ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΚΑΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ LPG ΚΑΙ...

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ:ΚΑΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ LPG ΚΑΙ CNG ΣΕ ΣΥΜΒΑΤΙΚΟ

ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ

ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ: ΠΟΛΙΤΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ (ΑΜ: 4178)

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Δρ. ΚΑΡΚΑΝΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ

Καβάλα, Δεκέμβριος 2012

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Το παρόν σύγγραμμα αποτελεί την Πτυχιακή Εργασία που εκπονήθηκε στο εργαστήριο των Μηχανών Εσωτερικής Καύσης του Τμήματος Μηχανολογίας του ΤΕΙ Καβάλας. Αναφέρεται στην εγκατάσταση κατάλληλου εξοπλισμού για την καύση αερίων καυσίμων σε κινητήρα εσωτερικής καύσης, καθώς και στην μελέτη της καύσης αερίων καυσίμων και τη σύγκριση αυτών με συμβατικά καύσιμα.

Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Μηχανολογίας του ΤΕΙ Καβάλας και του φοιτητή. Οι προαναφερόμενοι διατηρούν το δικαίωμα ανεξάρτητης χρήσης και αναπαραγωγής (τμηματικά ή συνολικά) για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αναφέρεται ο τίτλος, ο συγγραφέας, ο επιβλέπων και το εν λόγω τμήμα του ΤΕΙ Καβάλας.

Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου στον καθηγητή μου και επιβλέποντα καθηγητή αυτής της εργασίας, τον κύριο Καρκάνη Αναστάσιο, για τις χρήσιμες συμβουλές και οδηγίες που μου προσέφερε κατά την διαδικασία εκπόνησης της πτυχιακής εργασίας. Να ευχαριστήσω, επίσης, και όλους τους καθηγητές του τμήματος Μηχανολογίας για τις χρήσιμες γνώσεις που αποκόμισα κατά την διάρκεια των σπουδών μου.

Πολίτης Νικόλαος

Δεκέμβριος 2012

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Σελίδα

ΠΕΡΙΛΗΨΗ.............................................................................................................5

ΕΙΣΑΓΩΓΗ..............................................................................................................7

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο........................................................................................................9

1.1 Τι είναι υγραέριο............................................................................................91.2 Φυσικά χαρακτηριστικά υγραερίου............................................................101.3 Παραγωγή – διανομή υγραερίου................................................................13

1.3.1 Από διύλιση..........................................................................................131.3.2 Από φυσικό αέριο................................................................................141.3.3 Διανομή – αποθήκευση........................................................................16

1.4 Όρια ρύπων κυκλοφορούντων οχημάτων...................................................171.5 Εξέλιξη υγραεριοκίνησης στο αυτοκίνητο..................................................18

1.5.1 1ης γενιάς (Venturi).............................................................................181.5.2 2ης γενιάς.............................................................................................201.5.3 3ης γενιάς.............................................................................................201.5.4 4ης γενιάς ............................................................................................211.5.5 5ης γενιάς.............................................................................................22

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2ο......................................................................................................25

2.1 Εξαρτήματα συστήματος υγραεριοκίνησης................................................252.1.1 Δεξαμενή καυσίμου..............................................................................252.1.2 Πολυβαλβίδα........................................................................................25

2.1.2.1 Βαλβίδα διακοπής 80% του περιοριστή στάθμης πλήρωσης........262.1.2.2 Δείκτης στάθμης............................................................................262.1.2.3 Ανακουφιστική βαλβίδα πίεσης (εκτόνωσης)................................272.1.2.4 Χειροκίνητη βαλβίδα.....................................................................272.1.2.5 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου.............................282.1.2.6 Ανακουφιστική διάταξη με θερμική ασφάλεια..............................29

2.1.3 Μονάδα πλήρωσης με βαλβίδα αντεπιστροφής...................................292.1.4 Ρυθμιστής πίεσης - εξαεριωτής............................................................302.1.5 Άκαμπτους και/ή ελαστικούς σωλήνες.................................................312.1.6 Ηλεκτρονικός ή ηλεκτρικός διακόπτης επιλογής καυσίμου.................31

2.2 Ανάλυση κινητήρα με το υπάρχον σύστημα................................................312.2.1 Σύστημα υδρόψυξης.............................................................................32

1

2.2.2 Δυναμοπέδη..........................................................................................332.2.3 Μονάδα ελέγχου...................................................................................342.2.4 Σύστημα υγραεριοκίνησης...................................................................35

2.2.4.1 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής βενζίνης................................352.2.4.2 Διακόπτης επιλογής καυσίμου δύο θέσεων...................................362.2.4.3 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου - μονάδα φίλτρου362.2.4.4 Ρυθμιστής πίεσης – εξαεριωτής.....................................................372.2.4.5 Αισθητήρας υποπίεσης..................................................................38

2.2.5 Διαγράμματα προεγκατεστημένου συστήματος...................................382.3 Ανάλυση του συστήματος που αγοράστηκε ...............................................42

2.3.1 Δεξαμενή με πολυβαλβίδα και παρελκόμενα.......................................422.3.2 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου....................................432.3.3 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής βενζίνης.......................................432.3.4 Ρυθμιστής πίεσης - εξαεριωτής............................................................442.3.5 Διακόπτης επιλογής καυσίμου τριών σημείων.....................................45

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3ο......................................................................................................47

3.1 Αντικατάσταση παλιών εξαρτημάτων με τα αντίστοιχα νέα πιστοποιημένα εξαρτήματα συστήματος υγραεριοκίνησης.......................................................48

3.1.1 Ηλεκτροβαλβίδα διακοπής βενζίνης....................................................483.1.2 Διακόπτης επιλογής καυσίμου..............................................................483.1.3 Ηλεκτροβαλβίδα διακοπής υγραερίου – μονάδα φίλτρου....................503.1.4 Ρυθμιστής πίεσης – Εξαεριωτής (Πνεύμονας).....................................503.1.5 Συνδέσεις μεταφοράς αερίου................................................................50

3.2 Εγκατάσταση εξαρτημάτων που έλειπαν από το παλιό σύστημα υγραεριοκίνησης................................................................................................513.3 Διαγράμματα εγκατεστημένου συστήματος υγραεριοκίνησης....................52

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο......................................................................................................55

4.1 Μετρητική διάταξη......................................................................................554.1.1 Εκκίνηση του κινητήρα........................................................................564.1.2 Εκκίνηση του αναλυτή καυσαερίων.....................................................59

4.2 Ρύθμιση του κινητήρα με καύσιμο υγραέριο..............................................604.2.1 Διαδικασία ρύθμισης............................................................................604.2.2 Προβλήματα που αντιμετωπίστηκαν ...................................................62

4.3 Μετρήσεις απόδοσης του κινητήρα.............................................................644.3.1 Στόχος μετρήσεων................................................................................644.3.2 Διαδικασία μετρήσεων.........................................................................65

4.4 Αποτελέσματα μετρήσεων και αξιολόγηση αποτελεσμάτων......................674.4.1 Η επίδραση της χρήσης του υγραερίου στη ροπή του κινητήρα..........68

2

4.4.2 Οι εκπεμπόμενοι υδρογονάνθρακες (HC)............................................694.4.3 Οι εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα (CO) ......................................704.4.4 Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2) ........................................714.4.5 Το εκπεμπόμενο οξυγόνο (Ο2) με τα καυσαέρια..................................72

4.5 Επίδραση του περιοριστικού εισαγωγής αέρα στην λειτουργία του κινητήρα............................................................................................................73

4.5.1 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στη ροπή του κινητήρα.............744.5.2 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στις εκπομπές HC ....................754.5.3 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στις CO ....................................764.5.4 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στις εκπομπές CO2 ...................774.5.5 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στο Ο2 με τα καυσαέρια............78

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ......................................................................79

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...................................................................................................81

3

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Στα πλαίσια της παρούσας πτυχιακής εργασίας έγινε τροποποίηση του εγκατε-στημένου συστήματος υγραεριοκίνησης στον κινητήρα του εργαστηρίου Μηχα-νών Εσωτερικής Καύσης του τμήματος Μηχανολογίας. Για την εγκατάσταση του νέου σύγχρονου συστήματος υγραεριοκίνησης στην θέση του υπάρχοντος, που δεν είχε λειτουργήσει τα τελευταία 20 χρόνια, χρειάστηκε να τροποποιηθεί τόσο η ηλεκτρολογική εγκατάσταση του κινητήρα όσο και ένα μεγάλο τμήμα των εξαρτημάτων που συνθέτουν το σύστημα υγραεριοκίνησης. Μετά την εγκατάστα-ση του συστήματος υγραεριοκίνησης ο κινητήρας ρυθμίστηκε ώστε να λειτουργεί με την ίδια απόδοση τόσο με το υγραέριο όσο και με την βενζίνη. Αντιμετωπίστη-καν με επιτυχία τα προβλήματα που παρουσιάσθηκαν κατά τη ρύθμιση του κινη-τήρα και ελέγχθηκε η επίδραση των ρυθμίσεων που έγιναν στην απόδοση του κι-νητήρα. Από τα αποτελέσματα των μετρήσεων που έγιναν, επιβεβαιώθηκε η αναμενόμενη φιλικότερη προς το περιβάλλον λειτουργία του κινητήρα με καύσι-μο το υγραέριο σε σχέση με την βενζίνη.

5

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Τις τελευταίες δεκαετίες η ανθρωπότητα αντιμετωπίζει ένα πολύ σημαντικό και μεγάλο πρόβλημα, την κλιματική αλλαγή και την επιβάρυνση του περιβάλλοντος από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Η επιστημονική κοινότητα παρατήρησε ότι τα τελευταία χρόνια έχει ενισχυθεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου με αποτέλεσμα να υπάρχουν μεγάλες αλλαγές στο κλίμα του πλανήτη. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι φυσικό φαινόμενο κατά το οποίο εγκλωβίζεται η ηλιακή ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα και διατηρεί τον πλανήτη σε φυσιολογικές θερμοκρασίες. Όλα τα αέρια συστατικά της ατμόσφαιρας συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου αλλά αυτό που το επηρεάζει περισσότερο είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Από την εποχή της βιομηχανικής επανάστασης έχουν αυξηθεί κατά πολύ τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα και συνεχώς αυξάνονται με αποτέλεσμα η ακτινοβολία που εγκλωβίζεται να είναι μεγαλύτερη και να αυξάνει την μέση ετήσια θερμοκρασία του πλανήτη.

Οι προβληματισμοί που αναφέρονται στην παραπάνω παράγραφο, οδήγησαν την επιστημονική κοινότητα να αναπτύξει τεχνολογίες ώστε να μειωθούν οι εκπομπές ρύπων που επηρεάζουν την κλιματική αλλαγή. Μία από αυτές τις τεχνολογίες είναι η χρησιμοποίηση αερίων καυσίμων στη θέση συμβατικών. Με αυτήν την τεχνολογία θα ασχοληθούμε στην παρούσα πτυχιακή εργασία και στόχος είναι να αποδείξουμε ότι τα αέρια καύσιμα είναι φιλικότερα προς το περιβάλλον από τα συμβατικά.

Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο υγραέριο το οποίο χρησιμοποιούμε ως καύσιμο στην πειραματική διαδικασία της εργασίας. Αναλύεται η σύσταση του υγραερίου και γίνεται σύγκριση των τεχνικών και φυσικών χαρακτηριστικών του με άλλα καύσιμα. Επίσης, παρουσιάζονται οι τρόποι και η διαδικασία παραγωγής του υγραερίου, καθώς και η αποθήκευση και διανομή του. Στη συνέχεια του κεφαλαίου, γίνεται αναφορά στην Ευρωπαϊκή και Ελληνική νομοθεσία που οριοθετούν τις τιμές των ρύπων των κυκλοφορούντων οχημάτων. Τέλος, αναπτύσσεται ο τρόπος που έχει εξελιχθεί η υγραεριοκίνηση παράλληλα με την εξέλιξη της τεχνολογίας των συμβατικών κινητήρων και γίνεται ο διαχωρισμός τους σε γενιές ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα.

Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην Ελληνική νομοθεσία που ορίζει τις τεχνικές προδιαγραφές του ειδικού εξοπλισμού με τον οποίο είναι δυνατή η χρησιμοποίηση υγραερίου για την κίνηση αυτοκινήτων οχημάτων. Περιγράφονται αναλυτικά και ξεχωριστά όλα τα εξαρτήματα του εξοπλισμού υγραεριοκίνησης, όπως αυτά προβλέπονται από τη νομοθεσία. Στη συνέχεια,

7

αναλύεται ο κινητήρας και ο εργαστηριακός εξοπλισμός με τα εξαρτήματά του που χρησιμοποιούνται για να υποβάλουν τον κινητήρα στις απαραίτητες δοκιμές. Επίσης, περιγράφονται τα εξαρτήματα της υγραεριοκίνησης που ήταν εγκατεστημένα στον κινητήρα και παρουσιάζονται τα διαγράμματα του κινητήρα από την κατασκευάστρια εταιρία. Τέλος, αναλύεται το νέο, πιστοποιημένο σύστημα υγραεριοκίνησης της εταιρίας ATIKER που αγοράστηκε και περιγράφονται τα εξαρτήματα που το αποτελούν.

Από το τρίτο κεφάλαιο ξεκινά η πειραματική διαδικασία κατά την οποία έγινε η τοποθέτηση του νέου συστήματος υγραεριοκίνησης. Εξηγούνται οι λόγοι για τους οποίους κρίθηκε αναγκαία η αντικατάσταση του παλιού συστήματος με το νέο και αναλύεται ο τρόπος με τον οποίο έγινε η τοποθέτηση του κάθε εξαρτήματος ξεχωριστά. Τέλος, παρουσιάζονται τα νέα διαγράμματα του κινητήρα, σχεδιασμένα στο πρόγραμμα AutoCad.

Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στον τρόπο που πραγματοποιήθηκε η μετρητική διαδικασία της εργασίας και στα αποτελέσματα που προέκυψαν. Αρχικά, περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η εκκίνηση του εργαστηριακού εξοπλισμού και του κινητήρα, καθώς και ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η εκκίνηση του αναλυτή καυσαερίων. Στη συνέχεια περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο έγινε η ρύθμιση των μιγμάτων του νέου συστήματος υγραεριοκίνησης με τη βοήθεια του αναλυτή καυσαερίων και παρουσιάζονται τα προβλήματα που προέκυψαν και πώς αυτά αντιμετωπίστηκαν. Ακολουθεί η αναλυτική διαδικασία των μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα με τη μορφή πινάκων και διαγραμμάτων.

Η εργασία ολοκληρώνεται με το συμπέρασμα ότι η καύση των αερίων καυσίμων έχει λιγότερες εκπομπές ρύπων σε σύγκριση με την καύση των συμβατικών καυσίμων που χρησιμοποιούσαμε για αρκετά χρόνια.

8

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο

1.1 Τι είναι υγραέριο

Ο όρος υγραέριο αναφέρεται σε οποιοδήποτε προϊόν αποτελείται κατά βάση από μίγμα κάποιων από τους ακόλουθους υδρογονάνθρακες: προπάνιο, προπένιο (προπυλένιο), κανονικό βουτάνιο, ισοβουτάνιο, ισοβουτυλένιο, βουτένιο (βουτυλένιο) και αιθάνιο. Οι υδρογονάνθρακες αυτοί είναι σε συνήθεις ατμοσφαιρικές συνθήκες αέρια, τα οποία συνήθως υγροποιούνται υπό πίεση για τη μεταφορά και αποθήκευση.

Το υγροποιημένο αέριο πετρελαίου, γνωστό και με τον αντίστοιχο διεθνή όρο LPG (Liquified Petroleum Gas), αποτελείται από ελαφρά κλάσματα αργού πετρελαίου, τα οποία είναι αέρια όταν βρίσκονται υπό συνήθεις ατμοσφαιρικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Τα αέρια αυτά κλάσματα υδρογονανθράκων διαχωρίζονται από τα υγρά κλάσματα κατά τη διύλιση που γίνεται στο αργό πετρέλαιο και οδεύουν προς δεξαμενές αποθήκευσης προς άλλες χρήσεις, ενώ τα υγρά κλάσματα χρησιμοποιούνται για την παρασκευή υγρών καυσίμων (ντίζελ, βενζίνη κ.ο.κ.). Επίσης ο όρος LPG αναφέρεται στα κλάσματα που αφαιρούνται από το φυσικό αέριο προτού αυτό οδεύσει προς κατανάλωση. Τα κλάσματα αυτά είναι υγρά όταν είναι υπό υψηλή πίεση. Αποτελείται κατά βάση από προπάνιο (C3H8) και βουτάνιο (C4Hl0) ή από συνδυασμό των δύο στοιχείων. Μπορούν επίσης να περιλαμβάνουν προπυλένιο, βουτυλένιο, ισοπροπυλένιο και ισοβουτυλένιο.

