ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (Παλινδρομικές Θερμικές Μηχανών)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (Παλινδρομικές Θερμικές Μηχανών)"

Πορφύριος Κορομηλάς
5 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ (Δ.Π.Θ.) ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΞΑΝΘΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ (Παλινδρομικές Θερμικές Μηχανών) Διδάσκων: Δρ. Αναστάσιος Καρκάνης Μηχανολόγος Μηχανικός Μέλος ΕΤΕΠ Δ.Π.Θ.

2 Ιστορία Θερμικών Κινητήρων Οχημάτων 1859 Πετρέλαιο ανακαλύφθηκε στο Drake s Well, Titusville, Pennsylvania (20 βαρέλια την ημέρα), απόθεμα για 40 έτη 1876 Προαναμεμειγμένης γόμωσης τετράχρονη μηχανή (Otto) Πρώτη πρακτική Μ.Ε.Κ. Ισχύς: 2 hp, Βάρος: 1250 pounds Λόγος Συμπίεσης = 4 (κρουστική συμπεριφορά), 14% απόδοση (θεωρητικά 38%) Σήμερα ΛΣ = 9 (ακόμη έχουμε κρουστική συμπεριφορά), 30% απόδοση (θεωρητικά 55%) 1897 Μη προαναμεμιγμένης γόμωσης μηχανή (Diesel), υψηλότερη απόδοση Μεγαλύτερος λόγος συμπίεσης (δεν υπάρχει πρόβλημα κρουστικής συμπεριφοράς) Μηδενικές απώλειες άντλησης, χρήση του λόγου αέρα καυσίμου για έλεγχο ισχύος 1901 Spindletop Dome, ανατολικό Τέξας (1 πετρελαιοπηγή της εταιρείας Lucas παράγει 100,000 βαρέλια την ημέρα) κάτι που σημαίνει ότι η 2η βιομηχανική επανάσταση θα τροφοδοτηθεί με πετρέλαιο, όχι άνθρακα ή ξύλο, απόθεμα 40 ετών. 2

3 Ιστορία Θερμικών Κινητήρων Οχημάτων 1921 Ανακαλύπτεται ο τετρααιθυλομόλυβδος ως αντικρουστικό πρόσθετο από την General Motors Κάνει δυνατή τη χρήση μεγαλύτερου λόγου συμπίεσης σε μηχανές με ανάφλεξη με σπινθηριστή 1952 A. J. Haagen Smit, Caltech NO + UHC + Ο 2 + ήλιος > NΟ 2 + Ο 3 (από εξάτμιση) (καφέ) (ενοχλητικό) UHC = unburned hydrocarbons (άκαυστοι υδρογονάνθρακες) 1960s Περιορισμοί εκπομπών Άσχημα νέα για το Detroit Αρχικά στασιμότητα και μετά χρήση φτωχού μίγματος, ανακυκλοφορίας καυσαερίων (EGR), καθυστέρηση έναυσης, κ.λπ. Κακή λειτουργία και οικονομία καυσίμου 1973, 1979 Ενεργειακή κρίση 1975 Καταλυτικοί μετατροπείς, καύσιμο αμόλυβδη To Detroit αναγκάζεται να αγοράσει τεχνολογία Περισσότερες αρωματικές ενώσεις (βενζύνιο) στην βενζίνη, υψηλός αριθμός οκτανίου αλλά καρκινογόνα και εκπομπή αιθάλης 3

