ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ` ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΥΒΡΙΔΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΥΓΡΑΕΡΙΟΚΙΝΗΣΗ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΣΠΥΡΙΔΩΝ Π. ΤΑΡΝΑΡΗΣ ΣΙΝΑΝ Τ. ΔΕΔΕ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΙΩΑΝΝΗΣ Θ. ΑΡΑΜΠΑΤΖΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2013

2 ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ Ο ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΙΩΑΝΝΗΣ Θ. ΑΡΑΜΠΑΤΖΗΣ

3

4 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Α ΜΕΡΟΣ ΥΓΡΑΕΡΙΟΚΙΝΗΣΗ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΣΠΥΡΙΔΩΝ Π. ΤΑΡΝΑΡΗΣ ΣΙΝΑΝ Τ. ΔΕΔΕ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΙΩΑΝΝΗΣ Θ. ΑΡΑΜΠΑΤΖΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2013

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στα πλαίσια των προπτυχιακών σπουδών πραγματοποιήθηκε η πτυχιακή εργασία με σκοπό την πληροφόρηση του αναγνώστη σχετικά με την κίνηση των αυτοκινήτων αξιοποιώντας άλλες πηγές ενέργειας πιο οικονομικούς και φιλικούς προς το περιβάλλον όπως το υγραέριο (LPG) και της ηλεκτρικής ενέργειας. Ένας απ τους μεγάλους παράγοντες που αυξάνει τη ρύπανση, είναι και τα συμβατικά αυτοκίνητα. Η εξέλιξη όμως της τεχνολογίας πάνω στο τομέα της αυτοκίνησης κατάφερε με αυτές τις δύο εναλλακτικές μεθόδους κίνησης να περιορίσει σημαντικά τους ρύπους που παράγονται κάθε χρόνο. Επίσης ο αναγνώστης διαβάζοντας την παρούσα εργασία θα ενημερωθεί σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας και εγκατάστασης του κάθε συστήματος ξεχωριστά. i

6 ABSTRACT Within the undergraduate dissertation took place in order to inform the reader about the movement of vehicles using other energy sources more economical and environmentally friendly as LPG and electricity. One of the major factors that increases pollution, are conventional cars. The evolution of the technology on the automotive sector succeed to reduce traffic pollutants are produced every year with these two alternative methods significantly. The reader reading this work will be informed about the operation and installation of each system separately. ii

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... xvii 1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Εισαγωγή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 LPG (ΥΓΡΑΕΡΙΟ) Τι είναι υγραέριο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΓΕΝΙΕΣ LPG (ΥΓΡΑΕΡΙΟΚΙΝΗΣΗΣ) Από την 1 η έως την 5 η γενιά ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΥΓΡΑΕΡΙΟΥ Γενικά Δεξαμενή υγραερίου Πολυβαλβίδα υγραερίου Βαλβίδα πλήρωσης Λειτουργία βαλβίδα πλήρωσης Βαλβίδα ασφαλείας Ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες υγραερίου-βενζίνης Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου Λειτουργία ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας υγραερίου Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα βενζίνης Σωληνώσεις εγκατάστασης υγραεριοκίνησης Πνεύμονας (ρυθμιστής πίεσης) Λειτουργία πνεύμονα Φίλτρο αερίου Αισθητήρας πίεσης & θερμοκρασίας αερίου LPG Λειτουργία αισθητήρα Εγχυτήρες ψεκασμού αερίου-πολλαπλή εισαγωγή (μπεκ) iii

8 Λειτουργία πολλαπλής εισαγωγής (μπεκ) Ηλεκτρικό κύκλωμα Λειτουργία ηλεκτρικού κυκλώματος Μονάδα ελέγχου (εγκέφαλος ECU) Λειτουργία μονάδα ελέγχου ECU Διακόπτης εναλλαγής καυσίμου Βασικές λειτουργίες διακόπτη εναλλαγής καυσίμου LPG Εκκίνηση Κινητήρα & Αυτόματη Μετάβαση σε LPG: Διαχείριση Εναλλαγής από Βενζίνη σε LPG και αντίστροφα: Κατάσταση Συναγερμού (Αποτυχία Εναλλαγής): Έκτακτη ανάγκη λόγω άδειου ρεζερβουάρ βενζίνης: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΜΙΓΜΑΤΟΣ Γενικά Βάρος και κατανάλωση ποιότητα καύσης (με υγραέριο) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΒΕΝΖΙΝΟΜΗΧΑΝΩΝ Γενικά Τρόπος εγκατάστασης εξαρτημάτων Έλεγχος εγκατάστασης & στεγανότητας υγραεριοκίνησης Έλεγχος μετά την αρχική εγκατάσταση Έλεγχος στεγανότητας συστήματος υγραερίου Γέμισμα της δεξαμενής με υγραέριο Ρύθμιση του συστήματος υγραερίου (καλυμπράρισμα) Καλυμπράρισμα Διαμόρφωση LPG Injector type Ρυθμίσεις για προχωρημένους iv

9 6.5.5 DISPLAY AUTOSETUP Διαδικασία καλυμπραρίσματος κατά την οδήγηση (Create Map) OTHER BOOKMARKS OF SOFTWARE Service tools Inspection ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ LPG & ΚΤΕΟ Γενικά ΚΤΕΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΠΙΝΑΚΑΣ ΒΛΑΒΩΝ Γενικά περί βλαβών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΥΓΡΑΕΡΙΟΥ Γενικά ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 ΔΙΑΝΟΜΗ ΥΓΡΑΕΡΙΟ ΠΡΑΤΗΡΙΑ Πρατήρια Οικονομία ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 ΥΓΡΑΕΡΙΟΚΙΝΗΣΗ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Προστασία περιβάλλοντος ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12 ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ Νομοθετικό πλαίσιο υγραεριοκίνησης Νομοθεσία για την ασφάλεια στην υγραεριοκίνηση Νομοθεσία για την μετατροπή σε υγραεριοκίνηση Β ΜΕΡΟΣ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΥΒΡΙΔΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 14 ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Γενικά Εκπομπές ρύπων οχημάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 15 ΥΒΡΙΔΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ v

10 15.1 Εισαγωγή Κύρια μέρη υβριδικού Τύποι υβριδικών συστημάτων Φόρτιση Υβριδικού - Αναπαραγωγικό φρενάρισμα Πλεονεκτήματα της υβριδοποίησης Υπόλοιπες Υβριδικές Εκδοχές Υβριδικά οχήµατα µε κυψέλες καυσίµου Υβριδικά λεωφορεία Εφαρμογές κινητήρων υβριδικών οχημάτων με κυψέλες καυσίμων (FCVs) Υβριδικά Υδραυλικά Οχήµατα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 16 ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΥΒΡΙΔΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ Μπαταρία NiMH Πλεονεκτήματα μπαταρίας NiMH Μπαταρία Li-ion Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα Εξέλιξη της έρευνας Συγκριτική αντιπαράθεση µεταξύ NiMH και Li ion στα υβριδικά οχήµατα Μειονεκτήµατα των σύγχρονων υβριδικών οχηµάτων λόγω χρήσης µπαταριών Βενζινοκινητήρας µε κύκλο Atkinson Υβριδικοί κινητήρες με κύκλο miller ΚΕΦΑΛΑΙΟ 17 ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ Ροή Ισχύος Σε HEV Μεταβατική λειτουργία ενός HEV Πειραµατικά Δεδοµένα Επικυκλική Μονάδα διασύνδεσης Το Σύστηµα Synergy της Toyota vi

11 18. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 18 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΥΒΡΙΔΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ Toyota Prius THS και THS II Honda Civic Hybrid Lexus rx400h Μπροστινός ηλεκτροκινητήρας 123kw Πίσω ηλεκτροκινητήρας 50kw Μονάδα ελέγχου ισχύος Υβριδική μπαταρία 650V Μονάδα κατανομής ισχύος Γεννήτρια Πλανητικό σύστημα γραναζιών Λειτουργίες κατά την οδήγηση ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΚΡΩΝΥΜΙΩΝ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ vii

12 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1 Έλεγχος του συστήματος LPG Σχήμα 2 Πυκνωτές ενέργειας των διαφόρων μπαταριών Σχήμα 3 Εξέλιξη παραμέτρων του κινητήρα και της μπαταρίας στη διάρκεια επιτάχυνσης 0-65 Mph ενός επιβατηγού HEV Σχήμα 4 Το σύστημα Synergy της Toyota Σχήμα 5 Σύγκριση διαθέσιμης αθροιστικής ισχύος ανάλογα με την ταχύτητα του οχήματος ανάμεσα στα THS και THS Σχήμα 6 Συγκριτικό διάγραμμα ισχύος για τον ηλεκτροκινητήρα ανάμεσα στο Prius THS και το Prius THS II Σχήμα 7 Συγκριτικό διάγραμμα ροπής για τον ηλεκτροκινητήρα ανάμεσα στο Prius THS και το Pius THS II Σχήμα 8 Σύγκριση επιδόσεων του Prius THS II με το προηγούμενο THS αλλα και μα ένα συμβατικό δίλιτρο αυτοκίνητο της Toyota με ατμοσφαιρικό κινητήρα Σχήμα 9 Διάγραμμα ροπής και ισχύος του Prius THS II Σχήμα 10 Η έναρξη του ενεργού χρόνου συμπίεσης μεταβάλλεται ανάλογα με το πόσο καθυστερημένα το σύστημα μεταβλητού χρονισμού (VVT-i) κλέινει τη βαλβίδα εισαγωγής viii

13 ix

14 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1 Τρόπος Λειτουργίας Ατμό Μηχανής... 1 Εικόνα 2 Η πρώτη φορτηγό άμαξα Fardier... 2 Εικόνα 3 O T. Έντισον και το ηλεκτρικό όχημα του... 3 Εικόνα O κινητήρας Όττο και Λάνγκεν στο Παρίσι... 4 Εικόνα 5 Το αυτοκίνητο με κινητήρα εσωτερικής καύσης και καύσιμο τη βενζίνη, του Νικολάους Όττο... 5 Εικόνα 6 Πρώτος κινητήρας Diesel... 6 Εικόνα 7 Η επανεμφάνιση του υγραερίου... 7 Εικόνα 8 Το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο στο κόσμο το 1899 και ένα σύγχρονο υβριδικό του Εικόνα 9 Δομή Βουτανίου Εικόνα 10 Δομή προπανίου Εικόνα 11 Σύστημα 1 ης γενιάς Εικόνα 12 Σύστημα 2 ης γενιάς Εικόνα 13 Σύστημα 3 ης γενιάς Εικόνα 14 Σύστημα 4 ης γενιάς Εικόνα 15 Σύστημα 5 ης γενιάς Εικόνα 16 Σύστημα υγραεριοκίνησης Diese Εικόνα 17 Κυλινδρική και τύπου ρεζέρβας δεξαμενή Εικόνα 18 Πολυβαλβίδα και τα επιμέρους εξαρτήματα της Εικόνα 19 Στάδιο πλήρωσης και Στάδιο διακοπής πλήρωσης Εικόνα 20 Βαλβίδα ασφαλείας πίεσης και θερμοκρασίας Εικόνα 21 Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου Εικόνα 22 Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα βενζίνης Εικόνα 23 Κύκλωμα σωληνογραμμών LPG Εικόνα 24 Πνεύμονας - υποβιβαστής πίεσης LPG x

15 Εικόνα 25 Λειτουργία Πνεύμονα LPG Εικόνα 26 Φίλτρο Αερίου Εικόνα 27 Αισθητήρας πίεσης και θερμοκρασίας αερίου LPG (MAP) Εικόνα 28 Εγχυτές αερίου-πολλαπλή εισαγωγή (μπέκ) Εικόνα 29 Ηλεκτρολογικό κύκλωμα Εικόνα 30 Διακόπτης εναλλαγής καυσίμου LPG Εικόνα 31 Φάση εναλλαγής καυσίμου Εικόνα 32 Διαχείριση Εναλλαγής καυσίμου Εικόνα 33 Σφάλμα εναλλαγής καυσίμου Εικόνα 34 Αναγκαία εναλλαγή καυσίμου Εικόνα 35 Δεξαμενή τύπου ρεζέρβας εντός εκτός Εικόνα 36 Δεξαμενή κυλινδρικού τύπου Εικόνα 37 Βαλβίδα πλήρωσης Εικόνα 38 Σωλήνας πλήρωσης Εικόνα 39 Σωληνώσεις παροχής υγραερίου Εικόνα 40 Εγκατάσταση πνεύμονα Εικόνα 41 Εγκατάσταση πολλαπλής εισαγωγής Εικόνα 42 Σχέδιο συνδεσμολογίας αισθητήρα MAP Εικόνα 43 Τοποθέτηση εγκεφάλου ECU Εικόνα 44 Ολοκληρωμένο σύστημα LPG Εικόνα 45 Πίνακας βασικού ελέγχου LPG Εικόνα 46 Πρόγραμμα καλυμπραρίσματος Εικόνα 47 Αρχικές ρυθμίσεις βασικών παραμέτρων Εικόνα 48 LPG Injector type Εικόνα 49 Επιλογή αισθητήρα-χάρτη και άλλων παραμέτρων Εικόνα 50 Advanced settings Εικόνα xi

16 Εικόνα Εικόνα 53 Πρώτη επισκόπηση του συστήματος Εικόνα 54 Αυτόματες ρυθμίσεις Εικόνα Εικόνα 56 Autocalibration Εικόνα 57 Εισαγωγή δεδομένων Εικόνα 58 Set stable RPM Εικόνα 59 Ρύθμιση χρόνου ψεκασμού Εικόνα 60 Δημιουργία χάρτη Εικόνα 61 Επιλογή καυσίμου Εικόνα 62 Εκκίνηση προγράμματος Εικόνα 63 Πίνακας χρόνου ψεκασμού - πίεσης στην πολλαπλή Εικόνα 64 Εσφαλμένη ρύθμιση Εικόνα 65 ΣΩΣΤΗ Εικόνα 66 ΛΑΘΟΣ Εικόνα Εικόνα Εικόνα 69 Αυτόματος υπολογισμός ανοίγματος μπεκ Εικόνα 70 Διάγραμμα χρόνου ψεκασμού Εικόνα 71 Επιλογή αισθητήρα Εικόνα 72 Service Tools Εικόνα 73 Device Info Εικόνα 74 Καθορισμός του επόμενου Service Εικόνα 75 Δοκιμές μετά από συγκρούσεις στο πίσω μέρος Εικόνα 76 Χάρτης Πρατηρίων LPG στην Ελλάδα Εικόνα 77 Κύρια εξαρτήματα υβριδικού Εικόνα 78 Τρόπος παραγωγής κίνησης Εικόνα 79 Σειριακή συνδεσμολογία xii

17 Εικόνα 80 Παράλληλη συνδεσμολογία Εικόνα 81 Μεικτή συνδεσμολογία Εικόνα 82 Σύστημα αναπαραγωγικού φρεναρίσματος Εικόνα 83 Παράλληλη συνδεσμολογία σε Diesel HEV Εικόνα 84 Λειτουργίας μιας κυψέλης καυσίμου Εικόνα 85 Δομή μιας κυψέλης καυσίμου Εικόνα 86 Υβριδικό λεωφορείο Εικόνα 87 Toyota Fine-X Εικόνα 88 FCX Concept της Honda Εικόνα 89 Το υδραυλικό βοηθητικό σύστημα προώθησης σε υδραυλικό Εικόνα 90 Η μπαταρία Νικελίου-Υδριδίου μετάλλου τους Prius Εικόνα 91 Μπαταρία Li-ion της εταιρία LG Chemical Εικόνα 92 Μπαταρία νικελίου-μετάλλου υδρδίου σε υβριδικό όχημα της Toyota Εικόνα 93 Ροή ισχύος στην εκίνηση και στις χαμηλές ταχύτητες Εικόνα 94 Ροή ισχύος σε ομαλές συνθήκες οδήγησης Εικόνα 95 Ροή ισχύος σε διάρκεια έντονης επιτάχυνσης Εικόνα 96 Ροή ισχύος κατά την επιβράδυνση Εικόνα 97 Ροή ισχύος κατά την ακινησία του οχήματος Εικόνα 98 Η ανεξάρτητη διασύνδεση κινητήρα και γεννήτριας με τον ηλεκτροκινητήρα και τους τροχούς Εικόνα 99 Όχημα σβηστό Εικόνα 100 Εκίνηση του οχήματος από στάση Εικόνα 101 Επιτάχυνση οχήματος από χαμηλή ταχύτητα Εικόνα 102 Κανονική εκίνηση οχήματος Εικόνα 103 Επιτάχυνση οχήματος από φυσιολογική ταχύτητα οχήματος Εικόνα 104 Το ηλκτρομηχανικό μέρος του THS Εικόνα 105 Το πρώτο Toyota Prius xiii

18 Εικόνα 106 Η προηγούμενη και η νέα βελτιωμένη διάταξη των μαγνητών νεοδυμίου στον ηλεκτροκινητήρα Εικόνα 107 Άυξηση της απόδοσης του ηλεκτροκινητήρα μέσω της προσθήκης ενός μετατροπέα τάσης στο THSII Εικόνα 108 Ο κινητήρας του Prius Εικόνα 109 Το υβρυδικό σύστημα του Honda Civic Εικόνα 110 Μπροστινός ηλεκτροκινητήρας Εικόνα 111 Πίσω ηλεκτροκινητήρας Εικόνα 112 Υβριδική μπαταρία Εικόνα 113 Μονάδα κατανομής ισχύος Εικόνα 114 Γεννήτρια Εικόνα 115 Πλανητικό σύστημα γραναζιών Εικόνα 116 Λειτουργία συστήματος ενός υβριδικού κατά την οδήγηση xiv

19 xv

20 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1 Διάμετροι ακροφυσίων με βάση τα κυβικά Πίνακας 2 Έλεγχος συντήρησης ή αντικατάστασης ανά χλμ Πίνακας 3 Πιθανές βλάβες και επίλυση προβλημάτων Πίνακας 4 Πρατήρια LPG στην Ελλάδα Πίνακας 5 Εκπομπές ρύπων Βενζίνης και Υγραερίου Πίνακας 6 Σύγκριση χαρακτηριστικών μπαταριών λιθίου νικελίου Πίνακας 7 Σύγκριση τεχνικών χαρακτηριστικών ανάμεσα στα THS και THS Πίνακας 8 Ακρωνύμια xvi

21 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Καταρχήν θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον κ. ΙΩΑΝΝΗ Θ. ΑΡΑΜΠΑΤΖΗ (επιβλέποντα καθηγητή της παρούσας πτυχιακής εργασίας) για την πολύτιμη συνεργασία, τη βοήθειά του και την ανάθεση του θέματος. Η διαδικασία αυτή έως και την ολοκλήρωση της πτυχιακής απέφερε εµπλουτισµό γνώσης και σαν φοιτητές αποκμίσαμε σηµαντικές πληροφορίες. Αυτό δεν θα συνέβαινε στην περίπτωση που δεν υπήρχε αυτή η σπουδαστική µας ιδιότητα. Συνειδητοποιούμε λοιπόν ότι το όφελος ήταν αξιόλογο. Πρόκειται για ένα θέμα που έχει σκοπό να ενημερώσει τον απλό πολίτη για τα μέσα κίνησης χρησιμοποιώντας εναλακτικούς τύπους ενέργειας. xvii

22 1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΤΗΝ ΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ 1.1 Εισαγωγή Μόλις πριν από 100 χρόνια, το γρηγορότερο μεταφορικό μέσο στην ξηρά ήταν το άλογο. Ένα όχημα, το οποίο κινείται με κινητήρα τον οποίο έχει επάνω του και δεν σέρνεται από εξωτερική δύναμη. Αυτό προσπαθούσαν να φτιάξουν για αιώνες γενιές και γενιές ανθρώπων. Ξεκινάει από τους αρχαίους Έλληνες και Ρωμαίους και φτάνει ως το 1790 όπου δόθηκε το βραβείο ευρεσιτεχνίας στο Νάθαν Ριντ από την Αμερική. Μέχρι τότε είχαν υπάρξει πάρα πολλοί επιστήμονες οι οποίοι είχαν προσπαθήσει να φτιάξουν κάτι παρόμοιο. Κάποιοι επιχείρησαν να φτιάξουν αμάξι που μετακινείται με τη βοήθεια του αέρα αλλά αυτό δεν κατάφερε να συνεχιστεί λόγο της διακύμανσης του αέρα όπου δεν υπήρχε η δυνατότητα μερικές φορές να κινηθεί το αμάξι με συνέπεια να μην μπορεί να δουλέψει. Ένας άλλος τρόπος που επιχείρησαν την κίνηση του αμαξώματος ήταν με τη βοήθεια του ατμού όπως τα τρένα. Τα αποτελέσματα δεν ήταν επιθυμητά από άποψη επίδοσης του αμαξώματος καθώς δεν μπορούσε να καλύψει μεγάλες αποστάσεις λόγω της μεγάλης αναπλήρωσης νερού στο ντεπόζιτο. Επίσης ένα άλλο μείζον θέμα ήταν η αντίδραση της κοινωνίας για την ηχορύπανση και την ρύπανση του περιβάλλοντος. Εικόνα 1 Τρόπος Λειτουργίας Ατμό Μηχανής Δέδε Σινάν 1

23 Αν θα μπορούσαμε με κάποιον τρόπο να χωρίσουμε χρονολογικά αλλά και τεχνολογικά την ιστορία του αυτοκινήτου, αυτό θα γινόταν σε τέσσερις περιόδους: την εποχή των αυτοκινήτων με κίνηση λόγω του ατμού, την εποχή των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, τα πρώτα βενζινοκίνητα και τέλος τα εκσυγχρονισμένα αυτοκίνητα που αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο ποσοστό των ενεργών αυτοκινήτων στις ημέρες μας. Την πρώτη σοβαρή προσπάθεια όμως την έκανε ο γάλλος Νικολά Ζοζέφ Κυνιώ, όταν το περίφημο τρίτροχο Φαρντιέ (Fardier = Φορτηγό άμαξα) του οποίου ο κινητήρας ήταν τροφοδοτούμενος από έναν ατμολέβητα εμπνευσμένο από τη χύτρα του Παπέν ( το όχημα του οποίου κινιόταν με τη βοήθεια του ατμού). Το όχημα αυτό έφτανε τα 9,5 χλμ. την ώρα μια πολύ ικανοποιητική ταχύτητα για εκείνη την εποχή αφού ο άνθρωπος πηγαίνει με μόνο 5 χλμ. Τα πειράματα ξεκίνησαν το 1770, αλλά το 1771 χρειάστηκε να σταματήσουν επειδή κάποιος άλλος επιστήμονας ανακάλυψε ένα ατμοκίνητο όχημα που άντεχε περισσότερο. Έτσι άρχισε μια περίοδος πειραματισμού με ατμομηχανές, η οποία διήρκησε ως το 1860, αλλά αργότερα πέρασε σε δεύτερη μοίρα με την εμφάνιση του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Εικόνα 2 Η πρώτη φορτηγό άμαξα Fardier Τα ηλεκτροκίνητα οχήματα έχουν μια μακρόχρονη ιστορία που ξεκινά περίπου 171 χρόνια πιο πίσω, στα μέσα του 19ου αιώνα. Μέσα σε αυτά τα χρόνια τα ηλεκτροκίνητα οχήματα πέρασαν από πολλά στάδια ακμής και αφάνειας μέχρι να φτάσουμε στη σημερινή εποχή που το ενδιαφέρον γι αυτά αναζωπυρώθηκε. Η εξέλιξή τους έγινε παράλληλα με την εξέλιξη δύο άλλων ανταγωνιστικών τύπων οχημάτων, τα Δέδε Σινάν 2

24 ατμοκίνητα οχήματα και τα οχήματα εσωτερικής καύσεως. Οι πρώτες προσπάθειες για δημιουργία ενός μηχανοκίνητου οχήματος το οποίο να κινείται με ηλεκτρισμό χρονολογείται τη δεκαετία του Κάπου μεταξύ του 1832 και 1839,χωρίς ιδιαίτερη βεβαιότητα, ο σκωτσέζος Robert Anderson εφηύρε ένα πρώτο αρκετά πρόχειρο αυτοκίνητο όχημα που κινούνταν με ηλεκτρισμό. Την ίδια εποχή (1835) ο ολλανδός καθηγητής Stratingh του Groningen έφτιαξε ένα μικρού μεγέθους όχημα. Αυτές οι πρώτες εφευρέσεις είχαν καθαρά δοκιμαστικό χαρακτήρα καθώς και οι ηλεκτρικοί κινητήρες που υπήρχαν ήταν πειραματικοί και μη εφαρμόσιμοι στην πράξη μέχρι το 1837 όπου ο Thomas Davenport κατασκεύασε τον κινητήρα του. Παρ όλ αυτά αποτέλεσαν το έναυσμα για μια εις βάθος έρευνα πάνω στο αντικείμενο. Περισσότερο πρακτικά και επιτυχή οχήματα ήταν αυτά που φτιάχτηκαν από τον αμερικανό Thomas Davenport (1834) και από τον σκωτσέζο Robert Davidson περί το Το 1847 ο Moses Farmer από τη Μασαχουσέτη, κατασκεύασε ένα όχημα που τροφοδοτούνταν από 48 ηλεκτρικά στοιχεία και μπορούσε να μεταφέρει δύο άτομα. Την ίδια εποχή ο καθηγητής Charles Page έφτιαξε ένα όχημα με 100 συσσωρευτές και κινητήρα 16 ίππων που μετέφερε 12 άτομα με ταχύτητα μέχρι και 19 μίλια/ώρα. Εικόνα 3 O T. Έντισον και το ηλεκτρικό όχημα του Στη συνέχεια ήρθαν οι μηχανές εσωτερικής καύσης όπου το 1824, ο Γάλλος φυσικός Σαντί Καρνό δημοσίευσε το κλασικό πλέον σύγγραμμα σκέψεις πάνω στην ωστική δύναμη της θερμότητας στο οποίο περιέγραψε τις βασικές αρχές της θεωρίας εσωτερικής καύσης. Μια σημαντικότατη εξέλιξη πραγματοποιήθηκε στο Παρίσι το 1862, όταν δημοσιεύτηκε η περιγραφή του ιδανικού κύκλου λειτουργίας μιας μηχανής εσωτερικής καύσης από τον Αλφόνς Μπω ντε Ροσά, ο οποίος ήταν και ο πρώτος που διατύπωσε τις συνθήκες για την άριστη απόδοση κινητήρας του Μπω ντε Ροσά Δέδε Σινάν 3

25 προέβλεπε τετράχρονο κύκλο, σε αντίθεση με το δίχρονο κύκλο (είσοδος- ανάφλεξη και ισχύς-έξοδος) του Λενουάρ. Όμως στα επόμενα 14 χρόνια ο τετράχρονος κινητήρας έμεινε στα χαρτιά Μετά από 14 χρόνια απραξίας εμφανίστηκε ως κατασκευή του Γερμανού μηχανικού Νικολάους Ότο ένας βελτιωμένος δίχρονος κινητήρας όπου ήταν πολύ θορυβώδης και μικρής ισχύος, όμως η κατανάλωση καυσίμου ανά μονάδα ισχύος ήταν μικρότερη από τη μισή κατανάλωση του κινητήρα του Λενουάρ Το 1867 παρουσιάστηκε αυτός ο κινητήρας στην παγκόσμια έκθεση του Παρισιού και, παρά τη θορυβώδη λειτουργία του, πήρε ένα χρυσό βραβείο, γιατί είχε κατά 60% μειωμένη κατανάλωση καυσίμου. Επίσης την ίδια χρονιά κατασκευάστηκε ένας κινητήρας τετράχρονου κύκλου του Μπω ντε Ροσά στον σχεδιασμό ενός νέου κινητήρα. Εικόνα O κινητήρας Όττο και Λάνγκεν στο Παρίσι Στη δεκαετία του 1880 ήταν όμως διαθέσιμος ο κινητήρας Οtto που δημιούργησε ελπίδες για την κατασκευή ελαφριών και ευέλικτων αυτοκινούμενων οχημάτων. Βέβαια οι λεγόμενοι ατμοσφαιρικοί κινητήρες είχαν αρχικά σημαντικό βάρος και το αέριο καύσιμο δεν ήταν παντού διαθέσιμο για αυτό πολλοί μηχανικοί σε διάφορες χώρες εργάζονταν με στόχο την βελτίωση αυτού του κινητήρα και την ενσωμάτωση του σε αυτοκίνητα. Δέδε Σινάν 4

26 Εικόνα 5 Το αυτοκίνητο με κινητήρα εσωτερικής καύσης και καύσιμο τη βενζίνη, του Νικολάους Όττο Οι δύο μηχανικοί που συνεργάστηκαν από το 1872 στην εταιρία Deutz των Otto και Langen, ο Gottlieb Daimler ο οποίος ήταν υπεύθυνος για την διαδικασία παραγωγής των κινητήρων και ο Wilhelm Maymach ο οποίος ήταν επικεφαλής της μελετητικής ομάδας του εργοστασίου. Στα πλαίσια αυτών τον δοκιμών αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν ως καύσιμο την βενζίνη την οποία προωθούσε στο κύλινδρο για καύση ένας νέος τύπος εξαεριωτή (καρμπιρατέρ). Ο κινητήρας αυτός ολοκληρώθηκε το 1884 και είχε κυβισμό 500cm3 και ισχύ 1PS. Το επόμενο καύσιμο στις μηχανές εσωτερικής καύσης ήρθε το 1892 από τον Γερμανό μηχανικό Ρούντολφ Ντήζελ ανακοινώθηκε ως ευρεσιτεχνία το έτος 1892 ο ομώνυμος (Diesel) κινητήρας και μελετήθηκε στα έτη Ο Ντήζελ είχε δοκιμάσει κατά τη φάση ανάπτυξης του κινητήρα του διάφορα υγρά καύσιμα, είχε όμως προβλήματα με τις αντλίες που θα διεκπεραίωναν την έκχυση του καυσίμου. Τελικά κατέληξε σε ένα κλάσμα αποστάξεως ορυκτού πετρελαίου, το οποίο ονομάστηκε επίσης ντήζελ, όπως και ο κινητήρας. Το πρώτο λειτουργικά ολοκληρωμένο δείγμα με καλό βαθμό αποδόσεως και εξοικονόμηση καυσίμου, κατασκευάστηκε στο εργοστάσιο της εταιρίας MAN στην πόλη Augsburg της Βαυαρίας. Αργότερα ιδρύθηκαν εργοστάσια σε διάφορες ευρωπαϊκές πόλεις για τη μαζική παραγωγή κινητήρων ντήζελ. Το έτος 1908 κατασκευάστηκαν, αφενός ο πρώτος μικρού μεγέθους κινητήρας για ελαφριά οχήματα, αφετέρου το πρώτο όχημα βαρέων μεταφορών και η πρώτη σιδηροδρομική μηχανή έλξης με κινητήρα ντήζελ. Δέδε Σινάν 5

27 Εικόνα 6 Πρώτος κινητήρας Diesel Η απότομη αύξηση της τιμής του πετρελαίου την τελευταία δεκαετία ανάγκασε τις Βιομηχανικές χώρες να στραφούν προς την ανεύρεση άλλων φθηνότερων καυσίμων για την αντικατάσταση του. Η ανάγκη αυτή έστρεψε του ειδικούς για την εύρεση ενός άλλου μέσου κίνησης το υγραέριο καύσιμο. Καθώς ήταν γνωστό στον άνθρωπο από παλιά και θέλησε να χρησιμοποιήσει ως μέσω κίνησης το υγραέριο καύσιμο, το οποίο δεν προχώρησε λόγο μη διαθεσιμότητας σε διάφορες χώρες, αλλά και τεχνικών δυσκολιών. Το υγραέριο LPG άρχισε να γίνεται γνωστό σχετικά αργά σε σχέση με τη βενζίνη και το πετρέλαιο. Η ιστορία του υγραερίου ξεκινά στις αρχές του 20ου αιώνα, αλλά πέρασαν αρκετές δεκαετίες μέχρι να φτάσουμε στη χρήση του για την υγραεριοκίνηση σήμερα. Όταν ξεκίνησε η παραγωγή της βενζίνης, ένα από τα βασικά προβλήματα ήταν ότι εξατμιζόταν πολύ γρήγορα όταν φυλασσόταν. Το 1911 ένας Αμερικανός χημικός, ο Δρ Walter Snelling, ανακάλυψε ότι το προπάνιο και το βουτάνιο που περιέχονται στη βενζίνη είναι υπεύθυνα για την έντονη εξάτμιση. Σύντομα ανακάλυψε μια μέθοδο αφαίρεσης αυτών των στοιχείων από τη βενζίνη και κατάφερε να δημιουργήσει υγραέριο για πρώτη φορά. Το πρώτο αυτοκίνητο κινήθηκε με υγραέριο το Μέχρι το 1940 η χρήση του υγραερίου εξαπλώνεται σιγά σιγά, αλλά ο Β Παγκόσμιος Πόλεμος σταμάτησε προσωρινά την διάδοση του. Το 1980 σημειώθηκε τεράστια ανάπτυξη των Δέδε Σινάν 6

28 εξαγωγών υγραερίου σε παγκόσμιο επίπεδο και ξεκίνησε η χρήση υγραερίου LPG σε πολλές διαφορετικές περιπτώσεις, τόσο στην υγραεριοκίνηση όσο και σε πολλές βιομηχανικές χρήσεις. Σήμερα όμως τα προβλήματα αυτά ξεπεράστηκαν με τη βοήθεια της τεχνολογίας σαν συνέπεια την επανεμφάνιση του αερίου-υγραερίου καυσίμου. Εικόνα 7 Η επανεμφάνιση του υγραερίου Σαν τελευταίο μέσο κίνησης έχουμε την υβριδική τεχνολογία η οποία δεν είναι μια υπόθεση της τελευταίας δεκαετίας αλλά υφίσταται από το 1899 όταν ο Dr Ferdinand Porsche εργαζόμενος στην εταιρία Jacob Lohner & Co κατασκεύασε το πρώτο υβριδικό όχημα στον κόσμο. Το Lohner-Porsche ήταν ένα αυτοκίνητο που διέθετε ένα βενζινοκινητήρα που έδινε κίνηση σε μία γεννήτρια. Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια αποθηκευόταν σε συστοιχία συσσωρευτών για να καταναλωθεί από δύο ηλεκτροκινητήρες που κινούσαν τους εμπρός τροχούς. Στις 14 Απριλίου 1900 το Lohner-Porsche παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στο Παρίσι. Στο διάστημα από το 1899 μέχρι το 1914 παρουσιάστηκαν διάφοροι τύποι υβριδικών οχημάτων, παράλληλων ή σειριακών. Σε καμία περίπτωση δε χρησιμοποιήθηκε η αναγεννητική πέδηση αλλά μάλλον προτιμήθηκε η δυναμική πέδηση. Το κυρίαρχο χαρακτηριστικό σε όλα τα προτεινόμενα υβριδικά οχήματα της περιόδου αυτής ήταν ότι κατασκευάστηκαν για να υποβοηθήσουν τις ασθενείς ΜΕΚ της εποχής ή για να επεκτείνουν την αυτονομία των ηλεκτρικών οχημάτων. Ωστόσο, μετά τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο οι μεγάλες βελτιώσεις των ΜΕΚ σε θέματα ισχύος, μεγέθους, απόδοσης και εκκίνησης, το κόστος των ηλεκτροκινητήρων και οι κίνδυνοι Δέδε Σινάν 7

29 των συσσωρευτών οξέος εξάλειψαν τελείως τα υβριδικά οχήματα από την αγορά όπως και τα ηλεκτρικά. Η ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος και η βελτίωση του τρόπου ελέγχου των ηλεκτροκινητήρων αναθέρμανε το ενδιαφέρον για τα υβριδικά οχήματα στα τέλη της δεκαετίας του Όταν πλέον στη δεκαετία του 1990 έγινε ξεκάθαρο ότι τα ηλεκτρικά οχήματα δεν θα μπορούσαν ποτέ να κυκλοφορήσουν στην αγορά, τότε το ενδιαφέρον για τα υβριδικά οχήματα αυξήθηκε κατακόρυφα. Η εταιρία Ford μάλιστα ξεκίνησε ένα διαγωνισμό (Ford Hybrid Electric Vehicle Challenge) για την κατασκευή υβριδικών ηλεκτρικών οχημάτων από Πανεπιστήμια κυρίως. Πολλές αυτοκινητοβιομηχανίες, όπως η Dodge, η Renault, η Volkswagen, η Toyota κλπ. δημιούργησαν πρωτότυπα υβριδικά οχήματα αλλά το ευκταίο, δηλαδή η δημιουργία ενός εμπορικού οχήματος, δεν επιτεύχθηκε παρά μόνο στην αυγή του 21ου αιώνα. Το 1997 κυκλοφόρησε στην Ιαπωνία το Toyota Prius σεντάν καθώς επίσης και τα Honda Insight και Civic. Τα οχήματα αυτά είναι πλέον διαθέσιμα σε όλον τον κόσμο και έχουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά κατανάλωσης καυσίμου. Το Toyota Prius και το Honda Insight έχουν ιστορική αξία καθώς αποτελούν τα πρώτα εμπορικά υβριδικά οχήματα της σύγχρονης εποχής. Για 2011 και 2012, υπολογίζεται ότι τα υβριδικά αυτοκίνητα θα συνεχίσουν να καλύπτουν σχεδόν το σύνολο της αγοράς ηλεκτροκίνητων οχημάτων. Αυτό που ενισχύει την άποψη αυτή, είναι ότι την υβριδική τεχνολογία θα την προσφέρουν από τον επόμενο χρόνο και αρκετοί άλλοι κατασκευαστές πλην της Toyota και Honda. Εικόνα 8 Το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο στο κόσμο το 1899 και ένα σύγχρονο υβριδικό του 2013 Δέδε Σινάν 8

30 2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 LPG (ΥΓΡΑΕΡΙΟ) 2.1 Τι είναι υγραέριο Όπως προαναφέραμε και στην εισαγωγή η απότομη αύξηση της τιμής του πετρελαίου τη τελευταία δεκαετία ανάγκασε τις Βιομηχανικές χώρες να στραφούν προς την ανεύρεση άλλων φθηνότερων καυσίμων για την αντικατάσταση του. Η ανάγκη αυτή έστρεψε του ειδικούς και προς τη δυνατότητα χρησιμοποίησης του υγραερίου. Το υγραέριο, γνωστό από την χρησιμοποίηση του στη Βιομηχανία, τη Βιοτεχνία και την οικιακή χρήση σαν καύσιμη ύλη, έχει τις ίδιες και μάλιστα καλύτερες ιδιότητες από την βενζίνη. Από αέριο μετατρέπεται εύκολα σε υγρό, το οποίο διανέμεται με ασφάλεια και καίγεται χωρίς κατάλοιπα και χωρίς τη παραγωγή επιβλαβών αερίων. Τα πλεονεκτήματα του αυτά και η συγκέντρωση του από τις φυσικές πηγές, της πετρελαιοπηγές και τους πύργους των Διυλιστηρίων σε αρκετές ποσότητες, ήταν τα αίτια που έστρεψαν τους ειδικούς προς τη χρησιμοποίηση του στις μηχανές των αυτοκινήτων. Το υγραέριο γνωστό σαν LPG (Liquefied Petroleum Gas), είναι ένα αέριο με υπολογίσιμη θερμαντική ικανότητα που υγροποιείτε σε χαμηλή πίεση. Αποτελείτε κυρίως από Βουτάνιο και Προπάνιο, που είναι αέρια προερχόμενα από: Τις πετρελαιοπηγές η τις πηγές φυσικών αερίων Το διαχωρισμό του αργού πετρελαίου σε βαρέα και αέρια προϊόντα, που γίνετε μετά την άντληση του και τη συγκέντρωση του σε δεξαμενές Την απόσταξη του αργού πετρελαίου που γίνετε στα διυλιστήρια Την υγροποίηση του άνθρακα, που έχει αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια. Το βουτάνιο και το προπάνιο είναι αλειφατικοί υδρογονάνθρακες, που αποτελούνται από άτομα άνθρακα και υδρογόνο, συνδεδεμένα σε αλυσίδα. Στη φυσική τους κατάσταση είναι άχρωμα και άοσμα, η δε χαρακτηριστική τους δομή δίνεται κατά την επεξεργασία για να είναι αμέσως αισθητή τυχόν διαρροή τους. Δεν είναι τοξικά και δεν προκαλούν ασφυξία, παρά μόνο όταν καταλάβουν όλο τον αναπνευστικό χώρο που δύσκολα συμβαίνει στη πράξη. Δέδε Σινάν 9

31 Προ λίγων χρόνων τα αέρια αυτά έβαιναν μαζί με άλλα στην ατμόσφαιρα από τις πηγές και τους πύργους των διυλιστηρίων και καίγονταν σαν άχρηστα. Μετά όμως από την γνωστή κρίση του πετρελαίου, συγκεντρώνονται και υγροποιούνται για την χρησιμοποίηση τους σαν καύσιμη ύλη στους διάφορους τομείς (οικιακή χρήση, θέρμανση, βιοτεχνία-βιομηχανία, κίνηση αυτοκινήτων κ.α.) Η συγκέντρωση μεγάλων ποσοτήτων αερίων γίνετε στα διυλιστήρια ύστερα από μια διαδικασία, που σε γενικές γραμμές είναι: θέρμανση αργού πετρελαίου, διαχωρισμός των συστατικών του ανάλογα με την πυκνότητα τους (Σχ.10), παραλαβή των αερίων από το ψηλότερο τμήμα του πύργου, υγροποίηση και εναποθήκευση των υγραερίων σε σφαιρικές η κυλινδρικές δεξαμενές, έλεγχος της καθαρότητας και ποιότητας των υγραερίων. Από το διαχωρισμό του αργού πετρελαίου στα διυλιστήρια λαμβάνονται εκτός από τα αέρια και άλλα προϊόντα, στην εξής περίπου ποσοστιαία αναλογία: υγραέρια 4-5%, βενζίνη 15-30%, κηροζίνη 4-10%, πετρέλαιο 20-35%, και λάδια-άσφαλτος 10-13%. Όλα αυτά τα προϊόντα κατατάσσονται σε δύο βασικές κατηγορίες: στα <<λευκά>> και στα <<μαύρα>>. Λευκά είναι τα υγραέρια, βενζίνη και η κηροζίνη, ενώ μαύρα είναι το πετρέλαιο, τα λάδια, τα λιπαντικά και η άσφαλτος. Στις Δυτικές Ευρωπαϊκές χώρες υγραέριο λέγεται το καθαρό βουτάνιο η προπάνιο ή το μίγμα βουτανίου-προπανίου σε ορισμένη αναλογία. Στις Βόρειες Ευρωπαϊκές χώρες, στη Γαλλία, στη Γερμανία και στην Ελλάδα, υγραέριο λέγεται το μίγμα βουτανίου-προπανίου σε αναλογία που καθορίζεται από ειδικούς νόμους. Βουτάνιο Το βουτάνιο είναι ένας υδρογονάνθρακας (C 4 H 10 ) του οπίου η μοριακή δομή φαίνετε στο Εικ9. Σε πίεση 1,5 kg/cm 2 και θερμοκρασία 15 ο C υγροποιείτε και καταλαμβάνει μικρό όγκο. Στην υγρή του κατάσταση αποκτάει μια εκμεταλλεύσιμη θερμαντική ικανότητα, αποθηκεύεται με σχετική ευκολία σε φιάλες η δεξαμενές και διανέμεται με ευχέρεια στην κατανάλωση. Από την υγρή του κατάσταση ξαναγίνεται αέριο, όταν η πίεση του γίνει μικρότερη των 1,5 kg/cm 2 και η θερμοκρασία του μεγαλύτερη των 0 ο C κατά την αεριοποίησή του και την ανάμιξη του με τον αέρα σε ορισμένη αναλογία, αναφλέγετε και καίγετε χωρίς καπνό και χωρίς τον σχηματισμό καταλοίπων. Δέδε Σινάν 10

32 Προπάνιο Εικόνα 9 Δομή Βουτανίου Το προπάνιο είναι ένας άλλος υδρογονάνθρακας (C 3 H 8 ) του οποίου η μοριακή δομή φαίνετε στην Είκ10. Σε πίεση 7,5 Kg/cm 2 και θερμοκρασία κάτω των -42 ο C υγροποιείται και καταλαμβάνει μικρό όγκο. Σε μικρότερη όμως πίεση και μεγαλύτερη θερμοκρασία αεριοποιείται όπως και το βουτάνιο. Στην αέρια κατάσταση, όταν δημιουργείτε μίγμα σε αναλογία 1,9-9,5% με αέρα αναφλέγεται και καίγετε χωρίς καπνό και κατάλοιπα όπως το βουτάνιο. Εικόνα 10 Δομή προπανίου Δέδε Σινάν 11

33

34 3. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΓΕΝΙΕΣ LPG (ΥΓΡΑΕΡΙΟΚΙΝΗΣΗΣ) 3.1 Από την 1 η έως την 5 η γενιά Η υγραεριοκίνηση έγινε γνωστή στους Έλληνες επισκευαστές και επαγγελματίες οδηγούς το 1974, όταν άρχισε να εφαρμόζεται στα ταξί της Αθήνας και της Θεσ/κης... παράνομα! Στη συνέχεια, το 1981 νομιμοποιήθηκε η χρήση της μόνο για τα ταξί, τα οποία τότε ήταν βενζινοκίνητα, μια και απαγορευόταν η χρήση του πετρελαίου σαν καύσιμο σε όλα τα επιβατικά (ΙΧ και ταξί) και μικρά φορτηγά, σε Αθήνα και Θεσ/νίκη. Το 1981 λοιπόν, πάρα πολλά ταξί άρχισαν να χρησιμοποιούν το υγραέριο ως καύσιμο, με πολλά προβλήματα, κυρίως λόγω της τεχνολογίας που υπήρχε και εφαρμοζόταν στα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα με καρμπιρατέρ, η οποία ήταν και η 1η γενιά συστημάτων υγραεριοκίνησης. Έκτοτε, και μετά από σχεδόν σαράντα χρόνια, οι εξελίξεις στα συστήματα υγραεριοκίνησης ήταν ραγδαίες αφού ακολούθησαν την εξέλιξη των συστημάτων καύσεως των βενζινοκίνητων αυτοκινήτων, με αποτέλεσμα σήμερα να βρισκόμαστε στην 5η γενιά συστημάτων υγραεριοκίνησης. Αναλυτικά, οι γενιές αυτές και οι διαφορές τους είναι οι εξής: 1 η γενιά Σύστημα μονού ψεκασμού -ανοιχτού βρόγχου Το σύστημα μονού ψεκασμού - ανοιχτού βρόγχου (δηλαδή χωρίς ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου - ECU) έχει την πιο απλή εγκατάσταση και την ευκολότερη προσαρμογή. Είναι το αρχικό σύστημα υγραεριοκίνησης που χρησιμοποιείται σε οχήματα που δεν έχουν καταλυτικό μετατροπέα ή αισθητήρα οξυγόνου στο σύστημα εξαγωγής καυσαερίων. Οι μόνες ηλεκτρικές συνδέσεις που απαιτούνται είναι αυτή της αλλαγής βενζίνης/lpg και η καλωδίωση του σωληνοειδούς. Αυτό το σύστημα είναι το μόνο κατάλληλο για οχήματα με καρμπιρατέρ και τα πρώτα συστήματα injection. Στα μειονεκτήματα αυτού του συστήματος περιλαμβάνονται η απώλεια ισχύος, έως και 15% και ο κίνδυνος αντεπιστροφής της φλόγας μέσω του συστήματος εισαγωγής αέρα, πράγμα που μπορεί να προκαλέσει βλάβες και στην πολλαπλή εισαγωγής και στις βαλβίδες. Δέδε Σινάν 13

35 Εικόνα 11 Σύστημα 1 ης γενιάς 2 η γενιά Σύστημα μονού ψεκασμού -ανοιχτού βρόγχου Αυτό το σύστημα είναι στην ουσία το ίδιο με το προηγούμενο, αλλά ελέγχεται από μια ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU), η οποία λαμβάνει τις μετρήσεις από τον αισθητήρα οξυγόνου στην εξάτμιση, τον αισθητήρα θέσης στραγγαλιστικής βαλβίδας (πεταλούδα) και τις στροφές του κινητήρα. Παρόλο που αποτελεί σημαντική βελτίωση στο σύστημα ανοιχτού βρόγχου, έχει ακόμα τα ίδια μειονεκτήματα, αλλά έχουν βελτιωθεί αρκετά και οι εκπομπές ρύπων και η κατανάλωση καυσίμου. Το σύστημα αυτό είναι κατάλληλο για τους περισσότερους κινητήρες injection με καταλυτικό μετατροπέα. Στα μειονεκτήματα περιλαμβάνονται η απώλεια ισχύος έως 10% και ο κίνδυνος αντεπιστροφής της φλόγας μέσω του συστήματος εισαγωγής αέρα, το οποίο μπορεί να προκαλέσει βλάβες στην πολλαπλή εισαγωγή, στη βαλβίδα εναλλαγής, στον αισθητήρα πίεσης πολλαπλής εισαγωγής (ΜΑΡ sensor) και στο μετρητή ροής αέρα. Δέδε Σινάν 14

36 Εικόνα 12 Σύστημα 2 ης γενιάς 3 η γενιά Σύστημα πολλαπλού ψεκασμού Σε αυτά τα συστήματα αρχίζει πλέον να αυξάνεται και η πολυπλοκότητα του ελέγχου, ο οποίος εξαρτάται από το επίπεδο της τεχνολογίας που χρησιμοποιείται. Οι απλούστερες μονάδες είναι κατασκευασμένες έτσι ώστε να «ξεγελούν» το σύστημα διαχείρισης του κινητήρα, ενώ οι πιο περίπλοκες ταυτίζονται με το σύστημα και χρησιμοποιούν τα στοιχεία του για να ελέγξουν τον ψεκασμό του LPG. Αυτός ο τύπος είναι κατάλληλος για την πλειονότητα των οχημάτων ενώ προσφέρει καλές αποδόσεις και αξιοπιστία και δεν εμφανίζει κανένα από τα μειονεκτήματα των συστημάτων μονού ψεκασμού. Το σύστημα 3ης γενιάς είναι συγκεκριμένο για το κάθε όχημα και χρησιμοποιεί για τον έλεγχο της ταυτόχρονης έκχυσης καυσίμου σε όλους τους κυλίνδρους, ένα πρόγραμμα Η/Υ, το οποίο συνεργάζεται με τον αισθητήρα εισαγωγής αέρα. Δέδε Σινάν 15

37 Εικόνα 13 Σύστημα 3 ης γενιάς 4 η γενιά Σύστημα πολλαπλού-διαδοχικού ψεκασμού Αυτό το κορυφαίας τεχνολογίας σύστημα πολλαπλού ψεκασμού είναι ο καλύτερος τρόπος μετατροπής για τα νέα αυτοκίνητα με τα πολύπλοκα συστήματα διαχείρισης κινητήρα, ώστε αυτά να μπορούν να λειτουργούν σωστά με υγραέριο και να μην εμφανίζουν τα προβλήματα των συστημάτων μονού ψεκασμού. Το σύστημα αυτό μπορεί να προσαρμοστεί στα περισσότερα οχήματα με καταλυτικό μετατροπέα και είναι παρόμοιο με εκείνο της προηγούμενης γενιάς, αλλά αντί για τον ταυτόχρονο ψεκασμό καυσίμου σε όλους τους κυλίνδρους, το κάνει διαδοχικά ακολουθώντας τον κανονικό κύκλο παροχής καυσίμου του οχήματος. Ο υπολογιστής καυσίμου λαμβάνει τις πληροφορίες που χρειάζεται για να λειτουργήσει τον ψεκασμό του υγραερίου από το σύστημα ψεκασμού βενζίνης. Έτσι ο κινητήρας είναι σαν να λειτουργεί με βενζίνη και κάθε λάθος στη μείξη καυσίμου αντισταθμίζεται από το αρχικό σύστημα διαχείρισης, ενώ το σήμα που στέλνεται στους αρχικούς εγχυτήρες ερμηνεύεται και χρησιμοποιείται για να ψεκαστεί το υγραέριο. Για το λόγο αυτό, οι επιδόσεις και τα χαρακτηριστικά της οδήγησης είναι σχεδόν τα ίδια με αυτά της βενζίνης. Δέδε Σινάν 16

38 Εικόνα 14 Σύστημα 4 ης γενιάς 5 η γενιά Σύστημα πολλαπλού-διαδοχικού ψεκασμού Η εξέλιξη και διαφοροποίηση αυτής της γενιάς από τη προηγούμενη είναι ότι το υγραέριο ψεκάζεται σε υγρή μορφή στην πολλαπλή εισαγωγής πριν από τις βαλβίδες εισαγωγής, ενώ η εξαέρωσή του βασίζεται στη θερμοκρασία του κινητήρα. Αυτή η μέθοδος είναι πολύ πιο ακριβή από εκείνη του ψεκασμού του υγραερίου στην πολλαπλή εισαγωγής. Με δυο λόγια στόχος των κατασκευαστών εξαρτημάτων LPG είναι να μην χρησιμοποιούνται πλέον τα μπεκ βενζίνης για να ψεκάζουν το υγραέριο, αλλά να μπορούν να αντικαθίστανται από μπέκ LPG, με αποτέλεσμα να ψεκάζεται το καύσιμο απευθείας εντός του κυλίνδρου (αντί της πολλαπλής εισαγωγής), κάτι που δεν είναι και τόσο διαδεδομένο ακόμα και σήμερα. Δέδε Σινάν 17

39 Εικόνα 15 Σύστημα 5 ης γενιάς Και σύστημα υγραεριοκίνησης για diesel Η εταιρία Gill ασχολείται με την κατασκευή εξοπλισμού ανάφλεξης για κινητήρες diesel που μετατρέπονται σε LPG/CNG. Τα προϊόντα της χρησιμοποιούν τεχνολογία αιχμής ώστε να παρέχουν οικονομία καυσίμου, λιγότερες εκπομπές ρύπων και να μειώνουν τις φθορές του κινητήρα. Εικόνα 16 Σύστημα υγραεριοκίνησης Diese Δέδε Σινάν 18

40 4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΥΓΡΑΕΡΙΟΥ 4.1 Γενικά Για τη χρησιμοποίηση του υγραερίου σαν δεύτερο καύσιμο από την βενζινομηχανή, απαιτείται μια ειδική μετατροπή στο σύστημα τροφοδοσίας της. Με τη μετατροπή αυτή δημιουργείται ένα άλλο σύστημα τροφοδοσίας, το οποίο αεριοποιεί το υγραέριο και ρυθμίζει τη παροχή του παραγόμενου αερίου προς τον εξαερωτήρα, για την ανάμιξη του με τον ατμοσφαιρικό αέρα. Η διαδικασία αυτή της μετατροπής, απαιτεί κάποια εξαρτήματα βάση της οδηγίας ECE R67 για την εγκατάσταση χρήσης LPG ως καύσιμο στα οχήματα. Τα εξαρτήματα αυτά είναι: Δεξαμενή υγραερίου Πολυβαλβίδα υγραερίου Βαλβίδα πλήρωσης Βαλβίδα ασφαλείας Σωληνώσεις κυκλώματος Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα Πνεύμονας (ρυθμιστής πίεσης) Φίλτρο αερίου Αισθητήρας πίεσης και θερμοκρασίας Εγχυτήρες ψεκασμού (πολλαπλή εισαγωγή μπέκ) Ηλεκτρολογικό κύκλωμα (καλωδιώσεις) Μονάδα ελέγχου (Εγκέφαλος) Διακόπτης αλλαγής καυσίμου Τα παραπάνω εξαρτήματα αναλύονται στις παρακάτω παραγράφους. 4.2 Δεξαμενή υγραερίου Η δεξαμενή υγραερίου είναι ένα κυλινδρικό δοχείο ή τύπου ρεζέρβας με διαστάσεις ανάλογες του τύπου αυτοκινήτου και της απαιτούμενης χωρητικότητας που κυμαίνεται μεταξύ 40 και 100 λίτρων. Τα υλικά κατασκευής, η σχεδίαση, ο τρόπος συγκόλλησης και η διαδικασία ελέγχου των δεξαμενών ελέγχονται από το Υπουργείο Βιομηχανίας και Δέδε Σινάν 19

41 Ενέργειας. Η δεξαμενή κατασκευάζεται από ατσαλολαμαρίνα 2-3,5mm και δοκιμάζεται σε πίεση 30 bar, που είναι τετραπλάσια περίπου της πίεσης του υγραερίου (5-8 bar). Για την τοποθέτηση των εξαρτημάτων πάνω στην δεξαμενή δημιουργείτε συγκόλληση βάσης και όχι άνοιγμα οπών για το λόγο αποφυγής τραυματισμού της. Η κατασκευή της αυτή, η δοκιμή της σε υψηλή πίεση, η αντοχή της μέχρι τα 200 bar και η αντικατάσταση της κάθε δέκα χρόνια, είναι τα κύρια στοιχεία ασφάλειας για τη χρησιμοποίηση της στ αυτοκίνητα. Η δεξαμενή θα πρέπει να είναι πιστοποιημένη σύμφωνα με τον Ευρωπαϊκό κανονισμό ECE R Εικόνα 17 Κυλινδρική και τύπου ρεζέρβας δεξαμενή 4.3 Πολυβαλβίδα υγραερίου Η Πολυβαλβίδα τοποθετείται στη δεξαμενή υγραερίου με την γωνία που αναγράφεται πάνω της (30 ) για να δείχνει σωστά το φλοτέρ. Πριν την τοποθετήσουμε ελέγχουμε με το χέρι ότι το φλοτέρ δουλεύει κανονικά. Κατά την τοποθέτηση της προσέχουμε ώστε το φλοτέρ να μην ακουμπά στα τοιχώματα και κολλάει. Στερεώνεται στο ρεζερβουάρ με 6 βίδες. Στο σημείο εφαρμογής της πολυβαλβίδας τοποθετούνται καλύμματα στεγανοποίησης για τη προφύλαξη από τυχόν τραυματισμό της από διάφορα αντικείμενα που μπορεί να βρίσκονται στον αποθηκευτικό χώρο του αυτοκινήτου. Δέδε Σινάν 20

42 Εικόνα 18 Πολυβαλβίδα και τα επιμέρους εξαρτήματα της 4.4 Βαλβίδα πλήρωσης Η πολυβαλβίδα υγραερίου είναι ένα σύνθετο εξάρτημα, το οποίο τοποθετείται επί της δεξαμενής υγραερίου. Αποτελείτε από τις ποιο κάτω επιμέρους βαλβίδες και μηχανισμούς, οι οποίοι εξασφαλίζουν την ασφαλή πλήρωση της δεξαμενής και την ασφαλή παροχή από τη δεξαμενή προς το υπόλοιπο κύκλωμα. Από μια ειδική βαλβίδα, η οποία διακόπτει αυτόματα την είσοδο υγρού, όταν φτάσει στο ανώτατο όριο πλήρωσης του 80% της ολικής χωρητικότητας της δεξαμενής (με τη βοήθεια ενός πλωτήρα που βρίσκεται στο εσωτερικό της δεξαμενής). Από μία ανεπίστροφη βαλβίδα, η οποία εμποδίζει τη ροή υγρού από το εσωτερικό της δεξαμενής προς τον αγωγό πλήρωσης. Από ένα κρουνό χειροκίνητο, ο οποίος μπορεί να διακόψει τη παραλαβή του υγραερίου. Από ένα αντλητικό σωλήνα εντός της δεξαμενής, ο οποίος περιέχει βαλβίδα διακοπής του υγραερίου όταν αυξηθεί απότομα η ροή προς το σύστημα. Από ένα χειροκίνητο κρουνό, ο οποίος μπορεί να διακόψει την έξοδο του υγραερίου προς το υπόλοιπο κύκλωμα. Από ένα δείκτη στάθμης, ο οποίος δείχνει την επί τοις εκατό περιεκτικότητα της δεξαμενής σε υγραέριο. Δέδε Σινάν 21

43 4.4.1 Λειτουργία βαλβίδα πλήρωσης Ο σκοπός της βαλβίδας πλήρωσης είναι να διακόπτει την πλήρωση της δεξαμενής όταν αυτή φθάσει περίπου το 80% της χωρητικότητάς της. Το υγραέριο αρχικά εισάγεται σε υγρή φάση από το ρακόρ εισόδου υγραερίου που βρίσκεται ενσωματομένο στη βαλβίδα πλήρωσης, στην συνέχεια συναντά την αντεπιστροφή βαλβίδα η οποία αποτελείται από την έδρα τη χαλύβδινη σφαίρα και το ελατήριο. Η πίεση του υγραερίου σπρώχνει τη σφαίρα προς τα μέσα, υπερνικώντας τη δύναμη του ελατηρίου που σπρώχνει τη σφαίρα στην έδρα της, ετσι ανοίγει η δίοδος της βαλβίδας αντεπίστροφης και το υγραέριο δια μέσου των εσωτερικών καναλιών, αφού περάσει από το χειροκίνητο κρούνο φτάνει στη στη βαλβίδα διακοπής. Αυτή η βαλβίδα έχει σαν σκοπό τη διακοπή της παροχής όταν το υγράεριο φτάσει στο 80% της ολικής χωρητικότητας της δεξαμενής. Λόγω της πίεσης του υγραερίου, η βαλβίδα πλήρωσης υπερνικά την πίεση του ελατηρίου και μετακινείται δεξία, οπότε μη εφαρμόζοντας επι της έδρας της, ανοίγει τη δίοδο προς το υγραέριο, το οποίο μέσω της οπής που βρίσκεται στο πίσω μέρος της βαλβίδα πλήρωσης διοχετεύται στη δεξαμενή. Η προς τα δεξία μετακίνηση της βαλβίδας πλήρωσης εμποδίζει το πείρο. Στη βαλβίδα είναι προσαρμοσμένο φλοτέρ το οποίο μετακινείται προς τα πάνω, όσο η στάθμη του υγραερίου μέσα στη δεξαμενή ανεβαίνει. Η βαλβίδα πλήρωσης έχει δυνατότητα περιστροφής περί τον άξονα της. Έτσι η μετακίνηση του φλοτέρ στην ουσία περιστρέφει την βαλβίδα γύρω από τον άξονα της με αποτέλεσμα όμως να παρασύρει μαζί και τον πείρο, ο οποίος είναι προσαρμοσμένος στο πίσω μέρος της βαλβίδας. Όταν το φλοτέρ φτάσει σε τέτοιο ύψος, ώστε η δεξαμενή να γεμίσει κατά 80% τότε είναι έτσι κατασκευασμένη η βαλβίδα, ώστε το τόξο που θα διαγράψει ο πείρος να καταλήξει στην οπή που εξέρχεται προς τη δεξαμενή το υγρέριο. Μόλις λοιπόν ο πείρος φτάσει στην οπή, επιδή το υγραέριο συνεχώς σπρώχνει τη βαλβίδα προς τα δεξία, ο πείρος εισέρχεται εντός της οπής, οπότε αυτομάτως κλείνει η παροχή του υγραερίου προς τη δεξαμενή, ταυτόχρονα όμως η φλάντζα της βαλβίδας πλήρωσης εφαρμόζει στεγανά στη βάση της, εφόσον πλέον δεν εμποδίζεται από τον πείρο και έτσι σταματά η ροή του υγραερίου και η πλήρωση της δεξαμενής. Η πίεση του υγραερίου που προέρχεται από την δεξαμενή του πρατηρίου πάντα είναι μεγαλύτερη από τη πίεση που επικρατεί στη δεξαμενή του αυτοκινήτου και έτσι η βαλβίδα πλήρωσης παραμένει ερμητικά κλειστή. Αφαιρώντας το πιστόλη πλήρωσης το ρακόρ βρίσκεται υπό ατμοσφαιρική πίεση, η ροή του υγραερίου αντιστρέφεται λόγο της επικρατούσης υπερπίεσης στο Δέδε Σινάν 22

44 εσωτερικό της δεξαμενής του αυτοκινήτου. Η σφάιρα υπό της ώθηση τώρα της πίεσης του υγραερίου εκ της δεξαμενής πιέζεται προς την έδρα της στην οποία εφαρμόζει στεγανά και έτσι διακόπτεται η παροχή υγραερίου προς τα έξω, συγχρόνως η βαλβίδα πλήρωσης επαναφέρεται στην κανονική θέση εργασίας από το ελατήριο και την υπάρχουσα πίεση στη δεξαμενή. Υπάρχει και δυνατότητα χειροκίνητου κλεισίματος της ροής του υγραερίου προς τα έξω, μέσω του κρούνου για περίπτωση ανάγκης. Στο αριστερό τμήμα της βαλβίδας είναι σταθερά συνδεδεμένος ο μαγνήτης, ο οποιός όσο το φλοτέρ μετακινείται και η βάλβίδα περιστρέφεται, περιστρέφεται και αυτός, ακολουθώντας τη κίνηση του φλοτέρ. Από την έξω πλεύρα του σώματος της βαλβίδας είναι τοποθετημένος ένας διαβαθμισμένος πίνακας και μια βελόνη, η οποία είναι σταθεροποιημένη σ ένα δεύτερο μαγνήτη. Το έξω τμήμα του πίνακα είναι από διαφανές αύθραυστο υλικό έτσι ώστε να φαίνετε η μετακίνηση της βελόνης επί του διαβαθμισμένου πίνακα. Ο εσωστερικός μαγνήτης διαχωρίζεται από τον εξωτερικό, από ένα ισχυρό μεταλλικό διάφραγμα, το οποίο είναι μέρος του κυρίως σώματος. Έτσι η μετακίνηση του μαγνήτη προκαλεί λόγω μαγνητικής επαγωγής και αντίστοιχη μετακίνηση του μαγνήτη με συνέπεια να μετακινείται και η βελόνη επι του πίνακα που μας δείχνει συνεχώς την περιεκτικότητα της δεξαμενής σε υγραέριο, χωρίς να υπάρχει κίνδυνος διαφυγής υγραερίου καθόσον μεταξύ του πίνακα και της βαλβίδας πλήρωσης μεσολαβέι το ισχυρό μεταλλικό διάφραγμα. Η βαλβίδα τώρα παροχής αποτελείται από ένα σωλήνα αντλητικό σταθεροποιημένο στο κυρίως κορμό και από μια βαλβίδα που βρίσκεται στο εσωτερικό του σωλήνα και κρατείται ανοικτή από το ελατήριο. Το υγραέριο από τη δεξαμενή δια μέσου του σωλήνα αφού περάσει από το χειροκίνητο κρούνο, ο οποίος μπορεί να σταματήσει τη παροχή της δεξαμενής προς τον υποβιβαστή πίεσης σε περίπτωση ανάγκης, καταλήγει στο ρακόρ και από εκεί στη χάλκινη σωλήνωση προς τον υποβιβαστλη. Σε περίπτωηση υπερβολικής παροχής δρα η βαλβίδα που βρίσκεται στο εσωτερικό του σωλήνα ως εξής: η δύναμη που εξασκεί το ελατήριο επι της βαλβίδας είναι τέτοια ώστε να εξουδετερώνει τη δύναμη που ασκέιται από το υγραέριο στη βαλβίδα για κανονική παροχή, όταν όμως η παροχή απότομα αυξηθεί η δύναμη αυτή υπερνικά την αντίσταση του ελατηρίου και σπρώχνει τη βαλβίδα προς την έδρα της η οποία έτσι κλείνει την παροχή του υγραερίου προς το υπόλοιπο κύκλωμα. Δέδε Σινάν 23

45 Εικόνα 19 Στάδιο πλήρωσης και Στάδιο διακοπής πλήρωσης 4.5 Βαλβίδα ασφαλείας Η βαλβίδα ασφαλείας λειτουργεί μέσω ελατηρίου και προορισμός της είναι να εκτονώνει το υγραέριο σε περίπτωση υπερθέρμανσης όταν η θερμοκρασία της δεξαμενής φτάσει τους 120 ο C. Τοποθετείται συνήθως μεταξύ της βαλβίδας πλήρωσης και παροχής και της φλάντζας της δεξαμενής. Οι βίδες που συνδέουν τη βαλβίδα πλήρωσης και παροχής με τη δεξαμενή του υγραερίου έχουν τέτοιο μήκος, ώστε να μπορούν να συσφίγγουν και τη βαλβίδα ασφαλείας, μεταξύ της βαλβίδας πλήρωσηςπαροχής και της δεξαμενής υγραερίου. Έτσι η βαλβίδα αυτή δέχεται απευθείας την εσωτερική πίεση των ατμών του υγραερίου και δια καταλλήλου ρύθμιση της τάσης του ελατηρίου από τον ρυθμιστικό κοχλία εξασφαλίζουμε την εκτόνωση εμφανιζόμενης υπερπίεσης σε περίπτωση θέρμανσης της δεξαμενής. Συνήθως η ρύθμιση αυτή κυμαίνεται από 26 έως 28 bar. Η βαλβίδα αυτή φέρει συνήθως ενσωματωμένη και μια βαλβίδα ελέγχου ανώτατης στάθμης. Η λειτουργία της βαλβίδας αυτής γίνεται ως εξής: υπάρχει ένας σωληνίσκος διατομής όχι μεγαλύτερης από δύο τετραγωνικά χιλιοστά, ο οποίος βρίσκεται εσωτερικά της δεξαμενής και εφάπτεται στην επιφάνεια του υγρού, όταν η στάθμη του υγρού καλύπτει το 80% της χωρητικότητας της δεξαμενής. Ο σωληνίσκος αυτός, αφού διέλθει δια μέσου κρουνού χειροκίνητου καταλήγει σε ένα εξωτερικό σωληνίσκο εντός του δοχείο εγκιβωτισμού. Όταν θέλουμε να ελέγξουμε τη στάθμη του υγρού ανοίγουμε τον κρουνό και αν από τον εσωτερικό σωληνίσκο εξέρχεται αόρατη ποσότητα υγραερίου, τότε η δεξαμενή δεν έχει γεμίσει μέχρι τη στάθμη του 80%, σε περίπτωση που εξέρχεται από το σωληνίσκο λευκός ατμός (υδρονέφωση) τότε σημαίνει ότι το σωληνάκι εφάπτεται στο υγρό και η δεξαμενή είναι Δέδε Σινάν 24

46 γεμάτη. Εάν η βαλβίδα πλήρωσης και παροχής δεν έχει ερμητικό εγκιβωτισμό τότε με κατάλληλο ελαστικό σωλήνα υψηλής αντοχής η έξοδος της βαλβίδας ασφαλείας καταλήγει εκτός του αυτοκινήτου στην αντίθετη πλευρά από την έξοδο των καυσαερίων. Τέλος υπάρχει δυνατότητα να έχουν εγκατασταθεί ξεχωριστές βαλβίδες ασφαλείας και ελέγχου ανώτατης στάθμης υγρού επί της δεξαμενής, πάντοτε οι εξωτερικές σωληνώσεις τους θα καταλήγουν εκτός του αυτοκινήτου. Εικόνα 20 Βαλβίδα ασφαλείας πίεσης και θερμοκρασίας 4.6 Ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες υγραερίου-βενζίνης Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου τοποθετείτε στη σωλήνα που συνδέει τη δεξαμενή υγραερίου με των πνεύμονα. Προορισμός της είναι να διακόπτει τη παροχή υγραερίου κατά τη διάρκεια στάσης του οχήματος ή κατά τη διάρκεια που ο κινητήρας λειτουργεί με βενζίνη. Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ανοίγει και κλείνει στεγανά τη παροχή υγραερίου, που έρχεται σε υγρή κατάσταση από τη δεξαμενή με πίεση. Η βαλβίδα αυτή έχει δύο άκρα παροχής (είσοδος-έξοδος), μεταξύ των οποίων υπάρχει ένα φίλτρο καθαρισμού του υγρού. Στο πάνω μέρος της βαλβίδας, υπάρχει ένας ηλεκτρομαγνήτης, που με τον οπλισμό του ανοιγοκλείνει την έξοδο του υγρού από το φίλτρο. Τα άκρα του συνδέονται στο ηλεκτρικό κύκλωμα της μηχανής, που όταν τροφοδοτούνται με ρεύμα ο οπλισμός μετακινείτε προς τα επάνω και ανοίγει η παροχή υγρού. Αντίθετα, όταν διακόπτεται το ρεύμα ο οπλισμός έρχεται στη θέση ηρεμίας και κλείνει στεγανά η παροχή του υγρού. Δέδε Σινάν 25

47 4.6.2 Λειτουργία ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας υγραερίου Η λειτουργία της βαλβίδας επιτυγχάνεται από το διακόπτη επιλογής, που βρίσκεται στο πίνακα οργάνων, όταν ο διακόπτης έναυσης της μηχανής βρίσκεται στη θέση λειτουργίας. Όταν ο διακόπτης είναι στη θέση επιλογής υγραερίου, η παροχή ανοίγει και το υγρό κατευθύνεται προς τον πνεύμονα. Στις άλλες θέσεις του διακόπτη επιλογής ή του διακόπτη έναυσης της μηχανής, η βαλβίδα κλείνει τη παροχή του υγραερίου. Εικόνα 21 Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα βενζίνης Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα βενζίνης τοποθετείτε στο σωλήνα της βενζίνης μεταξύ της αντλίας βενζίνης και του injection ή καρμπυρατέρ. Προορισμός της είναι να διακόπτη τη παροχή βενζίνης, όταν ο κινητήρας λειτουργεί με υγραέριο. Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα βενζίνης ανοίγει το κανονικό σύστημα τροφοδοσίας, για τη τροφοδότηση της μηχανής με βενζίνη και το κλείνει όταν ο οδηγός θέλει να χρησιμοποιήσει το υγραέριο. Η βαλβίδα αυτή έχει δύο άκρα (είσοδος-έξοδος), στα οποία συνδέονται οι σωλήνες της βενζιναντλίας και του injection ή καρμπυρατέρ. Στο πάνω μέρος της βαλβίδας υπάρχει ένας ηλεκτρομαγνήτης, που τα άκρα του συνδέονται στο ηλεκτρικό κύκλωμα της μηχανής. Τα άκρα αυτά τροφοδοτούνται με ρεύμα, όταν ο διακόπτης έναυσης της μηχανής βρίσκεται στη θέση λειτουργίας. Τότε ο διακόπτης επιλογής καυσίμου κλείνει το ηλεκτρικό της κύκλωμα και ο οπλισμός ανοίγει τη παροχή της βενζίνης. Σε άλλη θέση το διακόπτη επιλογής ή του διακόπτη έναυσης, η βαλβίδα Δέδε Σινάν 26

48 δεν τροφοδοτείτε με ρεύμα και παραμένει στη θέση ηρεμίας με κλειστεί τη παροχή βενζίνης. Το άνοιγμα και το κλείσιμο της παροχής βενζίνης γίνεται και μηχανικά, όταν από κάποια αιτία παύση να λειτουργεί η βαλβίδα. Τότε ο οδηγός ξεβιδώνει η βιδώνει μία βίδα που υπάρχει στο πλευρό της βαλβίδας και ανοίγει η κλείνει τη παροχή, όταν θέλει να χρησιμοποιήσει σαν καύσιμο τη βενζίνη η το υγραέριο. Εικόνα 22 Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα βενζίνης 4.7 Σωληνώσεις εγκατάστασης υγραεριοκίνησης Τα μέρη του συστήματος συνδέονται με σωλήνες, μέσω των οποίων μεταφέρεται το υγραέριο σε υγρή ή σε αέρια κατάσταση. Σε υγρή κατάσταση φτάνει από την δεξαμενή στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου και έπειτα στον πνεύμονα. Από τον πνεύμονα εξαερώνεται και σε αέρια πλέον κατάσταση φτάνει στη πολλαπλή εισαγωγή. Οι σωλήνες παροχής κατασκευάζονται από χαλύβδινες ή χάλκινες σε ακέραια τυποποιημένα μέρη για κάθε μάρκα αυτοκινήτου. Η κατασκευή τους γίνεται με βάση ορισμένες προδιαγραφές που καθορίζουν το πάχους τους, την αντοχή τους, τη κάμψη τους και άλλες ακόμα λεπτομέρειες για τη θέση τους, τον τρόπο στερέωσης και τη σύνδεση τους. Μερικές από τις προδιαγραφές αυτές είναι: Η εξωτερική επιφάνεια τους καλύπτεται με διάφανη πλαστική επένδυση, για να ελέγχονται εύκολα τυχόν διαρροές υγραερίου. Δέδε Σινάν 27

49 Η γωνία κάμψης τους δεν πρέπει να υπερβαίνει το τριπλάσιο της διαμέτρου τους. Ο σωλήνας από τη δεξαμενή μέχρι την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου περνάει υποχρεωτικά κάτω από το αμάξωμα και στηρίζεται σε διαστήματα από 40 έως 60cm. Σε όλο το μήκος του πρέπει να είναι ελεύθερος για τον εύκολο έλεγχο του και να μην πλησιάζει την εξάτμιση ή τη πολλαπλή εξαγωγή σε απόσταση μικρότερη των 30cm. Αν αναγκαστικά περάσει από πολύ θερμά σημεία της μηχανής και σε απόσταση μικρότερη των 20cm, τότε τοποθετείται ενδιάμεσο φύλλο αμιάντου. Ο σωλήνας που συνδέει των πνεύμονα με την πολλαπλή εισαγωγή, πρέπει να αντέχει σε πίεση τουλάχιστον από 0,1 bar και σε θερμοκρασία 100 o C Οι συνδέσεις των άκρων τους πρέπει να είναι στεγανές και να μην μεταβάλλονται σε θερμοκρασίες από -20 ο C μέχρι 100 ο C. Για τους λόγους αυτούς το ρακόρ και γενικά τα άκρα συνδέσεως είναι κολλημένα με ιδιαίτερη προσοχή και δοκιμασμένα σε πίεση. Το τμήμα του σωλήνα από την πλήρωση της δεξαμενής μέχρι και τον πνεύμονα, λειτουργεί υπό πίεση. Διακρίνονται σε δύο κυκλώματα, τις σωληνώσεις χαμηλής πίεσης και τις σωληνώσεις υψηλής πίεσης. Οι σωληνώσεις υψηλής πίεσης πρέπει να πληρούν τα παρακάτω: 1. Να είναι τοποθετημένες εκτός του χώρου των επιβατών και ο σωλήνας που τροφοδοτεί τον πνεύμονα να ακολουθεί το συντομότερο δρόμο. 2. Να είναι τοποθετημένες κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να μην υπόκεινται σε κραδασμούς. 3. Να είναι προστατευμένες από χτυπήματα. 4. Να είναι προσιτές για τυχόν δοκιμή και συντήρηση. 5. Να είναι προστατευμένες από την τριβή στα σημεία που διέρχονται δια μέσου χαλύβδινης λαμαρίνας ή άλλου μετάλλου. Οι σωληνώσεις χαμηλής πίεσης συνδέουν τον πνεύμονα με τον αναμεικτήρα, αποτελούνται από εύκαμπτο ανθεκτικό σωλήνα, που εξωτερικά φέρει ενίσχυση από μεταλλικό πλέγμα. Δέδε Σινάν 28

50 Εικόνα 23 Κύκλωμα σωληνογραμμών LPG 4.8 Πνεύμονας (ρυθμιστής πίεσης) Ο υποβιβαστείς πίεσης ονομάζεται και ρυθμιστής πίεσης και πνεύμονας. Αυτός είναι το κυριότερο εξάρτημα στην εγκατάσταση της υγραεριοκίνησης. Τοποθετείται στη γραμμή του υγραερίου μεταξύ της δεξαμενής υγραερίου και του καρμπυρατέρ μετά την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Προορισμός είναι: Να μετατρέπει το υγραέριο από υγρό σε αέριο (ατμοποίηση του υγραερίου). Να μειώνει την ασταθή λόγω θερμοκρασίας πίεση που έχει το υγραέριο μέσα στην δεξαμενή σε μια σταθερή εντός προρυθμισμένων ορίων πίεση. Να παρέχει την ακριβώς απαιτούμενη για την καύση ποσότητα υγραερίου, ανάλογα με τις απαιτήσεις του κινητήρα (πάτημα του πεντάλ γκαζιού). Οι δύο πρώτες ενέργειες επιτυγχάνονται στο πρώτο τμήμα του πνεύμονα εκτός από τις αερόψυκτες μηχανές, όπου η ατμοποίηση του υγραερίου λαμβάνει χώρα σε ένα ειδικό σωλήνα εξάτμισης. Ο πνεύμονας αποτελείται από τα παρακάτω επί μέρους εξαρτήματα: Έναν υποβιβαστή υψηλής πίεσης ενεργοποιημένο από ελατήρια που μειώνει την πίεση της δεξαμενής σε 1,5 ατμόσφαιρες (KP / cm 2 ). Έναν υποβιβαστή μέσης πίεσης ενεργοποιημένο από ελατήριο που μειώνει την πίεση του υγραερίου από 1,5 σε 0,6 ατμόσφαιρες περίπου. Έναν υποβιβαστή χαμηλής πίεσης που τροφοδοτεί τον κινητήρα ανάλογα με την αναρρόφηση των κυλίνδρων, στέλνοντας στον μείκτη αέρα καυσίμου τέτοια ποσότητα υγραερίου, ώστε να υπάρχει σταθερή αναλογία αέρα Δέδε Σινάν 29

51 υγραερίου για όλα τα φορτία του κινητήρα. Ενεργοποιείται και αυτός από ελατήριο και την υποπίεση της πολλαπλής εισαγωγής. Ένα εγχυτήρα που παρέχει μια πρόσθετη ποσότητα υγραερίου, σε έκτατες ανάγκες του κινητήρα (σύστημα επιτάχυνσης). Ένα μηχανισμό ευαισθησίας παροχής υγραερίου, να δίδει δυνατότητα στο πνεύμονα να ανταποκρίνεται στις πιο μικρές αλλαγές του απαιτούμενου καυσίμου εκ μέρους της μηχανή. Μια βαλβίδα ασφαλείας στο θάλαμο υψηλής πίεσης για να αποφευχθεί ο κίνδυνος θραύσης της μεμβράνης του εξαρτήματος ή της έκρηξης του πνεύμονα. Μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα μεταξύ μεσαίας και χαμηλής πίεσης που διευκολύνει την εκκίνηση του κινητήρα όταν ο κινητήρας είναι κρύος. Ένα θάλαμο κυκλοφορίας θερμού νερού του κινητήρα που δίδει στο υγραέριο τη κατάλληλη ποσότητα λανθάνουσας θερμότητας για την εξάτμιση του υγρού. Ένα μηχανισμό ρύθμισης της ευαισθησίας του θαλάμου χαμηλής πίεσης. Εικόνα 24 Πνεύμονας - υποβιβαστής πίεσης LPG Δέδε Σινάν 30

52 4.8.1 Λειτουργία πνεύμονα Με τα παραπάνω μέρη του πνεύμονα, όταν συνδεθεί στο σύστημα υγραεριού, στο σύστημα ψύξεως της μηχανής, στο ηλεκτρονικό κύκλωμα και στη πολλαπλή εισαγωγή, κάνει τις εξής τρείς δουλειές: Α) Θερμαίνει και αεριοποιεί το υγραέριο. Β) Μειώνει την πίεση του αεριού. Γ) Ρυθμίζει τη παροχή του αεριού ανάλογα με τις στροφές της μηχανής. Στο τέλος του σωλήνα εισαγωγής υπάρχει η θυρίδα (4) που εφαρμόζει στην έδρα της (3) και είναι έτσι κλειστή υπό την επενέργεια του ελατηρίου (20). Η πίεση που εξασκεί το υγραέριο στη θυρίδα(4), αφού υπερνικήσει τη τάση του ελατηρίου (20) την ανοίγει και έτσι το υγραέριο εισέρχεται στο θάλαμο Α. Όσο περισσότερο υγραέριο εισέρχεται στο θάλαμο Α τόσο αυξάνεται η πίεση του, η οποία εξασκούμενη στο διάφραγμα (21) το πιέζει προς τα πάνω και υπερνικώντας τη τάση του ελατηρίου (22), εξαναγκάζει και το στέλεχος (23) να ανέβει προς τα πάνω και έτσι να μετατοπίσει τη θυρίδα (4) προς την έδρα της. Το ελατήριο (22) είναι τέτοιας κατασκευής, ώστε να συσπειρώνεται και να κλείνει τη θυρίδα όταν η εσωτερική πίεση του θαλάμου Α φτάνει 1,5 bar. Έτσι στο θάλαμο Α επιτυγχάνεται μια πρώτη μείωση της πίεσης. Στη πίεση όμως αυτή παύει το υγραέριο να είναι υγρό αλλά εξατμίζεται εφόσον παραλάβει από το περιβάλλον του την απαιτούμενη λανθάνουσα θερμότητα, ώστε από υγρό να μετατραπεί σε ατμό. Αυτή η θερμότητα παραλαμβάνεται από το θερμό νερό της μηχανής, το οποίο κυκλοφορεί γύρο από τους θαλάμους Α και Β θερμαίνοντας τα τοιχώματα αυτών των θαλάμων και κατά συνέπεια και το περιεχόμενο υγραέριο. Από το θάλαμο Α το υγραέριο μέσω της θυρίδας (6) εισέρχεται στο θάλαμο Β. η λειτουργία είναι η ίδια αρχικά η πίεση του υγραερίου υπερνικά τη τάση του ελατηρίου (24) ανυψώνει τη θυρίδα (6) από την έδρα της (5) και εισέρχεται στο θάλαμο Β μόλις η πίεση φτάσει 0,6 bar μέσα στο θάλαμο Β η πίεση αυτή ωθεί τη μεμβράνη (25) προς τα πάνω υπερνικώντας τη τάση του ελατηρίου (26) και έτσι το στέλεχος (27) ανέρχεται προς τα πάνω με αποτέλεσμα να μετακινήσει τη θυρίδα (6) προς την έδρα της και να κλείσει τη περαιτέρω δίοδο του υγραερίου. Στο θάλαμο Β επιτυγχάνεται η περεταίρω μείωση της πίεσης, αλλά επιτυγχάνεται επίσης σταθερή τροφοδοσία με υγραέριο προς το θάλαμο C μη επηρεαζόμενη από την διακεκομμένη παροχή στο θάλαμο Α που οφείλεται στο ανοιγόκλεισμα της θυρίδας (4). Δέδε Σινάν 31

53 Το υγραέριο πλέον με μικρή πίεση άνω της ατμοσφαιρικής, εισέρχεται στο θάλαμο C δια μέσου της θυρίδας (8), η οποία είναι κλειστή εφαρμόζουσα επι της έδρας της (7) με τη βοήθεια των ελατηρίων (9) και (10). Το κάτω τμήμα του πνεύμονα αποτελείται από τρεις χώρους το κυρίως θάλαμο C,το θάλαμο D, ο οποίος συνδέεται με τη πολλαπλή εισαγωγή της μηχανής δια μέσου σωλήνας και το χώρο κάτω από τη μεμβράνη (12), όπου επικρατεί η ατμοσφαιρική πίεση. Όταν με το διακόπτη ενεργοποιούμε την μίζα του αυτοκινήτου δημιουργείται υποπίεση στο θάλαμο D οφείλεται στην υποπίεση που δημιουργείται στους κυλίνδρους της μηχανής. Επειδή ο θάλαμος C είναι συνδεδεμένος με σωλήνα στη μηχανή. Μόλις πατήσουμε τώρα το γκάζι ψεκάζεται το μίγμα οπότε πλέον στο θάλαμο C επικρατεί υποπίεση, όπως βεβαίως και στο D. Αλλά τώρα ενεργοποιείται το διάφραγμα (12) να κινηθεί προς τα πάνω και έτσι μέσω του μοχλού (13) να υπερνικήσει και τη τάση του ελατηρίου (9) και να ανοίξει τελείως τη θυρίδα (8). Εδώ θα πρέπει να προσέξουμε την ευαισθησία του πνεύμονα για την οποία είχαμε αναφερθεί αρχικά. Αν υποθέσουμε ότι αφήνουμε λίγο το πεντάλ του γκαζιού, η βαλβίδα (8) ανοίγει, έτσι συσσωρεύεται υγραέριο στο θάλαμο C θα αυξηθεί έστω και ελάχιστα η πίεση στο θάλαμο C και η ευαίσθητη και μεγάλης επιφάνειας μεμβράνη (12) θα μετακινηθεί προς τα κάτω, έστω και ελάχιστα, οπότε μέσω του μοχλού (13) θα μετακινηθεί ανάλογα και η θυρίδα (8), οπότε θα περιορίσει την είσοδο του υγραερίου στην απαιτούμενη ποσότητα που θέλει η μηχανή. Όταν τέλος σταματήσουμε τη μηχανή παύει κάθε υποπίεση στο θάλαμο D οπότε απελευθερώνονται το ελατήριο (10) και σπρώχνει το διάφραγμα (14) προς τα κάτω, οπότε πλέον με τη βοήθεια του μοχλού (13) κλείνει τελείως η θυρίδα (8) και σταματά η παροχή του υγραερίου τελείως. Εικόνα 25 Λειτουργία Πνεύμονα LPG Δέδε Σινάν 32

54 4.9 Φίλτρο αερίου Φίλτρο αέριας φάσης LPG. Τοποθετείται ανάμεσα στο ρυθμιστή πίεσης και τον συλλέκτη μπεκίερα εγχυτήρων. Στο σώμα του υπάρχει φίλτρο το οποίο εξασφαλίζει το φιλτράρισμα στο 80 %. Συνιστάται η αλλαγή του στα km. Εικόνα 26 Φίλτρο Αερίου 4.10 Αισθητήρας πίεσης & θερμοκρασίας αερίου LPG Σχεδόν όλα τα νέα οχήματα, έχουν μια ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του κινητήρα με αισθητήρια και ενεργοποίητες η οποία αποτελεί το σύστημα ελέγχου μηχανών. Μια από τις σημαντικότερες εισόδους αυτού του συστήματος είναι το αισθητήριο της απόλυτης πίεσης στην πολλαπλή εισαγωγή αέρα (MAP). Το αισθητήριο πίεσης μετράει την πυκνότητα του αέρα που ρέει στη μηχανή και επιτρέπει τον έλεγχο του μίγματος αέρα/καυσίμου και την απόδοση του ρυθμιστή πίεσης, καθώς και την ανάφλεξη ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη λειτουργία. Επίσης δίνει στην μονάδα ελέγχου την πληροφορία για την θερμοκρασία του αερίου LPG. Εικόνα 27 Αισθητήρας πίεσης και θερμοκρασίας αερίου LPG (MAP) Δέδε Σινάν 33

55 Λειτουργία αισθητήρα Ο αισθητήρας θερμοκρασίας μετράει τη θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού του αυτοκινήτου που περνάει μέσα από τον πνεύμονα. Το αμάξι παίρνει μπροστά με βενζίνη γιατί το υγραέριο χρειάζεται κάποια θερμότητα για να αεριοποιηθεί. Όταν ο αισθητήρας θερμοκρασίας μετρήσει περίπου 40C (ή όποια άλλη θερμοκρασία έχει ρυθμίσει ο εγκαταστάτης) δίνει ο εγκέφαλος του αερίου εντολή να διακοπεί η παροχή βενζίνης και να ξεκινήσει η λειτουργία με αέριο. Ο αισθητήρας πίεσης μετράει την πίεση του αερίου στον πνεύμονα (εξαερωτή). Αυτή διατηρείται στα επίπεδα που ορίζει ο κατασκευαστής. Αν πέσει κάτω από μια ελάχιστη τιμή (άδειασμα του ντεπόζιτου ή ακόμα και διαρροή) ο εγκέφαλος του αερίου δίνει εντολή να γυρίσει σε λειτουργία βενζίνης και διακόπτει την παροχή αερίου μέσω της ηλεκτροβαλβίδας. Ο αισθητήρας πίεσης-θερμοκρασίας πληροφορεί την ECU για τη κατάσταση του αερίου. Η πληροφορία αυτή είναι εξαιρετικά σημαντική για τον καθορισμό του χρόνου ψεκασμού, του χρόνου ανάφλεξης, ρύθμιση ρελαντί, λειτουργία της βαλβίδας EGR και πολλών ακόμα υποσυστημάτων. Βρίσκεται τοποθετημένος στο σώμα του κινητήρα, κοντά στην κυλινδροκεφαλή και στην έξοδο του νερού ψύξης. Αποτελείται από μια αντίσταση αρνητικού θερμικού συντελεστή (θερμίστορ NTC), δηλ. η τιμή της αντίστασής του μειώνεται όσο αυξάνει η θερμοκρασία. Η φίσα του αισθητήρα έχει δυο επαφές για την σύνδεσή του με την ECU. Εσωτερικά στην ECU υπάρχει μια αντίσταση σταθερής τιμής συνδεδεμένη σε σειρά με το θερμίστορ. Η γραμμή τροφοδοτείται με 5V. Καθώς μεταβάλλεται η τιμή της αντίστασης στο θερμίστορ ανάλογα με τη θερμοκρασία, μεταβάλλεται η ένταση στο κύκλωμα, επομένως μεταβάλλεται και η πτώση τάσης στην αντίσταση σταθερής τιμής. Αυτή την τιμή τάσης διαβάζει η ECU για τον υπολογισμό της πίεσης-θερμοκρασίας Εγχυτήρες ψεκασμού αερίου-πολλαπλή εισαγωγή (μπεκ) Οι εγχυτήρες (μπεκ) στα συστήματα έγχυσης καυσίμου (fuel injection) είναι τα εξαρτήματα μέσω των οποίων το καύσιμο διασκορπίζεται στο θάλαμο καύσης των πετρελαιοκινητήρων. Είναι τα τελευταία εξαρτήματα στο σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου, παραλαμβάνουν το καύσιμο με υψηλή πίεση από την αντλία έγχυσης, προετοιμάζουν το καύσιμο για ψεκασμό με την βοήθεια των κατάλληλα διαμορφωμένων ακροφυσίων και το διασκορπίζουν στους θαλάμους καύσης του κινητήρα. Δέδε Σινάν 34

56 Λειτουργία πολλαπλής εισαγωγής (μπεκ) Ο συλλέκτης - μπεκίερα έγχυσης αέριας φάσης LPG μπορεί να αποτελείται από 2, 3 ή 4 εγχυτήρες - μπεκ έγχυσης LPG, ανάλογα με τους κυλίνδρους και τις τεχνικές προδιαγραφές του αυτοκίνητου. Ο εγχυτήρας είναι στην ουσία ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, η οποία ανοίγει κλείνει την ροή του αερίου μέσω ακροφυσίων στο σύστημα αναρρόφησης - πολλαπλής. Ο χρόνος ανοίγματος εγχυτήρων αερίου είναι πολύ μικρός και πλησιάζει την ταχύτητα των εγχυτήρων βενζίνης. Ανάλογα με την ισχύ του κινητήρα επιλέγεται η διάμετρος του ακροφυσίου. Το μπέκ είναι το τελευταίο εξάρτημα του συστήματος τροφοδοσίας του κινητήρα. Ο ψεκασμός του καυσίμου πρέπει να μπορεί να δώσει στον κινητήρα τόσο την ελάχιστη ποσότητα καυσίμου (στο ρελαντί ή στην περίπτωση κίνησης χωρίς φορτίο), όσο και την μεγαλύτερη ποσότητα (στο πλήρες φορτίο). Γι αυτό, οι διάφορες καταστάσεις λειτουργίας πρέπει να βρίσκονται στην γραμμική χαρακτηριστική ζώνη ψεκασμού του μπέκ. Ο ομοιόμορφος καταμερισμός του μίγματος αέρα-καυσίμου σε όλους τους κυλίνδρους είναι πολύ σημαντικός. Εκτός από τα χαρακτηριστικά της πολλαπλής εισαγωγής, ο καταμερισμός εξαρτάται από την θέση τοποθέτησης και από την ποιότητα διασκορπισμού του μπέκ. Η καλύτερη θέση του μπέκ στο γκρουπ ψεκασμού αποφασίζεται στη φάση σχεδιασμού του κινητήρα. Το μπέκ στηρίζεται σε ένα υποστήριγμα στο πάνω μέρος του γκρουπ ψεκασμού που έχει κατασκευαστεί ώστε να επιτρέπει την τέλεια προετοιμασία του μίγματος και είναι τοποθετημένο, δια μέσου ενός βραχίονα, σε κεντρική θέση ως προς την ροή του εισερχόμενου αέρα. Αυτός ο τρόπος συναρμολόγησης πάνω από την πεταλούδα γκαζιού, έχει ως αποτέλεσμα την πλήρη ανάμιξη του καυσίμου με τον εισερχόμενο αέρα. Γι αυτό τον λόγο, το καύσιμο ψεκάζεται μέσα στη ζώνη της μέγιστης διατάραξης που βρίσκεται μεταξύ της πεταλούδας και του γκρουπ ψεκασμού. Η στεγανότητα του μπέκ προς τα έξω εξασφαλίζεται από στεγανοποιητικά δακτυλίδια (o-ring). Ένα πλαστικό ημισφαιρικό κάλυμμα που κλείνει από πάνω τον θάλαμο συναρμολόγησης, περιέχει την ηλεκτρική σύνδεση του μπέκ και εξασφαλίζει την αξονική του στήριξη. Το μπέκ αποτελείται από το σώμα και το συγκρότημα ψεκασμού. Το σώμα του ψεκαστήρα περιέχει την μαγνητική περιέλιξη και τις επαφές. Το συγκρότημα ψεκασμού, περιέχει ένα ακροφύσιο και μια βελόνα, η οποία οδηγείται από τον οπλισμό του ηλεκτρομαγνήτη. Με έλλειψη ρεύματος στη περιέλιξη, ένα ελικοειδές ελατήριο σπρώχνει με την βοήθεια της πίεσης του συστήματος την βαλβίδα στην έδρα της. Όταν η περιέλιξη διεγείρεται, η βελόνα υψώνεται περίπου 0,06 mm από την έδρα Δέδε Σινάν 35

57 της και το καύσιμο διαφεύγει δια μέσου μιας κυκλικής οπής. Στο κάτω μέρος υπάρχει μια κυλινδρική προεξοχή (ακίδα), η οποία βοηθάει στον σωστό διασκορπισμό του καυσίμου. Οι διαστάσεις του ανοίγματος της βελόνας και του ακροφυσίου, καθορίζουν την στατική παροχή, δηλ. την ανώτερη ροή καυσίμου με ανοιχτό ψεκαστή. Η δυναμική παροχή που είναι ροή με διακοπές, εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του ελατηρίου, από την μάζα της βελόνας, από το μαγνητικό κύκλωμα και από τα χαρακτηριστικά του κυκλώματος εξόδου του εγκεφάλου. Έχοντας σταθερή την (διαφορική) πίεση του καυσίμου, η πραγματική ποσότητα του μεταβαλλόμενου σε λεπτά σταγονίδια καυσίμου από τον ψεκαστή, εξαρτάται μόνο από την διάρκεια του ανοίγματος (διάρκεια ή χρόνος ψεκασμού). Εξαιτίας των διαδοχικών ηλεκτρικών παλμών ψεκασμού σε κάθε παλμό ανάφλεξης αντιστοιχεί ένας παλμός ψεκασμού- το μπέκ πρέπει να έχει πολύ χαμηλούς χρόνους αδράνειας. Η πολύ μικρή μάζα της βελόνας και το καλύτερο μαγνητικό κύκλωμα, επιτρέπουν χρόνους ανοιγοκλεισίματος μικρότερους του ενός ms. Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλίζεται μια ακριβής δόση καυσίμου και σε μικρές παροχές. Το καύσιμο ψεκάζεται με υψηλή πίεση, της οποίας η μέγιστη τιμή φτάνει τα Bar ή και περισσότερο. Σε τόσο μεγάλες πιέσεις το καύσιμο δεν μοιάζει ως κανονικό υγρό αλλά αρχίζει και γίνεται συμπιεστό. Ο χρόνος έγχυσης είναι περίπου 1 χιλιοστό του δευτερολέπτου. Το ακροφύσιο του εγχυτήρα παίζει σπουδαίο ρόλο στο τρόπο διασκορπισμού του καυσίμου. Η διάμετρος και το μήκος της οπής καθώς και η όλη σχεδίαση του ακροφυσίου καθορίζουν τον τρόπο διασκορπισμού του καυσίμου μέσα στον θάλαμο καύσης, με αποτέλεσμα να επηρεάζουν κατά πολύ την ισχύ εξόδου, την κατανάλωση του καυσίμου και τις εκπομπές καυσαερίων. Η τελική παροχή του καυσίμου μέσα στο θάλαμο καύσης προσδιορίζεται επακριβώς από την διατομή του ακροφυσίου και την προς τα πάνω κίνηση της βελόνας του. Επίσης το ακροφύσιο πρέπει να απομονώνει το σύστημα έγχυσης αφενός από τις υψηλές θερμοκρασίες που επικρατούν στο θάλαμο καύσης (μέχρι C), αφετέρου από τα συμπιεσμένα αέρια που επικρατούν μέσα σ' αυτόν. Για να αποφευχθεί η είσοδος των αερίων καύσης στο σύστημα έγχυσης, θα πρέπει καθ' όλη τη διάρκεια έγχυσης που παραμένουν ανοιχτά τα ακροφύσια, η πίεση του καυσίμου να είναι μεγαλύτερη από την πίεση καύσης. Αυτό είναι δύσκολο να επιτευχθεί κυρίως κατά το πέρας της έγχυσης και απαιτείται απόλυτη συνεργασία μεταξύ της αντλίας έγχυσης, του ακροφυσίου και του ελατηρίου πίεσης. Δέδε Σινάν 36

58 Εικόνα 28 Εγχυτές αερίου-πολλαπλή εισαγωγή (μπέκ) 4.12 Ηλεκτρικό κύκλωμα Σκοπός αυτής της εγκατάστασης είναι η εξασφάλιση της λειτουργίας των ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων της εγκατάστασης, δια μέσου του διακόπτη εναλλαγής καυσίμου αερίου βενζίνης, ο οποίος βρίσκεται στο ταμπλό αυτοκινήτου. Πρέπει να υπάρχει σύνδεση με τον εγκέφαλο του αυτοκινήτου, έτσι ώστε η διαχείριση του καυσίμου σε διάφορες λειτουργίες του κινητήρα να είναι η κατάλληλη. Στο ηλεκτρονικό σύστημα ψεκασμού θα χρειαστούν ένα ηλεκτρονικό εξομοιωτή. Όταν το αυτοκίνητο λειτουργεί με αέριο, οι εγχυτές (μπεκ) της βενζίνης δεν θα πρέπει να στέλνουν πληροφορίες στον εγκέφαλο του αυτοκινήτου. Ο εξομοιωτής (emulator) δίνει το κατάλληλο μήνυμα, ώστε ο εγκέφαλος του οχήματος να λειτουργήσει σωστά. Εικόνα 29 Ηλεκτρολογικό κύκλωμα Δέδε Σινάν 37

59 Λειτουργία ηλεκτρικού κυκλώματος Η λειτουργία της εγκατάστασης είναι απλή. Το ρεύμα από την μπαταρία πηγαίνει στο κλειδί ανάφλεξης. Από το κλειδί το ρεύμα πηγαίνει παράλληλα προς το πολλαπλασιαστή και δια μέσου της ασφάλειας στον διακόπτη. Ο διακόπτης αυτός έχει 2 ακροδέκτες. Στο μεσαίο ακροδέκτη γίνεται η παροχή τοθ ρεύματος, ο αριστερός συνδέεται με την ηλεκτροβαλβίδα βενζίνης και δεξιός συνδέεται με την ηλεκτροβαλβίδα υγραερίου. Εδώ θα πρέπει να τονίσουμε ότι, η λήψη του ρεύματος θα πρέπει να γίνεται μετά το κλειδί ανάφλεξης, ώστε να μην υπάρχει δυνατότητα να μείνει ανοικτή οποιαδήποτε από της δύο ηλεκτροβαλβίδες με σβηστή τη μηχανή. Η σύνδεση των καλωδίων με τους ακροδέκτες των ηλέκτροβαλβίδων γίνεται με κασσιτεροκόλληση και μονώνεται με μονωτική ταινία Μονάδα ελέγχου (εγκέφαλος ECU) Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU) Συλλέγει και αξιολογεί τα σήματα των αισθητήρων κινητήρα και τα σήματα του ρυθμιστή πίεσης αερίου, τα οποία μετά την μετατροπή τους τα παραδίνει σαν διαδοχικά σήματα στους εγχυτήρες αερίου ανάλογα της ζητούμενης ισχύος. Η μονάδα ελέγχου ελέγχει και προσαρμόζει συνεχώς την αναλογία ανάμειξης αερίου LPG και αέρα σε εξάρτηση των τιμών της πίεσης. Η στρατηγική της μονάδας ελέγχου αποθηκεύεται στο χάρτη ελέγχου εγχυτήρων. Την στρατηγική ορίζουν οι παράμετροι λειτουργίας κινητήρα, οι χρόνοι εγχυτήρων βενζίνης και οι ρυθμίσεις παραμέτρων. Τα σήματα από τον αισθητήρα πίεσης και θερμοκρασίας αερίου είναι το απαραίτητο μέρος ολόκληρου του συστήματος, τα οποία παίζουν τον βασικό ρόλο στην στρατηγική των υπολογισμών για την σωστή λειτουργία του κινητήρα. Μέσω του αισθητήρα θερμοκρασία νερού του ρυθμιστή πίεσης και της επιλογής των στροφών, δίνεται η εντολή στην εναλλαγή της λειτουργίας σε αέριο. Επιπλέον, το σύστημα συμπεριλαμβάνει διαγνωστικά προγράμματα και έχει την δυνατότητα της αυτόματης εναλλαγής σε βενζίνη όταν θα αδειάσει η δεξαμενή αερίου LPG. Η μονάδα ελέγχου κατασκευάζεται σε τέσσερις εκδοχές : για τετρακύλινδρο, εξακύλινδρο, οκτακύλινδρο και USA κινητήρα Λειτουργία μονάδα ελέγχου ECU Το σύστημα ανάφλεξης η ECU ρυθμίζει την στιγμή της ανάφλεξης του σπινθηριστή (μπουζί) καθώς και την προπορεία ανάφλεξης (αβάνς). Παράλληλα, η ECU λαμβάνει υπόψη της και τις πληροφορίες που δίνει ο καταλύτης ρυθμίζοντας έτσι την αναλογία Δέδε Σινάν 38

60 του στοιχειομετρική αναλογία (αέρας- καύσιμο) ανάλογα ώστε οι εκπομπές ρύπων να μην ξεπερνούν τις προδιαγραφές που ολοένα και γίνονται αυστηρότερες. Το βασικό μέρος ενός εγκέφαλου (ECU) αποτελεί ένας κεντρικός μικροεπεξεργαστής (CPU) ο οποίος στις περισσότερες περιπτώσεις είναι τεχνολογίας 32-bit και «τρέχει» στα 20ΜΗz. Τα ηλεκτρικά σήματα από τους αισθητήρες μετατρέπονται στην είσοδο τους σε ψηφιακά ώστε η CPU να έχει την δυνατότητα να τα επεξεργασθεί. Αφού τελικά ο εγκέφαλος επεξεργασθεί τα δεδομένα η τελική του εντολή μετατρέπεται κατά την έξοδο από ψηφιακή και πάλι σε αναλογική μορφή -δηλ. σε σήματα τάσης- ώστε να ενεργοποιηθούν για παράδειγμα οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες του συστήματος ψεκασμού. Οι αριθμητικοί υπολογισμοί εκτελούνται σε συνδυασμό με πολύπλοκα αλγοριθμικά προγράμματα τα οποία υπάρχουν στην μνήμη. Η τελευταία αποτελείται από τρία βασικά στοιχεία, τις μνήμες RAM, ROM και PROM. Η RAM αποθηκεύει προσωρινά τα δεδομένα εισόδου -από τους αισθητήρες- και εξόδου πριν αρχίσει το πρόγραμμα ελέγχου. Στην ROM έχουν αποθηκευθεί μόνιμα πληροφορίες ενώ η συγκεκριμένη μνήμη επικοινωνεί απευθείας με το πρόγραμμα ελέγχου. Η μνήμη PROM περιέχει σε μορφή αλγοριθμικού προγράμματος όλα τα κατασκευαστικά στοιχεία λειτουργίας του κινητήρα και υπάρχει δυνατότητα επαναπρογραμματισμού. Επιπλέον υπάρχει και μία ακόμα μνήμη η ΚΑΜ η οποία αποτελεί ουσιαστικά παραλλαγή της RAM και σε αυτή η CPU μπορεί να διαβάσει και να αποθηκεύσει νέα δεδομένα λειτουργίας. Η συλλογή όλων αυτών των πληροφοριών η ECU της χρειάζεται προκειμένου να ρυθμίσει με απόλυτη ακρίβεια την λειτουργία των συστημάτων ψεκασμού και ανάφλεξης. Όταν η ECU δίνει εντολή στο σύστημα ψεκασμού στην πράξη ορίζει την στιγμή που θα ενεργοποιηθεί η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα του εγχυτήρα (μπεκ) και την διάρκεια που θα μείνει ανοιχτή ρυθμίζοντας έτσι την ποσότητα του μίγματος στον θάλαμο καύσης. Όσον αφορά στο σύστημα ανάφλεξης η ECU ρυθμίζει την στιγμή της ανάφλεξης του σπινθηριστή (μπουζί) καθώς και την προπορεία ανάφλεξης (αβάνς). Για να κατανοήσουμε καλύτερα όλα τα παραπάνω ας πάρουμε ένα παράδειγμα. Σε έναν τετρακύλινδρο τετράχρονο κινητήρα, σε κάθε πλήρη περιστροφή του στροφαλοφόρου του άξονα εκτελούνται δύο ψεκασμοί με ακρίβεια χιλιοστών του δευτερολέπτου. Για παράδειγμα, στο αυτοκίνητο μας την στιγμή που ο δείκτης του στροφόμετρου βρίσκεται στις σ.α.λ. τότε στους κυλίνδρους του κινητήρα πραγματοποιούνται ψεκασμοί το λεπτό, δηλαδή 200 το δευτερόλεπτο! Παράλληλα, η ECU λαμβάνει υπόψη της και της πληροφορίες που δίνει ο καταλύτης ρυθμίζοντας έτσι την αναλογία του Δέδε Σινάν 39

61 στοιχειομετρική αναλογία (αέρας- καύσιμο) ανάλογα ώστε οι εκπομπές ρύπων να μην ξεπερνούν τις προδιαγραφές που ολοένα και γίνονται αυστηρότερες. Επιπλέον, η ECU επικοινωνεί και με τις υπόλοιπες μονάδες όπως για παράδειγμα αυτή του traction control που στην ουσία είναι παρόμοια με αυτή του ESP και χρησιμοποιούν τους αισθητήρες του ABS. Όταν το σύστημα αντιληφθεί σπινάρισμα των κινητήριων τροχών τότε η εν λόγω κατάσταση μεταφέρεται στην ECU και αυτή ανάλογα επεμβαίνει στην ισχύ του κινητήρα μειώνοντας την ροπή του. Ένας άλλος αισθητήρας ελέγχει την κατάσταση της μπαταρίας. Αν αυτή είναι μειωμένη ενημερώνει την ECU και τότε αυτή ανεβάζει τις στροφές λειτουργίας του κινητήρα προκειμένου το δυναμό να την φορτίσει Διακόπτης εναλλαγής καυσίμου Ο Διακόπτης Εναλλαγής Καυσίμου (Go-Gas Switch) αποτελείται από τρία μέρη: 1)Μπουτόν Εναλλαγής, 2)Λυχνία Βενζίνης, 3)Δείκτης Στάθμης LPG Εικόνα 30 Διακόπτης εναλλαγής καυσίμου LPG Βασικές λειτουργίες διακόπτη εναλλαγής καυσίμου LPG Όταν η λυχνία βενζίνης είναι σταθερά αναμμένη στο κόκκινο ο κινητήρας λειτουργεί με βενζίνη. Όταν η λυχνία βενζίνης αναβοσβήνει, ο κινητήρας εξακολουθεί να λειτουργεί με βενζίνη, εν αναμονή της μετάβασης στο υγραέριο-lpg. Όταν η λυχνία βενζίνης είναι σβηστή και οι λυχνίες του δείκτη στάθμης LPG αναμμένες, ο κινητήρας λειτουργεί με υγραέριο. Όταν ο δείκτης στάθμης LPG έχει αναμμένες όλες τις λυχνίες αυτό σημαίνει ότι η δεξαμενή υγραερίου είναι γεμάτη. Όταν φτάσει να είναι αναμμένη μόνο η κόκκινη λυχνία η δεξαμενή υγραερίου θέλει γέμισμα. Δέδε Σινάν 40

62 H μετάβαση από την βενζίνη στο υγραέριο και αντίστροφα γίνεται ανά πάσα στιγμή με την απλή πίεση του μπουτόν εναλλαγής από τον οδηγό Εκκίνηση Κινητήρα & Αυτόματη Μετάβαση σε LPG: Για την ομαλή λειτουργία του συστήματος και τη σωστή εκκίνηση του κινητήρα είναι απαραίτητο να έχετε μόνιμα στο ρεζερβουάρ λίτρα βενζίνης. Με την εκκίνηση του κινητήρα η μετάβαση από τη βενζίνη στο υγραέριο γίνεται αυτόματα: Συγκεκριμένα ο εγκέφαλος-ecu ελέγχει την κατάσταση του συστήματος και εάν ικανοποιούνται οι συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης εναλλαγής, εκτελεί αυτόματα τη μετάβαση από τη βενζίνη στο υγραέριο-lpg. Εν αναμονή της μετάβασης από τη βενζίνη στο υγραέριο-lpg, η λυχνία βενζίνης αναβοσβήνει (βλέπε Σχήμα 1). Η επιτυχής ολοκλήρωση της μετάβασης στο LPG επισημαίνεται από ένα ηχητικό σήμα του βομβητή και σταθεροποίηση του δείκτη στάθμης υγραερίου (βλέπε Σχήμα 2). Εικόνα 31 Φάση εναλλαγής καυσίμου Διαχείριση Εναλλαγής από Βενζίνη σε LPG και αντίστροφα: Η μετάβαση από Βενζίνη σε LPG και αντιστρόφως επιτυγχάνεται: με την απλή πίεση του μπουτόν εναλλαγής από τον οδηγό. και επισημαίνεται από ένα ηχητικό σήμα του βομβητή και σταθεροποίηση των λυχνιών του επιλεχθέντος καυσίμου. Εικόνα 32 Διαχείριση Εναλλαγής καυσίμου Δέδε Σινάν 41

63 Κατάσταση Συναγερμού (Αποτυχία Εναλλαγής): Σε περίπτωση που οι συνθήκες πίεσης εναλλαγής δεν ικανοποιούνται, σε περίπτωση έλλειψης υγραερίου καθώς και σε περίπτωση αποτυχίας αεριοποίησης το σύστημα μπαίνει σε Κατάσταση Συναγερμού και ο εγκέφαλος επιλέγει αυτόματα τη μετάβαση σε βενζίνη. Η Κατάσταση Συναγερμού επισημαίνεται από την αναλαμπή της λυχνίας βενζίνης και από μια σειρά ηχητικών σημάτων που εκπέμπει ο βομβητής. Για την παύση του συναγερμού απαιτείται η πίεση του μπουτόν εναλλαγής από τον οδηγό. Εάν η εναλλαγή σε LPG εξακολουθεί να παρουσιάζει πρόβλημα επισκεφτείτε το εξουσιοδοτημένο συνεργείο της Go-Gas για έναν τεχνικό έλεγχο του συστήματος. Εικόνα 33 Σφάλμα εναλλαγής καυσίμου Έκτακτη ανάγκη λόγω άδειου ρεζερβουάρ βενζίνης: Σε περίπτωση που δεν υπάρχει καθόλου βενζίνη στο ρεζερβουάρ και μόνο τότε: Κρατήστε πατημένο το μπουτόν εναλλαγής τη στιγμή εκκίνησης του κινητήρα. Στην περίπτωση αυτή δεν εκτελείται ανάλυση της κατάστασης του συστήματος και επιλέγεται η αναγκαστική εναλλαγή από βενζίνη σε υγραέριο. S.O.S: Εάν κατά την εκκίνηση έκτακτης ανάγκης ο κινητήρας είναι κρύος περιμένετε μέχρι να ζεσταθεί. Εικόνα 34 Αναγκαία εναλλαγή καυσίμου Δέδε Σινάν 42

64 5. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΜΙΓΜΑΤΟΣ 5.1 Γενικά Χωρίς πρόσθετα πολύ ευνοϊκές τιμές για αντιεκρηκτική λειτουργία επιτυγχάνεται όταν το προπάνιο και το βουτάνιο αναμιγνύονται σε κατάλληλη αναλογία. Η πιο κατάλληλη αναλογία για το καλοκαίρι είναι 50% προπάνιο και 50% βουτάνιο. Προβλήματα εξάτμισης το χειμώνα αποφεύγονται χρησιμοποιώντας μεγαλύτερη αναλόγια προπανίου. Έτσι μια καλή αναλόγια είναι 70% προπάνιο και 30% βουτάνιο. Από τον τρόπο παρασκευής του υγραερίου υπάρχουν μέσα στο μίγμα και μικρές ποσότητες προπυλενίου C 3 H 6 και βουτυλαινίου C 4 H 8 (ακόρεστη υδρογονάνθρακες). Το ποσοστό αυτό είναι καλό να είναι όσο το δυνατό μικρό, διότι διαφορετικά ο αριθμός των οκτανίων μειώνεται κάτω του επιτρεπομένου ορίου. 5.2 Βάρος και κατανάλωση Ένα λίτρο υγρό υγραέριο ζυγίζει περίπου 520 γραμμάρια σε θερμοκρασία 15 ο C ενώ ένα λίτρο βενζίνης στην ίδια θερμοκρασία ζυγίζει 720 γραμμάρια. Η κατώτατη θερμογόνος δύναμη (δηλαδή πόσες θερμίδες αποδίδονται από την πλήρη καύση ενός χιλιόγραμμου καυσίμου) για το υγραέριο είναι περίπου kcal/kg, ενώ για την βενζίνη είναι περίπου kcal/kg. Θεωρητικά προκύπτει ότι όταν χρησιμοποιούμε υγραέριο η κατανάλωση είναι 35% περισσότερο από ότι όταν χρησιμοποιούμε βενζίνη για να έχουμε το ίδιο έργο. Στη πράξη όμως αυτό είναι μόνο 10% έως 20% περισσότερο (15% κατά μέσο όρο). Αυτό οφείλεται στο ότι το υγραέριο απαιτεί για τη πλήρη καύση του περισσότερο αέρα από τη βενζίνη. Αυτά βέβαια ισχύουν για λειτουργία στη πλήρη ισχύ του κινητήρα, όταν όμως οδηγούμε το όχημα με μειωμένη ισχύ, τότε έχουμε μεγαλύτερες απώλειες ισχύος και στη περίπτωση της βενζίνης και στη περίπτωση του υγραερίου, οπότε δεν ισχύει πλέον το 15% της αυξημένης κατανάλωσης. Ρυθμίζοντας σωστά τον ρυθμιστή πίεσης υγραερίου (πνεύμονα) που περιγράψαμε πιο πάνω, μπορούμε για κάθε τύπο μηχανής ακόμα και καρμπυρατέρ να επιτύχουμε μία ιδανική ποσότητα αέρα για πλήρη καύση για όλες τις συνθήκες οδήγησης. Το προκύπτον μίγμα ονομάζεται ομογενές μίγμα και η καύση είναι πιο αποτελεσματική από ότι με τη βενζίνη, έτσι ώστε τελικά η απόδοση της μηχανής αυξάνει αρκετά. Δέδε Σινάν 43

65 5.3 ποιότητα καύσης (με υγραέριο) Ένα πλεονέκτημα που έχουν τα αέρια καύσιμα ως προς τη βενζίνη είναι ο μεγάλος αριθμός οκτανίων που διαθέτουν και έτσι δεν έχουν ανάγκη από πρόσθεση ειδικών προσθέτων για καλυτέρευση της καύσης. Όλοι οι υδρογονάνθρακες μεμονωμένοι η μικτοί της σειράς της παραφίνης (κεκορεσμένοι υδρογονάνθρακες) υπερβαίνουν πάντοτε τη τιμή των 100 οκτανίων. Η ποιότητα αυτή του καυσίμου επιτρέπει τη χρήση του υγραερίου σε κινητήρες υψηλής συμπίεσης με αποτέλεσμα αυξημένη απόδοση επί ίσου κυβισμού. Στη πρακτική όμως οι ποιότητες του υγραερίου δεν εκμεταλλεύονται τελείως από τις μηχανές των σημερινών οχημάτων που είναι κατασκευασμένες για καύση βενζίνης, δηλαδή μηχανές υψηλής συμπίεσης και με ειδικούς αγωγούς απορρόφησης και κατάθλιψης. Παρόλα αυτά η χρήση του υγραερίου προσφέρει πάρα πολλά πλεονεκτήματα, όπως : Τέλεια καύση χωρίς καπνό, της οποίας δεν παραμένουν επικαλύψεις απανθρακώσεις ή άλλης φύσης στους θαλάμους καύσης. Αποφυγή διάβρωσης που προκαλούν τα πρόσθετα για τη καλυτέρευση των χαρακτηριστικών της βενζίνης. Η χρήση υγραερίου επιτρέπει μία τέλεια και ολοκληρωτική μίξη με τον αέρα, δίχως να ληφθούν ιδιαίτερα μέσα σε όλες τις θερμοκρασίες του περιβάλλοντος, διότι πρόκειται περί μίξη δύο αερίων, αέρα και υγραερίου και όχι ενός αερίου με ενός υγρού, δηλαδή αέρα και βενζίνας, πράγμα που στις χαμηλές θερμοκρασίες παρουσιάζει δυσκολία. Επίσης η χρήση υγραερίου προκαλεί μικρότερη ρύπανση των λιπαντικών ορυκτελαίων, πράγμα που οφείλεται στο ίδιο το καύσιμο (υγραέριο) και στην έλλειψη προσθέτων. Δέδε Σινάν 44

66 6. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΒΕΝΖΙΝΟΜΗΧΑΝΩΝ 6.1 Γενικά Για την επίτευξη μετατροπής ενός βενζινοκινητήρα σε LPG αρχικά πριν από κάθε διαδικασία θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας τις παρακάτω τεχνικές συμβουλές: 1. Κάθε εγκατάσταση θα πρέπει να γίνεται από ειδικευμένο προσωπικό. Πριν αρχίσει η εγκατάσταση συνιστάται να συμβουλευόμαστε τα εγχειρίδια των kit LPG και να ακολουθήσετε τις οδηγίες. 2. Έλεγχος διάγνωσης εγκεφάλου αυτοκινήτου για τυχόν βλάβες που δεν είναι ορατές στο καντράν. 3. Πριν από την τοποθέτηση του κιτ συνιστάται να αποσυνδέσετε το μείον της μπαταρίας. 4. Όλες οι συνδέσεις, πρέπει να συνδεθούν σωστά, και να είναι κατάλληλα μονωμένες. 5. Προσπαθήσετε να αποφύγετε τη θέση εγκεφάλου δίπλα σε υψηλή τάση καλώδια και πηνία ανάφλεξης. 6. Πριν από τη συναρμολόγηση ελέγξτε την κατάσταση των μπουζί, καλώδια ΗΤ, πηνία, και αισθητήρα λάμδα η κακή κατάσταση τους μπορεί να προκαλέσει κάποια προβλήματα στον εγκέφαλο του κιτ. Η διαδικασία αυτή της μετατροπής, η λειτουργία της μηχανής με υγραέριο, οι χειρισμοί του οδηγού και οι διάφορες επεμβάσεις του τεχνικού, αναλύονται στις παρακάτω παραγράφους. 6.2 Τρόπος εγκατάστασης εξαρτημάτων Η εγκατάσταση των εξαρτημάτων αρχικά γίνεται με την στερέωση της δεξαμενής όπου τοποθετείται υποχρεωτικά στο πίσω μέρος του αυτοκινήτου, για τη προφύλαξη της από τις συγκρούσεις, από τα υπέρθερμα μέρη της μηχανής και από τους ηλεκτρικούς σπινθηρισμούς. Συνήθως τοποθετείται στο χώρο της ρεζέρβας όπου μπορεί να είναι εντός ή εκτός του οχήματος ή σε κυλινδρική μορφή πίσω από τα καθίσματα. Σε περίπτωση που εγκατασταθεί κυλινδρική δεξαμενή η στήριξη της γίνεται με μεταλλικούς ιμάντες σε ξεχωριστή βάση και στη συνέχεια στερεοποιείτε στο δάπεδο του αυτοκινήτου. Στο δάπεδο ανοίγονται οπές για την τοποθέτηση πλαστικών σωλήνων Δέδε Σινάν 45

67 διαφυγής υγραερίου μέσω των οποίων διέρχονται ο σωλήνας πλήρωσης, ο σωλήνας παροχής και οι ηλεκτρικές καλωδιώσεις της πολυβαλβίδας. Αν όμως έχουμε τύπου ρεζέρβα και η εγκατάσταση της γίνει εντός του αυτοκινήτου ο τρόπος τοποθέτησης της είναι παρόμοιος με αυτόν της κυλινδρικής δεξαμενής. Επίσης σε περίπτωση που η εγκατάσταση της δεξαμενής γίνει εξωτερικά (σπάνια περίπτωση) του αυτοκινήτου προσέχουμε τα παρακάτω: Κοιτάμε η απόσταση από το έδαφος να είναι πάνω από 20cm Και η απόσταση από την εξάτμιση να είναι πάνω από 10cm Εικόνα 35 Δεξαμενή τύπου ρεζέρβας εντός εκτός Εικόνα 36 Δεξαμενή κυλινδρικού τύπου Το επόμενο στάδιο εγκατάστασης είναι η βαλβίδα πλήρωσης την οποία τοποθετούμε δίπλα στο στόμιο της βενζίνης για λόγους ασφαλείας σε περίπτωση ατυχήματος. Δέδε Σινάν 46

68 Εικόνα 37 Βαλβίδα πλήρωσης Χρησιμοποιούνται μεταλλικοί σωλήνες συνήθως χάλκινοι με επένδυση ή εύκαμπτοι σωλήνες που καλύπτουν τις απαραίτητες προδιαγραφές και αναγράφουν ότι είναι κατάλληλοί για χρήση υγραερίου. