Ενεργειακζσ Τεχνολογίεσ

Transcript

1 Ενεργειακζσ Τεχνολογίεσ Μθχανζσ Εςωτερικισ Καφςθσ

2 Μθχανζσ Εςωτερικισ Καφςθσ

3 Παραδοχζσ Αζρα Αναφοράσ Παραδοχζσ για τον αζρα ςυνκικεσ αναφοράσ: 1. Σο εργαηόμενο ρευςτό είναι ο αζρασ, ο οποίοσ κυκλοφορεί ςυνεχϊσ ςε κλειςτό βρόχο και πάντα ςυμπεριφζρεται ωσ ιδανικό αζριο. 2. Όλεσ οι διεργαςίεσ που ςυνκζτουν το κφκλο είναι εςωτερικά αντιςτρεπτζσ. 3. Θ διεργαςία καφςθσ αντικακίςταται από μια διεργαςία προςκικθσ κερμότθτασ από μια εξωτερικι πθγι. 4. Θ διεργαςία εξάτμιςθσ αντικακίςταται από μια διαδικαςία απόρριψθσ κερμότθτασ που αποκακιςτά το εργαηόμενο μζςο ςτθν αρχικι του κατάςταςθ. Παραδοχζσ (πρότυπο) ψυχροφ αζρα: Ωσ εργαηόμενο μζςο κεωρείται αζρασ με ςτακερι ειδικι κερμότθτα ςε κερμοκραςία δωματίου (25 ). Πρότυπο κφκλο με αζρα: Ζνα κφκλο για τον οποίο ιςχφουν οι παραδοχζσ ψυχροφ αζρα.

4 Κατάταξθ Μθχανών Εςωτερικισ Καφςθσ Οι μθχανζσ εςωτερικισ καφςθσ (ΜΕΚ) κατατάςςονται με διαφορετικοφσ τρόπουσ. 1. Σρόποσ Ανάφλεξθσ (α) Ανάφλεξθ με ςπινκιρα (SI). Ζνασ κινθτιρασ SI εκκινεί τθ διαδικαςία καφςθσ ςε κάκε κφκλο με χριςθ ςπινκθριςτι. Ο ςπινκθριςτισ προκαλεί θλεκτρικι εκκζνωςθ υψθλισ τάςθσ μεταξφ δφο θλεκτροδίων, θ οποία αναφλζγει το μίγμα αζρα/καυςίμου που περιβάλλει το ςπινκθριςτι ςτο κάλαμο καφςθσ. (β) Ανάφλεξθ με ςυμπίεςθ (I). Θ διαδικαςία καφςθσ ςε ζναν κινθτιρα I ξεκινά όταν το μίγμα αζρα/καυςίμου αυταναφλζγεται λόγω τθσ υψθλισ κερμοκραςίασ ςτο κάλαμο καφςθσ που προκαλείται από υψθλι ςυμπίεςθ. 2. Κφκλοσ Κινθτιρα (α) Σετράχρονοσ κφκλοσ. Ο τετράχρονοσ κφκλοσ περιλαμβάνει τζςςερισ κινιςεισ του εμβόλου ςε δφο περιςτροφζσ του κινθτιρα για κάκε κφκλο. (β) Δίχρονοσ κφκλοσ. Ο δίχρονοσ κινθτιρασ περιλαμβάνει δφο κινιςεισ του εμβόλου ςε μία περιςτροφι για κάκε κφκλο. 3. Θζςθ Βαλβίδων (α) Βαλβίδεσ επί κεφαλισ (ςτο επάνω μζροσ του καλάμου) I Head. (β) Βαλβίδεσ ςε ςχθματιςμό ςτο πλάι του καλάμου (επίπεδθ κεφαλι κινθτιρα) L Head, F Head, T Head.

5 Κατάταξθ Μθχανών Εςωτερικισ Καφςθσ Διάταξθ Βαλβίδων I Head L Head F Head T Head

6 Κατάταξθ Μθχανών Εςωτερικισ Καφςθσ 4. Βαςικόσ χεδιαςμόσ α) Παλινδρομικζσ. Ο κινθτιρασ ζχει ζναν ι περιςςότερουσ κυλίνδρουσ ςτουσ οποίουσ τα ζμβολα μετακινοφνται εμπρόσ και πίςω. Ο κάλαμοσ καφςθσ βρίςκεται ςτο κλειςτό άκρο του κάκε κυλίνδρου. Θ ιςχφσ μεταδίδεται ςε ζναν ςτροφαλοφόρο άξονα περιςτροφικισ εξόδου με μθχανικι διαςφνδεςθ με τα ζμβολα. (β) Περιςτροφικζσ. Ο κινθτιρασ αποτελείται από ζνα μπλοκ (ςτάτορα) που είναι καταςκευαςμζνο γφρω από ζνα μεγάλο μθ ομόκεντρο ςτροφείο και ςτροφαλοφόρο άξονα. Οι κάλαμοι καφςθσ είναι ενςωματωμζνοι ςτο ςτακερό μπλοκ. 5. Διάταξθ Κυλίνδρων α) Κάκετοσ κινθτιρασ. τουσ κάκετουσ κινθτιρεσ, οι κφλινδροι είναι τοποκετθμζνοι ςε κατακόρυφθ κζςθ. β) Οριηόντιοσ κινθτιρασ. τουσ οριηόντιουσ κινθτιρεσ, οι κφλινδροι τοποκετοφνται ςε οριηόντια κζςθ. γ) Ακτινικόσ κινθτιρασ: Ο ακτινικόσ κινθτιρασ είναι παλινδρομικόσ τφποσ κινθτιρα εςωτερικισ καφςθσ, ςτον οποίο οι κφλινδροι τοποκετοφνται ακτινικά προσ τθν εξωτερικι πλευρά ενόσ κεντρικοφ ςτροφαλοκαλάμου όπωσ οι ακτίνεσ ενόσ τροχοφ. Πριν τθν κακιζρωςθ του αεριοςτροβίλου ιταν ο κφριοσ τφποσ για τουσ κινθτιρεσ αεροςκαφϊν.