Εικόνα 1.1 Χημική σύσταση βουτανίου και προπανίου

9

1.2 Φυσικά χαρακτηριστικά υγραερίου

Είναι ένα ιδιαίτερα εύφλεκτο προϊόν (όπως όλοι οι υδρογονάνθρακες) και επιπλέον όταν είναι υγροποιημένο υπό πίεση υπάρχει ο κίνδυνος έκρηξης από απότομη εκτόνωση. Το LPG είναι καύσιμο υψηλής απόδοσης, αλλά αναφλέγεται μόνο αν αναμιχθεί με αέρα σε αναλογία υγραερίου-αέρα μεταξύ 1:50 και 1:10 (το όριο αυτό είναι χαμηλότερο από το αντίστοιχο για το CNG και υψηλότερο από αυτό τις βενζίνης και του Diesel). Το χαμηλό όριο ανάφλεξης σημαίνει ότι ακόμα και μικρές διαρροές μπορούν να έχουν σοβαρές συνέπειες. Η ανάφλεξη του μίγματος αυτού παρουσιάζει χαρακτηριστικά έκρηξης όταν γίνει σε περιορισμένο χώρο λόγω της ταχύτατης έκλυσης θερμικής ενέργειας (απότομη διαστολή του αέρα - αερίων). Όταν το μίγμα υγραερίου και αέρα είναι εκτός της παραπάνω περιοχής, είναι ή πολύ φτωχό ή πολύ πλούσιο για να αναφλεγεί. Διαρροή μικρής σχετικά ποσότητας υγρού υγραερίου μπορεί να δημιουργήσει μεγάλο όγκο αέριας φάσης και συνεπώς μεγάλο όγκο αναφλέξιμου μίγματος. Για τον έλεγχο ύπαρξης υγραερίου στον αέρα και μάλιστα σε αναφλέξιμη αναλογία, χρησιμοποιούνται κατάλληλα όργανα ανίχνευσης αναφλέξιμου μίγματος. Ως εκ τούτου, ισχύουν αυστηρές προδιαγραφές και κανονισμοί για τον χειρισμό, αποθήκευση και διάθεση του.

Όπως φαίνεται στον Πίνακα 1.1, η θερμοκρασία αυτανάφλεξης του LPG στον αέρα είναι στους 493°C και του CNG στους 537°C, ενώ της βενζίνης και του Diesel στους 257°C και 249°C αντίστοιχα. Αυτό μας δείχνει ότι απαιτείται περισσότερη ενέργεια για την αυτανάφλεξη των αερίων καυσίμων. Η θερμιδική αξία του υγραερίου είναι περίπου 2,5 φορές υψηλότερη από την αντίστοιχη του φυσικού αερίου, πράγμα που σημαίνει ότι παράγεται περισσότερη ενέργεια από την ίδια ποσότητα αερίου, ενώ σε σχέση με τα υγρά καύσιμα, η κατ' όγκο θερμιδική αξία του LPG είναι μικρότερη. Είναι χημικά δραστικό και προκαλεί τη φθορά του φυσικού καουτσούκ και ορισμένων πλαστικών και για αυτό το λόγο πρέπει να χρησιμοποιείται αποκλειστικά εξοπλισμός και εξαρτήματα που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για αυτό. Θεωρείται πιο "καθαρό" από τους υγρούς υδρογονάνθρακες διότι έχει μεγαλύτερη αναλογία υδρογόνου-άνθρακα και άρα μικρότερες εκπομπές CO2. Επίσης χρησιμοποιείται ως ψυκτικό εργαζόμενο μέσο σε βιομηχανικά συστήματα ψύξης.

Όπως είπαμε και πιο πάνω το LPG αποτελείται κατά βάση από προπάνιο και βουτάνιο, άρα θα πρέπει να δούμε ξεχωριστά τα φυσικά χαρακτηριστικά για αυτά τα δύο στοιχεία όπως φαίνεται στον Πίνακα 1.2[1].

10

Πίνακας 1.1 Τεχνικά χαρακτηριστικά κοινών καυσίμων

11

Ιδιότητα Μονάδα Diesel Βενζίνη LPG CNG

Υδροφιλία Όχι Όχι Όχι Όχι

kcal/kg 10778 11167 11938 12322kcal/lt 52480 47297 34368 53

Btu/scf 2516 1050

kcal/kg 10167 10500 10976 11376kcal/lt 48697 44338 31597 47

Btu/scf 2315 930

kcal/kg 50 83 102 αέριο

0,49% 0,81% 0,93%Πυκνότητα:

844,17 743,26 506,18

kg/m³ 169,8

kg/m³ 4,81 - 7,21 2,4 - 4,81 1,86 0,73

% 400 - 600 200 - 400 152 60

100% 110% 154% 445%Μερική πίεση ατμών (37,78°C) Atm 0,0014 – 0,014 0,48 – 0,95 12,86 αέριο

°C 177 – 343 27 – 225 -42 αέριο

κατώτερο 0.6% 1,4% 2% 5%

ανώτερο 5,5% 7,6% 10% 15%

% 100 100 60 60Θερμοκρασία αυτανάφλεξης °C 249 257 493 537Αριθμός κετανίου 40 - 51 8 έως 14 -5 έως 0 -10Αριθμός οκτανίων 85 – 95 106 116

Εμφάνιση και φάση σε συνθήκες αποθήκευσης

φαιοκίτρινο υγρό

κιτρινωπό υγρό

άχρωμο αέριο

άχρωμο αέριο

Ανώτερα Θερμογόνος Δύναμη (15,55°C υγρού)

(Αερίου στους 15,55°C & 1Atm)Κατωτέρα Θερμογόνος Δύναμη (15,55°C υγρού)

(Αερίου στους 15,55°C & 1Atm)Λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης (στο σημ. Βρασμού)Ψυκτική επίδραση Λανθάνουσας θερμότητας εξάτμισης

Υγρού στους 15,55°C, εκτός μεθανίου CNG kg/m³Αερίου στους 15,55°C & 205 AtmΑτμών ή αερίου στους 15,55°C & 1 AtmΑτμών ή αερίου σε σχέση με τον αέραΑποθηκευτικός όγκος σε σχέση με το Diesel

Θερμοκρασία Βρασμού σε 1 AtmΌρια ευφλεκτικότητας (κατ' όγκο)

Λαμπρότητα φλόγας σε σχέση με την βενζίνη

Πίνακας 1.2 Φυσικά χαρακτηριστικά προπανίου βουτανίου

12

Προπάνιο η- ΒουτάνιοΧημικός Τύπος C3H8 C4H10Μοριακό Βάρος 44,09 58,12

-187,7 -138,3-42,1 -0,50,51 0,58

Σχετική πυκνότητα αερίου (αέρας = 1) σεS.C. 1,52 2,0196,8 15242,6 38

272,7 237,8Λανθάνουσα θερμότητα στο σημείο βρασμού760mmHg (Kcal/kg) 101,7 92,3(Kcal/Lit) 51,5 53,1

12048 11851(Kcal/m3) 22766 29875

23,82 30,9715,71 13,49

0,39 0,40,34 0,36-105 -60470 365

Κατώτερο 2,37 1,86Ανώτερο 9,5 8,41

125 91

Σημείο πήξης υγρού σε 760mmHg (°C)Σημείο βρασμού υγρού σε 760mmHg (°C)Ειδικό βάρος υγρού σε 15,5°C (kg/It)

Κρίσιμη θερμοκρασία (°C)Κρίσιμη πίεση-απόλυτη (bar)Λόγος όγκου αερίου προς υγρό σε S.C.

Ανώτερη θερμογόνος δύναμη σε S.C. (Kcal/kg)

Απαιτούμενος αέρας καύσης σε S.C. (m3 αέρα/lm3 αερίου)(kg αέρα/lkg αερίου)Ειδική θερμότητα αερίου σε S.C Co (Kcal/kg °C)Cv (Kcal/kg °C)Σημείο ανάφλεξης - Flash Point (°C)Σημείο αυτανάφλεξης - Ignition Point (°C)Όρια ανάφλεξης μίγματος αερίου-αέρα (Vo\-%)

Αριθμός Οκτανίων (Octane No)

1.3 Παραγωγή – διανομή υγραερίου

Το υγραέριο παράγεται, κατά κύριο λόγο, ως προϊόν της κλασματικής απόσταξης (διύλιση) του αργού πετρελαίου και με κάποιες περαιτέρω διεργασίες αλλά και από το φυσικό αέριο.

1.3.1 Από διύλιση

Ο σκοπός ενός διυλιστηρίου πετρελαίου είναι να διαχωρίσει το αργό πετρέλαιο αρχικά σε κλάσματα με βάση την περιοχή βρασμού κάθε κλάσματος και στη συνέχεια να επεξεργαστούν για την παραγωγή των τελικών προϊόντων με τις επιθυμητές ιδιότητες.

Η πρώτη και βασικότερη μονάδα ενός διυλιστηρίου είναι η μονάδα απόσταξης του αργού πετρελαίου. Το αργό πετρέλαιο αντλείται από δεξαμενές και αφού περάσει από μια σειρά εναλλακτών θερμότητας, όπου προθερμαίνεται με τη θερμοκρασία των προϊόντων της μονάδας, εισάγεται σε ένα φούρνο θέρμανσης. Στον φούρνο χρησιμοποιείται σαν καύσιμο γενικά η ναύθα, η οποία θερμαίνει το αργό πετρέλαιο ως την κατάλληλη θερμοκρασία (γύρω στους 400°C), ώστε να μεταβληθεί σε ατμό. Από την έξοδο του φούρνου οι ατμοί του πετρελαίου περνούν στο κάτω μέρος και στις πρώτες πλάκες της στήλης απόσταξης. Τα πλέον πτητικά προϊόντα ανεβαίνουν υπό μορφή ατμού προς το πάνω μέρος της στήλης, ενώ τα υπόλοιπα σε κατάσταση υγρού συσσωρεύονται στο κάτω μέρος της στήλης. Τα πρώτα προϊόντα, από το πάνω μέρος, είναι τα αέρια και οι ελαφροί υδρογονάνθρακες υπό μορφή ατμού, που συμπυκνώνονται με ψύξη και διοχετεύονται στα συστήματα απορρόφησης. Από τα άλλα πλευρικά σημεία της στήλης σε διάφορα ύψη εξάγονται τα υπόλοιπα προϊόντα.

Μετά τη διύλιση γίνονται κάποιες διεργασίες (όπως είναι η καταλυτική αναμόρφωση, η υδρογονοεπεξεργασία, ο διαχωρισμός H2 S, η γλύκανση, η πυρόλυση και η αποπαραφίνωση) σε ξεχωριστές μονάδες ώστε να έχουμε τα τελικά προϊόντα με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Αυτές οι διεργασίες φαίνονται και στην Εικόνα 1.2[2].

13

Εικόνα 1.2 Διάγραμμα επεξεργασίας πετρελαίου σε διυλιστήριο

1.3.2 Από φυσικό αέριο

Το φυσικό αέριο είναι ένα φυσικό προϊόν που βρίσκεται παγιδευμένο σε υπόγειες κοιλότητες. Περιέχει ένα πλήθος συστατικών και η σύστασή του διαφοροποιείται από περιοχή σε περιοχή. Το πλεονάζον συστατικό είναι το μεθάνιο, αλλά περιέχει και άλλους ελαφρείς υδρογονάνθρακες, αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο και βαρύτερους σε μικρές ποσότητες. Περιέχει επίσης νερό, διοξείδιο του άνθρακα και υδρόθειο ή / και μερκαπτάνες όπως και άζωτο. Το φυσικό αέριο ταξιδεύει σε μεγάλες αποστάσεις από το σημείο παραγωγής μέχρι το σημείο κατανάλωσης σε χαλύβδινους σωλήνες πιέσεως. Το φυσικό αέριο πριν εισέλθει στους αγωγούς διανομής επεξεργάζεται στην πηγή. Δίπλα στα πηγάδια φυσικού αερίου υπάρχουν σε γήπεδο οι μονάδες επεξεργασίας του. Επειδή οι περιεχόμενοι υδρογονάνθρακες έχουν από μόνοι τους εμπορική αξία, αφαιρούνται συνήθως

14

από το φυσικό αέριο σε μια αλληλουχία αποστακτικών στηλών Αυτοί οι υδρογονάνθρακες αποτελούν τη φυσική βενζίνη και μπορούν να διαχωριστούν είτε με συμπίεση και ψύξη είτε με απορρόφηση από γκαζόιλ και ακολούθως διαχωρισμό της φυσικής βενζίνης από το γκαζόιλ με απόσταξη. Η φυσική αυτή βενζίνη περιέχει και προπάνιο και βουτάνιο, τα οποία θεωρούνται ανεπιθύμητα συστατικά και έτσι απομακρύνονται σε στήλη κλασματικής απόσταξης και συγκεντρώνονται ως υγραέρια. Ένα τυπικό διάγραμμα επεξεργασίας φυσικού αερίου είναι το διάγραμμα της Εικόνας 1.3[3].

Εικόνα 1.3 Διάγραμμα επεξεργασίας φυσικού αερίου

15

Η διαφορά των υγραερίων που παράγονται από το φυσικό αέριο είναι ότι περιέχουν σχεδόν αποκλειστικά κορεσμένους υδρογονάνθρακες, ενώ τα υγραέρια που λαμβάνονται από τα διυλιστήρια μπορούν να περιέχουν και ακόρεστες ενώσεις, όπως προπυλένιο και βουτυλένιο.

1.3.3 Διανομή – αποθήκευση

Η μεταφορά και αποθήκευση του υγραερίου γίνεται σε υγρή μορφή, υπό πίεση και με ελαφρά ψύξη του και αυτό γίνεται γιατί σε αυτή τη φάση καταλαμβάνει μόνο το 1/250 του όγκου που χρειάζεται εάν αποθηκευτεί σε αέρια φάση. Η χρήση του υγραερίου απαιτεί την επαναεριοποίησή του και σε περιπτώσεις μεγάλης κατανάλωσης απαιτείται θερμαντήρας.

Το χρησιμοποιούμενο υγραέριο είναι σύνθεση προπανίου και βουτανίου τα οποία διαφέρουν κατά πολύ στις συνθήκες αποθήκευσής τους. Το προπάνιο έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού από το βουτάνιο και η μετατροπή του από υγρό σε αέριο συνεχίζεται ακόμα και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτή η ιδιότητα το καθιστά κατάλληλο για χρήση στον οικιακό και τουριστικό τομέα, σε συστήματα θέρμανσης, για την παροχή ζεστού νερού και το μαγείρεμα καθώς και για ένα μεγάλο αριθμό χρήσεων στον αγροτικό τομέα και τη βιομηχανία. Συνεπώς, το προπάνιο είναι ο καλύτερος τύπος υγραερίου για χρήση ως καύσιμο.

Διάγραμμα 1.1 Αναλογία πίεσης μιγμάτων LPG με την θερμοκρασία

16

Το Διάγραμμα 1.1[4] μας δείχνει την πίεση διαφόρων μιγμάτων LPG σε συνάρτηση με την θερμοκρασία. Στην Ελλάδα τα περισσότερα πρατήρια χρησιμοποιούν μίγμα LPG που περιέχει 70% προπάνιο και 30% βουτάνιο. Αυτή η αναλογία αλλάζει ελάχιστα από εταιρία σε εταιρία.

1.4 Όρια ρύπων κυκλοφορούντων οχημάτων

Οι κατασκευάστριες εταιρίες κινητήρων και οχημάτων γενικά είναι υποχρεωμένες να ακολουθούν κάποιους κανόνες για τις εκπομπές ρύπων πριν αυτά τα οχήματα βγουν στην μαζική παραγωγή. Έτσι οι εταιρίες αναγκάστηκαν να τροποποιήσουν την τεχνολογία των κινητήρων τους ώστε να πληρούν αυτούς τους κανόνες – πρότυπα και έτσι γίνεται εμφανής η κατηγοριοποίηση των κινητήρων σε γενιές. Αυτοί οι κανόνες – πρότυπα είναι γνωστοί ως EURO (1,2,3,4 και 5) και εφαρμόζονται για την αδειοδότηση της κυκλοφορίας ενός νέου μοντέλου μιας εταιρίας.

Τα κυκλοφορούντα οχήματα σύμφωνα με την ισχύουσα νομοθεσία θα πρέπει να ελέγχονται περιοδικά για την κατάσταση του κινητήρα τους. Χαρακτηριστικό στοιχείο που περιγράφει την λειτουργική κατάσταση ενός κινητήρα οχήματος είναι οι εκπεμπόμενοι ρύποι από αυτόν. Κατ’ αναλογία με την νομοθεσία που διέπει την κυκλοφορία ενός νέου μοντέλου έχει θεσπισθεί νομοθεσία που καθορίζει τα εκπεμπόμενα όρια από κυκλοφορούντα οχήματα.

Οι Ευρωπαϊκές οδηγίες που ενσωματώθηκαν στην Ελληνική νομοθεσία[5] προβλέπουν τα όρια των καυσαερίων των κυκλοφορούντων οχημάτων ανάλογα με την ημερομηνία έκδοσης της πρώτης άδειας κυκλοφορίας όπως φαίνεται στον Πίνακα 1.3. Αυτόν τον πίνακα χρησιμοποιούν και τα ΚΤΕΟ για τον τεχνικό έλεγχο καυσαερίων των κυκλοφορούντων οχημάτων. Οι μετρήσεις και ο τεχνικός έλεγχος των οχημάτων γίνεται με τον αναλυτή καυσαερίων. Επίσης για οχήματα που διαθέτουν διάταξη OBD, προβλέπεται ειδικός έλεγχος συνδέοντας την διάταξη αυτή, μέσω μιας πρίζας, με ηλεκτρονικό υπολογιστή και ελέγχοντας τον συντελεστή Λάμδα (θα πρέπει: 0,97≤ λ ≤1,03). Δεν έχει προβλεφθεί κάποιο νομοθέτημα για τους κινητήρες EURO 4 που χρησιμοποιούν το OBD II (Διπλός αισθητήρας λάμδα, ύπαρξη προκαταλύτη).