4 Ιστορία Θερμικών Κινητήρων Οχημάτων 1980s Έλεγχος μηχανών με μικρο υπολογιστές Προσαρμοσμένη λειτουργία για λιγότερες εκπομπές, καλύτερη απόδοση, κ.λπ. 1990s Αναμορφωμένη βενζίνη Μειωμένη ανάγκη αρωματικών ενώσεων, καθαρότερη(?)... Αλλά υψηλότερο κόστος, λιγότερα χιλιόμετρα ανά λίτρο Μετά ανακαλύψαμε ότι ο ΜΤΒΕ (Μεθυλοτετραβουτυλαιθέρας) μολύνει τα κοιτάσματα νερού... Εναλλακτικό «οξυγονωμένο» πρόσθετο καυσίμου, όπως η αιθανόλη γίνεται πολύ ελκυστικό. 2000s Υβριδικά οχήματα Χρήση μικρών βενζινοκινητήρων που λειτουργούν σε μέγιστη ισχύ (με τον πιο αποδοτικό τρόπο λειτουργίας) ή μη χρήση τους όταν δεν είναι απαραίτητο. Χρήση γεννητριών/ μπαταριών/ κινητήρων για την παραγωγή/ αποθήκευση και χρήση πλεονάζουσας ισχύος από τους βενζινοκινητήρες. Αποδοτικότερα, αλλά πολύ παραπάνω εξοπλισμός στο όχημα και δεν είναι ξεκάθαρο αν η οικονομία καυσίμου δικαιολογεί το μεγαλύτερο κόστος. Υβριδικό με τροφοδοσία δικτύου: Μεταξύ του υβριδικού και του ηλεκτρικού οχήματος Μελέτη σε περιοδικό έδειξε ότι μόνο 1 στα 7 υβριδικά που δοκιμάστηκαν έχουν οικονομικό πλεονέκτημα σε 5 χρόνια αν δεν υπήρχαν τα φορολογικά κίνητρα. 4

5 Εξαρτήματα Παλινδρομικού Κινητήρα 5

6 Λειτουργία Τετράχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ Four Stroke Engine How it Works 6

7 Πραγματικός Κύκλος Λειτουργίας Τετράχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ 7

Πραγματικός Κύκλος Λειτουργίας Τετράχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ (1 ος Χρόνος) 1. Η μηχανή τραβά το έμβολο από το ΑΝΣ προς το ΚΝΣ 2. Δημιουργείται χαμηλή πίεση μέσα στον κύλινδρο 3.

8 Πραγματικός Κύκλος Λειτουργίας Τετράχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ (1 ος Χρόνος) 1. Η μηχανή τραβά το έμβολο από το ΑΝΣ προς το ΚΝΣ 2. Δημιουργείται χαμηλή πίεση μέσα στον κύλινδρο 3. Η ατμοσφαιρική πίεση εξαναγκάζει το μίγμα καυσίμου/αέρα να μπει στον κύλινδρο 4. Η μηχανή καταναλώνει μηχανικό έργο σε αυτό το χρόνο ΣΥΜΠΙΕΣΗ (2 ος Χρόνος) 1. Η μηχανή ωθεί το έμβολο από το ΚΝΣ προς το ΑΝΣ 2. Το μίγμα συμπιέζεται και αυξάνεται η πίεση και εμφανίζεται υψηλή θερμοκρασία 3. Αυξάνεται η εσωτερική ενέργεια του μίγματος κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου 8

Πραγματικός Κύκλος Λειτουργίας Τετράχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΣΧΥΟΣ (3 ος Χρόνος) 1. Το μίγμα αναφλέγεται και σχηματίζονται αέρια με πολύ υψηλή θερμοκρασία 2.

9 Πραγματικός Κύκλος Λειτουργίας Τετράχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΣΧΥΟΣ (3 ος Χρόνος) 1. Το μίγμα αναφλέγεται και σχηματίζονται αέρια με πολύ υψηλή θερμοκρασία 2. Τα αέρια ωθούν το έμβολο από το ΑΝΣ προς το ΚΝΣ 3. Τα αέρια εκτονώνονται μειώνοντας την πίεση και τη θερμοκρασία τους 4. Σε αυτό το χρόνο τα αέρια προσδίδουν έργο στο έμβολο ΕΞΑΓΩΓΗ (4 ος Χρόνος) 1. Η μηχανή ωθεί το έμβολο από το ΚΝΣ προς το ΑΝΣ 2. Στο κύλινδρο υπάρχει πίεση υψηλότερη από την ατμοσφαιρική 3. Η πίεση οδηγεί τα καυσαέρια έξω από τον κύλινδρο 4. Η μηχανή καταναλώνει μηχανικό έργο σε αυτό το χρόνο 9