7 Κατάταξθ Μθχανών Εςωτερικισ Καφςθσ 5. Διάταξθ Κυλίνδρων (ςυνζχεια) δ) Κινθτιρασ V: τουσ κινθτιρεσ τφπου V, οι κφλινδροι τοποκετοφνται ςε δφο ςυςτοιχίεσ με κάποια γωνία μεταξφ τουσ. Θ γωνία μεταξφ των δφο ςυςτοιχιϊν είναι όςο το δυνατόν μικρότερθ για να αποφευχκοφν προβλιματα κραδαςμϊν και για καλφτερθ εξιςορρόπθςθ. ε) Κινθτιρασ W: τουσ κινθτιρεσ τφπου W, οι κφλινδροι είναι διατεταγμζνοι ςε τρεισ ςειρζσ ζτςι ϊςτε να ςχθματίηουν διάταξθ W. Θ διάταξθ τφπου W χρθςιμοποιείται ςε 12κφλινδρουσ και 16κφλινδρουσ κινθτιρεσ. ςτ) Κινθτιρασ αντίκετων εμβόλων. τουσ κινθτιρεσ αντίκετων εμβόλων, οι κφλινδροι τοποκετοφνται ο ζνασ απζναντι ςτον άλλο. Σο ζμβολο και θ διαςυνδετικι ράβδοσ ζχουν ταυτόςθμθ κίνθςθ. Ζχουν ομαλι λειτουργία και καλφτερθ εξιςορρόπθςθ. Σο μζγεκοσ του κινθτιρα είναι μεγαλφτερο λόγω τθσ διάταξισ του. 6. Σρόποσ Ειςαγωγισ Αζρα α) Φυςικι αναπνοι. Δεν υπάρχει ςφςτθμα αφξθςθσ πίεςθσ του αζρα ειςαγωγισ. β) Τπερπλιρωςθ. Θ πίεςθ του αζρα ειςαγωγισ αυξάνει με τθ λειτουργία ςυμπιεςτι με κίνθςθ από το ςτροφαλοφόρο του κινθτιρα. (γ) Τπετροφοδότθςθ. Θ πίεςθ του αζρα ειςαγωγισ αυξάνει με τθ λειτουργία ςτροβιλοςυμπιεςτι με κίνθςθ από τα καυςαζρια του κινθτιρα.

8 Κατάταξθ Μθχανών Εςωτερικισ Καφςθσ 6. Σρόποσ Ειςαγωγισ Αζρα (ςυνζχεια) δ) Με ςυμπίεςθ από το ςτροφαλοκάλαμο. Δίχρονοσ κινθτιρασ που χρθςιμοποιεί τον ςτροφαλοκάλαμο ωσ ςυμπιεςτι του αζρα ειςαγωγισ. Ζχει γίνει και περιοριςμζνοσ αρικμόσ εργαςιϊν ανάπτυξθσ για το ςχεδιαςμό και τθν καταςκευι τετράχρονων κινθτιρων ειςαγωγισ αζρα με ςυμπίεςθ από το ςτροφαλοκάλαμο. Διατάξεισ κυλίνδρων

9 Κατάταξθ Μθχανών Εςωτερικισ Καφςθσ 7. Σρόποσ Ειςαγωγισ Καυςίμου (Βενηινοκινθτιρεσ) α) Με εξαεριωτι (καρμπιρατζρ) β) Ζγχυςθ καυςίμου πολλαπλϊν ςθμείων. Ζνασ ι περιςςότεροι εγχυτιρεσ ςτθν ειςαγωγι κάκε κυλίνδρου. (γ) Ζγχυςθ καυςίμου ςτον κεντρικό αγωγό ειςαγωγισ αζρα. Οι εγχυτιρεσ βρίςκονται ςτα ανάντθ τθσ πολλαπλισ ειςαγωγισ. 8. Καφςιμο α) Βενηίνθ β) Ντιηελ Μαηοφτ (κινθτιρεσ ναυτιλίασ) γ) Φυςικό Αζριο δ) Τγραζριο ε) Διπλοφ καυςίμου 9. Ψφξθ α) Αερόψυκτοι β) Τγρόψυκτοι, υδρόψυκτοι

10 Ορολογία Μθχανών Εςωτερικισ Καφςθσ Ορολογία και υντμιςεισ Internal ombustion (I): Εςωτερικι Καφςθ Spark Igntion (SI): Βενηινοκινθτιρασ. Κινθτιρασ ςτον οποίο θ διαδικαςία καφςθσ ξεκινά ςε κάκε κφκλο με χριςθ ςπινκθριςτι (μπουηί). ompression Ignition (I): Ντθηελοκινθτιρασ. Κινθτιρασ ςτον οποίο θ διαδικαςία καφςθσ ξεκινά όταν το μίγμα αζρα/καυςίμου αυταναφλζγεται λόγω τθσ υψθλισ κερμοκραςίασ ςτο κάλαμο καφςθσ που προκαλείται από υψθλι ςυμπίεςθ. Top Dead enter (TD): Άνω Νεκρό θμείο (ΑΝ). Θζςθ του εμβόλου όταν ςταματά ςτο ανϊτερο ςθμείο ωσ προσ το ςτροφαλοφόρο άξονα. Bottom Dead enter (BD): Κάτω Νεκρό θμείο (ΚΝ). Θζςθ του εμβόλου όταν ςταματά ςτο κατϊτερο ςθμείο που βρίςκεται πιο κοντά ςτο ςτροφαλοφόρο άξονα. Direct Injection (DI): Άμεςθ Ζγχυςθ. Ζγχυςθ καυςίμου ςτον κφριο κάλαμο καφςθσ ενόσ κινθτιρα. Indirect Injection (IDI): Ζμμεςθ Ζγχυςθ. Ζγχυςθ καυςίμου ςτο δευτερεφοντα κάλαμο (προκάλαμο) ενόσ κινθτιρα με χωριςτό κάλαμο καφςθσ. Bore: Διάμετροσ του κυλίνδρου ι διάμετροσ τθσ επιφάνειασ του εμβόλου, θ οποία είναι ίδια με μια πολφ μικρι διαφορά. Stroke: Διαδρομι κίνθςθσ του εμβόλου από μια ακραία κζςθ ςτθν άλλθ: ΑΝ προσ ΚΝ ι ΚΝ προσ ΑΝ.

11 Ορολογία Μθχανών Εςωτερικισ Καφςθσ learance Volume: Όγκοσ Διακζνου ι Επιηιμιοσ Όγκοσ: Ο ελάχιςτοσ όγκοσ ςτο κάλαμο καφςθσ με το ζμβολο να βρίςκεται ςτο ΑΝ. Displacement Displacement Volume: Όγκοσ Εμβολιςμοφ. Ο όγκοσ που εκτοπίηεται από το ζμβολο κακϊσ αυτό κινείται ςε μία διαδρομι. Total Volume: υνολικόσ Όγκοσ. Ο μζγιςτοσ όγκοσ ςτο κάλαμο καφςθσ με το ζμβολο να βρίςκεται ςτο ΚΝ. Ιςοφται με το άκροιςμα του όγκου εμβολιςμοφ και του όγκου διακζνου. Air-Fuel Ratio (AF): χζςθ αζρα/καυςίμου. Θ αναλογία τθσ μάηασ αζρα προσ τθ μάηα καυςίμου ςτθν είςοδο του κινθτιρα. Fuel-Air Ratio (FA): χζςθ καυςίμου/αζρα. Θ αναλογία τθσ μάηασ καυςίμου προσ τθ μάηα αζρα ςτθν είςοδο του κινθτιρα. Ignition Delay (ID): Κακυςτζρθςθ Ανάφλεξθσ. Σο χρονικό διάςτθμα μεταξφ τθσ ζναρξθσ τθσ ανάφλεξθσ και τθσ πραγματικισ ζναρξθσ τθσ καφςθσ

12 Βαςικά Μζρθ Κινθτιρα Καπάκι Βαλβίδασ (Valve cover) Ελατιριο Βαλβίδασ (Valve spring) Βαλβίδα (Valve) Ζμβολο (Piston) Διωςτιρασ (onnecting rod) ϊμα Κινθτιρα (Engine block) Ηφγωκρο (Rocker arm) Ωςτικι ράβδοσ (Push rod) Πείροσ Εμβόλου (Piston pin) Ωςτιριο (Valve tappet) Εκκεντροφόροσ (amshaft) τροφαλοφόροσ (rankshaft) Διωςτιρασ (onnecting rod) Ελαιολεκάνθ (Oil pan)