17

Πίνακας 1.3 Όρια ρύπων βενζινοκίνητων οχημάτων

1.5 Εξέλιξη υγραεριοκίνησης στο αυτοκίνητο

Η εξέλιξη της υγραεριοκίνησης στην διάρκεια των ετών έγινε παράλληλα με την εξέλιξη των συμβατικών κινητήρων την οποία μπορούμε να κατηγοριοποιήσουμε σε γενιές. Έτσι για κάθε γενιά εξέλιξης αυτοκινήτου υπάρχει και το ανάλογο σύστημα υγραεριοκίνησης.

1.5.1 1ης γενιάς ( Venturi )

Είναι οι κινητήρες οι οποίοι για την τροφοδοσία χρησιμοποιούν καρμπυρατέρ ή μηχανικό ψεκασμό καυσίμου. Στην πρώτη περίπτωση, η μίξη του καυσίμου με τον αέρα γίνεται στο καρμπυρατέρ, ενώ με μηχανικό ψεκασμό το καύσιμο ψεκάζεται λίγο πριν την πολλαπλή εισαγωγής. Πρόκειται για κινητήρες με ηλεκτρική ανάφλεξη, χρησιμοποιώντας τα μπουζί ή με ανάφλεξη από συμπίεση (αυτανάφλεξη).

18

Ρύπος Ρελαντί 2500 ± 300 στρ/λεπτό

<=0,5 <=0,3

<=120 <=100

<=0,3 <=0,2

<=120 <=100

<=4,5 -

<=800 <=700

<=3.5 -

<=500 <=400

Οχήματα με ρυθμιζόμενο τριοδικό καταλυτικό μετατροπέα με ημερομηνία 1ης άδειας κυκλοφορίας πριν την 1/7/2002

Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) %Υδρογονάνθρακες (HC) ppm

Οχήματα με ρυθμιζόμενο τριοδικό καταλυτικό μετατροπέα με ημερομηνία 1ης άδειας κυκλοφορίας μετά την 1/7/2002

Μονοξείδιο του Άνθρακα (CO) %Υδρογονάνθρακες (HC) ppm

Οχήματα συμβατικής τεχνολογίας με έτος πρώτης άδειας κυκλοφορίας πριν την 1/10/1986

Μονοξείδιο του Άνθρακα (CO) %Υδρογονάνθρακες (HC) ppm

Οχήματα συμβατικής τεχνολογίας με έτος πρώτης άδειας κυκλοφορίας μετά την 1/10/1986

Μονοξείδιο του Άνθρακα (CO) %Υδρογονάνθρακες (HC) pp

Εικόνα 1.4 Κινητήρας με μηχανικό ψεκασμό

Το σύστημα υγραεριοκίνησης που εφαρμόζεται σε αυτόν τον κινητήρα είναι πολύ απλής μορφής. Για να είναι λειτουργικό το σύστημα απαιτείται να υπάρχει ο πνεύμονας που αεριοποιεί και θερμαίνει το LPG, οι ηλεκτροβαλβίδες βενζίνης και LPG που διακόπτουν την παροχή του ανάλογου καυσίμου παίρνοντας εντολή από τον διακόπτη επιλογής καυσίμου, το μίξερ που διοχετεύει το LPG πριν το καρπυρατέρ ή την πολλαπλή εισαγωγής και την δεξαμενή του LPG.

Εικόνα 1.5 Κινητήρας με καρμπυρατέρ

19

1.5.2 2ης γενιάς

Είναι οι κινητήρες που χρησιμοποιούν καρμπυρατέρ ή μηχανικό ψεκασμό, διαθέτουν ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου της παρεχομένης ποσότητας καυσίμου στον κινητήρα μέσω αισθητήρα Λάμδα, ώστε να είναι δυνατή η κατάλυση των καυσαερίων από τριοδικό καταλυτικό μετατροπέα. Οι κινητήρες αυτής της γενιάς διαθέτουν και ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου του σημείου ανάφλεξης του μίγματος.

Το σύστημα υγραεριοκίνησης αυτής της γενιάς για να προσαρμόσει την ποσότητα έγχυσης καυσίμου παίρνει πληροφορίες από τον αισθητήρα Λάμδα μέσω της ίδιας ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου που χρησιμοποιείται και για την βενζίνη.

Εικόνα 1.6 Κινητήρας με μηχανικό ψεκασμό και αισθητήρα Λάμδα


Είναι οι κινητήρες μονού ή πολλαπλού ψεκασμού καυσίμου με εγκέφαλο και κλειστό κύκλωμα αισθητήρα Λάμδα. Ο ψεκασμός (injection) του καυσίμου στην πολλαπλή εισαγωγής γίνεται με ηλεκτροβαλβίδες (beck). Ο ψεκασμός του καυσίμου γίνεται από ένα ψεκαστήρα (μονό σημείο ψεκασμού) ή από τέσσερις ψεκαστήρες που ψεκάζουν ταυτόχρονα (full group), ή ψεκάζουν ανά δύο και σε ορισμένες περιπτώσεις χρονισμένα. Δεν επιδέχονται καμία ρύθμιση στην παροχή καυσίμου από τον εγκαταστάτη μηχανικό, εφόσον υπάρχει εγκέφαλος Η τεχνολογία ελέγχου βλαβών γίνεται από την ενδεικτική λυχνία βλαβών στο καντράν του αυτοκινήτου.

20

Οι κινητήρες αυτής της γενιάς διαθέτουν και ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου του σημείου ανάφλεξης του μίγματος (advance), με συνεχή ρύθμιση του advance του κινητήρα μέσω αισθητήρα ανίχνευσης της προανάφλεξης (πειράκια). Η αγγλική ορολογία του αισθητήρα είναι knock sensor.

Το σύστημα υγραεριοκίνησης αυτής της γενιάς έχει δικό του εγκέφαλο πλέον και λειτουργεί ανεξάρτητα από το σύστημα της βενζίνης. Η έγχυση του αερίου γίνετε αποκλειστικά με ηλεκτρονικό ψεκασμό και η εναλλαγή καυσίμου γίνετε αυτόματα. Σε αυτή τη γενιά παρουσιάζετε για πρώτη φορά ο ηλεκτρονικός ψεκασμός αερίου LPG πολλαπλών σημείων μέσω των beck υγραερίου που εφαρμόζονται λίγο πριν την εισαγωγή κάθε κυλίνδρου.

Εικόνα 1.7 Κινητήρας με ηλεκτρονικό ψεκασμό και αισθητήρα Λάμδα


Η τεχνολογία αυτών των κινητήρων αναπτύχθηκε για να ικανοποιήσουν τις προδιαγραφές εκπομπών ρύπων κατά EURO 4. Τα χαρακτηριστικά αυτών των κινητήρων είναι ότι χρησιμοποιούν εξολοκλήρου σύστημα πολλαπλού σειριακού ψεκασμού, διαθέτουν εγκέφαλο (ECU) με κλειστό κύκλωμα ελέγχου εκπομπών ρύπων και ποσότητας καυσίμου με δύο αισθητήρες Λάμδα, έναν πριν και έναν

21

μετά τον καταλυτικό μετατροπέα ώστε να ελέγχεται η απόδοσή του. Σε πολλά από τα οχήματα αυτής της γενιάς υπάρχει μεταλλικός προκαταλύτης αμέσως μετά την πολλαπλή εξαγωγής του κινητήρα, ώστε να ξενικά η κατάλυση των καυσαερίων σχεδόν άμεσα μετά την εκκίνηση του κινητήρα.

Τα συστήματα υγραεριοκίνησης που εφαρμόζονται εδώ έχουν την ικανότητα να αλληλεπιδρούν με το υπάρχον σύστημα βενζίνης μέσω θύρας EOBD (με τον εγκέφαλο δηλαδή του κινητήρα του αυτοκινήτου μέσω της 16pin πρίζας) .Έτσι μπορούν οι εγκέφαλοι του υγραερίου με τις εντολές που δέχονται από τους εγκέφαλους των οχημάτων να διορθώνουν τον χρόνο ψεκασμού άμεσα όταν αυτός αλλάζει εξ αιτίας διαφόρων αιτιών.

Εικόνα 1.8 Κινητήρας πολλαπλού ψεκασμού με ECU και σύνδεση μέσω θύρας EOBD


Τα συστήματα αυτά δεν διαφέρουν από τα συστήματα 4ης γενιάς, σε ότι αφορά τα εγκατεστημένα συστήματα αντιρρύπανσης στο σύστημα εξαγωγής των καυσαερίων. Ικανοποιούν όμως τις αυστηρότερες προδιαγραφές ρύπων EURO 5. Σε αυτήν την γενιά ανήκουν και τα συστήματα άμεσου υγρού ψεκασμού που επιβάλλεται να λειτουργούν σε απόλυτη εναρμόνιση με τον εγκέφαλο του αυτοκινήτου.

22

Για τους κινητήρες αυτής της γενιάς αναπτύχθηκαν και αναπτύσσονται συστήματα υγρού ψεκασμού του υγραερίου μέσα από τα ίδια στοιχεία άμεσου ψεκασμού που χρησιμοποιούνται για την βενζίνη. Οι τοποθετήσεις συστημάτων αέριου ψεκασμού πριν την βαλβίδα εισαγωγής του μίγματος δεν έχουν αποδώσει τα αναμενόμενα μια που οι κινητήρες αυτής της τεχνολογίας λειτουργούν σε πολύ χαμηλά φορτία και λειτουργούν με πολύ φτωχά μίγματα και σε πολλές περιπτώσεις η αυτανάφλεξη είναι επιλογή του κατασκευαστεί για την καλή λειτουργία του κινητήρα.

Εικόνα 1.9 Κινητήρας άμεσου υγρού ψεκασμού

23


2.1 Εξαρτήματα συστήματος υγραεριοκίνησης

Από τη νομοθεσία[6] προβλέπονται όλα τα απαραίτητα και βασικά εξαρτήματα συστήματος υγραεριοκίνησης ώστε να καλύπτονται οι τεχνικές προδιαγραφές για ένα λειτουργικό και ασφαλές όχημα κατά τη χρήση αερίου καυσίμου. Έτσι τα βασικά εξαρτήματα είναι τα εξής:

2.1.1 Δεξαμενή καυσίμου

Η δεξαμενή καυσίμου είναι ο χώρος που αποθηκεύεται το υγραέριο υπό πίεση. Είναι συνήθως ένα κυλινδρικό δοχείο με δύο κυρτούς πυθμένες (Εικόνα 2.1). Επίσης υπάρχουν και οι τοροειδής δεξαμενές (Εικόνα 2.2). Η χωρητικότητα κυμαίνετε από 30 έως 70 λίτρα για την τοροειδής δεξαμενή και από 40 έως 110 λίτρα για την κυλινδρική.

Εικόνα 2.1 Κυλινδρική δεξαμενή Εικόνα 2.2 Τοροειδής δεξαμενή

2.1.2 Πολυβαλβίδα

Είναι η διάταξη που εφαρμόζει στην δεξαμενή (Εικόνα 2.3) και αποτελείται από τα εξής στοιχεία: βαλβίδα διακοπής 80%, δείκτης στάθμης, ανακουφιστική βαλβίδα πίεσης, χειροκίνητη βαλβίδα διακοπής υγραερίου, τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου, ανακουφιστική διάταξη με θερμική ασφάλεια.

25

Εικόνα 2.3 Πολυβαλβίδα

2.1.2.1 Βαλβίδα διακοπής 80% του περιοριστή στάθμης πλήρωσης

Είναι η διάταξη η οποία περιορίζει την πλήρωση κατά μέγιστο στο 80% της χωρητικότητας της δεξαμενής (Εικόνες 2.4 και 2.5). Το πλαστικό που φαίνεται στην Εικόνα 2.4 επιπλέει στο υγρό και όταν φτάσει στο 80% της δεξαμενής διακόπτει την παροχή υγραερίου με το σύστημα που φαίνεται στην Εικόνα 2.5.

Εικόνα 2.4 Εικόνα 2.5Διάταξη της βαλβίδας διακοπής 80%

2.1.2.2 Δείκτης στάθμης

Είναι η διάταξη η οποία επαληθεύει τη στάθμη υγρού στη δεξαμενή (Εικόνα 2.6). Λειτουργεί με μαγνήτη που παίρνει εντολή από την διάταξη της Εικόνας 2.5.

26

Εικόνα 2.6 Δείκτης στάθμης

2.1.2.3 Ανακουφιστική βαλβίδα πίεσης (εκτόνωσης)

Είναι η διάταξη εκτόνωσης της πίεσης που επικρατεί στην δεξαμενή (Εικόνα 2.7). Σε περίπτωση που η πίεση στην δεξαμενή υπερβεί το επιτρεπόμενο όριο, η βαλβίδα εκτόνωσης επιτρέπει την διαφυγή υγραερίου με την μορφή ατμών ώστε να έρθει η πίεση στα επιτρεπτά όρια.

Εικόνα 2.7 Ανακουφιστική βαλβίδα πίεσης

2.1.2.4 Χειροκίνητη βαλβίδα

Είναι η διάταξη με την οποία ο χειριστής του συστήματος κλείνει χειροκίνητα την παροχή υγραερίου προς όλο το σύστημα (Εικόνα 2.8).

27

Εικόνα 2.8 Χειροκίνητη βαλβίδα

2.1.2.5 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου

Είναι η διάταξη (Εικόνα 2.9) που διακόπτει την παροχή υγραερίου στο σύστημα και ελέγχεται από την μονάδα ελέγχου της υγραεριοκίνησης. Όταν ο κινητήρας δεν λειτουργεί, η βαλβίδα είναι κλειστή.

Εικόνα 2.9 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου

28

2.1.2.6 Ανακουφιστική διάταξη με θερμική ασφάλεια

Είναι η διάταξη που χρησιμοποιεί θερμικό στοιχείο, το οποίο αν αντιληφθεί θερμοκρασία άνω των 120°C, ανοίγει μια οπή για να μπορεί να διαφύγει μια μεγάλη ποσότητα αερίου ώστε να μην δημιουργηθούν μεγάλα ποσά πίεσης στο εσωτερικό της δεξαμενής (Εικόνα 2.10).

Εικόνα 2.10 Θερμική ασφάλεια

2.1.3 Μονάδα πλήρωσης με βαλβίδα αντεπιστροφής

Μονάδα πλήρωσης είναι η διάταξη που επιτρέπει την πλήρωση της δεξαμενής με καύσιμο (Εικόνα 2.11). Στη μονάδα πλήρωσης συμπεριλαμβάνονται το τυποποιημένο στόμιο για την προσαρμογή της κάνουλας πλήρωσης των πρατηρίων καυσίμου και η βαλβίδα αντεπιστροφής που επιτρέπει τη ροή του υγραερίου σε υγρή μορφή προς μία κατεύθυνση (προς τη δεξαμενή) και εμποδίζει τη ροή του προς την αντίθετη. Βαλβίδα αντεπιστροφής μπορεί να υπάρχει και στην πολυβαλβίδα για τον ίδιο σκοπό.

29

Εικόνα 2.11 Μονάδα πλήρωσης με βαλβίδα αντεπιστροφής

2.1.4 Ρυθμιστής πίεσης - εξαεριωτής

Είναι το βασικό εξάρτημα στο σύστημα υγραεριοκίνησης. Είναι η διάταξη η οποία μετατρέπει το υγρό υγραέριο σε αέριο (Εικόνα 2.12). Κατά την φάση της εκτόνωσης του υγραερίου, από την υγρή στη αέρια φάση, λόγω της λανθάνουσας ενθαλπίας εξάτμισης, απορροφάται θερμότητα με αποτέλεσμα να ψύχεται το περιβάλλον στο οποίο πραγματοποιείται η εξάτμιση. Για να αντιμετωπισθεί το φαινόμενο της ψύξης ο εξαερωτής τροφοδοτείται με το ζεστό νερό ή λάδι από το σύστημα ψύξης του κινητήρα Το ζεστό νερό ή λάδι εισέρχεται στον εξαεριωτή και με θερμική επαγωγή μέσω των σπειροειδών τοιχωμάτων του βοηθά στην αεριοποίηση του υγραερίου.

Εικόνα 2.12 Ρυθμιστής πίεσης - εξαεριωτής (Πνεύμονας)

30

2.1.5 Άκαμπτους και/ή ελαστικούς σωλήνες

Πρόκειται για σωλήνες μεταφοράς νερού/λαδιού ή υγραερίου. Οι σωλήνες μεταφοράς νερού/λαδιού είναι από καουτσούκ και χρησιμοποιούνται για να αεριοποιούν το υγραέριο στον εξαεριωτή. Από καουτσούκ είναι επίσης και οι σωλήνες που μεταφέρουν το αέριο από τον εξαεριωτή στην διάταξη έγχυσης. Για την μεταφορά υγρού υγραερίου, από την δεξαμενή στον εξαεριωτή, χρησιμοποιούμε χαλκοσωλήνες, λόγο της μεγάλης πίεσης, διαμέτρου Φ6 mm ή Φ8 mm.

2.1.6 Ηλεκτρονικός ή ηλεκτρικός διακόπτης επιλογής καυσίμου

Είναι η διάταξη με την οποία ελέγχουμε το είδος του καυσίμου που χρησιμοποιούμε (Εικόνα 2.13). Επιπλέον, πάνω στο διακόπτη υπάρχουν λυχνίες τύπου led για την ένδειξη της στάθμης του καυσίμου στη δεξαμενή.

