβείς του στροφαλοφόρου. Ο κινητήρας τύπου V έχει δύο σειρές κυλίνδρων, οι άξονες των οποίων σχηματίζουν μεταξύ τους γωνία 60 ή 90 μοιρών.Οι κινητήρες V-8 (οκτώ κύλινδροι) είναι συνήθως 90 μοιρών. Ορισμένοι μικροί εξακύλινδροι κινητήρες αεροπλάνων, τέλος, έχουν οριζόντιους και αντίθετα τοποθετημένους κυλίνδρους.

Σε χώρο κατά μήκος του σώματος των κυλίνδρων βρίσκεται ο εκκεντροφόρος άξονας, που ενεργοποιεί τις βαλβίδες. Κατάλληλη διάταξη συνδέει τον εκκεντροφόρο με τον στροφαλοφόρο άξονα. Το κωνοειδές κέλυφος που περικλείει τον

σφόνδυλο και στον οποίο προσαρμόζεται το κιβώτιο ταχυτήτων σχηματίζεται στο πίσω άκρο του σώματος. Γύρω από τους κυλίνδρους διαμορφώνονται κατάλληλοι χώροι για την κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού.

25

Θάλαμος καύσηςΟ όγκος του θαλάμου καύσης σε σχέση προς τον όγκο εκτόπισης του εμβόλου καθορίζει τον λόγο συμπίεσης του κινητήρα. Ο όγκος εκτόπισης του εμβόλου είναι αυτός που σαρώνεται σε μία διαδρομή. Ο λόγος του μεγαλύτερου δυνατού όγκου – με το έμβολο στο χαμηλότερο σημείο του- προς τον μικρότερο δυνατό όγκο-με το έμβολο στο ανώτερο σημείο- ονομάζεται λόγος συμπίεσης. Ο λόγος συμπίεσης είναι ο σημαντικότερος παράγοντας από τον οποίο εξαρτάται η θεωρητική απόδοση του κύκλου του κινητήρα.

ΈμβολαΤα έμβολα έχουν μορφή ανεστραμμένου κυπέλου και είναι από χάλυβα ή κράμα αλουμινίου. Το επάνω άκρο τους (κεφαλή) σχηματίζει την κατώτερη επιφάνεια του θαλάμου καύσης και δέχεται τη δύναμη από τα καυσαέρια. Η εξωτερική επιφάνεια εφαρμόζει στο εσωτερικό του κυλίνδρου, ενώ ειδικοί δακτύλιοι, τοποθετημένοι σε αύλακες της επιφάνειας αυτής, στεγανοποιούν τον υπερκείμενο χώρο. Σε ειδικές ενισχυμένες υποδοχές στα πλευρά του εμβόλου προσαρμόζεται πείρος από σκληρυσμένο χάλυβα, που διαπερνά το ένα άκρο του διωστήρα.

Διωστήρας(μπιέλα) και στροφαλοφόρος άξοναςΟ κατασκευασμένος από σφυρήλατο χάλυβα διωστήρας συνδέει το έμβολο με τον αντίστοιχο στρόφαλο της ατράκτου, μετατρέποντας έτσι την παλινδρομική κίνηση του εμβόλου σε περιστροφική του στροφάλου.

Κάθε διωστήρας στον ευθύγραμμο κινητήρα, ή κάθε ζεύγος διωστήρων στον κινητήρα τύπου V, συνδέεται με έναν στρόφαλο της ατράκτου. Κάθε στρόφαλος αποτελείται από έναν πείρο, που συνδέεται με τον αντίστοιχο διωστήρα και από δύο ακτινικές μάζες, εκατέρωθεν του στροφαλοφόρου άξονα, που στρέφονται γύρω από κύριους τριβείς, ή τριβείς βάσης. Η θέση κάθε στρόφαλου κατά μήκος του στροφαλοφόρου εξαρτάται από τη σειρά ανάφλεξης των κυλίνδρων. Η σειρά ανάφλεξης υπαγορεύεται από την ανάγκη κατανομής των ώσεων έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται οι κραδασμοί. Η τυπική σειρά ανάφλεξης κατά τον τετρακύλινδρο κινητήρα είναι 1-3-2-4 και για τον εξακύλινδρο 1-5-3-6-2-4, που δείχνει την πρακτική της εναλλαγής διαδοχικών ώσεων. Η ευστάθεια του στροφαλοφόρου βελτιώνεται με την προσθήκη αντιβάρων.

Ο σχεδιασμός του στροφαλοφόρου καθορίζει και το μήκος διαδρομής του εμβόλου. Ο λόγος της διαδρομής του εμβόλου προς τη διάμετρο του κυλίνδρου αποτελεί σημαντική παράμετρο σχεδιασμού. Στα πρώτα χρόνια του αυτοκινήτου, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούσαν τιμές μεταξύ 1 και 1.5.Καθώς όμως οι ταχύτητες αύξαναν και έγινε αντιληπτό ότι οι απώλειες λόγω τριβών μεγάλωναν με την παλινδρομική κίνηση των εμβόλων, παρά με την ταχύτητα περιστροφής του στροφαλοφόρου, η διαδρομή του εμβόλου μίκραινε και σε ορισμένες περιπτώσεις έφθασε να γινει κατά 20% μικρότερη της διαμέτρου του.

Βαλβίδες, ωστήρια και ζύγωθραΣτον κινητήρα με βαλβίδες στην κεφαλή, τα ωστήρια που συνδέονται με τα αντίστοιχα έκκεντρα κινούνται κατακόρυφα μέχρι να συναντήσουν τα ζύγωθρα, που είναι πάνω στην κεφαλή των κυλίνδρων. Τα τελευταία συνδέονται στο άλλο άκρο τους με τα στελέχη των βαλβίδων και μεταδίδουν σε αυτές την κίνηση από το αντίστοιχο έκκεντρο. Ανάμεσα στο στέλεχος και στο ζύγωθρο προβλέπεται διάκενο, για το κατάλληλο κλείσιμο των βαλβίδων, όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία του κινητήρα.

26

Η βαλβίδα εισαγωγής πρέπει να είναι ανοιχτή όταν το έμβολο κατέρχεται κατά τον χρόνο εισαγωγής και η βαλβίδα εξαγωγής να είναι ανοιχτή όταν το έμβολο ανέρχεται κατά τον χρόνο εξαγωγής. Θα φαινόταν φυσικό επομένως το ανοιγοκλείσιμο να γίνεται στα κατάλληλα άνω και κάτω νεκρά σημεία. Ο χρόνος όμως για το ανοιγοκλείσιμο των βαλβίδων καθώς και η υψηλή ταχύτητα στην έναρξη και τη λήξη της ροής των αερίων απαιτούν οι διαδικασίες του ανοίγματος να προηγούνται ελαφρώς του άνω νεκρού σημείου, ενώ οι αντίστοιχες του κλεισίματος να έπονται του κάτω νεκρού σημείου. Έτσι, οι φάσεις ανοίγματος γίνονται νωρίτερα και οι αντίστοιχες του κλεισίματος καθυστερούν λίγο, ώστε με κατάλληλη διαμόρφωση το έκκεντρο να επιτρέπει προοδευτικό αρχικό άνοιγμα και το τελικό κλείσιμο. Άλλος λόγος που επιβάλλει το πρωθύστερο του ανοίγματος και κλεισίματος είναι η αρτιότερη πλήρωση και εκκένωση των κυλίνδρων.

ΕκκεντροφόροςΟ εκκεντροφόρος που ανοιγοκλείνει τις βαλβίδες παίρνει κίνηση από τον στροφαλοφόρο. Το ανοιγοκλείσιμο των βαλβίδων συμπληρώνεται σε μια περιστροφή του εκκεντροφόρου.

ΣφόνδυλοςΣε κάθε παλινδρομικό κινητήρα η ροπή (δύναμη περιστροφής) εξασκείται διακεκομμένα κάθε φορά που γίνεται κάπου έναυση. Στα ενδιάμεσα διαστήματα, το ανερχόμενο κατά τη συμπίεση έμβολο και η αντίσταση του φορτίου ασκούν αρνητική ροπή. Η εναλλάξ επιτάχυνση από τις ώσεις ισχύος και στη συνέχεια η επιβράδυνση που οφείλεται στη συμπίεση, έχουν ως αποτέλεσμα ανομοιόμορφη περιστροφή. Ο ρόλος του σφονδύλου που είναι προσαρμοσμένος στο άκρο του στροφαλοφόρου, είναι να εξουδετερώνει την ανομοιομορφία της κίνησης. Ο σφόνδυλος είναι ένας βαρύς χυτοσίδηρος τροχός. Η μάζα του έχει αρκετή αδρανειακή ορμή, ώστε να ανθίσταται στις μεταβολές της ταχύτητας περιστροφής του, αναγκάζοντας έτσι τον στροφαλοφόρο να στρέφεται με σταθερή ταχύτητα.

ΤριβείςΟ στροφαλοφόρος άξονας έχει επιφάνειες τριβής σε κάθε πείρο του στροφάλου και στα έδρανα. Τα έδρανα υπόκεινται σε μεγάλα φορτία λόγω των δυνάμεων που ασκούνται από τα έμβολα καθώς και λόγω του βάρους του στροφαλοφόρου και του σφονδύλου. Ένα πολύ μικρό διάκενο ανάμεσα στις επιφάνειες τριβής επιτρέπει την παρουσία ενός λεπτού στρώματος από λιπαντικό έλαιο.

Σύστημα ανάφλεξηςΤα ηλεκτρικά συστήματα ανάφλεξης είναι μαγνητικά ή συστήματα συσσωρευτή και πηνίου. Το μαγνητικό σύστημα είναι αυτοδύναμο και χρειάζεται μόνο τους σπινθηριστές και την καλωδίωση, ενώ το σύστημα συσσωρευτή και πηνίου συνεπάγεται χρήση πολλών εξαρτημάτων. Το κύκλωμα περιλαμβάνει τον συσσωρευτή, ένας πόλος του οποίου γειώνεται, ενώ ο άλλος οδηγεί μέσω διακόπτη στην πρωτεύουσα περιέλιξη του πηνίου και σε έναν αυτόματο διακόπτη.

27

Ο σπινθηριστής λειτουργεί κάτω από αντίξοες συνθήκες. Είναι εκτεθειμένος στις υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις του θαλάμου καύσης καθώς και στις ρυπαντικές ιδιότητες των προϊόντων της καύσης. Απαιτεί επομένως μεγαλύτερη συντήρηση και είναι συνήθως το πλέον βραχύβιο εξάρτημα του βενζινοκινητήρα.

Το σύστημα έναυσης με πυκνωτή παρέχει σπινθήρα με μεγάλη ένταση, καθιστώντας έτσι ευκολότερη την έναυση ενός ψυχρού ή υπερπληρωμένου με καύσιμο κυλίνδρου. Συνεχίζει να προκαλεί σπινθήρα ακόμη και όταν στα ηλεκτρόδιά του σπινθηριστή υπάρχουν αποθέσεις ή έχει μεγαλώσει το διάκενο. Άλλα πλεονεκτήματα είναι ο μεγαλύτερος χρόνος ζωής του σπινθηριστή, καλύτερη έναυση για μεγαλύτερη περιοχή ταχυτήτων και μεγαλύτερη αντοχή στην υγρασία.Το μαγνητικό σύστημα είναι μια γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος με μόνιμο μαγνήτη, για τη λειτουργία των σπινθηριστών. Το σύστημα αυτό απαιτεί μόνο σπινθηριστές, καλώδια και διακόπτες.