13 Βαςικά Μζρθ Κινθτιρα 1. Εκκεντροφόροσ εξαγωγισ 2. Ηφγωκρο βαλβίδασ εξαγωγισ 3. πινκθριςτισ 4. Ηφγωκρο βαλβίδασ ειςαγωγισ 5. Εκκεντροφόροσ ειςαγωγισ 6. Βαλβίδα εξαγωγισ 7. βαλβίδα ειςαγωγισ 8. Κεφαλι κυλίνδρου 9. Ζμβολο 10. Πείροσ εμβόλου 11. Διωςτιρασ 12. ϊμα κινθτιρα 13. τροφαλοφόροσ άξονασ TD Άνω Νεκρό θμείο BD Κάτω Νεκρό θμείο

14 Βαςικά Μζρθ Κινθτιρα ϊμα Κινθτιρα Θ «ςπονδυλικι ςτιλθ" του κινθτιρα. Τποςτθρίηει / ευκυγραμμίηει τα περιςςότερα άλλα ςτοιχεία. Περιλαμβάνει: Κυλίνδρουσ Διόδουσ ψυκτικοφ μζςου Διόδουσ λιπαντικοφ Γρανάηια Μονό κομμάτι, γκρι χυτοςίδθρο

15 Βαςικά Μζρθ Κινθτιρα Κφλινδροι Κυλινδρικζσ οπζσ ςτισ οποίεσ τα πιςτόνια παλινδρομοφν τα ζμβολα. Μπορεί να είναι: Ενιαίοι Με χιτϊνια Διάδρομοσ κυλίνδρου: θ διάμετροσ του εμβόλου Κεφαλι Κυλίνδρων φραγίηει το "άνω άκρο" του καλάμου καφςθσ. Περιζχει τισ βαλβίδεσ και τισ οδεφςθσ ειςαγωγισ και εξαγωγισ. Οι βίδεσ κεφαλισ και το παρζμβυςμα κεφαλισ εξαςφαλίηουν τθν αεροςτεγι ςφράγιςθ του καλάμου καφςθσ. Περιζχει διόδουσ λιπαντικοφ και ψυκτικοφ μζςου.

16 Βαςικά Μζρθ Κινθτιρα Βαλβίδεσ Ελζγχουν τθ ροι μζςα και ζξω από το κάλαμο καφςθσ. Χρόνοσ και Διάρκεια Οι μθχανζσ των βαρζων οχθμάτων χρθςιμοποιοφν διαμόρφωςθ βαλβίδων επί κεφαλισ (overhead valve OHV). Εξαρτιματα Εκκεντροφόροσ άξονασ Ωςτιρια Ωςτικζσ ράβδουσ Ηφγωκρα Βαλβίδεσ Ελατιρια βαλβίδων Ρυκμιςτζσ βαλβίδων Ζδρεσ βαλβίδων

17 Βαςικά Μζρθ Κινθτιρα Ζμβολο Ελατιρια Σο κινοφμενο κάτω μζροσ του καλάμου καφςθσ Κράμα ςιδιρου ι αλουμίνιο Ελατιρια Διατιρθςθ ςυμπίεςθσ Ζλεγχοσ διαδρομισ λιπαντικοφ Πείροσ Εμβόλου Διωςτιρασ υνδζει το ζμβολο ςτο ςτροφαλοφόρο άξονα Μετατρζπει τθν παλινδρομικι κίνθςθ του εμβόλου ςε περιςτροφικι κίνθςθ ςτο ςτροφαλοφόρο άξονα. φυρθλατθμζνοσ χάλυβασ

18 Βαςικά Μζρθ Κινθτιρα τροφαλοφόροσ Άξονασ Λειτουργεί με το διωςτιρα για να μετατρζψει τθν παλινδρομικι κίνθςθ ςε περιςτροφικι κίνθςθ. Μεταδίδει τθ μθχανικι ενζργεια του κινθτιρα. Καταςκευάηεται από κράματα χάλυβα που ζχουν υποςτεί κερμικι επεξεργαςία. Εκκεντροφόροσ Άξονασ Ανοίγει τισ βαλβίδεσ ειςαγωγισ και εξαγωγισ ςτθ ςωςτι ϊρα και για τθ ςωςτι διάρκεια. Λειτουργεί με γρανάηι (ι αλυςίδα) από τον ςτροφαλοφόρο άξονα. H ςχζςθ μετάδοςθσ ςτροφαλοφόρου άξονα ςε εκκεντροφόρο άξονα είναι 2:1.

19 Τομι Τετράχρονου Κινθτιρα Εκκεντροφόροσ Ο εκκεντροφόροσ ζχει απιοειδείσ λοβοφσ που ενεργοποιοφν τισ βαλβίδεσ ςυνικωσ μία βαλβίδα ειςαγωγισ και μία βαλβίδα εξαγωγισ ανά κφλινδρο Ζμβολο Σο ζμβολο διακζτει χαλφβδινουσ δακτυλίουσ (ελατιρια) που ςτεγανοποιοφν το διάκενο μεταξφ εμβόλου και τοιχϊματοσ του κυλίνδρου Γρανάηι Ιμάντασ Στροφαλοφοόρου Ιμάντασ με αυλακϊςεισ ςυχνά καλείται και ιμάντασ χρονιςμοφ που δίνει κίνθςθ ςτον εκκεντροφόρο άξονα από ζναν οδοντωτό τροχό ο οποίοσ είναι τοποκετθμζνοσ ςτο άκρο του ςτροφαλοφόρου άξονα. Ο εκκεντροφόροσ περιςτρζφεται με ταχφτθτα τθ μιςι αυτισ του κινθτιρα. Ελαιολεκάνθ Θ ελαιολεκάνθ περιζχει το λιπαντικό ζλαιο για τα κινοφμενα μζρθ του κινθτιρα. Σο λιπαντικοφ αντλείται από τθν αντλία λιπαντικοφ, διζρχεται από φίλτρο και οδθγείται ςτο ςφςτθμα λίπανςθσ. Στροφαλοφόροσ Ο ςτροφαλοφόροσ άξονασ μεταδίδει τθν ιςχφ προσ το ςφςτθμα κίνθςθσ που ςυνδζεται με τον κινθτιρα (π.χ. τροχοί οχιματοσ) μζςω του γραναηοκιβωτίου. Σφόνδυλοσ Ο ςφόνδυλοσ είναι ζνασ βαρφσ δίςκοσ προςαρμοςμζνοσ ςτο άκρο του ςτροφαλοφόρου άξονα. Βοθκά ςτθ μετάδοςθ τθσ ιςχφοσ του κινθτιρα και ςτθν εξομάλυνςθ των μεμονωμζνων κραδαςμϊν των εμβόλων ζτςι ϊςτε να υπάρχει ομοιόμορφθ παροχι ιςχφοσ. Διωςτιρασ Ο διωςτιρασ μετατρζπει τθν παλινδρομικι κίνθςθ των εμβόλων ςε περιςτροφικι κίνθςθ μζςω πελματιαίασ δράςθσ.