Εικόνα 2.13 Ηλεκτρονικός διακόπτης επιλογής καυσίμου

2.2 Ανάλυση κινητήρα με το υπάρχον σύστημα

Ο κινητήρας που χρησιμοποιήθηκε για την μετατροπή είναι εγκατεστημένος στο εργαστήριο των Μ.Ε.Κ και είναι ένας συμβατικός κινητήρας Ford 1600 cc τετράχρονος, τεσσάρων κυλίνδρων και υδρόψυκτος. Βρίσκεται τοποθετημένος σε κλίνη εργαστηριακών δοκιμών της εταιρίας PLINT & PARTNERS LTD ENGINEERS. Η εγκατάσταση και οι πρώτες μετρήσεις του κινητήρα πραγματοποιήθηκαν το 1985. Στον Πίνακα 2.1 βλέπουμε τα τεχνικά

31

χαρακτηριστικά του κινητήρα. Είναι κινητήρας με σύστημα τροφοδοσίας και ελέγχου των εκπεμπομένων καυσαερίων πρώτης γενιάς καθώς δεν διαθέτει ελεγκτικό σύστημα Λάμδα ούτε καταλυτικό μετατροπέα και για την τροφοδοσία και μίξη καυσίμου χρησιμοποιεί καρμπυρατέρ. Στον κινητήρα υπήρχε εγκατεστημένο σύστημα υγραεριοκίνησης στο οποίο θα αναφερθούμε πιο κάτω.

Πίνακας 2.1 Τεχνικά χαρακτηριστικά κινητήρα

2.2.1 Σύστημα υδρόψυξης Ο κινητήρας χρησιμοποιεί ένα ανοιχτό σύστημα υδρόψυξης, καθώς αντί για ψυγείο έχει μια τετράγωνη δεξαμενή νερού (Εικόνα 2.14). Στην ανοιχτή δεξαμενή υπάρχει συνεχής κυκλοφορία του νερού στον κινητήρα μέσω αντλίας και το σύστημα ύδρευσης τροφοδοτεί συνεχώς την δεξαμενή με κρύο νερό. Στην απέναντι πλευρά της δεξαμενής υπάρχει μια οπή υπερχείλισης από την οποία διαφεύγει το περισσευούμενο νερό στην αποχέτευση.

Εικόνα 2.14 Δεξαμενή νερού του συστήματος ψύξης

32

Τύπος: Ford 1600ccΑριθμός πλαισίου: D4606/004ETΔιάμετρος κυλίνδρου: 80,98 mmΔιαδρομή εμβόλου: 77,62 mmΌγκος εμβολισμού: 1599ccΣχέση συμπίεσης: 8:1Περιοχή στροφών: 1500-3600 rpmΑριθμός κυλίνδρων: 4

2.2.2 Δυναμοπέδη

Στην κλίνη εργαστηριακών δοκιμών βρίσκεται εγκατεστημένη δυναμοπέδη (δυναμόμετρο απορρόφησης) με αριθμό ΤΕ16 R4/6568. Η ηλεκτρική παροχή που μπορεί να χρησιμοποιήσει η δυναμοπέδη είναι στο μέγιστο 380 Volt των 50 Hz και τριφασικό ρεύμα. Η μέγιστη ισχύς που μπορεί να παράγει είναι τα 50 Kw στις 6000 rpm. Ο άξονας της δυναμοπέδης συνδέεται με κοχλίες και περικόχλια με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα (Εικόνα 2.15).

Εικόνα 2.15 Τρόπος σύνδεσης άξονα δυναμοπέδης με στροφαλοφόρο άξονα

Η δυναμοπέδη (Εικόνα 2.16) χρησιμοποιεί σαν ρεύμα διέγερσης το ρεύμα που προέρχεται από μια μπαταρία αυτοκινήτου, αφού περάσει πρώτα από ένα μετασχηματιστή ρεύματος, που είναι συνδεδεμένη στο σύστημα όπως φαίνεται στο Διάγραμμα 2.2. Χρησιμοποιείται για να υποβάλλουμε τον κινητήρα σε δοκιμές με δύο βασικούς τρόπους:α) Ο πρώτος τρόπος είναι να δώσουμε αρνητική ροπή στον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα αυξάνοντας την ισχύ του ρεύματος στην δυναμοπέδη.β) Ο δεύτερος τρόπος είναι να αυξήσουμε τις στροφές του κινητήρα και να δούμε την ισχύ που παράγει χωρίς να έχουμε μεταβάλλει την ισχύ του ρεύματος στην πέδη.Τους τρόπους αυτούς θα τους αναλύσουμε περισσότερο σε επόμενο κεφάλαιο.

Λόγο έλλειψης μίζας στον κινητήρα αναστρέφεται η λειτουργία της γεννήτριας, που χρησιμοποιείται ως δυναμοπέδη, η οποία λειτουργεί ως ηλεκτρικός κινητήρας για να εκκινήσει τον θερμικό μας κινητήρα. Δίνει δηλαδή την ροπή που χρειάζεται για να γυρίσει ο στροφαλοφόρος άξονας. Για να μην υπερθερμαίνονται τα τυλίγματα της γεννήτριας υπάρχει ένα μοτέρ που στον

33

άξονά του έχει πτερύγια και τροφοδοτεί την δυναμοπέδη με κρύο αέρα περιβάλλοντος.

Εικόνα 2.16 Δυναμοπέδη κινητήρα

2.2.3 Μονάδα ελέγχου

Η μονάδα ελέγχου είναι της εταιρίας PLINT & PARTNERS LTD και βρίσκεται μπροστά από τον κινητήρα (Εικόνα 2.17). Με αυτή τη μονάδα ο χειριστής ελέγχει την δυναμοπέδη και τον κινητήρα. Ελέγχει, δηλαδή, τις στροφές της δυναμοπέδης και του κινητήρα και την παροχή ρεύματος στην δυναμοπέδη. Στην κονσόλα είναι επίσης εγκατεστημένα ψηφιακά όργανα που παίρνουν εντολές από τους διάφορους αισθητήρες που βρίσκονται στον κινητήρα και δείχνουν την ροπή του άξονα, τις στροφές του άξονα ανά λεπτό καθώς και τη θερμοκρασία (εισαγωγή νερού ψύξης, εξαγωγή νερού ψύξης, καυσαέρια). Επίσης υπάρχει και ένα ψηφιακό χρονόμετρο.

Εικόνα 2.17 Μονάδα ελέγχου

34

2.2.4 Σύστημα υγραεριοκίνησης

Το σύστημα υγραεριοκίνησης που ήταν εγκατεστημένο είναι της δεκαετίας του '80 της εταιρίας CALOR GAS CO. LTD για πρώτης γενιάς κινητήρες και αποτελείται από:

I. τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής βενζίνηςII. διακόπτης επιλογής καυσίμου δύο θέσεων III.Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου - μονάδα φίλτρουIV.ρυθμιστής πίεσης – εξαεριωτήςV. αισθητήρας υποπίεσης.

Τα παραπάνω εξαρτήματα δεν είναι πιστοποιημένα σύμφωνα με την τρέχουσα νομοθεσία για την υγραεριοκίνηση για αυτόν τον λόγο και δεν διαθέτει δεξαμενή και τα παρελκόμενα της πολυβαλβίδας, καθώς είναι παλιάς τεχνολογίας.

2.2.4.1 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής βενζίνης

Αποτελείται από μια ηλεκτροβαλβίδα η οποία επιτρέπει ή διακόπτει την παροχή βενζίνης (Εικόνα 2.18). Όταν η ηλεκτροβαλβίδα τροφοδοτείται με τάση τότε διέρχεται από αυτήν ρεύμα και η βαλβίδα ανοίγει επιτρέποντας την κυκλοφορία βενζίνης προς το καρπυρατέρ.

Εικόνα 2.18 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής βενζίνης

35

2.2.4.2 Διακόπτης επιλογής καυσίμου δύο θέσεων

Είναι η διάταξη με την οποία επιλέγουμε το καύσιμο που θα χρησιμοποιήσουμε (Εικόνα 2.19). Αν επιλέξουμε υγραέριο (LPG) το ρεύμα διέρχεται και ενεργοποιεί τα ηλεκτρικά στοιχεία του υγραερίου, ενώ αν επιλέξουμε βενζίνη (PETROL) το ρεύμα διέρχεται και ενεργοποιεί τα στοιχεία της βενζίνης. Η συνδεσμολογία φαίνεται στα διαγράμματα 2.1 και 2.2 και την αναλύουμε πιο κάτω.

Εικόνα 2.19 Διακόπτης επιλογής καυσίμου δύο θέσεων

2.2.4.3 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου - μονάδα φίλτρου

Στην εικόνα 2.20 φαίνεται η μονάδα φίλτρου υγραερίου με ενσωματωμένη την τηλεχειριζόμενη ηλεκτροβαλβίδα διακοπής υγραερίου. Το εξάρτημα αυτό είναι χωρισμένο κάθετα σε δυο επίπεδα: το ένα μέρος αποτελεί το φίλτρο που συγκρατεί διάφορα ανεπιθύμητα σωματίδια και το άλλο τον μηχανισμό της βαλβίδας που κλείνει την παροχή υγραερίου σε όλο το σύστημα. Ήταν εγκατεστημένη αμέσως πριν τον πνεύμονα.

36

Εικόνα 2.20 Μονάδα φίλτρου – τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου

2.2.4.4 Ρυθμιστής πίεσης – εξαεριωτής

Ο ρυθμιστής πίεσης – εξαεριωτής που χρησιμοποιούσε το σύστημα (Εικόνα 2.21) είναι της εταιρίας που αναφέραμε πιο πάνω. Λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο που λειτουργούν όλοι οι πνεύμονες, τον οποίο τον αναλύσαμε στο κεφάλαιο 2.1.4. Το μέσο που χρησιμοποιούσε για να αντιμετωπιστεί το φαινόμενο της ψύξης λόγω της εκτόνωσης του υγραερίου, είναι το ζεστό νερό από το σύστημα ψύξης του κινητήρα.

Εικόνα 2.21 Ρυθμιστής πίεσης – εξαεριωτής (πνεύμονας)

37

2.2.4.5 Αισθητήρας υποπίεσης

Στον πνεύμονα υπήρχε εγκατεστημένος και ο αισθητήρας υποπίεσης (Εικόνα 2.22) ο οποίος διέθετε εσωτερικά μια μεμβράνη ευαίσθητη στην πίεση. Στο πάνω μέρος του αισθητήρα υπάρχει διακόπτης ο οποίος κλείνει και ανοίγει την παροχή ρεύματος στο σύστημα υγραεριοκίνησης. Έτσι, όταν ο κινητήρας βρίσκεται σε λειτουργία δημιουργείται υποπίεση. Λόγο της αναρρόφησης κατά την φάση της εισαγωγής του μίγματος στον κινητήρα από την κίνηση των εμβόλων, κινείται η μεμβράνη του αισθητήρα και αυτή με την σειρά της κλείνει τον διακόπτη ώστε να υπάρχει ροή ρεύματος. Φυσικά για να υπάρχει ροή ρεύματος στο σύστημα υγραεριοκίνησης θα πρέπει ο διακόπτης επιλογής καυσίμου να ήταν στη θέση LPG.

Εικόνα 2.22 Αισθητήρας υποπίεσης

2.2.5 Διαγράμματα προεγκατεστημένου συστήματος

Στις δύο επόμενες σελίδες βλέπουμε τα δύο διαγράμματα που συνόδευαν τον κινητήρα και αφορούσαν το εγκατεστημένο σε αυτόν σύστημα υγραεριοκίνησης. Το διάγραμμα εξαρτημάτων (Διάγραμμα 2.1) του κινητήρα και το ηλεκτρικό διάγραμμα (Διάγραμμα 2.2) που δείχνει όλη την ηλεκτρολογική συνδεσμολογία του κινητήρα που υπήρχε.

Στο Διάγραμμα 2.1 φαίνεται η συνδεσμολογία των εξαρτημάτων όπως αυτά ήταν εγκατεστημένα σύμφωνα με τη ροή του καυσίμου από την δεξαμενή προς τον χώρο ανάμιξης.

Το κύκλωμα της βενζίνης ξεκινάει από την ηλεκτροβαλβίδα βενζίνης όπου το καύσιμο φτάνει από την διάταξη της δεξαμενής η οποία δεν παρουσιάζεται στο διάγραμμα. Στη συνέχεια παρεμβάλλεται ο μετρητής παροχής βενζίνης και στη

38

συνέχεια το καρμπυρατέρ. Στην εγκατάσταση του εργαστηρίου, όμως, ο μετρητής βενζίνης παρεμβάλλεται ανάμεσα από τη δεξαμενή και την ηλεκτροβαλβίδα βενζίνης.

Στο Διάγραμμα 2.1, ακολουθώντας την πορεία του υγραερίου από την δεξαμενή προς τον κινητήρα, διακρίνονται τα εξής εξαρτήματα:

I. ανακουφιστική βαλβίδα πίεσης [FUEL LINE PRESSURE RELIEF VALVE (3)]

II. ηλεκτροβαλβίδα διακοπής υγραερίου[LPG SOLENOID (5)]

III.αισθητήρας υποπίεσης με διακόπτη[VACUUM SWITCH (6)]

IV.πνεύμονας ή εξαεριωτής[VAPORIZER (7)]

V. μετρητής παροχής υγραερίου (ροτάμετρο)[ROTAMETER (11)]

VI.αναμίκτης (μίξερ)[CARBURETTOR ADAPTOR]

Στο Διάγραμμα 2.2 φαίνεται η ηλεκτρική καλωδίωση των βασικών εξαρτημάτων με τα εξαρτήματα της υγραεριοκίνησης. Ο θετικός πόλος της μπαταρίας συνδέεται με μια υποδοχή στην πέδη, ενώ ο αρνητικός καταλήγει στην γείωση του κινητήρα. Στην προηγούμενη καλωδίωση υπάρχει κόμβος που ενώνει την μπαταρία με το δυναμό (γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος) του κινητήρα. Από την πέδη βγαίνει καλώδιο και κατευθύνεται στον κεντρικό διακόπτη του συστήματος ώστε να υπάρχει τροφοδοσία των ηλεκτρικών του κινητήρα μόνο αφού αρχίσει να περιστρέφεται ο κινητήρας.

Από την άλλη πλευρά του διακόπτη ξεκινούν τρία καλώδια προς τον πολλαπλασιαστή και τον διανομέα ρεύματος, προς το δυναμό με παρεμβαλλόμενη την ενδεικτική λυχνία και προς τον διακόπτη επιλογής καυσίμου.

Ανάλογα με το καύσιμο που επιλέξουμε για τον έλεγχο της ροής του καυσίμου παρεμβάλλεται για το υγραέριο ο διακόπτης υποπίεσης και η ηλεκτροβαλβίδα υγραερίου, ενώ για την βενζίνη η ηλεκτροβαλβίδα βενζίνης. Αν δηλαδή ο διακόπτης είναι στην θέση LPG το ρεύμα διέρχεται από τα στοιχεία του υγραερίου που αναφέραμε πιο πάνω , ενώ αν είναι στη θέση PETROL (Εικόνα 2.19) το ρεύμα διέρχεται από την ηλεκτροβαλβίδα βενζίνης.

39

Διάγραμμα 2.1 Συνδεσμολογία εξαρτημάτων κινητήρα με το παλιό σύστημα

40

Διάγραμμα 2.2 Ηλεκτρολογικό σχέδιο κινητήρα με το παλιό σύστημα

41

2.3 Ανάλυση του συστήματος που αγοράστηκε

Το σύστημα υγραεριοκίνησης που αγοράσαμε για την αντικατάσταση του παλιού είναι της εταιρίας ATIKER AUTOGAS SYSTEMS. Αποτελείται από τα εξής εξαρτήματα:

I. την δεξαμενή με την πολυβαλβίδα και τα παρελκόμενά τηςII. την ηλεκτροβαλβίδα διακοπής υγραερίουIII.την ηλεκτροβαλβίδα διακοπής βενζίνηςIV.τον ρυθμιστή πίεσης – εξαεριωτήV. τον διακόπτη επιλογής καυσίμου τριών σημείων

2.3.1 Δεξαμενή με πολυβαλβίδα και παρελκόμενα

Η δεξαμενή (Εικόνα 2.23) είναι κυλινδρική της εταιρίας ATIKER AUTOGAS SYSTEMS χωρητικότητας 50 λίτρων και διαστάσεων: 315 mm διάμετρος και 723 mm μήκος. Είναι στερεωμένη με μεταλλικές ζώνες σε επίπεδη βάση. Η μέγιστη πίεση που μπορεί να αντέξει καθορίζεται από το πρότυπο ελέγχου της δεξαμενής. Πληρεί το πρότυπο R67 και έχει αριθμό πιστοποίησης E7 67R 01667406. Η πολυβαλβίδα είναι και αυτή της ίδιας εταιρίας με αριθμό πιστοποίησης Ε7 67R 1031806. Συγκροτείται από όλα τα στοιχεία που αναφέραμε στο κεφάλαιο 2.1.2.