ΕξαεριωτήςΟ εξαεριωτής της βενζίνης είναι διάταξη που εισάγει καύσιμο σε ρεύμα αέρα, καθώς

αυτός εισρέει στον κινητήρα. Ο πλωτήρας, που ενεργοποιεί την βαλβίδα, διατηρεί τη στάθμη της βενζίνης σε κατάλληλο επίπεδο. Ο αέρας που εισρέει προσπερνά τη βαλβίδα ρύθμισης της παροχής- τύπου πεταλούδας- και προωθείται προς τους κυλίνδρους. Κατά τη διέλευσή του από τον λαιμό του σωλήνα βεντούρι, ο αέρας επιταχύνεται, δημιουργώντας υποπίεση και προκαλώντας έτσι την έγχυση καυσίμου από τον αναβλυστήρα.Ψεκασμός καυσίμου

Συστήματα με ψεκασμό βενζίνης, στα οποία το καύσιμο προωθείται με αντλία και ψεκάζεται κατ’ ευθείαν στον κύλινδρο, είχαν χρησιμοποιηθεί σε μηχανές αεροπλάνων πριν από τον Β’ Παγκόσμιο πόλεμο. Η απόδοση των κινητήρων αυτών ήταν

εξαιρετική, αλλά το μεγάλο κόστος τους, σε σχέση με τον κινητήρα με εξαεριωτήρα, περιόρισε τη διάδοσή τους.

Ένα σύγχρονο σύστημα ψεκασμού μπορεί να αποτελείται από μια απλή αντλία με ανάλογο σύστημα διανομής ή από πολλαπλές αντλίες.

Τα κυριότερα πλεονεκτήματα ψεκασμού της βενζίνης είναι: οικονομία καυσίμου λόγω ακριβέστερης αναλογίας καυσίμου προς αέρα , περισσότερη ισχύς λόγω της μη θέρμανσης του καυσίμου, αποφυγή τυχόν στερεών αποθέσεων και, τέλος, πιο ομοιόμορφη και άμεση τροφοδοσία καύσιμου μίγματος στους κυλίνδρους.

ΥπερτροφοδότηςΟ βαθμός πλήρωσης με αέρα σε έναν κινητήρα αυτοκινήτου φθάνει στο μέγιστο-λίγο παραπάνω από 80%- όταν η ταχύτητα του είναι η μισή περίπου της μέγιστης δυνατής, ενώ μειώνεται σημαντικά σε

28

μεγαλύτερες ταχύτητες. Η μείωση αυτή του εισαγόμενου αέρα, με την αύξηση της ταχύτητας, έχει ως αποτέλεσμα ανάλογες μεταβολές στη ροπή στρέψης στον στροφαλοφόρο άξονα. Έτσι η ισχύς φθάνει σε μια μέγιστη τιμή καθώς η ταχύτητα του κινητήρα αυξάνει. Σε ταχύτητες πάνω από την οριακή, η ανά κύκλο τροφοδοσία με αέρα ελαττώνεται τόσο γρήγορα ώστε η αποδιδόμενη ισχύς να είναι μικρότερη από τη αντίστοιχη σε χαμηλότερες ταχύτητες. Η ανικανότητα του κινητήρα να δεχθεί την απαραίτητη ποσότητα αέρα στις υψηλές ταχύτητες περιορίζει την απόδοσή του.

Το μειονέκτημα αυτό παρακάμπτεται με τη βοήθεια του λεγόμενου υπερτροφοδότη, δηλαδή μιας αεραντλίας, ή ενός φυσητήρα που αυξάνει την πίεση του αέρα ο οποίος εισέρχεται στους κυλίνδρους, επομένως και την ποσότητά του. Ο στροβιλοτροφοδότης χρησιμοποιεί έναν αεριοστρόβιλο, που λειτουργεί με τα καυσαέρια, για να κινήσει έναν φυγοκεντρικό φυσητήρα. Ο κινητήρας με υπερτροφοδότη αποκτά μεγαλύτερη ισχύ και λειτουργεί με μεγαλύτερη οικονομία καυσίμου. Οι κινητήρες των αεροπλάνων υπερτροφοδοτούνται συνήθως και

με κοινούς φυσητήρες και με στροβιλοτροφοδότες, για να εξασφαλίζουν ομαλή λειτουργία στα μεγάλα ύψη.

Σύστημα ψύξηςΟι κύλινδροι των ΜΕΚ χρειάζονται ψύξη. Οι περισσότεροι βενζινοκινητήρες είναι υγρόψυκτοι. Το υγρό κυκλοφορεί γύρω από τους κυλίνδρους απάγοντας θερμότητα, την οποία αποδίδει στο ψυγείο του κινητήρα. Το κύκλωμα περιλαμβάνει συνήθως θερμοστάτη για να κρατά τη θερμοκρασία στα χιτώνια των κυλίνδρων σταθερή. Στο σύστημα ψύξης επικρατεί συνήθως υπερπίεση για να ανυψώνει το σημείο ζέσης του ψυκτικού μέσου, έτσι ώστε το τελευταίο να διατηρείται σε υγρή κατάσταση και να διευκολύνεται η μεταφορά θερμότητας στο ψυγείο.

Ορισμένοι κινητήρες, κυρίως αεροπλάνων καθώς και μικρών μονάδων, όπως χορτοκοπτικές ή τα αλυσοπρίονα, είναι αερόψυκτοι. Η ψύξη με αέρα επιτυγχάνεται με τη διαμόρφωση λεπτών πτερυγίων στις εξωτερικές επιφάνειες των κυλίνδρων. Ο αέρας κυκλοφορεί ανάμεσα στα πτερύγια με τη βοήθεια φυσητήρων ή ανεμιστήρων. Οι κινητήρες των ελικοφόρων αεροπλάνων προσφέρονται ιδιαίτερα για ψύξη με αέρα από τις έλικες.Σύστημα λίπανσηςΗ λίπανση, που αποσκοπεί στη μείωση των τριβών, επιτυγχάνεται με παρεμβολή ενός υμένα ελαίου ανάμεσα στα τριβόμενα εξαρτήματα. Σημαντικό ρόλο στην συμπεριφορά των λιπαντικών ελαίων παίζει το ιξώδες, που όπως είναι γνωστό εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία.Το σύστημα λίπανσης τροφοδοτείται από την ελαιολεκάνη που βρίσκεται στη χαμηλότερη στάθμη του κινητήρα. Το λιπαντικό προωθείται με αντλία συνήθως οδοντωτή, υπό πίεση, σε σύστημα αγωγών ή διαύλων.

Το έλαιο προωθείται υπό πίεση στον στροφαλοφόρο και στους κύριους τριβείς του. Οι στρόφαλοι φέρουν ειδικές οπές που διευκολύνουν να φθάσει το έλαιο μέχρι τον πείρο κάθε στροφάλου. Καθώς το έλαιο εξέρχεται από τις οπές των στροφάλων εκτινάσσεται και διαβρέχει τα τοιχώματα των κυλίνδρων, τα έκκεντρα και τα έμβολα, φθάνοντας μέχρι και

29

τους πείρους των διωστήρων. Πρόσθετα ανοίγματα στα στελέχη των εκκέντρων τροφοδοτούν με έλαιο τους υδραυλικούς μηχανισμούς ανύψωσης των ωστηρίων των βαλβίδων, αν υπάρχουν. Η πίεση του ελαίου στους υδραυλικούς αυτούς ανυψωτές διατηρείται στην επιθυμητή στάθμη με ρυθμιστικές βαλβίδες.

( )Διωστήρας μηχανικήΓια τα άρθρα ομώνυμα, να δείτε Διωστήρας. διωστήρας είναι ένα μηχανικό κομμάτι που συνδέει τις δύο κινητές διαρθρώσεις των αξόνων και που επιτρέπει στη μετάδοση ένας δύναμη. Αυτός συνδέει manivelle μέσα bielle-manivelle σύστημα ποιος επιτρέπει στο μετασχηματισμό μιας κίνησης συνεχής περιστροφή στην εναλλακτική κίνηση περιστροφή ή μετάφραση.Προέλευσηbielle-manivelle σύστημα αντιπροσωπεύστε δίξως άλλο ο πιό σημαντικός καινοτομία XVε αιώνας. Η γερμανική τεχνική σκέψη αυτής της εποχής μας έχει κληροδοτήσει ένα εν λόγω ανώνυμο χειρόγραφο, που χρονολογείται των περιχωρών των 1430, «Ανωνυμία του πολέμου hussite "(1). Αυτός περιλαμβάνει αρκετά σχέδια των μύλων των μπράτσων που αποτελούν τη πρώτη που εμφανίζεται αντιπροσώπευση κάποιος αυτού του μηχανισμού: διακρίνει εκεί τέλεια τους διωστήρες που χειρίζονται των μπράτσων, και manivelles.Εξάλλου, οι τεχνικοί πιθανώς πολύ γρήγορα έχουν επιστραφεί το λογαριασμό ότι υπάρχει τα δύο νεκρά σημεία που μπορούν να αποκλείσουν το σύστημα, έτσι ώστε έχουν συνδέσει γρήγορα έναν πετώντας της αδράνειας στον άξονα στην περιστροφή, τιμόνι το που αποτελείται ενός τροχού ή μπαρών στο γνώμονα των παρεχόμενων των σφυριών και που αποτελούν τον πρόγονο ρυθμιστής των σφαιρών.ΓενικότηταΧρησιμοποιημένοι μέσα στους θερμικούς κινητήρες, οι διωστήρες μετασχηματίζουν την ευθύγραμμη εναλλακτική κίνηση έμβολα σε μια συνεχή περιστροφική κίνηση (ή σχεδόν!) στροφαλοφόρος άξονας.Ένας διωστήρας κινητήρας το αυτοκίνητο περιλαμβάνει δύο τρυπήματα εγκύκλιοι, ένας μικρού διάμετρος, αποκαλούμενος πόδι του bielle', και άλλος της μεγάλης αποκαλούμενης διαμέτρου, κεφάλι του διωστήρα.Το πόδι του διωστήρα δεσμεύεται γύρω από τον άξονα έμβολο. Ο άξονας του εμβόλου μπορεί να είναι ελεύθερος μέσα στο σφιχτό έμβολο και μέσα στο σφιχτό πόδι του διωστήρα, μέσα στο ελεύθερο έμβολο και μέσα στο ακόμη ελεύθερο πόδι του διωστήρα ή μέσα στο ελεύθερο έμβολο και μέσα στο πόδι του διωστήρα (η πιό διαδεδομένοη συνέλευση). Η τριβή ανάμεσα στο διωστήρα και τον άξονα μειώνεται από την επέμβαση ανάμεσα στα δύο κινητά κομμάτια ενός που καλύπτεται ή που αποτελείται circulaire δακτυλιδιού του anti-friction μετάλλου (bronze, παραδείγματος χάρη), ή των ρουλεμάν (στις βελόνες συνήθως).Το κεφάλι του διωστήρα, εσωκλείει maneton του στροφαλοφόρου άξονα. Να επιτρέψει στη συνέλευση σε περίπτωση ενός που συγκεντρώνεται στροφαλοφόρου άξονα, το κεφάλι κόβεται σ δύο μέσα σε ένα διαμετρικό πλάνο perpendiculaire στον γενικό άξονα του κομματιού. Το που κόβεται μέρος καλείται το καπέλο του διωστήρα. Μετέπειτα τη συνέλευση, το καπέλο (ή pontet) συγκεντρώνεται εκ νέου στο υπόλοιπο του διωστήρα από μπουλόνια. Αντίθετα, ο διωστήρας μπορεί να είναι του ενός μόνου κομματιού εάν ο στροφαλοφόρος άξονας αποτελείται μερών των που συγκεντρώνονται μετέπειτα τη συνέλευση του διωστήρα; είναι η περίπτωση κινητήρας στους 2 κυλίνδρους 2CV ποιος συγκεντρώνεται από σφιχτοί emmanchements. Το συγκρότημα διωστήρα (manivelle και διωστήρας) δεν είναι πια αποσυνθετό.Η τριβή ανάμεσα στο σύνολο διωστήρας/καπέλο και maneton μειώνεται από την επέμβαση ανάμεσα στα κινητά κομμάτια δύο demi-coussinets του χάλυβα που καλύπτονται στις εσωτερικές αντιμετωπίσεις τους του anti-friction μετάλλου (γενικά rose μέταλλο ή régule), ή των ρουλεμάν.Λόγω μια έλλειψη λίπανση ή ένας échauffement υπερβολικά σημαντικός, το antifriction μέταλλο μπορεί να λειώσει, και η εξαφάνισή του ανάμεσα στα κινητά κομμάτια προκαλεί ένα παιχνίδι που παράγει τα τα καταστρεπτικά χτυπήματα και σοκ: λέει ότι το διωστήρα τρέχουν, (πράγματι είναι το τρυφερό μέταλλο που έχει λειώσει και έχει τρέξει)… . Ο διωστήρας υποβάλλεται επίσης σε σοκ ενώ ο κινητήρας υποβάλλεται στο φαινόμενο