20 Κφκλοι Λειτουργίασ Κινθτιρων Οι περιςςότεροι κινθτιρεσ εςωτερικισ καφςθσ, τόςο ανάφλεξθσ με ςπινκιρα όςο ανάφλεξθσ με ςυμπίεςθ, λειτουργοφν ι ςε κφκλο τεςςάρων χρόνων ι ςε κφκλο δφο χρόνων. Α Κφκλοσ Σετράχρονου Βενηινοκινθτιρα 1. Πρϊτοσ χρόνοσ: Ειςαγωγι. Σο ζμβολο μετακινείται από το ΑΝ προσ το ΚΝ με τθ βαλβίδα ειςαγωγισ ανοιχτι και τθ βαλβίδα εξαγωγισ κλειςτι. Αυτό δθμιουργεί αυξανόμενο όγκο ςτο κάλαμο καφςθσ, ο οποίοσ με τθ ςειρά του δθμιουργεί υποπίεςθ και πραγματοποιείται ειςαγωγι του μίγματοσ αζρα/καυςίμου. 2. Δεφτεροσ χρόνοσ: υμπίεςθ. Όταν το ζμβολο φτάςει ςτο ΚΝ, θ βαλβίδα ειςαγωγισ κλείνει και το ζμβολο κινείται προσ το ΑΝ με όλεσ τισ βαλβίδεσ κλειςτζσ. Σο μίγμα αζρα/ καυςίμου, ανεβάηοντασ τόςο τθν πίεςθ όςο και τθ κερμοκραςία ςτον κφλινδρο. 3. Καφςθ: Θ καφςθ του μίγματοσ αζρα-καυςίμου πραγματοποιείται ςε πολφ μικρό αλλά πεπεραςμζνο χρονικό διάςτθμα με το ζμβολο κοντά ςτο ΑΝ (δθλαδι καφςθ ςχεδόν ςτακεροφ όγκου). 4. Σρίτοσ χρόνοσ: Εκτόνωςθ. Με όλεσ τισ βαλβίδεσ κλειςτζσ, θ υψθλι πίεςθ που δθμιουργείται από τθ διαδικαςία καφςθσ ωκεί το ζμβολο μακριά από το ΑΝ. Αυτι είναι θ διαδρομι που παράγει το ζργο του κφκλου του κινθτιρα. 5. Απαγωγι καυςαερίων. Λίγο αργότερα ςτο χρόνο εκτόνωςθσ, ανοίγει θ βαλβίδα εξαγωγισ και ξεκινά θ απομάκρυνςθ των καυςαερίων. 6. Σζταρτοσ χρόνοσ: Εξαγωγι. Μζχρι τθ ςτιγμι που το ζμβολο φτάςει ςτο AΝ, θ απαγωγι των καυςαερίων είναι πλιρθσ, αλλά ο κφλινδροσ εξακολουκεί να περιζχει καυςαζρια ςε περίπου ατμοςφαιρικι πίεςθ.

21 Κφκλοι Λειτουργίασ Κινθτιρων Β Κφκλοσ Σετράχρονου Ντθηελοκινθτιρα 1. Πρϊτοσ χρόνοσ: Ειςαγωγι. Σο ζμβολο μετακινείται από το ΑΝ προσ το ΚΝ με τθ βαλβίδα ειςαγωγισ ανοιχτι και τθ βαλβίδα εξαγωγισ κλειςτι. Αυτό δθμιουργεί αυξανόμενο όγκο ςτο κάλαμο καφςθσ, ο οποίοσ με τθ ςειρά του δθμιουργεί υποπίεςθ και ειςζρχεται ςτον κφλινδρο αζρασ (βαςικι διαφοροποίθςθ από το βενηινοκινθτιρα). 2. Δεφτεροσ χρόνοσ: υμπίεςθ. Όταν το ζμβολο φτάςει ςτο ΚΝ, θ βαλβίδα ειςαγωγισ κλείνει και το ζμβολο κινείται προσ το ΑΝ με όλεσ τισ βαλβίδεσ κλειςτζσ. Σο μίγμα αζρα/ καυςίμου, ανεβάηοντασ τόςο τθν πίεςθ όςο και τθ κερμοκραςία ςτον κφλινδρο. Θ ςυμπίεςθ είναι μεγαλφτερθ από τθν αντίςτοιχθ του βενηινοκινθτιρα (υψθλότερεσ τιμζσ πίεςθσ και κερμοκραςίασ). 3. Θ καφςθ αναπτφςςεται πλιρωσ από το ΑΝ και ςυνεχίηει ςε περίπου ςτακερι πίεςθ ζωσ ότου ολοκλθρωκεί θ ζγχυςθ καυςίμου και το ζμβολο ξεκινιςει προσ το ΚΝ. 4. Σρίτοσ χρόνοσ: Εκτόνωςθ. Με όλεσ τισ βαλβίδεσ κλειςτζσ, θ υψθλι πίεςθ που δθμιουργείται από τθ διαδικαςία καφςθσ ωκεί το ζμβολο μακριά από το ΑΝ και ςυνεχίηει μζχρι να ολοκλθρωκεί θ καφςθ και το ζμβολο να φτάςει ςτο ΚΝ. Χρόνοσ παραγωγισ ζργου του κφκλου του κινθτιρα. 5. Απαγωγι καυςαερίων. Λίγο αργότερα ςτο χρόνο εκτόνωςθσ, ανοίγει θ βαλβίδα εξαγωγισ και ξεκινά θ απομάκρυνςθ των καυςαερίων. 6. Σζταρτοσ χρόνοσ: Εξαγωγι. Μζχρι τθ ςτιγμι που το ζμβολο φτάςει ςτο ΚΝ, θ απαγωγι των καυςαερίων είναι πλιρθσ, αλλά ο κφλινδροσ εξακολουκεί να περιζχει καυςαζρια ςε περίπου ατμοςφαιρικι πίεςθ.