10 Πραγματικός Κύκλος Λειτουργίας Τετράχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ 10

11 Λειτουργία Δίχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ How 2 Stroke Engine Works 11

12 Λειτουργία Δίχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ 12

13 Οι τέσσερεις (4) λειτουργικές φάσεις του Δίχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ 13

14 Διαφορές μεταξύ Δίχρονου & Τετράχρονου Κινητήρα 4_2stroke engine YouTube 14

15 Πραγματικός Κύκλος Λειτουργίας Δίχρονου Κινητήρα ΟΤΤΟ 15

16 Διαφορές μεταξύ Δίχρονου & Τετράχρονου Κινητήρα ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΔΙΧΡΟΝΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ 1. Στον τετράχρονο κινητήρας ένας λειτουργικός κύκλος ολοκληρώνεται σε 4 χρόνους 2. Έχουμε παραγωγή ισχύος μία φορά κάθε 4 χρόνους (4 κινήσεις) 3. Ο σχεδιασμός του κινητήρα είναι πιο πολύπλοκος λόγω των βαλβίδων που κινούνται από γρανάζια ή αλυσίδα. 4. Δεν απαιτεί πρόσθεση λαδιού ή λιπαντικού στο καύσιμο. 5. Η επάνω επιφάνεια του εμβόλου μπορεί να είναι επίπεδη. 6. Το μίγμα διέρχεται μόνο από το θάλαμο καύσης. 7. Οι τετράχρονοι κινητήρες είναι βαρύτεροι. 8. Οι τετράχρονοι κινητήρες κάνουν λιγότερο θόρυβο 1. Στον δίχρονο κινητήρας ένας λειτουργικός κύκλος ολοκληρώνεται σε 2 χρόνους 2. Έχουμε παραγωγή ισχύος μία φορά κάθε 2 χρόνους (2 κινήσεις) 3. Η δίχρονη μηχανή έχει θυρίδες που κάνουν το σχεδιασμό απλούστερο 4. Απαιτείται πρόσθεση λαδιού στο καύσιμο. 5. Στο επάνω μέρος του εμβόλου χρειάζεται ένα εξόγκομα ή μια προεξοχή. 6. Το μίγμα εισέρχεται από τη θυρίδα εισαγωγής, περνά από το στροφαλοθάλαμο πριν καταλήξει στο θάλαμο καύσης. 7. Οι δίχρονοι κινητήρες είναι συγκριτικά ελαφρύτεροι. 8. Οι δίχρονοι κινητήρες είναι συγκριτικά πιο θορυβώδεις 16

6 Σταθερό γρανάζι 7 Θάλαμοι νερού 8 Κενό στο στροφείο

17 Λειτουργία Κινητήρα WANKEL 1 Θύρα εισαγωγής 2 Θύρα εξαγωγής 3 Κέλυφος ρότορα 4 Ρότορας 5 Άξονας κινητήρα 6 Σταθερό γρανάζι 7 Θάλαμοι νερού 8 Κενό στο στροφείο (θάλαμος καύσης) T Ένδειξη φοράς περιστροφής στροφείου 17

18 Λειτουργία Κινητήρα WANKEL 5_The Mazda Rotary Engine Part

19 Δομή Κινητήρα WANKEL 19

Σχετικά έγγραφα

Απαντήσεις στο διαγώνισμα του 3 ου κεφαλαίου 3.2.4-3.2.5 3.3-3.4 3.5-3.5.1 1. Ποιος είναι ο προορισμός του στροφαλοφόρου άξονα και πως κατασκευάζεται; 59 Ο προορισμός του στροφαλοφόρου άξονα είναι να μετατρέπει