Εικόνα 2.23 Εγκατεστημένη δεξαμενή με πολυβαλβίδα της ATIKER

42

2.3.2 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής υγραερίου

Διαθέτει αριθμό πιστοποίησης Ε37 67R 010144. Έχει δύο οπές διαμέτρου Φ6mm για την είσοδο και έξοδο του υγρού υγραερίου. Περιέχει επίσης και φίλτρο που μπορεί εύκολα να αντικατασταθεί, ξεβιδώνοντας τον εξαγωνικό κοχλία που φαίνεται στην Εικόνα 2.24.

Εικόνα 2.24 Βαλβίδα διακοπής υγραερίου της ATIKER

2.3.3 Τηλεχειριζόμενη βαλβίδα διακοπής βενζίνης

Διαθέτει αριθμό πιστοποίησης Ε37 67R. Όπως φαίνεται και στην Εικόνα 2.25 υπάρχει μια κάνουλα για να μπορεί ο χειριστής του συστήματος να κλείσει χειροκίνητα την παροχή βενζίνης. Αυτή η κάνουλα πρέπει να βρίσκεται στη θέση ON για να μπορεί να λειτουργεί η ηλεκτροβαλβίδα, αντίθετα στη θέση OFF παραμένει μόνιμα ανοικτή η βαλβίδα, επιτρέποντας την συνεχή ροή του καυσίμου, με αποτέλεσμα η ηλεκτροβαλβίδα να φαίνεται απενεργοποιημένη.

43

Εικόνα 2.25 Βαλβίδα διακοπής βενζίνης της ATIKER

2.3.4 Ρυθμιστής πίεσης - εξαεριωτής

Ο πνεύμονας του συστήματος (Εικόνα 2.26) διαθέτει αριθμό έγκρισης Ε37 67R 010044 Class 1. Έχει ενσωματωμένη ηλεκτροβαλβίδα διακοπής υγραερίου.

Εικόνα 2.26 Ρυθμιστής πίεσης – εξαεριωτής (πνεύμονας) της ATIKER

44

2.3.5 Διακόπτης επιλογής καυσίμου τριών σημείων

Ο διακόπτης του συστήματος (Εικόνα 2.27) έχει τρεις θέσεις την Ι (B), την Ο και την ΙΙ (G).

• Στην θέση Ι (B), ενεργοποιούνται οι ηλεκτροβαλβίδες της βενζίνης επιτρέποντας την παροχή του καυσίμου στον κινητήρα.

• Στην θέση Ο, ο διακόπτης απενεργοποιεί όλες τις ηλεκτροβαλβίδες και ο κινητήρας δεν δέχεται κάποιο καύσιμο.

• Στην θέση ΙΙ (G), ενεργοποιούνται οι ηλεκτροβαλβίδες του υγραερίου επιτρέποντας την παροχή του στον κινητήρα.

Έχει ενσωματωμένες λυχνίες τύπου LED που δείχνουν την στάθμη της δεξαμενής υγραερίου όταν ο διακόπτης είναι στη θέση II (G). Για τη λειτουργία της ένδειξης της στάθμης ο διακόπτης συνδέεται με τον μαγνητικό δείκτη στάθμης της δεξαμενής.

Στην συσκευασία του διακόπτη υπάρχουν τα αναγκαία ηλεκτρικά – ηλεκτρονικά κυκλώματα, για τον έλεγχο της λειτουργίας των ηλεκτρικά ενεργοποιούμενων εξαρτημάτων. Για την ασφαλή τροφοδοσία των παραπάνω υπάρχει ασφάλεια ρεύματος 5Α (όπως φαίνεται στην Εικόνα 2.27 κάτω από τον διακόπτη). Η διασύνδεση της ηλεκτρικής συνδεσμολογίας θα αναλυθεί σε επόμενο κεφάλαιο.

Για τη μετάβαση από τη λειτουργία του κινητήρα με καύσιμο βενζίνη σε LPG θα πρέπει να θέσουμε τον διακόπτη στη θέση Ο. Σε αυτή τη θέση απενεργοποιούνται όλες οι ηλεκτροβαλβίδες καυσίμων και περιμένουμε μέχρι να εξαντληθεί η ποσότητα βενζίνης που έχει απομείνει στο καρμπυρατέρ, έτσι ώστε στη συνέχεια που θα ενεργοποιήσουμε τις ηλεκτροβαλβίδες του LPG να μην υπάρχει ταυτόχρονη παροχή και από τα δύο καύσιμα.

Εικόνα 2.27 Διακόπτης επιλογής καυσίμου της ATIKER με ασφάλεια ρεύματος

45


Αρχικά έγινε προσπάθεια να εκκινήσει ο κινητήρας με το προεγκατεστημένο σύστημα υγραεριοκίνησης αλλά διαπιστώθηκε ότι υπήρχε αδυναμία ρύθμισης της ροής του υγραερίου προς τον κινητήρα. Αυτό μπορεί να οφείλονταν στην ηλικία της μεμβράνης ελέγχου της ροής του πνεύμονα. Για τον λόγο αυτό αποφασίσθηκε να αντικατασταθεί το υπάρχον σύστημα με το νέο πιστοποιημένο που παρουσιάσθηκε παραπάνω το οποίο λόγω της πιστοποίησης που διαθέτει θεωρείται και ποιο ασφαλές, και να εγκατασταθούν κάποια εξαρτήματα που έλειπαν από το παλιό όπως ορίζει η νομοθεσία[6].

Στον Πίνακα 3.1 συγκρίνουμε τα εξαρτήματα των δύο συστημάτων και βλέπουμε ποια εξαρτήματα χρειάστηκε να αντικαταστήσουμε και ποια χρειάστηκε να προσθέσουμε.

Πίνακας 3.1 Σύγκριση εξαρτημάτων παλιού και νέου συστήματος

47

ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑΔΕΞΑΜΕΝΗ ΟΧΙ ΝΑΙ

ΟΧΙ ΝΑΙ

ΒΑΛΒΙΔΑ ΔΙΑΚΟΠΗΣ 80% ΟΧΙ ΝΑΙΔΕΙΚΤΗΣ ΣΤΑΘΜΗΣ ΟΧΙ ΝΑΙΒΑΛΒΙΔΑ ΕΚΤΟΝΩΣΗΣ ΟΧΙ ΝΑΙΒΑΛΒΙΔΑ ΥΠΕΡΡΟΗΣ ΟΧΙ ΝΑΙΧΕΙΡΟΚΙΝΗΤΗ ΒΑΛΒΙΔΑ ΟΧΙ ΝΑΙΜΟΝΑΔΑ ΠΛΗΡΩΣΗΣ ΟΧΙ ΝΑΙ

ΝΑΙ ΝΑΙ

ΝΑΙ ΝΑΙ

ΝΑΙ ΝΑΙ

ΝΑΙ ΝΑΙ

ΝΑΙ ΝΑΙ

ΜΟΝΑΔΑ ΦΙΛΤΡΟΥ ΝΑΙ ΝΑΙΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΥΠΟΠΙΕΣΗΣ ΝΑΙ ΟΧΙ

ΥΠΑΡΧΟΝ ΣΥΣΤΗΜΑ

ΝΕΟ ΣΥΣΤΗΜΑ

ΑΕΡΙΟΣΤΕΓΕΣ ΠΕΡΙΚΑΛΥΜΜΑ

ΤΗΛΕΧΕΙΡΙΖΟΜΕΝΗ ΒΑΛΒΙΔΑ ΔΙΑΚΟΠΗΣ ΥΓΡΑΕΡΙΟΥΤΗΛΕΧΕΙΡΙΖΟΜΕΝΗ ΒΑΛΒΙΔΑ ΔΙΑΚΟΠΗΣ ΒΕΝΖΙΝΗΣΡΥΘΜΙΣΤΗΣ ΠΙΕΣΗΣ- ΕΞΑΕΡΙΩΤΗΣΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΑΕΡΙΟΥΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ

Από τον Πίνακα 3.1 διαπιστώνεται ότι στο νέο σύστημα που εγκαταστάθηκε δεν υπάρχει ο αισθητήρας υποπίεσης. Η λειτουργία που εκτελείτο από τον αισθητήρα πίεσης, στο νέο σύστημα εκτελείται από την σύνδεση του διακόπτη εναλλαγής καυσίμου του συστήματος στο (-) του πολλαπλασιαστή του κινητήρα. Από την σύνδεση αυτή ο διακόπτης εναλλαγής καυσίμου αντιλαμβάνεται (μέσω του παλμού που δέχεται) την ύπαρξη ή όχι στροφών στον κινητήρα και ανάλογα ενεργοποιεί ή όχι τα αναγκαία ηλεκτρικά κυκλώματα για την τροφοδοσία του κινητήρα με υγραέριο.

3.1 Αντικατάσταση παλιών εξαρτημάτων με τα αντίστοιχα νέα πιστοποιημένα εξαρτήματα συστήματος υγραεριοκίνησης

3.1.1 Ηλεκτροβαλβίδα διακοπής βενζίνης

Κατά τη διαδικασία εγκατάστασης του νέου συστήματος υγραεριοκίνησης, αντικαταστάθηκε η παλιά ηλεκτροβαλβίδα διακοπής βενζίνης που παρουσιάσθηκε στην παράγραφο 2.2.4.1 με την αντίστοιχη νέα της παραγράφου 2.3.3. Οι δυο αυτές βαλβίδες έχουν τον ίδιο σκοπό, τον έλεγχο της ροής του καυσίμου. Διαφέρουν μόνο κατά την ηλικία κατασκευής και στο ότι η νέα έχει μια κάνουλα για τον χειροκίνητο έλεγχο της βαλβίδας όπως έχουμε πει στην παράγραφο 2.3.3.

3.1.2 Διακόπτης επιλογής καυσίμου

Αντικαταστήσαμε τον παλιό διακόπτη επιλογής καυσίμου που παρουσιάσθηκε στην παράγραφο 2.2.4.2 με τον αντίστοιχο νέο της παραγράφου 2.3.5. Οι διαφορές των δυο εξαρτημάτων είναι πολλές και εμφανείς.

Ο παλιός διακόπτης είναι ένας απλός διακόπτης δυο θέσεων που ανάλογα τη θέση που βρίσκεται κάνει μεταγωγή της παροχής ηλεκτρικής ισχύος σε διαφορετικά εξαρτήματα, όπως φαίνεται και στο Διάγραμμα 2.2, ώστε να παρέχεται στον κινητήρα κατά περίπτωση το ανάλογο καύσιμο στο σύστημα.

Ο νέος διακόπτης είναι τριών θέσεων, ποιο σύγχρονος και ποιο εξελιγμένος. Συνδέεται, ηλεκτρολογικά, με πολλά εξαρτήματα του κινητήρα, όπως φαίνεται

48

και στο Διάγραμμα 3.1 και αυτό τον κάνει έναν μικρό εγκέφαλο του συστήματος. Εκτός από τον έλεγχο των ηλεκτροβαλβίδων των δύο καυσίμων, ο διακόπτης παίρνει παλμό από τον πολλαπλασιαστή του κινητήρα, όπως το εξηγήσαμε και στην αρχή του κεφαλαίου. Συνδέεται με τον δείκτη στάθμης της δεξαμενής υγραερίου και μας δίνει την δυνατότητα να ελέγχουμε την στάθμη του καυσίμου, μέσω των λυχνιών τύπου LED που υπάρχουν πάνω στον διακόπτη. Επίσης, στο καλώδιο που τροφοδοτεί ρεύμα τον διακόπτη από την μπαταρία, παρεμβάλλεται και μια ασφάλεια των 12V και 5Α.

Διάγραμμα 3.1 Ηλεκτρολογικό διάγραμμα διακόπτη επιλογής καυσίμου

49

3.1.3 Ηλεκτροβαλβίδα διακοπής υγραερίου – μονάδα φίλτρου

Αντικαταστήσαμε την παλιά ηλεκτροβαλβίδα που παρουσιάσθηκε στην παράγραφο 2.2.4.3 με την αντίστοιχη νέα της παραγράφου 2.3.2. Οι διαφορές των δυο εξαρτημάτων είναι ως προς το μέγεθος του φίλτρου που χρησιμοποιούν, όσο και του ηλεκτρικού διεγέρτη της βαλβίδας ροής του υγρού υγραερίου. Η παλιά ηλεκτροβαλβίδα είναι πιο ογκώδης διότι διαθέτει μεγαλύτερο φίλτρο και ηλεκτρομηχανισμό ελέγχου της βαλβίδας.

3.1.4 Ρυθμιστής πίεσης – Εξαεριωτής (Πνεύμονας)

Κατά την δοκιμή λειτουργίας του παλαιού συστήματος υγραεριοκίνησης του κινητήρα παρουσιάστηκε πρόβλημα διαρροής υγραερίου στον πνεύμονα. Αυτή η δυσλειτουργία του πνεύμονα οφειλόταν στη μεμβράνη που βρίσκεται στο εσωτερικό του, η οποία είχε ξεραθεί από την χρόνια απραξία του συστήματος.

Ο παλιός πνεύμονας που παρουσιάστηκε στην παράγραφο 2.2.4.4 αντικαταστάθηκε με τον αντίστοιχο νέο της παραγράφου 2.3.4. Τα δύο εξαρτήματα δεν έχουν σημαντικές διαφορές στον τρόπο λειτουργίας τους. Η μόνη διαφορά είναι ότι ο παλιός πνεύμονας έχει υποδοχή για τον αισθητήρα υποπίεσης, του οποίου την λειτουργία την ανέλαβε ο διακόπτης επιλογής καυσίμου, μέσω της σύνδεσής του στο (-) του πολλαπλασιαστή του κινητήρα, όπως αναφέραμε στην αρχή του κεφαλαίου.

3.1.5 Συνδέσεις μεταφοράς αερίου

Για τη μεταφορά του αερίου, το παλιό σύστημα χρησιμοποιούσε εύκαμπτες σωληνώσεις από καουτσούκ, οι οποίες είχαν ξεραθεί και τρυπήσει, λόγο γήρανσης από την χρόνια επαφή τους με τον ατμοσφαιρικό αέρα. Στο νέο σύστημα, για τη μεταφορά του υγραερίου σε υγρή μορφή, χρησιμοποιήθηκαν εύκαμπτοι χαλκοσωλήνες υψηλής πίεσης διαμέτρου 6mm, όπως ορίζει ο σχετικός νόμος [6]. Οι συνδέσεις ανάμεσα στους σωλήνες και τα διάφορα εξαρτήματα του συστήματος έγιναν με ρακόρ μηχανικής σύσφιξης και εσωτερικό δαχτυλίδι. Για τη μεταφορά του υγραερίου σε αέρια μορφή χρησιμοποιήθηκαν εύκαμπτες σωληνώσεις από καουτσούκ διαμέτρου 16 mm.

50

3.2 Εγκατάσταση εξαρτημάτων που έλειπαν από το παλιό σύστημα υγραεριοκίνησης

Στον πίνακα 3.1 φαίνονται τα εξαρτήματα που έλειπαν από το παλιό σύστημα υγραεριοκίνησης και διαπιστώνουμε ότι σχεδόν όλα είναι τα παρελκόμενα της δεξαμενής, όπως είπαμε και στο κεφάλαιο 2.2.4.

Η δεξαμενή τοποθετήθηκε σε μεταλλικές βάσεις και στηρίχτηκε στις άκρες με μεταλλικά ελάσματα τα οποία έσφιξαν τη δεξαμενή πάνω στις βάσεις, όπως φαίνονται στην εικόνα 3.1

Το αεροστεγές περικάλυμμα με την πολυβαλβίδα τοποθετήθηκαν υπό γωνία 30° από τον κάθετο συμμετρικό άξονα της δεξαμενής έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργεί η βαλβίδα διακοπής στο 80% της χωρητικότητάς της.

Εικόνα 3.1 Εγκατεστημένη δεξαμενή της ATIKER

Το στόμιο πλήρωσης τοποθετήθηκε χαμηλά στη βάση της δεξαμενής και συνδέθηκε στην πολυβαλβίδα με χαλκοσωλήνα διαμέτρου 6mm.

51

3.3 Διαγράμματα εγκατεστημένου συστήματος υγραεριοκίνησης

Με την εγκατάσταση νέων εξαρτημάτων στο σύστημα και με την κατάργηση των παλαιών, δημιουργήθηκε η ανάγκη να σχεδιαστούν από την αρχή το μηχανολογικό και το ηλεκτρολογικό διάγραμμα του κινητήρα, όπως αυτά φαίνονται στις επόμενες σελίδες.

Στο Διάγραμμα 3.2 φαίνεται η συνδεσμολογία των εξαρτημάτων που εγκαταστάθηκαν σύμφωνα με τη ροή του καυσίμου από την δεξαμενή προς τον χώρο ανάμειξης.

Το κύκλωμα της βενζίνης ξεκινάει από την δεξαμενή και συνεχίζει προς τον μετρητή παροχής βενζίνης. Ακολουθεί η ηλεκτροβαλβίδα διακοπής της βενζίνης και το κύκλωμα καταλήγει στο καρμπιρατέρ.

Το κύκλωμα του υγραερίου ξεκινάει και αυτό από την δεξαμενή και την πολυβαλβίδα και συνεχίζει στην ηλεκτροβαλβίδα διακοπής υγραερίου. Συνεχίζει στον εξαεριωτή – πνεύμονα και καταλήγει στον αναμίκτη (μίξερ), πάνω από το καρμπιρατέρ.