22 Κφκλοι Λειτουργίασ Κινθτιρων Γ Κφκλοσ Δίχρονου Βενηινοκινθτιρα Καφςθ: Με το ζμβολο ςτο ΑΝ θ καφςθ πραγματοποιείται πολφ γριγορα, αυξάνοντασ τθ κερμοκραςία και τθν πίεςθ ςτισ μζγιςτεσ τιμζσ, ςχεδόν ςε ςτακερό όγκο. 1. Πρϊτοσ χρόνοσ: Εκτόνωςθ. Θ πολφ υψθλι πίεςθ που δθμιουργείται από τθ διαδικαςία καφςθσ ωκεί το ζμβολο προσ τα κάτω ςτο χρόνο παραγωγισ ζργου. Ο αυξανόμενοσ όγκοσ του καλάμου καφςθσ προκαλεί μείωςθ τθσ πίεςθσ και τθσ κερμοκραςίασ κακϊσ το ζμβολο μετακινείται προσ το ΚΝ. 2. Απαγωγι καυςαερίων. ε περίπου 75 πριν το ΚΝ, ανοίγει θ κυρίδα εξαγωγισ και ξεκινά θ απαγωγι των καυςαερίων. Θ κυρίδα εξαγωγισ μπορεί να είναι μια βαλβίδα με ωςτιριο ςτθν κεφαλι του κυλίνδρου ι ζνα άνοιγμα ςτθν πλευρά του κυλίνδρου που αποκαλφπτεται κακϊσ το ζμβολο προςεγγίηει προσ το ΚΝ. Μετά το τζλοσ τθσ απαγωγισ ο κφλινδροσ παραμζνει γεμάτοσ με καυςαζρια ςε χαμθλότερθ πίεςθ. 3. Ειςαγωγι και κακαριςμόσ. Όταν θ απαγωγι καυςαερίων ζχει ςχεδόν ολοκλθρωκεί, ςε περίπου 50 πριν το ΚΝ, αποκαλφπτεται θ κυρίδα ειςαγωγισ ςτθν πλευρά του κυλίνδρου είναι ακάλυπτθ και το μίγμα αζρα/καυςίμου ειςζρχεται υπό πίεςθ. 4. Δεφτεροσ χρόνοσ: υμπίεςθσ. Με όλεσ τισ κυρίδεσ κλειςτζσ, το ζμβολο κινείται προσ το ΑΝ και ςυμπιζηει το μίγμα αζρα/καυςίμου ςε υψθλότερθ πίεςθ και κερμοκραςία. Κοντά ςτο τζλοσ τθσ διαδρομισ ςυμπίεςθσ, ενεργοποιείται ο ςπινκθριςτισ. Από τθ ςτιγμι που το ζμβολο φτάςει ςτο ΑΝ, πραγματοποιείται θ καφςθ και αρχίηει ο επόμενοσ κφκλοσ του κινθτιρα.

23 Κφκλοι Λειτουργίασ Κινθτιρων Δ Κφκλοσ Δίχρονου Ντθηελοκινθτιρα Ο κφκλοσ ενόσ δίχρονου ντθηελοκινθτιρα είναι παρόμοιοσ με τον κφκλου ενόσ δίχρονου βενηινοκινθτιρα, εκτόσ από δφο αλλαγζσ. 1. Δεν προςτίκεται καφςιμο ςτον ειςερχόμενο αζρα, ζτςι ϊςτε θ ςυμπίεςθ να γίνεται μόνο με αζρα. 2. Αντί για μπουηί, ςτον κφλινδρο βρίςκεται ζνα ακροφφςιο ψεκαςμοφ καυςίμου. Κοντά ςτο τζλοσ τθσ διαδρομισ ςυμπίεςθσ, ειςάγεται το καφςιμο ςτο κερμό ςυμπιεςμζνο αζρα και θ καφςθ ξεκινά με αυτανάφλεξθ.

24 Σφγκριςθ Δίχρονου Τετράχρονου Κφκλου Σετράχρονοσ Κινθτιρασ Κάκε διεργαςία ζχει το δικό τθσ χρόνο 1 κφκλοσ = 2 περιςτροφζσ ςτροφάλου 1 κφκλοσ παραγωγισ ζργου ανά 2 περιςτροφζσ ςτροφάλου Οικονομικότεροσ ςτθν κατανάλωςθ καυςίμου Λιγότερεσ εκπομπζσ ρφπων Πιο πολφπλοκοσ μθχανολογικά Χαμθλόσ λόγοσ ιςχφοσ προσ βάροσ κινθτιρα Πιο ιςυχθ λειτουργία Χαμθλότερεσ ταχφτθτεσ κινθτιρα φςτθμα λίπανςθσ με ανακυκλοφορία λιπαντικοφ (κλειςτό ςφςτθμα) Δίχρονοσ Κινθτιρασ ε κάκε χρόνο υπάρχουν περιςςότερεσ τθσ μίασ διεργαςίεσ 1 κφκλοσ = 1 περιςτροφι ςτροφάλου 1 κφκλοσ παραγωγισ ζργου ανά 1 περιςτροφι ςτροφάλου Μεγαλφτερθ κατανάλωςθ καυςίμου Περιςςότερεσ εκπομπζσ ρφπων Απλοφςτερθ και ελαφρφτερθ καταςκευι Τψθλότεροσ λόγοσ ιςχφοσ προσ βάροσ κινθτιρα Πιο κορυβϊδθσ λειτουργία Τψθλότερεσ ταχφτθτεσ κινθτιρα φςτθμα λίπανςθσ με προςκικθ λιπαντικοφ ςτο καφςιμο (ανοιχτό ςφςτθμα)

25 Σφγκριςθ Βενηινοκινθτιρα Ντθηελοκινθτιρα Περιγραφι Βενηινοκινθτιρασ Ντθηελοκινθτιρασ Βαςικόσ κφκλοσ Κφκλοσ Otto ι κφκλοσ προςκικθσ κερμότθτασ ςε ςτακερό όγκο. Καφςιμο Βενηίνθ, ζνα πολφ πτθτικό καφςιμο με υψθλι κερμοκραςία αυτανάφλεξθσ. Ειςαγωγι καυςίμου Ρφκμιςθ φορτίου Ανάφλεξθ Ειςάγεται μίγμα αζρα/καυςίμου κατά τθ διάρκεια του κφκλου ειςαγωγισ. Σο μίγμα ςχθματίηεται πριν τθν ειςαγωγι. Θ ποςότθτα του μίγματοσ ρυκμίηεται με άνοιγμα τθσ πεταλοφδασ παροχισ αζρα και προςκικθ τθσ αναλογοφςασ ποςότθτασ καυςίμου για ςχθματιςμό ςτοιχειομετρικοφ μίγματοσ. Απαιτείται ςφςτθμα ανάφλεξθσ με ςπινκθριςτι (μπουηί) μζςα ςτο κάλαμο καφςθσ. Θ απαιτοφμενθ τάςθ παρζχεται από τθ μπαταρία και τον πολλαπλαςιαςτι. Κφκλοσ Diesel ι κφκλοσ προςκικθσ κερμότθτασ ςε ςτακερι πίεςθ. Ντιηελ, ζνα μθ πτθτικό καφςιμο με ςχετικά χαμθλι κερμοκραςία αυτανάφλεξθσ. Σο καφςιμο εγχζεται απευκείασ ςτο κάλαμο καφςθσ ςε υψθλι πίεςθ ςτο τζλοσ του χρόνου ειςαγωγισ. Είναι απαραίτθτθ αντλία καυςίμου και ακροφφςια (μπεκ) ψεκαςμοφ. Θ ποςότθτα του καυςίμου ρυκμίηεται από τθν αντλία καυςίμου. Θ ποςότθτα του αζρα είναι ςτακερι, ανεξαρτιτωσ φορτίου. Πραγματοποιείται αυτανάφλεξθ λόγω τθσ υψθλισ κερμοκραςίασ του αζρα εξαιτίασ τθσ υψθλισ ςυμπίεςθσ. Δεν απαιτείται ςφςτθμα ανάφλεξθσ και ςπινκθριςτισ.