30

cliquetis. Αυτό μπορεί να περιλάβει bris του διωστήρα να αποφύγει αυτές ενοχλήσεις, ακόμη αρκετά συχνός υπάρχει μερικά έτη, τα κεφάλια και τα πόδια των διωστήρων τρυπιούνται των μικρών αγωγών που επιτρέπουν στο λάδι κινητήριος για να κυκλοφορήσουν, να λιπάνουν και να δροσίσουν τις μεταλλικές αντιμετωπίσεις σε επαφή. Ο σύγχρονος σύλληψη των αιθουσών της καύσης περιορίζει το φαινόμενο cliquetis. Εκείνοι μπορούν, παρόλα αυτά, να επανεμφανιστούν ενώ χρησιμοποιεί ένα σύστημα του κομπρεσέρ στους κινητήρες της βενζίνης ( πετρελαιοκίνητοι κινητήρες δεν επηρεάζεται).ΣύλληψηΟ διωστήρας πρέπει να είναι ο πιό ελαφρός πιθανός για να μειώσει τα αποτελέσματα balourd στους άξονες. Το σύνολο διωστήρας + το έμβολο απαιτεί μια μάζα της εξισορρόπησης που βρίσκει manivelle. Όπως ενεργεί στη συσκευή αποστολής σημάτων της προσπάθειας, ο διωστήρας είναι sousmise σε παρακλήσεις της έλξης/συμπίεση (συνήθως συμπίεση). Το μήκος του περιορίζεται από εκτιμήσεις της αντίστασης flambage. Το τμήμα του είναι επομένως ο πιό λεπτός πιθανό (μεγάλος στιγμή της αδράνειας). Επιπλέον, πρέπει να είναι ο πιό μακρύς πιθανή έτσι ώστε bielle-manivelle μηχανισμός παρατηρήστε μια αρκετά κανονική κίνηση. Προφανώς, όλος είναι επιστήμονας δοσολογία: ένας μακρύς διωστήρας επιστρέφει επίσης τον κινητήρα compact και θα είναι μοιραία πιό βαρύς. Ψάχνει επομένως τη optimale μορφή που επιτρέπει στην ελαφρότητα, το μήκος και την αντίσταση. Αυτή η εργασία γίνεται ταυτόχρονα με την ανάπτυξη του εμβόλου να επιτρέψει σε ένα ανώτατο μήκος του διωστήρα χωρίς θυσιάζοντας τη στερεότητα του εμβόλου.ΚατασκευήΟ διωστήρας είναι ένα κομμάτι σφυρηλάτηση. Το έμβολο, σχετικά μετον, συμμορφώνεται. Μια μήτρα πιέζει το διωστήρα με τα που διαστασιολογούνται προσοφθάλμιά του. Τα προσοφθάλμια επεξεργάζονται στη μηχανή, το κεφάλι του διωστήρα κόβεται τότε με τη βοήθεια ενός λαιμητόμου να επιτρέψει στον καθορισμό στο στροφαλοφόρο άξονα (αποσυνθετός διωστήρας μόνο). Μπορεί έπειτα να καθορίσει τα ρουλεμάν. Η έκφραση να τρέξει έναν διωστήρα αφορά αυτά ρουλεμάν που, απότο ελάττωμα της λίπανσης, θερμαίνουν και… λειώνει. Θα σημειώσει επίσης ότι, σε έναν θερμικό κινητήρα που ανέρχεται μέσα στο συνηθισμένο νόημα (αμπάρωμα στο κάλυμμα), το κεφάλι του διωστήρα είναι κάτω!Το μέλλονΤο νέο σύστημα MCE-5 προετοιμάζεται για να επαναστατήσει το διωστήρα, αυτός επιτρέπει πράγματι σε ένα μεταβλητό ποσοστό της συμπίεσης; επιπλέον, η ώθηση που είναι σχεδόν πάντα μέσα στον άξονα, το μήκος της φούστας του εμβόλου μπορεί να μειωθεί (που μειώνουν έτσι τις τριβές).

Εγκέφαλος αυτοκινήτουΑπό τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδειαΜετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση Οι όροι Μονάδα Ελέγχου Κινητήρα (Engine Control Unit / ΕCU), ή Κεντρική Ηλεκτρονική Μονάδα Ελέγχου, είναι δυο από τις πολλές ονομασίες οι οποίες χρησιμοποιούνται για τον εγκέφαλο αυτοκινήτου, όπως έχει επικρατήσει να ονομάζεται από τους τεχνικούς οχημάτων. Πρόκειται για ολοκληρωμένη μονάδα ηλεκτρονικού υπολογιστή οι οποία, στα σύγχρονα αυτοκίνητα και φορτηγά, χρησιμοποιείται για τον έλεγχο όλων των λειτουργιών του ηλεκτρικού συστήματος αλλά και άλλων υποσυστημάτων του οχήματος.Ο εγκέφαλος έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να ελέγχει κάθε σύστημα πάνω στο αυτοκίνητο. Τα πρώτα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου του κινητήρα αποτελούνταν από αρκετά ξεχωριστά ηλεκτρονικά συστήματα έλεγχου, σήμερα όμως υπάρχει μια τάση να χρησιμοποιείται ένα και μόνο ένα ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου, το οποίο είναι ο εγκέφαλος.

ΧρήσειςΑν και οι πρώτοι υπολογιστές για το αυτοκίνητο προορίζονταν αποκλειστικά για τον έλεγχο λειτουργιών του κινητήρα, όπως τον έλεγχο του μείγματος καυσίμου-αέρα και της

31

ανάφλεξης / εκκίνησης, σήμερα είναι στάνταρ ο έλεγχος και άλλων υποσυστημάτων. Τέτοια είναι τα συστήματα:αντι-μπλοκαρίσματος φρένων (ABS),αντι-ολίσθησης (traction control system),ηλεκτρονικής ευστάθειας (ΕSΡ),διατήρησης σταθερής ταχύτητας (cruise control),ηλεκτρονικής ανάρτησης,4-κίνησης (κίνηση με τους τέσσερις τροχούς),ηλεκτρονικού κλιματισμού,σταθεροποίησης τάσης εξόδου του εναλλακτήρα (γεννήτριας),φόρτισης μπαταρίας.Άλλα υποσυστήματα που μπορεί να ελέγχονται από μικροελεγκτή είναι τα φώτα πορείας, ο φωτισμός του χώρου επιβατών, οι υαλοκαθαριστήρες και η αντίσταση θέρμανσης του πίσω παρμπρίζ.

Μέρη ΜικροελεγκτήςΟ εγκέφαλος αποτελείται από ένα ή περισσότερα τυπωμένα κυκλώματα (πλακέτες) όπου ένας κεντρικός μικροεπεξεργαστής (μικροελεγκτής), υποστηριζόμενος από μνήμες και άλλα περιφερειακά, διαβάζει και ελέγχει, μέσω κατάλληλης εξωτερικής αρτηρίας (bus) δεδομένων αλλά και απευθείας σύνδεσης, τα διάφορα υποσυστήματα του αυτοκινήτου. Στα σύγχρονα επιβατικά και φορτηγά οχήματα, το καθιερωμένο εξωτερικό bus είναι το CAN.

ΜνήμεςΟ μικροελεγκτής χρειάζεται ένα μέσο (μνήμη) για το λογισμικό του και για αποθήκευση μόνιμων και προσωρινών πληροφοριών. Οι τύποι ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μνήμης πού χρησιμοποιούνται σε εγκεφάλους αυτοκινήτου είναι:ROM (Read Only Memory) (μνήμη μόνο για ανάγνωση). Χρησιμοποιείται ως μνήμη προγράμματος.RAM (Random Access Memory) (μνήμη τυχαίας προσπέλασης). Η RAM, όταν τροφοδοτείται μέσω του διακόπτη αναφλέξεως, θα χάσει τα δεδομένα, όταν ο διακόπτης τεθεί στη θέση κλειστό (off). Μια μορφή της RAM είναι η KAM (Keep Alive Memory). Αυτή παίρνει ρεύμα από τη μπαταρία, παρακάμπτοντας το διακόπτη ανάφλεξης κι έτσι θα χάσει τα δεδομένα της μόνο όταν αποσυνδεθεί ή αδειάσει τελείως η μπαταρία.PROM (Programmable ROM) (προγραμματιζόμενη μνήμη μόνο για ανάγνωση). Εκτός από το απαραίτητο βασικό λογισμικό, περιέχει ειδικές πληροφορίες που αφορούν αυτό ακριβώς το αυτοκίνητο στο οποίο είναι τοποθετημένος ο εγκέφαλος. Αυτές οι πληροφορίες μπορεί να χρησιμοποιηθούν πχ για να πληροφορούν τον μικροελεγκτή για τον ηλεκτρικό εξοπλισμό του συγκεκριμένου αυτοκινήτου. Επίσης, η PROM περιέχει το λεγόμενο χάρτη, δηλαδή τον πίνακα με την επιθυμητή σχέση στροφών κινητήρα - προπορείας ανάφλεξης (αβάνς) - ποσότητας εγχυόμενου καυσίμου. Σε πολλές περιπτώσεις το ηλεκτρονικό κύκλωμα του εγκεφάλου παραμένει το ίδιο σε πολλά μοντέλα του ίδιου κατασκευαστή, διαφοροποιώντας μόνο την PROM. Συχνά, εκείνο το τμήμα της PROM το οποίο δεν αφορά το βασικό λογισμικό συνδέεται σε ειδική υποδοχή, ώστε να μπορεί να τροποποιείται (πχ για αγωνιστική χρήση).EEPROM (Electrically Erasable PROM) και NVRAM (Non Volatile RAM). Επιτρέπουν την αλλαγή των πληροφοριών που περιέχουν, από τον κεντρικό μικροελεγκτή και δεν χάνουν τα δεδομένα όταν απωλεστεί η τροφοδοσία τους. Μερικοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν αυτό τον τύπο μνήμης για να αποθηκεύσουν πληροφορίες που αφορούν τα διανυθέντα χιλιόμετρα, αριθμό κυκλοφορίας κα.

CAN bus

Το CAN bus είναι ένας σειριακός ψηφιακός τρόπος σύνδεσης του εγκεφάλου με τα υποσυστήματα του αυτοκινήτου, ο οποίος χρησιμοποιεί μόλις 2 καλώδια. Πάνω σε αυτά τα 2 καλώδια είναι συνδεδεδεμένα τα περιφερειακά με σύνδεση συμβατή με CAN bus, όπως έξυπνοι αισθητήρες, μονάδα ηλεκτρονικής ανάφλεξης, υποσύστημα ABS, ενσωματωμένος υπολογιστής ταξιδιού, ελεγκτές φώτων. Εκεί συνδέεται και η

32

διαγνωστική υποδοχή (φίσα), μέσω της οποίας το διαγνωστικό μηχάνημα του συνεργείου μπορεί να πάρει πληροφορίες για την κατάσταση του οχήματος και να εντοπίσει τη βλάβη.Έτσι, τα αναλογικά περιφερειακά μπορούν να διαθέτουν δικό τους μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό και μικροελεγκτή, πχ έξυπνοι αισθητήρες και ηλεκτρομηχανικοί ενεργοποιητές (actuators), ώστε οι καλωδιώσεις προς τον εγκέφαλο να είναι καθαρά ψηφιακές. Αυτή η φιλοσοφία απλοποιεί αισθητά την καλωδίωση δίνοντας ταυτόχρονα δυνατότητα για σύνθετες λειτουργίες, ενώ διευκολύνει τη διάγνωση βλαβών.

Κυκλώματα προστασίαςΖωτικά για την απρόσκοπτη λειτουργία του οχήματος, αλλά και την ασφάλεια των επιβαινόντων σ' αυτό, είναι τα κυκλώματα προστασίας που παρεμβάλλονται μεταξύ του ηλεκτρικού κυκλώματος τροφοδοσίας του αυτοκινήτου και του κυκλώματος τροφοδοσίας του εγκεφάλου το οποίο παίρνει τάση από το πρώτο. Κατ' αυτό τον τρόπο, οι ανεπιθύμητες παρεμβολές του ηλεκτρικού συστήματος δεν επηρεάζουν τη λειτουργία της κεντρικής μονάδας ελέγχου. Ανάλογα κυκλώματα προστασίας διαθέτει οποιαδήποτε άλλη είσοδος ή έξοδος του εγκεφάλου.

Ειδικές περιπτώσειςΕάν υπάρξει δυσλειτουργία ή αντικανονική λειτουργία του συστήματος (βλάβη), τότε ο εγκέφαλος περνάει σ’ένα εφεδρικό λογισμικό ανάγκης (SOS), με τη βοήθεια του οποίου αποφεύγεται η ακινητοποίηση του οχήματος. Όταν αυτό ενεργοποιηθεί, λαμβάνονται αρχικές τιμές αντί των τιμών που δίνουν οι αισθητήρες, οι οποίοι αγνοούνται. Το λογισμικό ανάγκης σταθεροποιεί τη λειτουργία του κινητήρα μέσα σε φυσιολογικά όρια. Για παράδειγμα, εάν το σύστημα ελέγχου της θερμοκρασίας παρουσιάσει μια δυσλειτουργία στον αισθητήρα θερμοκρασίας περιβάλλοντος τότε, αντί να σταματήσει τη λειτουργία του εγκεφάλου, λαμβάνει σταθερές τιμές που έχει δώσει ο κατασκευαστής στο πρόγραμμα του εγκεφάλου ή λαμβάνει ως θερμοκρασία την τελευταία που έχει καταγραφεί πριν τη βλάβη. Αυτό επιτρέπει στον εγκέφαλο να λειτουργήσει σε οριακή βάση αντί να σταματήσει τελείως.

Έλεγχος κινητήραΣυμβατικό σύστημα τροφοδοσίας καυσίμουΤα καρμπυρατέρ χρησιμοποιούνταν στο μεγαλύτερο διάστημα του άνω του ενός αιώνα ζωής των μηχανών εσωτερικής καύσης τύπου Όττο (βενζινοκινητήρων). Όμως η έλευση της ηλεκτρονικής επανάστασης στη δεκαετία του 1980 κατάφερε να βρει τρόπο διείσδυσης στην αυτοκίνηση, παραγκωνίζοντας σε σύντομο χρονικό διάστημα τόσο το καρμπυρατέρ όσο και το διανομέα (ντιστριμπιτέρ). Από ένα σημείο και μετά, τα μηχανικά συστήματα αντικαθίστανται από ισχυρά ολοκληρωμένα κυκλώματα (αρχικά αναλογικά και έπειτα ψηφιακά) τα οποία αναλαμβάνουν τον έλεγχο της λειτουργίας του κινητήρα.Οι κυριότεροι λόγοι για τους οποίους το καρμπυρατέρ έχει εκλείψει σήμερα παντελώς από τα αυτοκίνητα είναι η ανάγκη συνεχών ρυθμίσεων και η μεγάλη σπατάλη καυσίμου, η οποία δεν συμβαδίζει με τις διεθνείς προδιαγραφές εκπομπής καυσαερίων. Επιπέον, το καρμπιρατέρ έχει μεγαλύτερο κόστος από το σύστημα ψεκασμού. Όταν οι νόμοι για την προστασία του περιβάλλοντος απαίτησαν τη συνεργασία του συστήματος τροφοδοσίας με τον καταλύτη, τα καρμπιρατέρ θα έπρεπε να φορτωθούν με τα ίδια ηλεκτρονικά συστήματα με αυτά του συστήματος ψεκασμού τη στιγμή που, χάρη στη μαζικοποίηση της παραγωγής τους, οι τιμές των ακροφυσίων (μπεκ) που χρησιμοποιούνται στο δεύτερο, έπεφταν.Για πολλές δεκαετίες πάντως, το καρμπυρατέρ μονοπωλούσε το ενδιαφέρον των ασχολούμενων με τις μετατροπές μια και οι γνώστες ήξεραν ότι μέσω αυτής συσκευής μπορούσαν να επιτευχθούν πολύ καλύτερες αγωνιστικές επιδόσεις από αυτές του εργοστασίου, αρκεί η ρύθμιση να ήταν σωστή. Το ντιστριμπιτέρ, από την άλλη πλευρά, ήταν ο συνδετικός κρίκος ο οποίος ολοκλήρωνε μια τέτοια βελτίωση. Πολλές φορές η προσθήκη δυο διπλών καρμπυρατέρ απογείωνε τις επιδόσεις του κινητήρα, αλλά ταυτόχρονα πολλαπλασίαζε τον αριθμό τον επισκέψεων στο συνεργείο προκειμένου αυτά να μείνουν ρυθμισμένα σωστά.Ηλεκτρονικό σύστημα τροφοδοσίας καυσίμουΑντίθετα, και από την πρώτη στιγμή της εμφάνισής τους, τα ψηφιακά ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου τροφοδοσίας και ανάφλεξης ήταν σε θέση να αναλάβουν εξ

33

ολοκλήρου τη διαχείριση του κινητήρα, με μηδενικές απαιτήσεις συντήρησης, επομένως με μεγαλύτερη αξιοπιστία.Για τη λειτουργία ενός υπολογιστικού συστήματος απαιτείται η εισαγωγή δεδομένων και η ύπαρξη των συναρτήσεων ώστε να εξαχθεί το απαιτούμενο αποτέλεσμα. Τα δεδομένα στον υπολογιστή ενός αυτοκινήτου παρέχονται αυτόματα από τους αισθητήρες που είναι τοποθετημένοι στην εισαγωγή την εξαγωγή αλλά και στο ίδιο το σώμα του κινητήρα. Αυτοί οι αισθητήρες φροντίζουν να ενημερώνουν τον εγκέφαλο με δεδομένα γύρω από την κατάσταση του κινητήρα, τις απαιτήσεις του οδηγού από αυτόν και τις συνθήκες του περιβάλλοντος. Όσο περισσότεροι οι αισθητήρες, τόσο πληρέστερη θα είναι η εικόνα που έχει η κεντρική υπολογιστική μονάδα του ώστε να αποφασίσει σωστά. Αν όμως για λόγους οικονομίας ή απλότητας απουσιάζουν κάποιοι αισθητήρες, ο μικροελεγκτής είναι υποχρεωμένος αλλά και ικανός, στις περισσότερες περιπτώσεις, να προβεί σε εκτιμήσεις ως προς τις ελλείπουσες πληροφορίες, με βάση τους κανόνες που περιέχονται στο λογισμικό του.Η ελάχιστη δυνατή σύνθεση αισθητήρων με την οποία μπορεί να λειτουργήσει ένας εγκέφαλος αυτοκινήτου αφορά τις ακόλουθες παραμέτρους:Θέση πεταλούδας εισαγωγής.Θέση στροφαλοφόρου άξονα-εκκεντροφόρου άξονα.Θερμοκρασία ψυκτικού υγρού.

Αισθητήρας λ.

Μάζα εισερχόμενου, στους κυλίνδρους, αέρα.Αισθητήρας κρουστικής καύσης (knock sensor).Οι αισθητήρες αυτοί παρέχουν αναλογική έξοδο (πχ 0 έως 5 Volt) η οποία στη συνέχεια μεταφράζεται, μέσα στον εγκέφαλο ή πάνω στο αισθητήριο, από ένα μετατροπέα του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον μικροελεγκτή της κεντρικής μονάδας.Ο εγκέφαλος με την σειρά του, αφού επεξεργαστεί όλες τις πληροφορίες που τον αφορούν, δίνει εντολές σε υποσυστήματα όπως αυτό της τροφοδοσίας καυσίμου. Εξαιτίας της ύπαρξης διαφορετικών συστημάτων ψεκασμού αλλά και του τρόπου λειτουργίας του τελευταίου που να ψεκάζει σε σειρά (κάθε ακροφύσιο προγραμματίζεται) ή παράλληλα (όλα τα ακροφύσια λειτουργούν ταυτόχρονα).Οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται από την υπομονάδα ηλεκτρονικού ελέγχου του κινητήρα είναι περίπλοκοι. Η λειτουργία του κινητήρα πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε αφενός να ικανοποιεί τις απαιτήσεις της νομοθεσίας για τις εκπομπές καυσαερίων, αφετέρου να ικανοποιεί τους στόχους του κατασκευαστή (αξιοπιστία και επιδόσεις).Ο βασικός αλγόριθμος ελέγχου της ποσότητας βενζίνης που πρέπει να ψεκαστεί αποτελείται από μια σειρά πολλαπλασιαζόμενων μεταξύ τους αριθμών, τους οποίους το λογισμικό επιλέγει μέσα από διάφορους πίνακες που ονομάζονται χάρτες. Ο εγκέφαλος θα αποφασίζει, για κάθε στιγμή λειτουργίας, την ποσότητα της βενζίνης που θα εισέλθει στο θάλαμο καύσης, με βάση τα δεδομένα των παραπάνω αισθητήρων. Δηλαδή αυτό που κάνει είναι να καθορίζει την εκάστοτε χρονική διάρκεια του ανοίγματος των ακροφυσίων.Οι διαθέσιμες τιμές διάρκειας ανοίγματος των ακροφυσίων σχηματίζουν έναν πίνακα στον οποίο ο εγκέφαλος, γνωρίζοντας τις στροφές και το φορτίο του κινητήρα, ανατρέχει και λαμβάνει την τιμή που αντιστοιχεί για παράδειγμα στις 1000 στροφές ανά λεπτό. Αντίστοιχοι πίνακες υπάρχουν στη μνήμη του για κάθε μια από τις παραμέτρους που ελέγχονται από του αισθητήρες.

Σύστημα εξαγωγής

34

Τα καυσαέρια περνούν μέσα από τον σιγαστήρα που περιορίζει τις ηχητικές ταλαντώσεις. Ο σιγαστήρας αποσβένει τις ταλαντώσεις αυτές έτσι ώστε τα καυσαέρια να εξέρχονται

σχετικά ομαλά και χωρίς μεγάλο θόρυβο. Οι συνηθέστεροι σήμερα σιγαστήρες χρησιμοποιούν θαλάμους συντονισμού που επικοινωνούν με τους χώρους διέλευσης των καυσαερίων. Από κάθε θάλαμο ξεκινούν ταλαντώσεις σε συχνότητα που καθορίζεται από τις διαστάσεις του. Οι ταλαντώσεις αυτές εξουδετερώνουν ή απορροφούν τις ταλαντώσεις του διερχόμενου ρεύματος των καυσαερίων, που έχουν την ίδια περίπου συχνότητα. Αρκετοί τέτοιοι θάλαμοι, ένας για κάθε μία από τις επικρατέστερες συχνότητες στο ρεύμα των καυσαερίων μειώνουν αποτελεσματικά τον θόρυβο. Στο σύστημα εξαγωγής προστίθενται συχνά συσκευές ελέγχου των καυσαερίων, με σκοπό τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Μέσα

στο σιγαστήρα τοποθετούνται κατάλληλοι καταλύτες (υλικά που διευκολύνουν επιλεκτικά επιθυμητές χημικές αντιδράσεις), έτσι ώστε να μειώνεται η εκπομπή άκαυστων υδρογονανθράκων ή μονοξειδίου του άνθρακα.

Απόδοση

Ένα μέγεθος, που ονομάζεται μέση πίεση πέδησης λαμβάνεται με πολλαπλασιασμό της μέσης πίεσης ενός κινητήρα επί την μηχανική του απόδοση. Πρόκειται για έναν δείκτη που χρησιμοποιείται συχνά και εκφράζει την ικανότητα του κινητήρα να αναπτύξει χρήσιμη πίεση στους κυλίνδρους και επομένως να αποδώσει ισχύ.

Εφαρμογές

Είναι δυνατόν να κατασκευαστούν βενζινοκινητήρες για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις οποιασδήποτε μονάδας παραγωγής ισχύος. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όμως, ηλεκτροκινητήρες ή άλλα είδη μηχανών παρουσιάζουν ορισμένα πλεονεκτήματα. Οι σημαντικές εφαρμογές για τις οποίες ο βενζινοκινητήρας υπερτερεί ίσως των άλλων βρίσκονται στον χώρο των επιβατικών αυτοκινήτων, των μικρών φορτηγών και λεωφορείων, των αεροσκαφών, των εξωλέμβιων και των μικρών εσωλέμβιων ναυτικών μηχανών, καθώς και των αντλητικών συγκροτημάτων μέσης ισχύος. Οι κινητήρες των αυτοκινήτων ποικίλλουν σε αριθμό κυλίνδρων και ιπποδύναμη από μικρούς τετρακύλινδρους κινητήρες με ιπποδύναμη μικρότερη από 100 ίππους έως κινητήρες των 8.000 και πλέον κυβικών εκατοστομέτρων με ιπποδύναμη μεγαλύτερη από 400 ίππους. Οι κινητήρες αυτοί ικανοποιούν τις ανάγκες της αυτοκινητοβιομηχανίας σε τέτοιο βαθμό ώστε μέχρι πρότινος, τουλάχιστον, δεν είχαν κανέναν συναγωνισμό.

35

. . .ΤΟΜΕΛΛΟΝΤΩΝΜΕΚ

Οι σύγχρονες ανάγκεςΤα πλεονεκτήματά του κινητήρα εσωτερικής καύσης του έδωσαν τη δυνατότητα να εκτοπίσει τους άλλους τύπους κινητήρων (εξωτερικής καύσης, ηλεκτροκινητήρες) και να αποτελεί εδώ και έναν αιώνα τον κυρίαρχο τύπο κινητήρα αυτοκινήτων, βρίσκοντας παράλληλα και μια σειρά άλλες εφαρμογές.

Μπορεί το 1900 οι άνθρωποι να ενδιαφέρονταν πρώτα απ’ όλα για το πώς θα εξασφαλίσουν ένα μεταφορικό μέσον και να μην ενδιαφέρονταν για την ποσότητα και την ποιότητα των καυσαερίων που σκορπούσε στο πέρασμά του το αυτοκίνητο, όπως δεν ενδιαφέρονταν ιδιαίτερα ούτε και για την ποσότητα του καυσίμου που κατανάλωναν οι κινητήρες των αυτοκινήτων. Σήμερα όμως τα πράγματα έχουν αλλάξει. Τα γνωστά παγκόσμια αποθέματα σε πετρέλαιο αρκούν με βάση την τωρινή ετήσια κατανάλωση, για να καλύψουν τις ανάγκες της ανθρωπότητας για 44,4.

Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης είναι ένας σημαντικότατος καταναλωτής των προϊόντων της κλασματικής απόσταξης του πετρελαίου, οπότε είναι απόλυτα φυσικό ένα μέρος των προσπαθειών εξοικονόμησης των υπαρχουσών και εξεύρεσης νέων πηγών ενέργειας, να αφορά τους κινητήρες αυτούς.

Οι κλασικοί τετράχρονοι εμβολοφόροι κινητήρες εσωτερικής καύσης δεν έπαψαν ποτέ να εξελίσσονται. Αρχικά στόχος των μηχανικών ήταν η αύξηση της ισχύος και της αξιοπιστίας των κινητήρων, σήμερα όμως που είναι γνωστοί πάρα πολλοί τρόποι αύξησης της ισχύος και πρόβλημα αξιοπιστίας πλέον δεν τίθεται, οι προσπάθειες των μηχανικών είναι προσανατολισμένες στη μείωση της κατανάλωσης και στον περιορισμό των εκπομπών βλαβερών ουσιών, στην ατμόσφαιρα.

Συστήματα άμεσου ψεκασμού"Αμεση" επίπτωση σε ισχύ και κατανάλωση

Τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα των κινητήρων άμεσου ψεκασμού είναι η επίτευξη μειωμένης κατανάλωσης καυσίμου και τα χαμηλά επίπεδα εκπομπής ρύπων

Όλες σχεδόν οι μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες παγκοσμίως, διεξάγουν εδώ και πολλά χρόνια μελέτες για το πέρασμα στην εποχή της απεξάρτησης από τις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως είναι το πετρέλαιο και τα παράγωγά του. Έχουν θέσει ως πρώτη προτεραιότητά τους την εξέλιξη των υπαρχόντων κινητήρων εσωτερικής καύσης, ώστε αυτοί να γίνουν όσο το δυνατόν περισσότερο οικονομικοί σε κατανάλωση καυσίμου, ενώ παράλληλα να είναι αρκετά αποδοτικοί και να περιορίζουν στο ελάχιστο δυνατό την εκπομπή ρύπων, όπως το διοξείδιο του άνθρακα.

ΒιοκαύσιμαTo επόμενο βήμα, είναι η παραγωγή καυσίμων από ανανεώσιμες πρώτες ύλες. Ένα τέτοιο είναι και το SunFuel, το οποίο παράγεται από βιομάζα και κυτταρική αιθανόλη και

36

χαρακτηρίζεται ως δεύτερης γενιάς βιοκαύσιμο. Η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που εκλύεται στο περιβάλλον κατά την καύση του είναι αντίστοιχη με την ποσότητα που απορροφάται από τα φυτά από τα οποία παράγεται η βιομάζα.Αυτή με τη σειρά της αποτελεί την πρώτη ύλη για την παραγωγή του SunFuel. Αυτό μπορεί, επίσης, να χρησιμοποιηθεί και σε συμβατικούς παλαιότερους πετρελαιοκινητήρες χωρίς καμία τροποποίηση, πετυχαίνοντας μείωση εκπεμπόμενων σωματιδίων κατά 30%, ενώ με κάποιες ρυθμίσεις του injection μειώνονται και τα παραγόμενα οξείδια του αζώτου κατά 30%. Το επόμενο βήμα στον τομέα των βιοκαυσίμων είναι η ανάπτυξη ειδικών κινητήρων εσωτερικής καύσης CCS (Combined Combustion System) για βιοκαύσιμα, συνδυάζοντας την οικονομία των σημερινών πετρελαιοκινητήρων με την ποιότητα καυσαερίων των κινητήρων βενζίνης.

ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ

Η βιοαιθανόλη περιέχει το ίδιο είδος αλκοόλης παυ συναντάται στην αλκοολικήζύμωση. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σάν εναλλακτικό καύσιμο, ωςυποκατάστατο της βενζίνης. Παράγεται απο πολύ απλές πηγές και η παραγωγή τουείναι αρκετά φθηνή. Αποτελεί μία πολλά υποσχόμενη εναλλακτική που μπορεί ναβοηθήσει στην απεξάρτηση απο το πετρέλαιο. Συνήθως αναμειγνύεται με τηνβενζίνη σε διάφορες αναλογίες. Η αιθανόλη που δέν περιέχει βενζίνη λέγεται Ε100ενώ αυτή που περιέχει 85% αιθανόλη και 15% βενζίνη, λέγεται Ε85. Σήμερα η Ε85αποτελεί την πιο διαδεδομένη μορφή βιοίθανόλης, αλλα και γενικά την πιοδιαδεδομένη μορφή βιοκαυσίμου στον κόσμο, μαζί με το βιοντίζελ. Μπορεί ναπαραχθεί απο πολύ απλές πρώτες ύλες, όπως σακχαρότετυλα, σακχαροκάλαμα,και γενικά βιομάζα. Εύλογα προκαλείται η περιέργειά σας απο την αυξημένηκατανάλωση των αυτοκινήτων που καταναλώνουν αυτό το καύσιμο, μίακατανάλωση 34% μεγαλύτερη απο αυτή των συμβατικών αυτοκινήτων. Αυτό τοπρόβλημα αυτονομίας μπορεί να λυθεί με μία μεγαλύτερη συμπίεση του καυσίμου.Τέλος αν συπεριλάβουμε οτι το κόστος της Ε85 στην Γαλλία είναι 0.80€Ετσι λοιπόν, αυτό είναι το πρώτο προσιτό αυτοκίνητο που θα κυκλοφορίσει στηνελλάδα και θα καταναλώνει αυτό το καύσιμο: Η Citroen C4 BIOFLEX. Πρόκειται γιαένα flexfuel αυτοκίνητο. Τι εστί όμως flexfuel; Flexfuel λέγεται το αυτοκίνητο πουκαταναλώνει κατ΄επιλογή του οδηγού δύο ή και περισσότερα είδη καυσίμου. Στηνσυγκεκριμένη περίπτωση αυτά τα δύο καύσιμα είνα η αμόλυβδη βενζίνη 95+οκτανίων και η βιοαιθανόλη Ε85. Το αυτοκίνητο αυτό κυκλοφορεί απο τονΣεπτέμβριο σε Γαλλία και Σουηδία και απο τον Μάιο θα κυκλοφορήσει και στιςυπόλοιπες ευρωπαικές χώρες. Η Citroen πουλάει ήδη αυτοκίνητα Flexfuel στηνΒραζιλία και το 2006 τα αυτοκίνητα αυτά αποτελούσαν το 65% των πωλήσεων. Το2007 (κρατηθείτε...) το ποσοστο αυτό έφτασε το 84%... Έτσι λοιπόν οι σταθμοίανεφοδιασμού με Ε85 φυτρώνουν σαν τα μανιτάρια, με αποτέλεσμα στην Γαλλίασήμερα να λειτουργούν 550 ενώ στη Σουηδία 650.Το αυτοκίνητο θα διατίθεται στην Ελλάδα με το κινητήρα των 1600cc ο οποίοςαποδίδει ιπποδύναμη 115 ίππων σε όλα τα επίπεδα εξοπλισμού του υπάρχοντοςμοντέλου. Στην αρχή θα διατίθεται μόνο στη έκδοση χάτσμπακ, ενώ υπάρχουνσκέψεις για έκδοση κουπέ με τον ίδιο κινητήρα. Η τιμή του θα βρίσκεται σταεπίπεδα μίας αντίστοιχης C4 Diesel. Έτσι το C4 θα βοηθήσει στη μέιωση τωνεκπομπών CO2, κι αυτό όχι λόγω της μείωσης των εκπομπών ρύπων του οχήματος(μείωση της τάξης των 9γρ) αλλά λόγω των μικρότερων εκπομπών κατα τη διάρκειατης παραγωγής της βιοαιθανόλης σε σχέση με τη βενζίνη (περίπου 30% κάτω). Ηκατανάλωση αγγίζει τα 9.8 λίτρα στα 100 χιλιόμετρα και 161 γραμμάρια CO2 αναχιλιόμετρο, σε αντίθεση με 7.1 λίτρα ανα 100 χιλιόμετρα και 170 γρ με τηβενζινοκίνητη έκδοση των 1600 cc. Παρά την αυξημένη κατανάλωση στη χρήση ηBioflex είναι πιο οικονομική. Με 7.81 € ανα χιλιόμετρο αφήνει πίσω τηνβενζινοκίνητη έκδοση με 9.23€ ανα χιλιόμετρο και την τιμή της βενζίνης στα 1.30€ανα λίτρο. Οι επιδόσεις έχουν πρός έκπληξη αυξηθεί αποδίδοντας 115 ίππους, σεσύγκριση με τα 100 της βενζινοκίνητης έκδοσης, στις 5800 σ.α.λ (μία βελτίωση κατα12

37

2%) και μέγιστη ροπή 15.3 kg ,απέναντι στα 147 της βενζινοκίνητης, στις 4000 σ.α.λ(βελτίωση κατα 4%)Η νέα πρόταση της Citroen αποτελεί μία πρόταση που αναμφίβολα αξίζει τηνπροσοχή μας.

ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ

Ένα υποσχόμενο βιοκαύσιμο, παραπλήσιο και άριστο υποκατάστατο τουσυμβατικού ντίζελ, είναι το βιοντίζελ , το οποίο προέρχεται από ανανεώσιμες πηγέςενέργειας (βιομάζα) όπως είναι τα φυτικά έλαια και τα ζωικά λίπη. Χρησιμοποιείταιευρύτατα σε όλη την Ευρώπη, ενώ στις ΗΠΑ η χρήση του είναι συνεχώςαυξανόμενη. Θεωρείται ως το πλέον διαδεδομένο βιοκαύσιμο το οποίο μπορεί ναχρησιμοποιηθεί τόσο αυτούσιο όσο και σε διάφορες αναλογίες σε μίγματα με τοσυμβατικό ντίζελ. Στην Ευρώπη προγραμματίζεται η χρήση βιοκαυσίμων στακαύσιμα κίνησης σε ποσοστό τουλάχιστον 2 % από 1/1/2006 με στόχο την αύξησήτους σε ποσοστό 5.75 % μέχρι 31/12/2010 με βάση την οδηγία 2003/30/ΕC τηςΕυρωπαϊκής Ένωσης. Αυτό σημαίνει ότι το βιοντίζελ θα πρέπει να προστεθεί στοντίζελ κίνησης τουλάχιστον στα ποσοστά αυτά, αφού είναι πρακτικά το μόνοχρησιμοποιούμενο βιοκαύσιμο που προσφέρεται για ανάμιξη με το συμβατικόντίζελ.Ως προϊόν ανανεώσιμων πηγών ενέργειας το βιοντίζελ είναι καθαρό, μη τοξικό καιβιοαποικοδομήσιμο καύσιμο, δεν περιέχει αρωματικές ενώσεις και οι εκπομπές τωνρυπαντών οξειδίων του θείου, μονοξειδίου του άνθρακα, άκαυστωνυδρογονανθράκων και αιθάλης που προέρχονται από την καύση του στις μηχανέςντίζελ είναι πολύ χαμηλές. Η παρουσία του θείου στα καύσιμα ευθύνεται για ταοξείδια του θείου (SOx) στα καυσαέρια τα οποία αποτελούν έναν από τουςκυριότερους ρύπους του ντίζελ. Στο βιοντίζελ η περιεκτικότητα σε θείο είναι πάραπολύ μικρή, σχεδόν μηδενική. Επίσης, το βιοντίζελ περιέχει αρκετό οξυγόνο(περίπου 10% κ.β.) που καθιστά την καύση λιγότερο ατελή, με αποτέλεσμα ηπεριεκτικότητα των καυσαερίων σε μονοξείδιο του άνθρακα (CO), σε άκαυστουςυδρογονάνθρακες (H/C) και σε αιθάλη να είναι πολύ μικρότερη απ΄ότι στοσυμβατικό ντίζελ. Επιπλέον, η καύση του βιοντίζελ δεν αυξάνει το επίπεδο τουδιοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα (το οποίο είναι υπεύθυνο για το φαινόμενοτου θερμοκηπίου), αφού η ποσότητα του CO2 που απελευθερώνεται κατά τηδιάρκεια της καύσης αφομοιώνεται στη συνέχεια από το φυτό κατά τηφωτοσύνθεση. Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει το τυπικό προφίλ εκπομπών από13την καύση του καθαρού βιοντίζελ (Β100), αλλά και ενός από τα πλέον συνηθισμέναμίγματά του με συμβατικό ντίζελ το οποίο αποτελείται από 20% βιοντίζελ και 80%ντίζελ (Β20), χρησιμοποιώντας ως αναφορά τις εκπομπές από την καύση τουπετρελαϊκού ντίζελ.

Υβριδικά και ηλεκτρικά οχήματαΤα τελευταία χρόνια έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες για την και έχει δωθεί , σημαντική προτεραιότητα στην εύρεση εναλλακτικών τρόπων μετακίνησης, με την κατασκευή και εξέλιξη υβριδικών ή ηλεκτρικών οχημάτων.

Λειτουργία υβριδικού οχήματος με συνδυασμό βενζινοκινητήρα νέας τεχνολογίας χαμηλών ρύπων και ηλεκροκινητήρα.

38

1. Κατά την ομαλή εκκίνηση του αυτοκινήτου τους τροχούς κινεί αποκλειστικά ο ηλεκτροκινητήρας που αντλεί ενέργεια από τη συστοιχία των συσσωρευτών

2. Στη συνέχεια, επιταχύνοντας εμπλέκεται και ο βενζινοκινητήρας ο οποίος εκτός από την κίνηση των τροχών κινεί έμμεσα -μέσω μιας γεννήτριας- και τον ηλεκτροκινητήρα. Ο συνδυασμός των δύο μονάδων προσφέρει ιδιαίτερα χαμηλή κατανάλωση καυσίμου όπως και εκπομπές ρύπων.

3. Όταν οι απαιτήσεις για επιτάχυνση είναι ιδιαίτερα αυξημένες, ο ηλεκροκινητήρας αντλεί ενέργεια και από τις μπαταρίες παρέχοντας το μέγιστο της ισχύος της υβριδικής διάταξης

4. Κατά την επιβράδυνση η "ελεύθερη" κίνηση των τροχών περιστρέφει τον ηλεκτροκινητήρα, ο οποίος λειτουργεί πλέον σαν γεννήτρια επαναφορτίζοντας τις μπαταρίες

5. Όταν τα αποθέματα της μπαταρίας εξαντληθούν, το έργο της κίνησης του αυτοκινήτου αλλά και του ηλεκτροκινητήρα αναλαμβάνει ο βενζινοκινητήρας μέχρι να επαναφορτιστεί

Ηεφικτή λύση

Υπερβολές;

39

Τα τελευταία χρόνια αυτοκίνητο και μοτοσικλέτα δέχονται αδικαιολόγητα , ασφυκτική πολιτική και κοινωνική πίεση για ό τι έχει να κάνει με την ατμοσφαιρική

ρύπανση γενικότερα και πιο ειδικά με την εκπομπή καυσαερίων που προκαλούν το .φαινόμενο του θερμοκηπίου και την τρύπα του όζοντος

, , Αν και κανείς δεν αντιλέγει ότι οι μεταφορές γενικότερα έχουν το δικό τους , . . μερίδιο στην ατμοσφαιρική ρύπανση εν τούτοις δεν δέχονται την ίδια πίεση π χ η

, , , αλόγιστη ανοικοδόμηση η βιομηχανία η αεροπορία η οικιακή κατανάλωση - ενέργειας και όποιες άλλες δραστηριότητες προκαλούν και μάλιστα πολύ

- .μεγαλύτερη ατμοσφαιρική ρύπανση

/ Για την αντιμετώπιση της ρύπανσης που προκαλείται από αυτοκίνητα 1967 , μοτοσικλέτες υιοθετήθηκαν κάμποσες λύσεις από το μέχρι σήμερα αλλά όπως

, φαίνεται η λεγόμενη υβριδική τεχνολογία είναι αυτή τη στιγμή η πιο αποτελεσματική από αυτές που άμεσα μπορούν να περάσουν στη μαζική παραγωγή

.χωρίς να κάνουν το κόστος απαγορευτικό

. , Δύο είναι οι βασικοί λόγοι της επιτυχίας της Πρώτον τα υβριδικά αυτοκίνητα δεν κοστίζουν πολύ ακριβότερα από τα συμβατικά και δεύτερον έχουν εφάμιλλες και

, πολλές φορές καλύτερες επιδόσεις και μάλιστα με χαμηλότερη κατανάλωση άρα CO2 . και εκπομπή που είναι το μεγάλο πρόβλημα των βενζινοκινητήρων Τελευταία

.δε έχουμε και πετρελαιοκίνητα υβριδικά

Η εξέλιξη της υβριδικής τεχνολογίας μάς δίνει τη δυνατότητα επιλογής ανάμεσα σε ( 4 4) αρκετά μοντέλα ακόμη και τζιπ Χ με διαφορετικές προδιαγραφές και βέβαια.κόστος

Ηαυξημένη τους τιμή αντισταθμίζεται εν μέρει από τη μείωση των δασμών και . « » μακροχρόνια από το χαμηλότερο κόστος χρήσης Στα μείον πρέπει να

( 2 ) συνυπολογίσουμε το αυξημένο βάρος λόγω μπαταριών και ου κινητήρα που ( επιδρά εν μέρει στην οδική τους συμπεριφορά κλίση στις στροφές και μικρότερη

), επιτάχυνση όπως και το άγνωστο προς το παρόν κόστος αντικατάστασης των 6-8 , μπαταριών μετά παρέλευση χρόνων από την αγορά τους όπως και την πιο

, δύσκολη μεταπώλησή τους αφού η αγορά δεν δείχνει ενδιαφέρον για . , μεταχειρισμένα του είδους Ειδικά στην Ελλάδα τα υβριδικά δασμολογούνται πολύ

, χαμηλά αλλά αυτό δεν φαίνεται να περνάει και τόσο στον τελικό καταναλωτή 3-4 υπάρχει δε το επιπλέον κίνητρο για κίνηση στους δακτυλίους των πόλεων που

, 5 . έχουν καθώς και απαλλαγή την πρώτη ετία από τα τέλη κυκλοφορίας

Τι είναι; , Λέγοντας υβριδικό εννοούμε το αυτοκίνητο του οποίου η ισχύς προέρχεται από το

( ) συνδυασμό ηλεκτροκινητήρα που δεν ρυπαίνει όταν λειτουργεί και συμβατικού. κινητήρα

40

Και πως λειτουργεί;Το υβριδικό αυτοκίνητο συνδυάζει και χρησιμοποιεί δύο πηγές ενέργειας. Τη θερμοδυναμική που προέρχεται από τον κινητήρα εσωτερικής καύσης και την ηλεκτρική που προέρχεται από τον ηλεκτροκινητήρα. Για τη συνδυασμένη λειτουργία είναι απαραίτητη η ύπαρξη μπαταριών, γεννήτριας και μετασχηματιστή. Ένα υβριδικό αυτοκίνητο μπορεί να κινείται είτε με τον έναν από τους δύο κινητήρες είτε με το συνδυασμό τους. Ο ηλεκτροκινητήρας αναλαμβάνει τη κίνηση σε κάθε ξεκίνημα (στην κίνηση των μεγαλουπόλεων είναι πολλά και συχνά) και σε πορεία χαμηλής ταχύτητας ενώ σε ανοιχτό δρόμο τον κύριο λόγο έχει ο βενζινοκινητήρας. Όταν όμως απαιτείται η μέγιστη ισχύς όπως σε ένα προσπέρασμα ή σε μια ανηφόρα αυτή εξασφαλίζεται από τη συνδυασμένη λειτουργία και των δύο.

Οι ηλεκτρικοί κινητήρες θα μπορούσαν να αποτελούν εδώ και χρόνια τη λύση από μόνοι τους, αλλά ένα σχεδόν ανυπέρβλητο εμπόδιο τους σταματά: Η πηγή ενέργειας που χρησιμοποιούν είναι οι μπαταρίες και αυτές δεν μπορούν να πάνε το αυτοκίνητό μας μακριά. Η αυτονομία τους είναι μικρή για ένα μέσο αυτοκίνητο και αν προσπαθήσουμε να τη μεγαλώσουμε θα χρειαστούν μεγαλύτερες και υπερβολικά βαρύτερες μπαταρίες, τόσο που θα έχουμε ένα πολύ δυσκίνητο όχημα. Επιπλέον η φόρτιση των μπαταριών αυτών διαρκεί κάποιες ώρες (!) ενώ κάθε συνηθισμένο αυτοκίνητο γεμίζει το ρεζερβουάρ του σε ένα βενζινάδικο με μια πεντάλεπτη στάση.

Στο υβριδικό αυτοκίνητο όμως οι μπαταρίες φορτίζονται από μία γεννήτρια η οποία λειτουργεί χάρη στον βενζινοκινητήρα. Πιο αναλυτικά η χημική ενέργεια του καυσίμου μετατρέπεται με το βενζινοκινητήρα σε κινητική ενέργεια. Η κινητική ενέργεια μετατρέπεται με τη σειρά της σε ηλεκτρική από τη γεννήτρια. Η ηλεκτρική ενέργεια διοχετεύεται στον ηλεκτροκινητήρα που τη μετατρέπει ξανά σε κινητική ενέργεια κινώντας τους τροχούς. Η περισσευούμενη ηλεκτρική ενέργεια αποθηκεύεται στις μπαταρίες. Έτσι έχετε σχεδόν όλα τα πλεονεκτήματα του ηλεκτροκινητήρα με τη μεγάλη αυτονομία της βενζίνης.

Και κάποιος μπορεί να ρωτήσει: "Γιατί τόση φασαρία; Στο κάτω - κάτω πάλι βενζίνη καίμε. Ποίο λοιπόν το περιβαλλοντικό όφελος;"

Η απάντηση είναι απλή. Η χρήση του συνδυασμού των δύο κινητήρων εξασφαλίζει οικονομικότερη κίνηση. Ο βενζινοκινητήρας είναι πιο αποδοτικός όταν λειτουργεί σε συγκεκριμένες στροφές δίνοντας ενέργεια στη γεννήτρια. Αντίθετα σε ένα συμβατικό αυτοκίνητο έχουμε υψηλή κατανάλωση στον βενζινοκινητήρα λόγω της απαίτησης να λειτουργεί σε μεγάλο εύρος στροφών προκειμένου να ικανοποιήσει όλες τις ανάγκες της κίνησης.

Ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί με χαμηλή κατανάλωση προσφέροντας κάθε στιγμή τεράστια ροπή (απαραίτητη για το ξεκίνημα ενός σταματημένου αυτοκινήτου) και την απαιτούμενη ισχύ εφόσον αυτή είναι σε χαμηλά επίπεδα (δηλαδή για ταχύτητες μικρότερες των 50 km/h). Λύνει δηλαδή το πρόβλημα της υπερβολικής κατανάλωσης του σταμάτα - ξεκίνα μέσα στις πόλεις και υποβοηθείται από το βενζινοκινητήρα στον ανοιχτό δρόμο και σε περιπτώσεις απαίτησης υψηλότερης ισχύος. Με αυτό τον τρόπο γίνεται βέλτιστη χρήση των πλεονεκτημάτων κάθε κινητήρα και άρα της ενέργειας που παράγεται.

Γιατί να επιλέξω υβριδικό και όχι συμβατικό;

41

Ένα υβριδικό αυτοκίνητο συνδυάζοντας με βέλτιστο τρόπο τους δύο τύπους . κινητήρα δεν υστερεί σε απόδοση από ένα συμβατικού τύπου αυτοκίνητο Επιπλέον

40% 50%. επιτυγχάνει μείωση της καταναλισκόμενης ενέργειας έως με Αυτό .σημαίνει οικονομία στα καύσιμα και σημαντική μείωση στις εκπομπές ρύπων

Αυτό το γεγονός δικαιολογεί και τα κίνητρα που δίνει το κράτος στους κατόχους

. υβριδικών Στην Ελλάδα για παράδειγμα η αγορά τους συνοδεύεται από αρκετά « »: , μπόνους απαλλάσσονται σε μεγάλο ποσοστό από τους δασμούς δεν

5 καταβάλλονται τέλη κυκλοφορίας για τα πρώτα χρόνια και μπαίνουν ελεύθερα . στις πόλεις που έχουν δακτύλιο

Σημαντικό πρόβλημα είναι η αποθήκευση του υδρογόνου, αφού σε κανονικέςσυνθήκες είναι αέριο και αν δεν αποθηκευτεί με προσοχή και αεροστεγώς ο οδηγόςθα αναγκάζεται να ανεφοδιάζεται κάθε λίγα χιλιόμετρα. Η προφανέστερη λύση είναιείτε να συμπιεστεί το υδρογόνο, ως και να υγροποιηθεί. Αυτό βέβαια με τη σειρά τουοδηγεί σε άλλα προβλήματα, καθ' όσον για να επιτευχθεί η συμπίεση ή υγροποίησηαφενός απαιτούνται μεγάλες ποσότητες ενέργειας και αφετέρου τα ντεπόζιτα πουδιατηρούν το υδρογόνο σε πολύ υψηλά επίπεδα πίεσης ή θερμοκρασίες πουαγγίζουν το απόλυτο μηδέν θα κοστίζουν πολύ και θα έχουν μεγάλο βάρος. Τέλος, τουδρογόνο είναι μεν ιδιαίτερα εύφλεκτο, αλλά δεν είναι περισσότερο επικίνδυνο ωςκαύσιμο από τη βενζίνη ή το φυσικό

ΠωλήσειςΠαρ' όλα αυτά οι πωλήσεις υβριδικών αυτοκινήτων στην Ελλάδα είναι πολύ πίσω σε σχέση με τις υπόλοιπες χώρες της Ευρώπης και ειδικά τις ΗΠΑ και την Ιαπωνία. Ήδη, το 2003, όταν στην Ελλάδα το Prius ήταν σχεδόν άγνωστο, στη γειτονική μας Ιταλία είχαν πωληθεί 2.300 «κομμάτια». Το 2006 οι πωλήσεις του Prius στην Ευρώπη έφτασαν τα 22.778 αυτοκίνητα, παρουσιάζοντας αύξηση 21% σε σχέση με το 2005. Στις ΗΠΑ, η αγορά των υβριδικών αυξάνεται κάθε μήνα ουσιαστικά. Μόνο μέσα στον περασμένο Αύγουστο πωλήθηκαν 9.850 Prius, ενώ συνολικά τα υβριδικά έχουν ένα ποσοστό 1,6% της τεράστιας αμερικανικής αγοράς. Βεβαίως ακόμα είναι μικρό, αλλά αξίζει να σημειωθεί ότι το 1/3 των Αμερικανών δήλωσε σε έρευνα ότι σκέφτεται να αγοράσει υβριδικό αυτοκίνητο στο μέλλον. Στην Ιαπωνία τα αντίστοιχα ποσοστά είναι πολύ μεγαλύτερα.

Το πρώτο υβριδικό από τον Ferdinard Porsche Το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο το εφηύρε ο Ferdinard Porsche το 1900, ο ιδρυτής της γνωστής Γερμανικής εταιρείας κατασκευής σπορ αυτοκινήτων. Όμως χρειάστηκε να

42

περάσουν εκατό χρόνια, μέχρι το υβριδικό αυτοκίνητο να μπει για τα καλά στη γραμμή παραγωγής και να διεκδικεί μέρος της αγοράς, προσφέροντας μια οικολογικότερη τεχνολογία κίνησης.

Το 1997 η Toyota λανσάρισε στην αγορά το Prius, το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο μαζικής παραγωγής. Εκείνη την εποχή ο Ιαπωνικός κολοσσός έμοιαζε με Δον Κιχώτη. Γιατί να απασχοληθεί η γραμμή παραγωγής με μια τεχνολογία που όλοι οι άλλοι έχουν μόνο στο εργαστήριο;Αρχικά οι πωλήσεις που σημείωσε ανά τον κόσμο ήταν ελάχιστες. Όμως η Ιαπωνική εταιρεία απέκτησε τεχνογνωσία και προηγήθηκε. Δέκα χρόνια μετά οι πωλήσεις υβριδικών αυτοκινήτων αναμένεται να ξεπεράσουν τις 500.000 μόνο στις Η.Π.Α. Το 2007 πρόκειται να είναι το έτος κατά το οποίο η Toyota γίνεται η Νο1 αυτοκινητοβιομηχανία παγκοσμίως. Ο λόγος;Το Prius! Σήμερα κάθε εταιρεία έχει επιδοθεί σε αγώνα δρόμου προσπαθώντας να φτιάξει τα δικά της υβριδικά, ώστε να μη χάσει το τρένο. Η εκδίκηση των οικολόγων είναι εδώ!

ΥΓΡΑΕΡΙΟΚΙΝΗΣΗΤο Υγραέριο CNG αποτελεί μία απόλυτα συμφέρουσα εναλλακτική μορφή καυσίμουγια το αυτοκίνητο, που παρά την ευρεία χρήση στο εξωτερικό, είναι σχεδόνπαρερμηνευμένο στην ελληνική πραγματικότητα.14Ας ξεκινήσουμε με μία μικρή απόδοση των αρχικών CNG: Τα αρχικά αυτά σημαίνουνΣυμπιεσμένο Φυσικό Αέριο (Compressed Natural Gas)Χρησιμοποιόντας το υγραέριο στο αυτοκίνητο, το κόστος της κίνησης μειώνεται στομισό. Αν για παράδειγμα ένα αυτοκίνητο καταναλώνει 10 λίτρα βενζίνης ανα 100χιλιόμετρα, με το υγραέριο θα χρειαστούν μέν 10,2 λίτρα, αλλά με το κόστος τουυγραερίου στη μισή τιμή απο το αντίστοιχο της βενζίνης το υγραέριο παίρνει τοπροβάδισμα. Έτσι με βάση τη συγκεκριμένη κατανάλωση και με 30.000 χιλιόμετραετησίως το οικονομικό όφελος ανέρχεται στα 1500 € το χρόνο. Επίσης το υγραέριοείναι το πιο οικολογικό καύσιμο ρυπαίνοντας 55% λιγότερο απο τα αντίστοιχαβενζινοκίνητα για το CO2 ,τα οξείδια του αζώτου και μονοξείδιο του άνθρακα.Καλή η οικονομία, αλλα απο επιδόσεις; Σήμερα η τέταρτη γενιά υγραεριοκίνησηςεξασφαλίζει ακριβώς τις ίδιες επιδόσεις με τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα: ίδια τελική,ίδια επιτάχυνση, ίδιες ρεμπρίζ, ίδια ιπποδύναμη και ίδια ροπή. Δεδομένου δε, ότι τουγραέριο έχει 120 οκτάνια, το αποτέλεσμα είναι ευεργετικότατο για τον κινητήρα.Είναι αποδεγειγμένα το ασφαλέστερο καύσιμο για την κίνηση οχημάτων. Η ασφάλειααυτή εξασφαλίζεται απο τις υψηλές προδιαγραφές ασφαλείας, τόσο και από τηνυψηλή πίεση του υγραερίου (2-3 ατμόσφαιρες). Το κυριότερο πλεονέκτημα τουυγραεριοκίνητου αυτοκινήτου είναι το ότι δέν χάνει την δυνατότητα να χρησιμοποιείβενζίνη, διπλασιάζοντας την αυτονομία.Πάμε τώρα στα περι τοποθέτησης. Το συστήματα χωρίζονται σε τρείς κατηγορίες:Συστήματα για κινητήρες με καρμπυρατέρ, για αυτοκίνητα μονού ψεκασμού καιπολλαπλού ψεκασμού με το κόστος να ανέρχεται στα €600 για την πρώτη κατηγορίακαι την δεύτερη κατηγορία, 1300 για τα τετρακύλινδρα σύνολα της τρίτης κατηγορίαςκαι περίπου €1900-2000 για τα αντίστοιχα εξακύλινδρα. Το ντεπόζιτο του υγραερίουτοποθετείται στον χώρο αποσκευών και ο διακόπτης που επιλέγει μεταξύ βενζίνηςκαι υγραερίου τοποθετείται σε σημείο της επιλογής του οδηγού, στο εσωτερικό τουοχήματος. Πρατήρια υπάρχουν σε Αθήνα, Θεσσαλονίκη, Αλεξανδρούπολη, Ιωάννινα,Κατερίνη, Λάρισα, Χανιά, Ηράκλειο και πληθαίνουν.Το αυτοκίνητο στην εικόνα είναι

το Fiat Panda-Panda, το μόνο εργοστασιακό αυτοκίνητο παραγωγής.

Κυψέλες καυσίμου υδρογόνουΜερικοί έχουν θεωρητικολογήσει αυτός στο μέλλον, υδρογόνο δύναμη αντικαταστήστε τέτοια καύσιμα. Επιπλέον, με την εισαγωγή του υδρογόνου κύτταρο καυσίμων η

43

τεχνολογία, η χρήση των εσωτερικών μηχανών μπορεί να καταργηθεί σταδιακά. Το πλεονέκτημα του υδρογόνου είναι ότι η καύση της παράγει μόνο ύδωρ. Αυτό είναι αντίθετα από την καύση των απολιθωμένων καυσίμων, τα οποία παράγουν διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο άνθρακα ως αποτέλεσμα της ελλιπούς καύσης και άλλοι τοπικοί και ατμοσφαιρικοί ρύποι όπως διοξείδιο θείου και οξείδια αζώτου εκείνος ο μόλυβδος αστική ατμοσφαιρική ρύπανση, όξινη βροχή, και στρώμα όζοντος προβλήματα. Εντούτοις, το ελεύθερο υδρογόνο για τα καύσιμα δεν εμφανίζεται φυσικά, και οξειδωτικός ελευθερώνει τη λιγότερη ενέργεια από παίρνει για να παραγάγει το υδρογόνο κατά πρώτο λόγο, λόγω δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής. Σημειώστε επίσης, ότι εάν η ατμόσφαιρα χρησιμοποιείται ως oxidizer στην υψηλής θερμοκρασίας καύση, τα επακόλουθα υποπροϊόντα οξειδίων αζώτου πρέπει να μειωθούν από έναν κατάλληλο καταλυτικό μετατροπέα.Ένα άλλο πρόβλημα με το υδρογόνο ως καύσιμα σε μια συμβατική four-stroke μηχανή βαλβίδων κουκλιτσών είναι μια τάση στο preignite, λόγω της παρουσίας μιας καυτής βαλβίδας εξάτμισης. Ορισμένοι τύποι μηχανών όπως Wankel η περιστροφική μηχανή και οι διάφοροι εναλλάσσοντας τύποι uniflow δεν έχουν αυτό το έμφυτο πρόβλημα. Πρόσφατα αναπτυγμένο nutating μηχανή δίσκων επίσης εμφανίζεται να προσφέρει μια εναλλακτική λύση σε αυτό το πρόβλημα.Όντας μια θερμοδυναμική διαδικασία, η γενική αποδοτικότητα θα είναι πιθανώς ουσιαστικά λιγότερο από εάν το υδρογόνο μετατράπηκε στην ηλεκτρική ενέργεια σε ένα κύτταρο καυσίμων και αποθηκεύτηκε στις μπαταρίες ή τα supercapacitors για τις μερίδες υψηλός-απαίτησης του λειτουργούντος κύκλου ενός οχήματος.Αν και υπάρχουν πολλαπλάσιοι τρόποι το ελεύθερο υδρογόνο, εκείνοι απαιτούν τα καύσιμα μόρια στο υδρογόνο ή ηλεκτρική την ενέργεια, έτσι το υδρογόνο δεν λύνει οποιων δήποτε ενεργειακή κρίση (εκτός αν η ενέργεια παράγεται από μια ανανεώσιμη πηγή). Επιπλέον, αντιμετωπίζει μόνο το ζήτημα της φορητότητας και μερικών ζητημάτων ρύπανσης. Το μειονέκτημα του υδρογόνου σε πολλές καταστάσεις είναι η αποθήκευσή του. Υγρό υδρογόνο έχει την εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα (14 φορές χαμηλότερος από το ύδωρ) και απαιτεί την εκτενή μόνωση, ενώ το αεριώδες υδρογόνο απαιτεί βαρύ tankage. Αν και το υδρογόνο έχει μια υψηλότερη συγκεκριμένη ενέργεια, η ογκομετρική ενεργητική αποθήκευση είναι ακόμα κατά προσέγγιση πέντε φορές χαμηλότερη από τη βενζίνη, ακόμα και όταν υγροποιείται. Η διαδικασία «υδρογόνου στην απαίτηση» (δείτε άμεσο borohydride κύτταρο καυσίμων), σχεδιασμένος από το Steven Amendola, δημιουργεί το υδρογόνο δεδομένου ότι απαιτείται, αλλά έχει άλλα ζητήματα, όπως η υψηλή τιμή borohydride νατρίου, η πρώτη ύλη. Borohydride νατρίου είναι ανανεώσιμο και θα μπορούσε να γίνει φτηνότερο εάν παράγεται ευρύτερα.

Πρωτότυπα "fuel cell" οχήματα έχουν κατασκευαστεί αρκετά μέχρι σήμερα. Στη φετινή όμως έκθεση αυτοκινήτου στο Παρίσι αποκαλύφθηκε το πρώτο, σύμφωνα με την General Motors, αυτοκίνητο που θα μπορούσε να μπει σε ευρεία παραγωγή και να κυκλοφορήσει στους δρόμους.

44

Το Hy-Wire ίσως αποδειχθεί το πρώτο, μαζικής παραγωγής, αυτοκίνητο μηδενικών ρύπων και σε χρόνο πολύ μικρότερο από τον αναμενόμενο!

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Έντυπη μορφή:

- Εγκυκλοπαίδεια Papyrus Larousse Britannica

- Εγκυκλοπαίδεια Μότο & Μοτό

- Inovation (Από το περιοδικό 4τροχοι)

-Οδηγντας (Του Κώστα Καβαθά)

-Περιοδικο Αυτοκίνητο (Υπερτροφοδότης

Ηλεκτρονική μορφή:

45

- Μηχανές Εσωτερικής ΚαύσηςΤμήμα Μηχανολογίας Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών του Α.Τ.Ε.Ι. Κρήτηςhttp://www.tm.teiher.gr/Portal/DesktopDefault.aspx?TabId=11

- Βικιπαίδεια, ελεύθερη εγκυκλοπαίδειαhttp://el.wikipedia.org

- «Ιστορία της Τεχνολογίας» Στυλ.Γ.Φραγκόπουλοςhttp :// sfrang . com / historia / default . htm # per

- «Tο μέλλον των κινητήρων εσωτερικής καύσης» Νίκος Λουπάκηςhttp :// library . techlink . gr / ptisi / article - main . asp ? mag =2& issue =113& article =3120

- Αυτοκίνητο και τεχνολογία - in.grhttp :// www . in . gr / auto / cartechnology / technology . htm

- Ιστορικη αναδρομη

http://sfrang.com/historia/selida609.htmhttp://www.4troxoi.gr/default.php?pname=Article&cat_id=20&art_id=10040

-Dieselhttp :// www . caroto . gr / nggallery / post / diesel -% CF %80% CE % B 5% CF %84% CF %81% CE % B 5% CE % BB % CE % B 1% CE % B 9% CE % BF % CE % BA % CE % B 9% CE % BD % CE % B 7% CF %84% CE % AE % CF %81% CE % B 5% CF %82-% CF %80% CF %81% CE % BF % CF %83% CE % B 5% CF %87% CF %8 E % CF %82-% CE % BA % CE % BF % CE % BD % CF %84% CE % AC / page -2/

Φωτογραφικό αρχείο - Μηχανή αναζήτησης www . google . com

46