Στο Διάγραμμα 3.3 φαίνεται η νέα ηλεκτρολογική σύνδεση του κινητήρα με τα νέα εξαρτήματα. Έχουμε κρατήσει την βασική ηλεκτρολογική συνδεσμολογία όπως φαίνεται στο Διάγραμμα 2.2 με τη μόνη διαφορά ότι χρειάστηκε να παρεμβάλλουμε ένα ρελέ πριν τον κεντρικό διακόπτη εκκίνησης του κινητήρα. Αυτό έγινε γιατί η διατομή του καλωδίου που τροφοδοτούσε την ηλεκτρική διάταξη του κινητήρα μέσω της πέδης, ώστε να μην υπάρχει τροφοδοσία αν δεν υπάρχει περιστροφή της πέδης ήταν πολύ μικρή με αποτέλεσμα να έχουμε μεγάλη πτώση τάσης την οποία αναγνώριζαν τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα του συστήματος υγραεριοκίνησης και έθεταν το σύστημα υγραεριοκίνησης εκτός. Μετρήθηκε τάση που μόλις ξεπερνούσε τα 10V κατά την λειτουργία του κινητήρα.

Επίσης ο διακόπτης επιλογής καυσίμου παρουσιάζεται με τα χαρακτηριστικά χρώματα καλωδίων όπως αυτά φαίνονται στο διάγραμμα του κατασκευαστή (Διάγραμμα 3.1) και όπως τα έχουμε αναλύσει στο Κεφάλαιο 3.1.2.

52

Διάγραμμα 3.2 Μηχανολογική συνδεσμολογία εξαρτημάτων

53

Διάγραμμα 3.3 Ηλεκτρολογικό σχέδιο κινητήρα

54


Αφού εγκαταστήσαμε το σύστημα υγραεριοκίνησης, το επόμενο βήμα ήταν να γίνει η ρύθμιση του συστήματος και του κινητήρα για τη σωστή λειτουργία και σύμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα εκπομπών ρύπων [5].

Στην συνέχεια έγινε μια σειρά μετρήσεων ώστε να συγκριθεί η απόδοση του κινητήρα τόσο με βενζίνη όσο και με υγραέριο.

4.1 Μετρητική διάταξη

Το σύνολο των ρυθμίσεων και μετρήσεων έγινε με τα εξαρτήματα και τα μηχανήματα που φαίνονται στην παρακάτω μετρητική διάταξη.

Διάγραμμα 4.1 Μετρητική διάταξη

55

4.1.1 Εκκίνηση του κινητήρα

Για να μπορέσει να λειτουργήσει ο κινητήρας και τα μηχανήματα που εντάσσονται στην κλίνη δοκιμών του κινητήρα θα πρέπει να ανοίξουμε τον γενικό διακόπτη παροχής ρεύματος της κλίνης από τον πίνακα του εργαστηρίου και τον κεντρικό διακόπτη του πίνακα ελέγχου που βρίσκεται στην πίσω πλευρά του (Εικόνα 4.1). Αμέσως θα ακουστεί ο κυκλοφορητής νερού από το ανοιχτό κύκλωμα ψύξης του κινητήρα. Εφόσον συνδέσουμε τους πόλους της μπαταρίας είμαστε έτοιμοι να εκκινήσουμε τον κινητήρα μας.

Εικόνα 4.1 Κεντρικός διακόπτης του πίνακα ελέγχου

Από τη στιγμή αυτή τον κινητήρα μας τον ελέγχουμε από τον πίνακα ελέγχου (Εικόνα 4.2) και από τον μοχλό του γκαζιού (Εικόνα 4.3). Η εκκίνηση και η παύση του πίνακα ελέγχου γίνεται με τα μπουτόν (1) (πράσινο - κόκκινο) Εικόνα 4.2, Με τον ίδιο τρόπο γίνεται η εκκίνηση και η παύση της δυναμοπέδης με τα μπουτόν (2) Εικόνα 4.2.

56

Εικόνα 4.2 Πίνακας ελέγχου

Όπως έχουμε αναφέρει και στο Κεφάλαιο 2.2.2, ο κινητήρας μας δεν έχει μίζα. Τον ρόλο της μίζας έχει αναλάβει η δυναμοπέδη, η οποία αναστρέφει την λειτουργία της και συμπεριφέρεται ως ηλεκτρικός κινητήρας που δίνει την κατάλληλη ροπή ώστε να μπορεί να γυρίσει τον στροφαλοφόρο άξονα του θερμικού μας κινητήρα.

Εικόνα 4.3 Μοχλός γκαζιού του κινητήρα

57

Η λειτουργία αυτή επιτυγχάνεται από τον πίνακα ελέγχου με τον ρυθμιστή του ρεύματος διέγερσης της δυναμοπέδης (4) Εικόνα 4.2 και με τον ρυθμιστή των στροφών της δυναμοπέδης (3) Εικόνα 4.2. Αυξάνοντας προοδευτικά το ρεύμα διέγερσης και τις στροφές της δυναμοπέδης προκαλούμε την περιστροφή του άξονά της ο οποίος με την σειρά του περιστρέφει τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα. Για να υπάρξει ανάφλεξη στον χώρο καύσης, θα πρέπει να έχουμε μετακινήσει και τον διακόπτη εκκίνησης στη θέση ΟΝ, ο οποίος βρίσκεται στο κάλυμμα του άξονα που συνδέει τον κινητήρα με την πέδη (Εικόνα 4.4). Από τη στιγμή αυτή η λειτουργία της δυναμοπέδης αναστρέφεται και πάλι δημιουργώντας αρνητική ροπή στον στροφαλοφόρο άξονα και για αυτό τον λόγο περιστρέφουμε τους ρυθμιστές (3) και (4) Εικόνα 4.2 στην θέση μηδέν, ώστε να λειτουργεί ο κινητήρας στο ρελαντί και χωρίς φορτίο.

Εικόνα 4.4 Διακόπτης εκκίνησης

Η εκκίνηση του κινητήρα γίνεται πάντα με καύσιμο βενζίνη μέχρι η θερμοκρασία του νερού να ξεπεράσει τους 40°C. Τις ενδείξεις της θερμοκρασίας εισόδου και εξόδου του νερού καθώς και την θερμοκρασία των καυσαερίων, τις ελέγχουμε από τον αντίστοιχο επιλογέα (5) στον πίνακα ελέγχου (Εικόνα 4.2). Για γρήγορη προθέρμανση του κινητήρα είναι αναγκαίο να ανεβάσουμε τις στροφές από τον μοχλό του γκαζιού για λίγα λεπτά, ώστε να δημιουργήσουμε ένα πλούσιο μίγμα στον χώρο καύσης.

58

4.1.2 Εκκίνηση του αναλυτή καυσαερίων

Ο αναλυτής καυσαερίων του εργαστηρίου (Εικόνα 4.5) χρειάζεται περίπου πέντε λεπτά από τη στιγμή που θα τον ενεργοποιήσουμε μέχρι να μπορούμε να τον χρησιμοποιήσουμε. Αυτή η χρονοκαθυστέρηση οφείλεται στην ανάγκη να θερμανθούν οι θάλαμοι μέτρησης των καυσαερίων του αναλυτή και να παραλάβει, ο αναλυτής, όλες τις απαιτούμενες μετρήσεις για τις συνθήκες του περιβάλλοντος, ώστε να κάνει την εσωτερική του αυτορύθμιση ( Calibration).

Μετά την αυτορύθμιση του αναλυτή και την προθέρμανση του κινητήρα ώστε να λειτουργεί με υγραέριο, μπορεί να ξεκινήσει η όποια πειραματική διαδικασία ή διαδικασία ρύθμισης.

Για να μετρήσει καυσαέρια ο αναλυτής θα πρέπει ο σωλήνας απομάστευσης του αναλυτή να συνδεθεί στην ειδική οπή της εξάτμισης. Μερικά δευτερόλεπτα αργότερα εμφανίζονται στις οθόνες του αναλυτή οι ενδείξεις των τεσσάρων μετρούμενων στοιχείων, Υδρογονάνθρακες (HC), Μονοξείδιο του άνθρακα (CO), Διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και Οξυγόνο (O2).

Εικόνα 4.5 Αναλυτής τεσσάρων αερίων (CO, CO2, O2, HC)

59

4. 2 Ρύθμιση του κινητήρα με καύσιμο υγραέριο

4.2.1 Διαδικασία ρύθμισης

Η ρύθμιση της καλής λειτουργίας του κινητήρα γίνεται με την ρύθμιση της παροχής καυσίμου στον κινητήρα έτσι ώστε να έχουμε στον χώρο καύσης την κατάλληλη αναλογία αέρα-καυσίμου. Αυτό επιτυγχάνεται με την βοήθεια του αναλυτή καυσαερίων και με τις τρεις βίδες που υπάρχουν στο σύστημα υγραεριοκίνησης.

Οι δύο βίδες βρίσκονται στον πνεύμονα: • η πρώτη (Εικόνα 4.6) βρίσκεται στην δεξιά επιφάνεια του πνεύμονα όπως

είναι εγκατεστημένος στον κινητήρα,και ρυθμίζει την απευθείας παροχή υγραερίου σε υγρή μορφή. Ο ρυθμιστής αυτός χρησιμοποιείται για την ρύθμιση των μιγμάτων κατά την εκκίνηση του κινητήρα.

Εικόνα 4.6 Ρυθμιστής παροχής υγραερίου σε υγρή μορφή

• η δεύτερη (Εικόνα 4.7) βρίσκεται στην μπροστά επιφάνεια του πνεύμονα όπου αναγράφεται και ο κατασκευαστής, και ρυθμίζει την παροχή υγραερίου σε αέρια μορφή. Ο ρυθμιστή αυτός επεμβαίνει στο ελατήριο ελέγχου της μεμβράνης ελέγχου της αεριοποίησης του υγραερίου, με αποτέλεσμα να την κάνει περισσότερο ή λιγότερο ευαίσθητη στις αλλαγές της υποπίεσης στην περιοχή του ανάμικτη του καυσίμου. Χρησιμοποιείται για την ρύθμιση των μιγμάτων σε χαμηλά φορτία (ρελαντί).

60

Εικόνα 4.7 Ρυθμιστής παροχής υγραερίου σε αέρια μορφή

Η τρίτη βίδα (Εικόνα 4.8) βρίσκεται στον αγωγό παροχής καυσίμου στον μίκτη. Με αυτήν ρυθμίζονται τα μίγματα σε υψηλό αριθμό στροφών και φορτία.

Εικόνα 4.8 Ρυθμιστής παροχής υγραερίου σε υψηλές στροφές

Η ρύθμιση ξεκινά με την τοποθέτηση της πρώτης βίδας (Εικόνα 4.6) του πνεύμονα σε μια αρχική θέση, που είναι 1 και ½ στροφή από την κλειστή θέση, σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή και των εγκαταστατών μηχανικών της εταιρίας του συστήματος που τοποθετήθηκε.

Στη συνέχεια, με τον κινητήρα να λειτουργεί στο ρελαντί, με τη βοήθεια της δεύτερης βίδας (Εικόνα 4.7) του πνεύμονα (είτε βιδώνοντας, είτε ξεβιδώνοντας) προσπαθούμε να ρυθμίσουμε την παροχή του αερίου ώστε η τιμή του CO να

61

είναι μικρότερη από 3,5% που είναι και η επιθυμητή τιμή όπως αναφέρεται στον Πίνακα 1.3 για οχήματα συμβατικής τεχνολογίας (χωρίς ρυθμιζόμενο τριοδικό καταλυτικό μετατροπέα) με έτος πρώτης άδειας κυκλοφορίας μετά την 1/10/1986. Όσο ξεβιδώνουμε την βίδα επιτρέπουμε την παροχή μεγαλύτερης ποσότητας καυσίμου άρα και μεγαλύτερα ποσοστά εκπομπών CO.

Τέλος ανεβάζουμε τις στροφές του κινητήρα στις 2500 – 3000 RPM και με τη βοήθεια της τρίτης αλλά και της δεύτερης βίδας προσπαθούμε να ρυθμίσουμε την παροχή του αερίου ώστε η τιμή των HC να είναι μικρότερη από 400 ppm. Όσο ξεβιδώνουμε τις βίδες επιτρέπουμε την παροχή μεγαλύτερης ποσότητας καυσίμου άρα και μεγαλύτερες ποσότητες άκαυτων HC.

Με δεδομένο την ανάγκη για επέμβαση στην δεύτερη βίδα κατά την τρίτη φάση της ρύθμισης θα πρέπει να ξαναγίνουν οι δύο προηγούμενες φάσεις. Για τη σωστή ρύθμιση χρειάστηκε να επαναλάβουμε αρκετές φορές τις ρυθμίσεις σε ρελαντί και σε υψηλές στροφές. Αυτό οφείλεται στο ότι οι τρεις βίδες της ρύθμισης έχουν συνεχή αλληλεπίδραση στα μίγματα με αποτέλεσμα όταν παίρνουμε την επιθυμητή τιμή στο ρελαντί να έχουμε μια μικρή απόκλιση της επιθυμητής τιμής στις υψηλές στροφές και το αντίθετο. Έτσι με την επανάληψη των ρυθμίσεων και με μικρές διορθώσεις σε ρελαντί και σε υψηλές στροφές πήραμε το βέλτιστο αποτέλεσμα για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα.

4.2.2 Προβλήματα που αντιμετωπίστηκαν

Μέχρι να ολοκληρωθεί η διαδικασία της ρύθμισης αντιμετωπίστηκαν και λύθηκαν τα παρακάτω προβλήματα.

1. Κατά την αρχική ρύθμιση του πνεύμονα διαπιστώθηκε ότι υπήρχε κατασκευαστικό πρόβλημα στη δεύτερη βίδα ρύθμισης με αποτέλεσμα να μην μπορεί να γίνει η ρύθμιση στις υψηλές στροφές και να απορυθμίζεται η παροχή αερίου στις χαμηλές. Το πρόβλημα επιλύθηκε με την άμεση αντικατάσταση ολόκληρου του πνεύμονα με έναν καινούργιο και έτσι μπορέσαμε να ολοκληρώσουμε τις ρυθμίσεις.

2. Υπήρχε αδυναμία να ρυθμιστεί η παρεχόμενη ποσότητα αερίου καυσίμου λόγω ανυπαρξίας στοιχειώδους υποπίεσης στην περιοχή του μίκτη αέρα - αερίου καυσίμου. Αποτέλεσμα αυτού ήταν κατά την φάση της εισαγωγής να μην αναρροφάται καύσιμο κατά την εισαγωγή του αέρα με αποτέλεσμα ο κινητήρας μας να μην μπορεί να ανεβάσει στροφές καθώς το μίγμα που εισέρχονταν ήταν φτωχό. Το πρόβλημα θα μπορούσε να λυθεί με την

62

τοποθέτηση φίλτρου αέρα στην εισαγωγή ώστε να εμποδίσει την αυθαίρετη ροή αέρα στον κινητήρα. Για να γίνει η ρύθμιση στο σύστημα, δημιουργήθηκε ένα υποτυπώδες φίλτρο αέρα διπλώνοντας ένα πανί το οποίο το τοποθετήθηκε στην εισαγωγή πριν το καρμπιρατέρ. Έτσι δημιουργήσαμε και την υποπίεση που χρειαζόμασταν. Αυτή η λύση όμως δεν είχε τα απαιτούμενα αποτελέσματα στις μετρήσεις με καύσιμο βενζίνη καθώς μείωνε κατά πολύ την απόδοση του κινητήρα. Έτσι αφαιρέθηκε το πανί και προστέθηκε μια μεταλλική λάμα στην οπή εισαγωγής του μετρητή παροχής αέρα (Εικόνα 4.9), ώστε να στραγγαλίζεται η παροχή αέρα στο σύστημα και να δημιουργήται η απαιτούμενη υποπίεση. Η μείωση της επιφάνειας της οπής εισαγωγής αέρας από 24,72 cm2 σε 9,76 cm2 με την χρήση της μεταλλικής λάμας, μας επέτρεψε να πάρουμε τις σειρές μετρήσεων που παρουσιάζονται στη συνέχεια. Παράλληλα η αφαίρεσή της είναι ιδιαίτερα εύκολη αν χρειαστεί να πάρουμε μετρήσεις χωρίς αυτήν.

Εικόνα 4.9 Μετρητής παροχής αέρα με τοποθετημένη την λάμα

3. Υπήρχε δυσλειτουργία του κινητήρα στα χαμηλά φορτία με ιδιαίτερη μεγάλη εκπομπή υδρογονανθράκων. Από τη δυσλειτουργία του κινητήρα φαινόταν ότι ο κινητήρας είχε πρόβλημα με την ανάφλεξη στον χώρο καύσης. Επισημαίνεται ότι το πρόβλημα αυτό δεν παρουσιάζονταν με καύσιμο την βενζίνη. Αυτό οδήγησε στο να βγάλουμε τους αναφλεκτήρες (μπουζί) και να μειώσουμε την απόσταση του διακένου των ηλεκτροδίων

63

από 0,9 mm σε 0,7 mm με το ειδικό παχυμετρικό έλασμα (φίλερ). Μικρότερο διάκενο ηλεκτροδίων απαιτεί μικρότερη τάση για τη δημιουργία σπινθήρα. Η υγρασία που υπάρχει στον χώρο καύσης με καύσιμο την βενζίνη, λειτουργεί σαν καλός αγωγός του ηλεκτρισμού με αποτέλεσμα να χρειάζεται μικρότερη τάση για τη δημιουργία του σπινθήρα και άρα το διάκενο των ηλεκτροδίων επιτρέπεται να είναι μεγάλο. Αντίθετα κατά τη χρήση αέριου καυσίμου δεν υπάρχει το φαινόμενο της υγρασίας και για αυτό το λόγο απαιτείται μεγαλύτερη τάση για τη δημιουργία σπινθήρα. Σύμφωνα με τα παραπάνω η μείωση του διάκενου των σπινθηριστών για ένα δεδομένο σύστημα δημιουργίας σπινθήρα είναι μονόδρομος. Άλλος τρόπος για να αντιμετωπισθεί το πρόβλημα θα ήταν η αλλαγή των σπινθηριστών με άλλους που θα διέθεταν μικρότερη εσωτερική αντίσταση ώστε να είναι ευκολότερη η διέλευση του ρεύματος μέσα από αυτούς. Στην περίπτωση αυτή θα μπορούσε να διατηρηθεί το αρχικό διάκενο των σπινθηριστών.

4. 3 Μετρήσεις απόδοσης του κινητήρα

4.3.1 Στόχος μετρήσεων

Οι μετρήσεις έγιναν για να διαπιστωθούν τα παρακάτω:1. Αν η μετατροπή που έγινε είχε επίδραση στην απόδοση του κινητήρα.2. Αν οι εκπεμπόμενοι ρύποι με χρήση υγραερίου είναι φιλικότεροι ή όχι

περιβαλλοντικά σε σχέση με τους αντίστοιχους όταν χρησιμοποιείται ως καύσιμο η βενζίνη.

Για να διαπιστωθούν τα παραπάνω αποφασίσθηκε να γίνουν μετρήσεις με τον κινητήρα να λειτουργεί σε διάφορες στροφές και για διαφορετικά φορτία με καύσιμο το υγραέριο αλλά και βενζίνης ώστε τα αποτελέσματα να συγκριθούν μεταξύ τους.

Οι μετρήσεις που καταγράφτηκαν, πραγματοποιήθηκαν για τέσσερις διαφορετικές θέσεις γκαζιού και για κάθε θέση γκαζιού, τρεις διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής έτσι ώστε να καλυφθεί όλο το πεδίο λειτουργίας του κινητήρα και τα αποτελέσματα να είναι πιο αντιπροσωπευτικά στις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας του συστήματος. Καταγράφτηκαν επίσης και οι μετρήσεις στο ρελαντί χωρίς φορτίο.

64

Ο έλεγχος της θέσης γκαζιού, κατά τη διάρκεια των μετρήσεων γινόταν μηχανικά και όχι ηλεκτρονικά όπως θα έπρεπε, λόγω μιας βλάβης που υπήρχε στον ηλεκτρονικό έλεγχο του γκαζιού. Ο ηλεκτρονικός έλεγχος του γκαζιού θα έδινε την δυνατότητα να καθορίζουμε ακριβώς της στροφές του κινητήρα. Αυτή η λειτουργία αντικαταστάθηκε με τέσσερις οπές στον μηχανικό μοχλό του γκαζιού, όπως φαίνονται στην Εικόνα 4.3, και οι οποίες αναλογούν στις θέσεις 5%, 12%, 25% και 45% της πλήρους διαδρομής του γκαζιού.

4.3.2 Διαδικασία μετρήσεων

Πριν ξεκινήσει η καταγραφή των μετρήσεων έγινε έλεγχος στα εξαρτήματα και στα μηχανήματα που θα χρησιμοποιηθούν. Στον έλεγχο αυτό διαπιστώθηκε ότι υπήρχαν αποθέματα καυσίμου, λάδια στον κινητήρα και ότι οι χειροκίνητες βαλβίδες καυσίμου ήταν ανοιχτές.

Η διαδικασία των μετρήσεων ξεκίνησε με την εκκίνηση του κινητήρα, όπως αυτή αναλύθηκε στο Κεφάλαιο 4.1.1, και με την εκκίνηση του αναλυτή καυσαερίων, όπως αυτή αναλύθηκε στο Κεφάλαιο 4.1.2. Όταν η θερμοκρασία του κινητήρα πέρασε τους 40ºC τοποθετήθηκε ο σωλήνας απομάστευσης του αναλυτή καυσαερίων στην ειδική οπή της εξάτμισης.

Στη συνέχεια φαίνονται τα βήματα με τα οποία έγινε η καταγραφή των μετρήσεων και είναι ίδια και για τα δύο καύσιμα. Για κάθε βήμα καταγράφτηκαν από τα ανάλογα μετρητικά όργανα στο φύλλο μετρήσεων οι παρακάτω τιμές:

• Οι στροφές του κινητήρα, (1) Εικόνα 4.10• Η φόρτιση πέδης, (2) Εικόνα 4.10• Οι θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου του ψυκτικού νερού, (3) Εικόνα 4.10• Το ρεύμα φόρτισης, (4) Εικόνα 4.10• Οι τιμές των τεσσάρων αερίων από τον αναλυτή καυσαερίων

1 ο Βήμα : Ο κινητήρας λειτουργεί στο ρελαντί, χωρίς φορτίο.

2 ο Βήμα : Ξεκινά η διαδικασία μετακίνησης του μοχλού της θέσης γκαζιού στην πρώτη οπή, που ορίσθηκε ως το 5% της πλήρης διαδρομής της πεταλούδας γκαζιού. Αποτέλεσμα αυτού ήταν να αυξάνονται οι στροφές του κινητήρα και να πλησιάζουν τις 3000 rpm. Σε περίπτωση που οι στροφές του κινητήρα τείνουν να ξεπεράσουν το επιτρεπτό όριο είναι αναγκαία η αύξηση του ρεύματος φόρτισης της πέδης έτσι ώστε να διατηρηθούν οι στροφές στα επιθυμητά όρια. Μόλις

65

σταθεροποιηθεί ο κινητήρας στις επιθυμητές στροφές γίνεται καταγραφή των ενδείξεων της μετρητικής διάταξης.

3 ο Βήμα : Στη συνέχεια, με τον μοχλό του γκαζιού στην ίδια οπή, γίνεται μεταβολή του ρεύματος φόρτισης της πέδης μέχρι το στροφόμετρο να σταθεροποιηθεί στις 2000 rpm. Στη νέα αυτή θέση γίνεται και πάλι καταγραφή των ενδείξεων της μετρητικής διάταξης.

4 ο Βήμα : Γίνεται επανάληψη του 3ου Βήματος μέχρι το στροφόμετρο να σταθεροποιηθεί στις 1500 rpm.

Εικόνα 4.10 Πίνακας ελέγχου

Οι διαδικασία των μετρήσεων συνεχίστηκε με την επανάληψη του 2ου, του 3ου και του 4ου Βήματος για τις υπόλοιπες τρεις θέσεις γκαζιού (12%, 25% και 45% της διαδρομής για το πλήρες άνοιγμα της πεταλούδας γκαζιού του κινητήρα). Όλες οι ενδείξεις της μετρητικής διάταξης με τα λειτουργικά μεγέθη του συστήματος καταγράφηκαν στο φύλλο μετρήσεων για κάθε επιμέρους βήμα της διαδικασίας μέτρησης.

Τελευταίο βήμα της μετρητικής διαδικασίας είναι η επιστροφή του κινητήρα σε λειτουργία ρελαντί, μειώνοντας σταδιακά το ρεύμα φόρτισης και κλείνοντας

66

επίσης σταδιακά το γκάζι. Υπάρχει κίνδυνος να σβήσει ο κινητήρας ή να ξεπεράσουν το επιτρεπτό όριο οι στροφές του κινητήρα αν δεν κλείσουν σταδιακά.

4.4 Αποτελέσματα μετρήσεων και αξιολόγηση αποτελεσμάτων

Τα αποτελέσματα της μετρητικής διαδικασίας φαίνονται στους παρακάτω πίνακες οι οποίοι συμπληρώθηκαν με τον τρόπο που αναλύθηκε στο Κεφάλαιο 4.3.2. Στον Πίνακα 4.1 φαίνονται οι ενδείξεις των λειτουργικών μεγεθών με καύσιμο την βενζίνη, ενώ στον Πίνακα 4.2 φαίνονται οι ενδείξεις με καύσιμο το υγραέριο.

Οι πίνακες αυτοί χρησιμοποιήθηκαν για να δημιουργηθούν τα κατάλληλα διαγράμματα για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και για την σύγκριση των δύο καυσίμων, όπως αυτά αναλύονται στα επόμενα υποκεφάλαια.

Πίνακας 4.1 Φύλλο μετρήσεων με καύσιμο βενζίνη

67

ΘΕΣΗ ΓΚΑΖΙΟΥΣΤΡΟΦΟΜΕΤΡΟ ΡΟΠΗ ΨΥΚΤΙΚΟ ΝΕΡΟ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ ΡΕΥΜΑ

(R.P.M) ΠΕΔΗΣ ΕΙΣΟΔΟΣ ΕΞΟΔΟΣ HC CO ΦΟΡΤΙΣΗΣ(Nm) (ppm) (%VOL) (%VOL) (%VOL) (AMPS)

ΡΕΛΑΝΤΙ 940 3,7 50 53 358 15,9 1,85 2,3 01η θέση βενζίνη 2800 4,5 48 52 254 16,8 2,6 0,6 0

1η θέση βενζίνη 2000 19 49 54 240 16,2 2,2 1,4 201η θέση βενζίνη 1500 34 49 53 280 15,6 2,1 2,2 402η θέση βενζίνη 2500 38 49 55 268 15,8 4,2 0,5 452η θέση βενζίνη 2000 53,3 50 56 290 16 3,2 0,9 652η θέση βενζίνη 1500 67,8 51 56 350 12,3 8,7 1,2 883η θέση βενζίνη 2500 70,7 51 58 214 16,3 3,3 0,5 903η θέση βενζίνη 2000 75,8 52 59 278 12,8 9,6 0,2 973η θέση βενζίνη 1500 81,1 54 60 304 12,2 10 0,5 1084η θέση βενζίνη 3000 85,5 61 67 622 15,3 8,9 0 1074η θέση βενζίνη 2500 85,2 61 67 636 15,6 8,5 0 105ΡΕΛΑΝΤΙ 950 3,5 53 58 362 14,8 4 1,8 0

CO2 O2 OC OC

Πίνακας 4.2 Φύλλο μετρήσεων με καύσιμο υγραέριο

4.4.1 Η επίδραση της χρήσης του υγραερίου στη ροπή του κινητήρα

Διάγραμμα 4.2 Σύγκριση ροπών των δύο καυσίμων σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

68


(R.P.M) ΠΕΔΗΣ ΕΙΣΟΔΟΣ ΕΞΟΔΟΣ HC CO ΦΟΡΤΙΣΗΣ(Nm) (ppm) (%VOL) (%VOL) (%VOL) (AMPS)

ΡΕΛΑΝΤΙ 970 3,6 47 50 360 14,1 2,7 1,9 01η θέση LPG 2800 4,5 47 52 170 16,4 0,95 0,3 01η θέση LPG 2000 23,2 48 53 272 15,5 1,12 1,1 251η θέση LPG 1500 38,7 49 52 328 14,7 1,12 2,1 482η θέση LPG 2500 36,5 49 55 288 15,5 1,95 0,5 40,12η θέση LPG 2000 49,5 50 56 328 15,1 2,1 0,8 602η θέση LPG 1500 64,8 51 57 240 15,2 1,26 1,4 823η θέση LPG 2500 69,9 52 59 212 15,6 2,2 0,1 893η θέση LPG 2000 77 53 60 166 15,7 1,92 0,2 1003η θέση LPG 1500 81,5 54 60 178 15,5 1,95 0,3 1084η θέση LPG 3000 93,5 60 66 258 16,5 3,8 0 1234η θέση LPG 2500 96,2 61 67 608 14,6 7,4 0 1254η θέση LPG 1500 97,5 61 67 626 13,6 8,2 0,1 130

ΡΕΛΑΝΤΙ 1120 3,5 54 58 294 14,5 2,3 1,5 0

CO2 O2 OC OC

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 32000

20

40

60

80

100

120

1η θέση βενζίνη1η θέση LPG2η θέση βενζίνη2η θέση LPG3η θέση βενζίνη3η θέση LPG4η θέση βενζίνη4η θέση LPG

Στροφες (rpm)

ΡΟ

ΠΗ

(N/m

)

Στο Διάγραμμα 4.2 φαίνονται οι τιμές των ροπών σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για τα δύο καύσιμα για τις τέσσερις θέσεις της διαδρομής του γκαζιού ξεχωριστά.

Παρατηρείται ότι στην πρώτη θέση γκαζιού, το υγραέριο έχει καλύτερη ροπή στις χαμηλές στροφές του κινητήρα σε σχέση με την βενζίνη, η οποία πλησιάζει τις τιμές της ροπής του υγραερίου, όσο ανεβαίνουν οι στροφές του κινητήρα. Στη δεύτερη θέση γκαζιού φαίνεται ότι η βενζίνη έχει ελάχιστα μεγαλύτερη ροπή από το υγραέριο, ενώ στην τρίτη θέση γκαζιού οι τιμές των ροπών, σχεδόν, συμπίπτουν. Στην τέταρτη θέση γκαζιού φαίνεται ότι οι τιμές της ροπής του υγραερίου είναι σαφώς μεγαλύτερες από της τιμές της βενζίνης.

Όπως διαπιστώνεται από την από την παραπάνω παράγραφο και φυσικά από τις καμπύλες του Διαγράμματος 4.2, οι αποκλίσεις σε απόδοση από την χρήση υγραερίου ή βενζίνης είναι πολύ μικρές και σε κάθε περίπτωση θα μπορούσαν να δικαιολογηθούν από την ρύθμιση των μιγμάτων του κινητήρα.

4.4.2 Οι εκπεμπόμενοι υδρογονάνθρακες ( HC)

Διάγραμμα 4.3 Σύγκριση εκπεμπομένων υδρογονανθράκων των δύο καυσίμων σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

69

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200150

250

350

450

550

650

750


Στροφές (RPM)

HC

(ppm

)

Στο Διάγραμμα 4.3 φαίνονται οι τιμές των εκπεμπομένων, άκαυτων υδρογονανθράκων σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για τα δύο καύσιμα και για τις τέσσερις θέσεις της διαδρομής του γκαζιού ξεχωριστά.

Συγκρίνοντας τις τιμές των υδρογονανθράκων, για κάθε θέση της πεταλούδας γκαζιού, για την βενζίνη και για το υγραέριο, διαπιστώνεται ότι παραμένουν στα ίδια επίπεδα. Στο σύνολο δε των μετρήσεων οι τιμές υδρογονανθράκων που καταγράφηκαν ήταν σε επίπεδα μικρότερα από τα προβλεπόμενα από την Νομοθεσία [5] σύμφωνα με την ηλικία του κινητήρα.

4.4. 3 Οι εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα ( CO)

Διάγραμμα 4.4 Σύγκριση εκπεμπόμενου μονοξειδίου του άνθρακα των δύο καυσίμων σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

Στο Διάγραμμα 4.4 φαίνονται οι τιμές του εκπεμπόμενου μονοξειδίου του άνθρακα σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για τα δύο καύσιμα και για τις τέσσερις θέσεις της διαδρομής του γκαζιού ξεχωριστά.

Για κάθε θέση της πεταλούδας γκαζιού, για την βενζίνη και για το υγραέριο, οι εκπομπές είναι μικρότερες. Αυτό είναι αποτέλεσμα της ρύθμισης που έγινε στην παρεχόμενη ποσότητα υγραερίου ώστε σε κάθε περίπτωση να έχουμε τις

70

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 32000

2

4

6

8

10

12



CO

(%VO

L)

μικρότερες δυνατές εκπομπές CO, διατηρώντας την απόδοση του κινητήρα στα ίδια επίπεδα.

4.4. 4 Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ( CO 2)

Διάγραμμα 4.5 Σύγκριση εκπεμπόμενου διοξειδίου του άνθρακα των δύο καυσίμων σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

Στο Διάγραμμα 4.5 φαίνονται οι τιμές του εκπεμπόμενου διοξειδίου του άνθρακα σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για τα δύο καύσιμα και για τις τέσσερις θέσεις της διαδρομής του γκαζιού ξεχωριστά.

Δεδομένου ότι ο λόγος των περιεχομένων ατόμων C σε σχέση με τα άτομα του H στα μόρια του υγραερίου είναι μικρότερος συγκρινόμενος με τον αντίστοιχο των μορίων της βενζίνης αναμένεται οι εκπομπές CO2 να είναι μικρότερες με την χρήση του υγραερίου. Αυτό επιβεβαιώνεται στις περισσότερες θέσεις μέτρησης.

Το CO2 δεν μπορεί να θεωρηθεί ρύπος αφού είναι αέριο συστατικό της γήινης ατμόσφαιρας και αποτελεί υποπροϊόν όλων των καύσεων. Είναι, όμως, ένα από τα βασικά αέρια που συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Σε φυσιολογικές συνθήκες είναι αναγκαία η λειτουργία που προκύπτει από το φαινόμενο του θερμοκηπίου, μια που λόγω της ύπαρξής του υπάρχει μικρή

71

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 320011

12

13

14

15

16

17

18



CO

2 (%

VOL)

θερμοκρασιακή διαφορά μεταξύ ημέρας και νύκτας και τελικά μέσω αυτού εξασφαλίζεται η ύπαρξη στον πλανήτη φυσιολογικών θερμοκρασιών. Η αύξηση, όμως, των εκπομπών του CO2, τις τελευταίες δεκαετίες, από τις δραστηριότητες του ανθρώπου, έχει προκαλέσει την αύξηση των τιμών της ηλιακής ακτινοβολίας που εγκλωβίζεται στην ατμόσφαιρα με αποτέλεσμα την υπερθέρμανση του πλανήτη και με ότι αυτό συνεπάγεται (πολύ υψηλές θερμοκρασίες, λιώσιμο των πάγων κ.α.). Για να προφυλαχτούμε από αυτά τα φαινόμενα θα πρέπει να μειώσουμε τις εκπομπές CO2. Αυτός είναι και ο κύριος λόγος που ασχολούμαστε με τα αέρια καύσιμα αφού όπως αναλύσαμε και στην παραπάνω παράγραφο, οι εκπομπές CO2 είναι μικρότερες με καύσιμο το υγραέριο

4.4.5 Το εκπεμπόμενο οξυγόνο (Ο2) με τα καυσαέρια

Διάγραμμα 4.6 Σύγκριση εκπεμπομένων διοξειδίων των δύο καυσίμων σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

Στο Διάγραμμα 4.6 φαίνονται οι τιμές των εκπεμπόμενων διοξειδίων σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για τα δύο καύσιμα και για τις τέσσερις θέσεις της διαδρομής του γκαζιού ξεχωριστά.

Τα μετρούμενα O2 στα καυσαέρια είναι ένδειξη της ποιότητας καύσης στον κύλινδρο. Από τις καμπύλες του διαγράμματος διαπιστώνεται ότι όσο ανέβαιναν

72

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 32000

0,5

1

1,5

2

2,5



O2

(%VO

L)

οι στροφές του κινητήρα, για κάθε θέση γκαζιού, τόσο καλύτερη ποιότητα καύσης είχαμε στον κύλινδρο, μια που η αύξηση των στροφών οδηγούσε σε μείωση του O2 στα καυσαέρια.

Η μείωση του O2 στα καυσαέρια είναι μη επιθυμητή όταν ταυτόχρονα υπάρχει αύξηση των εκπομπών CO, λόγω πλούσιων μιγμάτων. Αυτό όμως όπως διαπιστώνεται από το Διάγραμμα 4.4 δεν ισχύει.

4.5 Επίδραση του περιοριστικού εισαγωγής αέρα στην λειτουργία του κινητήρα.

Θεωρήθηκε αναγκαίο να συγκρίνουμε την λειτουργία του κινητήρα όταν τοποθετηθεί στην οπή εισαγωγής αέρα η περιοριστική λάμα, με την λειτουργία του κινητήρα χωρίς τη λάμα. Και στις δύο περιπτώσεις το καύσιμο είναι το υγραέριο.

Η μετρητική διαδικασία που χρησιμοποιήθηκε για την συμπλήρωση των δύο πινάκων που ακολουθούν είναι αυτή του Κεφαλαίου 4.3.2 με την μόνη διαφορά ότι καταγράφηκαν οι τιμές μόνο για την τέταρτη θέση γκαζιού. Στον Πίνακα 4.3 φαίνονται οι ενδείξεις των λειτουργικών μεγεθών με τοποθετημένη την λάμα στην οπή με επιφάνεια εισαγωγής αέρα 9,76 cm2, ενώ στον Πίνακα 4.4 φαίνονται οι ενδείξεις χωρίς την λάμα με επιφάνεια εισαγωγής αέρα 24,72 cm2.

Για τις μετρήσεις χωρίς την περιοριστική λάμα δεν έγινε ρύθμιση των μιγμάτων του κινητήρα. Τα παρουσιαζόμενα αποτελέσματα είναι αυτά που προέκυψαν με την ρύθμιση των μιγμάτων με τοποθετημένη την περιοριστική λάμα.

Πίνακας 4.3 Φύλλο μετρήσεων με τοποθετημένη την περιοριστική λάμα (9,76 cm2 επιφάνεια εισαγωγής αέρα)

73


R.P.M ΠΕΔΗΣ ΕΙΣΟΔΟΣ ΕΞΟΔΟΣ HC CO ΦΟΡΤΙΣΗΣ(Nm) (ppm) (%VOL) (%VOL) (%VOL) (AMPS)

4η θέση LPG 3000 93,5 60 66 258 16,5 3,8 0 1234η θέση LPG 2500 96,2 61 67 608 14,6 7,4 0 1254η θέση LPG 1500 97,5 61 67 626 13,6 8,2 0,1 130

CO2 O2 OC OC

Πίνακας 4.4 Φύλλο μετρήσεων χωρίς την περιοριστική λάμα ( 24,72 cm2

επιφάνεια εισαγωγής αέρα)

Οι παραπάνω πίνακες χρησιμοποιήθηκαν για να δημιουργηθούν τα κατάλληλα διαγράμματα για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, όπως αυτά φαίνονται και αναλύονται στα επόμενα υποκεφάλαια.

4.5.1 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στη ροπή του κινητήρα

Διάγραμμα 4.7 Σύγκριση ροπών σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

Στο Διάγραμμα 4.7 φαίνονται οι τιμές των ροπών σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για 9,76 cm2 και για 24,72 cm2 επιφάνειας εισαγωγής αέρα.

74


R.P.M ΠΕΔΗΣ ΕΙΣΟΔΟΣ ΕΞΟΔΟΣ HC CO ΦΟΡΤΙΣΗΣ(Nm) (ppm) (%VOL) (%VOL) (%VOL) (AMPS)

4η θέση LPG 3000 85,1 60 66 550 17,6 0,03 2,3 1184η θέση LPG 2500 95,8 61 67 542 19,3 0,72 0 1254η θέση LPG 1500 97,5 61 67 630 18,5 0,9 0,2 130

CO2 O2 OC OC

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 320084

86

88

90

92

94

96

98

100

9,76 cm2 επ ιφάνεια εισαγωγής (τοπ οθετημένη η λάμα)24,72 cm2 επ ιφάνεια εισαγωγής (χωρίς τη λάμα)


Ροπ

ή (N

m)

Παρατηρείται ότι χωρίς την περιοριστική λάμα έχουμε απότομη μείωση της ροπής όσο αυξάνουν οι στροφές του κινητήρα. Αυτό οφείλεται στο ότι ο όγκος του αέρα που εισέρχεται είναι αρκετά μεγάλος με αποτέλεσμα να έχουμε φτωχά μείγματα. Αντίθετα, με την λάμα τοποθετημένη, παρατηρείται μια σταδιακή μείωση της ροπής η οποία μπορεί να θεωρηθεί λογική.

4.5.2 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στις εκπομπές HC

Διάγραμμα 4.8 Σύγκριση εκπεμπομένων υδρογονανθράκων σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

Στο Διάγραμμα 4.8 φαίνονται οι τιμές των εκπεμπομένων, άκαυτων υδρογονανθράκων σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για 9,76 cm2 και για 24,72 cm2 επιφάνειας εισαγωγής αέρα.

Συγκρίνοντας τις τιμές των υδρογονανθράκων για τις δύο επιφάνειες εισαγωγής διαπιστώνουμε ότι χωρίς την περιοριστική λάμα οι τιμές παραμένουν πάντα σε υψηλά επίπεδα και από το σημείο των 2500 rpm τείνουν να αυξάνουν. Η αύξηση αυτή οφείλεται στην ύπαρξη φτωχών μειγμάτων, λόγω της μείωσης της υποπίεσης στην περιοχή του μίκτη με αποτέλεσμα να αναρροφάται μικρότερη ποσότητα αερίου για την ίδια ποσότητα εισερχομένου αέρα. Αντίθετα, όταν

75

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700



HC

(ppm

)

μειώνεται η επιφάνεια εισαγωγής με την περιοριστική λάμα, οι τιμές των υδρογονανθράκων μειώνονται απότομα όσο ανεβαίνουν οι στροφές του κινητήρα.

4.5.3 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στις CO

Διάγραμμα 4.9 Σύγκριση εκπεμπόμενου μονοξειδίου του άνθρακα σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

Στο Διάγραμμα 4.9 φαίνονται οι τιμές του εκπεμπόμενου μονοξειδίου του άνθρακα σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για 9,76 cm2 και για 24,72 cm2 επιφάνειας εισαγωγής αέρα.

Παρατηρείται ότι τα επίπεδα των τιμών του μονοξειδίου του άνθρακα είναι πολύ χαμηλά χωρίς την περιοριστική λάμα και αυτό οφείλεται στο ότι υπάρχει περίσσια οξυγόνου. Λόγω της μείωσης της υποπίεσης στην περιοχή του μίκτη, ως αποτέλεσμα της αφαίρεσης του περιοριστικού στο στόμιο εισαγωγής αέρα, αναρροφάται μικρότερη ποσότητα αερίου για την ίδια ποσότητα εισερχομένου αέρα. Έτσι ο μεγαλύτερος όγκος εισερχομένου αέρα περιέχει περίσσεια οξυγόνου που δίνει ως αποτέλεσμα πολύ καλή καύση στο χώρο του κυλίνδρου.

76

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 32000

1

2

3

4

5

6

7

8

9



CO

(%VO

L)

4.5.4 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στις εκπομπές CO 2

Διάγραμμα 4.10 Σύγκριση εκπεμπόμενου διοξειδίου του άνθρακα σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

Στο Διάγραμμα 4.10 φαίνονται οι τιμές του εκπεμπόμενου διοξειδίου του άνθρακα σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για 9,76 cm2 και για 24,72 cm2 επιφάνειας εισαγωγής αέρα.

Συγκρίνοντας τις δύο καμπύλες διαπιστώνουμε ότι οι τιμές του διοξειδίου του άνθρακα αυξάνονται όσο αυξάνονται και οι στροφές του κινητήρα με τοποθετημένη την περιοριστική λάμα, το οποίο είναι λογικό να συμβαίνει αφού αυξάνει και η παροχή καυσίμου στον χώρο καύσης. Αντίθετα, χωρίς την περιοριστική λάμα, εισέρχεται στον χώρο καύσης μεγαλύτερος όγκος αέρα με αποτέλεσμα να χαλάει η αναλογία του μείγματος αέρα-καυσίμου, να απαιτείται ένα μικρό μέρος του εισερχομένου αέρα για τις ανάγκες της καύσης και έτσι να εμφανίζεται μια πτωτική τάση των εκπομπών του CO2 όσο ανεβαίνουν οι στροφές.

77

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 320012

13

14

15

16

17

18

19

20



CO

2 (%

VOL)

4.5.5 Επίδραση του περιοριστή εισαγωγής στο Ο2 με τα καυσαέρια

Διάγραμμα 4.11 Σύγκριση εκπεμπομένων διοξειδίων συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα

Στο Διάγραμμα 4.11 φαίνονται οι τιμές του εκπεμπόμενου Οξυγόνου (Ο2) σε συνάρτηση με τις στροφές του κινητήρα για 9,76 cm2 και για 24,72 cm2

επιφάνειας εισαγωγής αέρα.

Η απότομη αύξηση των τιμών του Οξυγόνου (Ο2), χωρίς την περιοριστική λάμα, εξηγεί την ύπαρξη φτωχών μειγμάτων στην περιοχή από τις 2500 rpm και άνω. Αυτή η απότομη αύξηση, αποτέλεσμα της δυνατότητας να μπορεί να αναρροφήσει ο κινητήρας ευκολότερα αέρα, επιβεβαιώνει την ορθότητα των αποτελεσμάτων για τους άλλους εκπεμπόμενους ρύπους των προηγούμενων υποκεφαλαίων.

78

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 32000

0,5

1

1,5

2

2,5



O2

(%VO

L)

Σ ΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ

Από τη σύγκριση των δύο καυσίμων συμπεραίνουμε ότι τα αποτελέσματα των μετρήσεων είναι αρκετά καλύτερα με καύσιμο το υγραέριο σχεδόν για όλες τις τιμές των μετρήσεων.

• Ως προς τη ροπή, διαπιστώνεται ότι δεν υπάρχει μεγάλη διαφορά στα δύο καύσιμα, με το υγραέριο να έχει ελάχιστα καλύτερη απόδοση σε αρκετές τιμές των μετρήσεων.

• Ως προς τα καυσαέρια, διαπιστώνεται ότι το υγραέριο έχει καλύτερη ποιότητα καύσης από την βενζίνη με αποτέλεσμα και οι ρύποι του να είναι αρκετά μειωμένοι και σε μικρότερα επίπεδα από αυτά της βενζίνης.

Από την επίδραση του περιοριστικού στην οπή εισαγωγής, συμπεραίνουμε ότι ο κινητήρας λειτουργεί σωστά μόνο όταν υπάρχει τοποθετημένη η περιοριστική λάμα και δημιουργήται η κατάλληλη υποπίεση στην εισαγωγή του μίγματος. Χωρίς την περιοριστική λάμα τα μείγματα που εισέρχονται στον χώρο καύσης είναι φτωχά με αποτέλεσμα να έχουμε μικρότερη απόδοση στη ροπή και ανεπιθύμητα επίπεδα καυσαερίων.

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων θα ήταν καλύτερα αν γινόταν καλύτερη ρύθμιση των μειγμάτων στις υψηλές στροφές αλλά και στο ρελαντί όπου έπρεπε να επιλυθεί το πρόβλημα της δημιουργίας υποπίεσης ώστε να υπάρχει αναρρόφηση του αερίου καυσίμου. Όπως αναφέρθηκε στο υποκεφάλαιο 4.2 η ρύθμιση έγινε μηχανικά, επεμβαίνοντας σε τρεις βίδες με συνεχείς επαναλήψεις της διαδικασίας ρύθμισης. Αν την ρύθμιση αυτή την διαχειριζόταν ένα ηλεκτρονικό μέσο, όπως είναι κάποιος εγκέφαλος, και με τη βοήθεια αισθητήρα Λ, η ρύθμιση θα ήταν πιο ακριβής και τα αποτελέσματα καλύτερα και πιο αξιόπιστα.

Από την εμπειρία που αποκτήθηκε στα πλαίσια αυτής της εργασίας θα πρότεινα για την καλύτερη λειτουργία του κινητήρα με υγραέριο ώστε να μην απαιτείται η χρήση της λάμας που περιόριζε το στόμιο εισαγωγής του αέρα, τα παρακάτω.

1. Να γίνει αλλαγή των σπινθηριστών του κινητήρα με τους ανάλογους ειδικούς για χρήση του κινητήρα με υγραέριο.

2. Να γίνει νέα λεπτομερής ρύθμιση των μιγμάτων του κινητήρα χωρίς την λάμα που περιόριζε το στόμιο εισαγωγής του αέρα.

79

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

[1] Υπουργική Απόφαση Δ3/14858, «Καθορισμός τεχνικών προδιαγραφών διαμόρφωσης, σχεδίασης, κατασκευής, ασφαλούς λειτουργίας και πυροπροστασίας εγκαταστάσεων αποθήκευσης, εμφιάλωσης, διακίνησης και διανομής υγραερίου καθώς και εγκαταστάσεων για τη χρήση αυτού σε βιομηχανικές, βιοτεχνικές και επαγγελματικές δραστηριότητες.», ΦΕΚ Β´ 477, 1 Ιουλίου 1993.

[2] Χ. Πανιτσίδης, Εισήγηση «Αναβάθμιση & Εκσυγχρονισμός του Διυλιστηρίου της Πετρόλα», Οκτώβριος 2000.

[3] Ιστοσελίδα, http://technology.catalysis.gr/ChemicalTechnology/NaturalGasProcessing.htm (τελευταία πρόσβαση 6 Δεκεμβρίου 2012)

[4] Ιστοσελίδα, http://www.engineeringtoolbox.com/propane-butane-mix-d_1043.html (τελευταία πρόσβαση 6 Δεκεμβρίου 2012)

[5] Κοινή Υπουργική Απόφαση Φ2/32396/3516, «Τροποποίηση της Φ2/64580/2288/99 (Β' 1523) Κοινή Υπουργική Απόφαση “Τεχνικός έλεγχος μηχανοκίνητων οχημάτων και των ρυμουλκουμένων τους σε συμμόρφωση προς την οδηγία 96/96/ΕΚ”, όπως ισχύει, σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της οδηγίας 2003/27/ΕΚ.», ΦΕΚ Β´ 360, 19 Φεβρουαρίου 2004.

[6] Υπουργική Απόφαση 18586/698, «Καθορισμός τεχνικών προδιαγραφών του ειδικού εξοπλισμού με τον οποίο καθίσταται δυνατή η χρησιμοποίηση υγραερίου (LPG) για την κίνηση αυτοκινήτων οχημάτων και όροι και προϋποθέσεις ελέγχου και ασφαλούς κυκλοφορίας αυτών.», ΦΕΚ Β´ 411, 29 Μαρτίου 2000.

81

http://www.engineeringtoolbox.com/propane-butane-mix-d_1043.html

http://www.engineeringtoolbox.com/propane-butane-mix-d_1043.html

http://technology.catalysis.gr/ChemicalTechnology/NaturalGasProcessing.htm

http://technology.catalysis.gr/ChemicalTechnology/NaturalGasProcessing.htm

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΚΑΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ LPG ΚΑΙ...

Documents

Transcript of ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΚΑΥΣΗ ΑΕΡΙΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ LPG ΚΑΙ...