26 Σφγκριςθ Βενηινοκινθτιρα Ντθηελοκινθτιρα Περιγραφι Βενηινοκινθτιρασ Ντθηελοκινθτιρασ χζςθ αζρα/καυςίμου χζςθ ςυμπίεςθσ Σαχφτθτα Βακμόσ απόδοςθσ Βάροσ Κοντά ςτθν ςτοιχειομετρικι αναλογία από μθδενικό φορτίο (ρελαντί) ζωσ το πλιρεσ φορτίο. 6:1 10:1. Θ μζγιςτθ τιμι περιορίηεται από τθν ποιότθτα ανάφλεξθσ του καυςίμου (αρικμόσ οκτανίου). Λόγω χαμθλοφ βάρουσ κινθτιρα και ομογενοφσ καφςθσ είναι ταχφςτροφοι κινθτιρεσ. Λόγω τθσ χαμθλότερθσ ςχζςθσ ςυμπίεςθσ, θ μζγιςτθ τιμι του κερμικοφ βακμοφ απόδοςθσ που μπορεί να επιτευχκεί είναι χαμθλότερθ. Χαμθλότερο, λόγω χαμθλότερων τιμϊν μζγιςτθσ πίεςθσ. Ανεξάρτθτα από το φορτίο και τθν ταχφτθτα, ειςζρχεται ςτακερι ποςότθτα αζρα ςτον κφλινδρο. Με τθ μεταβολι του φορτίου, θ ποςότθτα του καυςίμου αλλάηει και μεταβάλλεται θ ςχζςθ αζρα/καυςίμου που μπορεί να κυμαίνεται από 18: 1 ζωσ 80: 1. 15:1 24:1. Θ μζγιςτθ τιμι περιορίηεται από τθν αφξθςθ βάρουσ του κινθτιρα. Λόγω υψθλοφ βάρουσ κινθτιρα και ετερογενοφσ καφςθσ είναι αργόςτροφοι κινθτιρεσ. Λόγω τθσ υψθλότερθσ ςχζςθσ ςυμπίεςθσ, θ μζγιςτθ τιμι του κερμικοφ βακμοφ απόδοςθσ που μπορεί να επιτευχκεί είναι υψθλότερθ. Τψθλότερο, λόγω υψθλότερων τιμϊν μζγιςτθσ πίεςθσ.

27 Συνοπτικά Στοιχεία Εμβολοφόρων Κινθτιρων χζςθ υμπίεςθσ (ompression Ratio) Vmax VTD r c Vmin VBD Κακαρό Ζργο w net = MEP Επιφάνεια Εμβόλου Διαδρομι = MEP V Μζςθ Ενεργι Πίεςθ (Mean Effective Pressure) wnet MEP (kpa) V V max min Θ μζςθ ενεργι πίεςθ μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ωσ παράμετροσ για τθ ςφγκριςθ των επιδόςεων παλινδρομικϊν κινθτιρων ίςου μεγζκουσ. Ο κινθτιρασ με τθ μεγαλφτερθ τιμι MEP παρζχει περιςςότερο κακαρό ζργο ανά κφκλο και επομζνωσ ζχει καλφτερθ απόδοςθ.

28 Διάγραμμα Πίεςθσ Όγκου ΜΕΚ Βενηινοκινθτιρασ Ντθηελοκινθτιρασ

29 Πίεςθ Κυλίνδρου (kpa) Διάγραμμα Πίεςθσ Όγκου Βενηινοκινθτιρα Ανοιχτι Βαλβίδα Ειςαγωγισ Κλειςτι Βαλβίδα Εξαγωγισ Περιοχι A Περιοχι B Ανοιχτι Βαλβίδα Εξαγωγισ Περιοχι 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Κανονικοποιθμζνοσ Όγκοσ Κλειςτι Βαλβίδα Ειςαγωγισ Παρατθροφνται τρεισ διακριτζσ περιοχζσ: Α, Β και. Σο ολοκλιρωμα πάνω από τισ διαδρομζσ εξαγωγισ και ειςαγωγισ (Β + ) είναι το ζργο που εκτελείται ςτο αζριο από το ζμβολο. Σο ολοκλιρωμα κατά τθ ςυμπίεςθ και τθν παραγωγι ιςχφοσ (Α + ) είναι το ζργο που εκτελείται ςτο ζμβολο από το αζριο. Σο ζργο που παράγεται κακ όλθ τθ διάρκεια του κφκλου είναι τότε το κακαρά εκτελοφμενο ζργο.

30 Κφκλοσ Otto Βενηινοκινθτιρασ Κφκλοσ Otto: ο ιδανικόσ κφκλοσ για βενηινοκινθτιρεσ

31 Λειτουργία Τετράχρονου Βενηινοκινθτιρα

32 Τετράχρονοσ Δίχρονοσ Βενηινοκινθτιρασ Σετράχρονοσ κφκλοσ: 1 κφκλοσ = 4 χρόνοι = 2 περιςτροφζσ Δίχρονοσ κφκλοσ: 1 κφκλοσ = 2 χρόνοι = 1 περιςτροφι Οι δίχρονοι κινθτιρεσ είναι γενικά λιγότερο αποδοτικοί από τουσ αντίςτοιχουσ τετράχρονουσ, αλλά είναι ςχετικά απλοί και φκθνοί και ζχουν υψθλζσ αναλογίεσ ιςχφοσ προσ βάροσ και ιςχφοσ προσ όγκο. 1 2: ιςεντροπικι ςυμπίεςθ 2 3: ιςόχωρθ προςκικθ κερμότθτασ 3 4: ιςεντροπικι εκτόνωςθ 4 1: ιςόχωρθ αποβολι κερμότθτασ

33 Βακμόσ Απόδοςθσ Ιδανικοφ Κφκλου Otto Ο κφκλοσ Otto εκτελείται ςε ζνα κλειςτό ιδανικό ςφςτθμα χωρίσ μεταβολζσ ςτθν κινθτικι και τθ δυναμικι ενζργεια. Σο ιςοηφγιο ενζργειασ για κάκε διεργαςία εκφράηεται ωσ: qin q out (win w out) Δu Δεν υπάρχει ζργο κατά τθ διάρκεια των δφο διεργαςιϊν μεταφοράσ κερμότθτασ (ιςόχωρεσ), επομζνωσ: q in (u 3 u 2) V (T3 T 2) q out (u 4 u 1) V (T4 T 1) Επομζνωσ, ο κερμικόσ βακμόσ απόδοςθσ του ιδανικοφ κφκλου Otto είναι: wnet qout T4 T1 T 1 (T 4/T1 1) θth,otto q q T T T (T /T 1) in in Οι διεργαςίεσ 1 2 και 3 4 είναι ιςεντροπικζσ και V 2 = V 3 και V 4 = V 1, επομζνωσ: γ-1 γ-1 Σ V V Σ Σ V V Σ 1 Άρα: θ 1 r th,otto γ 1 c

34 Βακμόσ Απόδοςθσ Ιδανικοφ Κφκλου Otto τουσ βενηινοκινθτιρεσ ο μζγιςτοσ βακμόσ απόδοςθσ περιορίηεται από τθν αυτανάφλεξθ ι το κτφπθμα του κινθτιρα. Ο κερμικόσ βακμόσ απόδοςθσ του ιδανικοφ κφκλου Otto για ςτακερι αναλογία p / v αυξάνει όςο αυξάνει θ ςχζςθ ςυμπίεςθσ του κινθτιρα. Ο κερμικόσ βακμόσ απόδοςθσ του κφκλου Otto αυξάνει με αφξθςθ τθσ αναλογίασ p / v του εργαηόμενου μζςου.

35 Καφςθ ςτο Βενηινοκινθτιρα Κανονικι Καφςθ Κτφπθμα Προανάφλεξθ Ο ςπινκιρασ προκαλεί τθν ζναυςθ του μίγματοσ και θ φλόγα εξαπλϊνεται, καταλαμβάνοντασ προοδευτικά όλο τον όγκο του καλάμου καφςθσ και δίνει ομοιόμορφθ ϊκθςθ ςτο ζμβολο. Λόγω υψθλισ πίεςθσ και κερμοκραςίασ, δθμιουργοφνται εςτίεσ αυτανάφλεξθσ ςε ςθμεία του μίγματοσ όπου δεν ζχει φτάςει θ φλόγα. υνεχζσ χτφπθμα προκαλεί τελικά βλάβθ ςτο ζμβολο. Οι αποκζςεισ άνκρακα ςτα τοιχϊματα του κυλίνδρου αναφλζγουν το μίγμα αζρακαυςίμου, με αποτζλεςμα κτφπθμα. Θ προανάφλεξθ μπορεί να ςυμβεί και λόγω λάκουσ χρονιςμοφ ανάφλεξθσ.

36 Διάγραμμα Καφςθσ Κτφπθμα Βενηινοκινθτιρα

37 Κτφπθμα ςτο Βενηινοκινθτιρα

38 Αντικροτικότθτα Αρικμόσ Οκτανίου 1926, Graham Edgar, Κλίμακα Αρικμοφ Οκτανίου. Θ μζκοδοσ κακιερϊνεται ωσ επίςθμθ το ιςο-οκτάνιο (2,2,4 τριμεκυλο πεντάνιο): Α.Ο κ-επτάνιο: Α.Ο. 0. Αρικμόσ Οκτανίου: Σο % ποςοςτό ιςο-οκτανίου ςε μίγμα του με κ-επτάνιο που παρουςιάηει τθν ίδια ςυμπεριφορά με το υπό δοκιμι καφςιμο ςτον πρότυπο κινθτιρα. Τπάρχουν δφο είδθ αρικμοφ οκτανίου, ανάλογα με τισ ςυνκικεσ προςδιοριςμοφ: Ερευνθτικόσ Αρικμόσ Οκτανίου (RON): ιπιεσ ςυνκικεσ, χαμθλζσ ςτροφζσ. Αρικμόσ Οκτανίου Κινθτιρα (MON): υψθλζσ ςτροφζσ, μεταβατικζσ ςυνκικεσ λειτουργίασ. Δείκτθσ Αντικροτικότθτασ: AΚI = 0,5 (RON + MON) Χρθςιμοποιείται κυρίωσ ςτισ ΘΠΑ Ευαιςκθςία Βενηίνθσ: [sensitivity] = RON MON Ζνδειξθ τθσ διαφορετικισ ςυμπεριφοράσ του καυςίμου όταν μεταβάλλονται οι ςυνκικεσ δοκιμισ.

39 Κπίζιμη Σσέζη Σςμπίεζηρ Αντικροτικότθτα Βενηινών Εξαρτάται από το είδοσ των υδρογονανκράκων του καυςίμου αρωματικά ιςοπαραφίνεσ ολεφίνεσ ναφκζνια παραφίνεσ Επιμικυνςθ αλυςίδασ αυξάνει τθν τάςθ για κτφπθμα. Διακλαδϊςεισ μειϊνουν τθν τάςθ για κτφπθμα. υμπαγζσ μόριο, μικρότερθ τάςθ για κτφπθμα. Βενηολικόσ δακτφλιοσ, πολφ μεγάλθ αντικροτικότθτα. 14 Μεθάνιο Αιθάνιο -- Πποπάνιο n-βοςηάνιο Κενηπικό Μόπιο n-πενηάνιο n-εξάνιο Πποζθήκη Μεθςλίων Αύξηζη Μήκοςρ Αλςζίδαρ Τπιπηάνιο Ιζοοκηάνιο n-επηάνιο Απιθμόρ Αηόμων Άνθπακα ζηο Μόπιο

40 Κφκλοσ Diesel - Ντθηελοκινθτιρασ Κφκλοσ Diesel: ο ιδανικόσ κφκλοσ για κινθτιρεσ ανάφλεξθσ με ςυμπίεςθ. τουσ κινθτιρεσ ντιηελ ςυμπιζηεται μόνο αζρασ κατά τθ διάρκεια του χρόνου ςυμπίεςθσ. Οι κινθτιρεσ ντιηελ μποροφν να ςχεδιαςτοφν για να λειτουργοφν ςε πολφ υψθλότερεσ ςχζςεισ ςυμπίεςθσ από τουσ βενηινοκινθτιρεσ, ςυνικωσ μεταξφ 12:1 και 24:1. 1 2: ιςεντροπικι ςυμπίεςθ 2 3: ιςοβαρισ προςκικθ κερμότθτασ 3 4: ιςεντροπικι εκτόνωςθ 4 1: ιςόχωρθ απόρριψθ κερμότθτασ τουσ κινθτιρεσ ντιηελ, ο ςπινκθριςτισ αντικακίςταται από ζνα ακροφφςιο ψεκαςμοφ καυςίμου και μόνο ο αζρασ ςυμπιζηεται κατά τθ διάρκεια τθσ διαδικαςίασ ςυμπίεςθσ.

41 Λειτουργία Τετράχρονου Ντθηελοκινθτιρα

42 Συςτιματα Ζγχυςθσ Καυςίμου Ντθηελοκινθτιρων Άμεςθσ Ζγχυςθσ (Direct Injection DI) Ζμμεςθσ Ζγχυςθσ (Indirect Injection IDI)

43 Σφςτθμα Διανομισ Καυςίμου ommon Rail (1) Αντλία καυςίμου υψθλισ πίεςθσ (2) Αιςκθτιρασ πίεςθσ (3) Κοινόσ αγωγόσ (common rail) (4) Ρυκμιςτικι βαλβίδα πίεςθσ (5) Εγχυτιρεσ (6) Φίλτρο καυςίμου (7) Δεξαμενι καυςίμου (8) Θλεκτρονικι μονάδα ελζγχου (9) Αιςκθτιρασ ταχφτθτασ κινθτιρα (10) Αιςκθτιρασ κζςθσ ςτροφαλοφόρου (11) Αιςκθτιρασ φορτίου (κζςθ "γκαηιοφ") (12) Αιςκθτιρασ πίεςθσ αζρα ειςαγωγισ (13) Αιςκθτιρασ κερμοκραςίασ αζρα ειςαγωγισ (14) Αιςκθτιρασ κερμοκραςίασ ψυκτικοφ

44 Βακμόσ Απόδοςθσ Ιδανικοφ Κφκλου Diesel Ο κφκλοσ Otto εκτελείται ςε ζνα κλειςτό ιδανικό ςφςτθμα χωρίσ μεταβολζσ ςτθν κινθτικι και τθ δυναμικι ενζργεια. Σο ιςοηφγιο ενζργειασ για κάκε διεργαςία εκφράηεται ωσ: q w u u q P (V V ) u u in b,out 3 2 in h3 h2 p (V3 V 2) και: qout u1 u4 qout V (T4 T 1) Επομζνωσ, ο κερμικόσ βακμόσ απόδοςθσ του ιδανικοφ κφκλου Diesel είναι: wnet qout T4 T1 T 1 (T 4/T1 1) θth,diesel q q γ (T T ) γ T (T /T 1) in in Ορίηεται μία νζα παράμετροσ, ο λόγοσ αποκοπισ (cut-off ratio) r a ωσ ο λόγοσ των όγκων πριν και μετά τθ διεργαςία καφςθσ: V2 r a V1 Χρθςιμοποιϊντασ αυτόν τον οριςμό και τισ ςχζςεισ ιςεντροπικοφ ιδανικοφ αερίου για τισ διεργαςίεσ 1 2 και 3 4, θ ςχζςθ γίνεται: γ 1 ra 1 θth,diesel 1 r γ 1 c γ (r a 1)

45 Βακμόσ Απόδοςθσ Ιδανικοφ Κφκλου Diesel Με τθν παραδοχι του προτφπου ψυχροφ αζρα, ο κερμικόσ βακμόσ απόδοςθσ ενόσ κφκλου Diesel διαφζρει από το κερμικό βακμό απόδοςθσ ενόσ κφκλου Otto κατά τον όρο: γ ra 1 γ (ra 1) Αυτόσ ο όροσ είναι πάντα μεγαλφτεροσ από 1. υνεπϊσ: θ th,otto > θth,diesel όταν και οι δφο κφκλοι λειτουργοφν με τθν ίδια ςχζςθ ςυμπίεςθσ. Κακϊσ ο λόγοσ αποκοπισ μειϊνεται, ο βακμόσ απόδοςθσ του κφκλου Diesel αυξάνει. Αν r a = 1, τότε ο βακμόσ απόδοςθσ είναι ο ίδιοσ και για τουσ δφο κφκλουσ. Οι ντθηελοκινθτιρεσ λειτουργοφν με πολφ υψθλότερεσ ςχζςεισ ςυμπίεςθσ και επομζνωσ είναι ςυνικωσ πιο αποδοτικοί από τουσ κινθτιρεσ ανάφλεξθσ με ςπινκιρα (βενηινοκινθτιρεσ).

46 Πίεςθ Κυλίνδρου (bar) Διάγραμμα Καφςθσ Ντθηελοκινθτιρα Φλόγα Προανάμιξθσ Φλόγα Διάχυςθσ Κακυςτζρθςθ Ανάφλεξθσ High N Low N 10 Ζναρξθ Καφςθσ Ψεκαςμόσ Καυςίμου Γωνία τροφάλου ( )

47 Καφςθ ςτο Ντθηελοκινθτιρα χθματιςμόσ Μίγματοσ Ανάφλεξθ Σελικι Καφςθ Περίοδοσ Κακυςτζρθςθσ Φυςικι Κακυςτζρθςθ Χθμικι Κακυςτζρθςθ Εκνζφωςθ του ρεφματοσ του ψεκαηόμενου καυςίμου Ανάμιξθ των ςταγονιδίων με τον αζρα Εξάτμιςθ των ςταγονιδίων του καυςίμου Ανάμιξθ των ατμϊν του καυςίμου με τον αζρα Προφλογικι οξείδωςθ του καυςίμου Σοπικι ανάφλεξθ Οξείδωςθ του μίγματοσ αζρα/καυςίμου Θερμοκραςία και ςυγκζντρωςθ οξυγόνου ευνοοφν τθν τζλεια καφςθ Ανάφλεξθ Μίγμα προϊόντων μερικισ οξείδωςθσ ι κερμικισ πυρόλυςθσ με αζρα Θερμικι πυρόλυςθ του καυςίμου Θερμοκραςία και ςυγκζντρωςθ οξυγόνου δεν ευνοοφν τθν τζλεια καφςθ (ψφξθ, πολφ φτωχά και πολφ πλοφςια μίγματα Προϊόντα τζλειασ καφςθσ Προϊόντα ατελοφσ καφςθσ

48 Θερμοκραςίεσ Αυτανάφλεξθσ Υδρογονανκράκων

49 Αρικμόσ Κετανίου Ο αρικμόσ κετανίου (cetane number, N) μετρά τθ ςτακερότθτα ενόσ καυςίμου ςτθν αυτανάφλεξθ ςε ςυνκικεσ αντίςτοιχεσ του ντθηελοκινθτιρα (αντίςτοιχοσ του αρικμοφ οκτανίου) Μετριζται ςε αυκαίρετθ κλίμακα μζςω ςυςχζτιςθσ τθσ κακυςτζρθςθσ ανάφλεξθσ ςε μονοκφλινδρο κινθτιρα FR. κ-δεκαεξάνιο = 100 (cetane ET) α μεκυλο ναφκαλίνθ = 0 (a methyl naphthalene AMN) Επταμεκυλο εννεάνιο = 15 H H2 H2 H2 3 H H3 H (hepta methyl nonane HMN) 3 H 3 H 3 Ο αρικμόσ κετανίου ενόσ ντιηελ είναι το ποςοςτό κ-δεκαεξανίου ςε μίγμα με α μεκυλο ναφκαλίνθ που ζχει τθν ίδια ςυμπεριφορά ωσ προσ τθν κακυςτζρθςθ ανάφλεξθσ με το προσ εξζταςθ ντιηελ. Θ α μεκυλο ναφκαλίνθ ζχει μεγάλθ αντίςταςθ ςτθν αυτανάφλεξθ λόγω ςυμπίεςθσ κι ζχει αντικαταςτακεί με το επταμεκυλο εννεάνιο (ιςομερζσ δεκαεξάνιο) N = % ET + 0,15 % HMN H 3 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 2 H 3 H 2 H H H H H 3 H 3 H H H H 3 H 3 H 3

50 Κακυςτζρθςθ Ανάφλεξθσ Αρικμόσ Κετανίου

51 Αρικμόσ Κετανίου Σα καφςιμα υψθλοφ αρικμοφ κετανίου ζχουν μικρι κακυςτζρθςθ ανάφλεξθσ. Σα καφςιμα χαμθλοφ αρικμοφ κετανίου προκαλοφν προβλιματα κατά τθν καφςθ, προβλιματα ςτισ αλλαγζσ φορτίου ςτον κινθτιρα, κακι προκζρμανςθ, ςχθματίηουν αποκζςεισ, αλλά ζχουν αμελθτζα επίδραςθ ςτθν απόδοςθ και τθν οικονομία καυςίμου. Όριο προδιαγραφισ: 51 Αρικμόσ κετανίου υδρογονανκράκων: Παραφίνεσ > ολεφίνεσ > ιςοπαπαραφινϊν παραφινϊν> αρωματικά Τψθλόσ αρικμόσ κετανίου ςθμαίνει: Μικρι κακυςτζρθςθ ανάφλεξθσ Εκκίνθςθ ςε χαμθλότερεσ κερμοκραςίεσ Μικρότερο χρόνο προκζρμανςθσ του κινθτιρα Λιγότρερεσ εκπομπζσ ρφπων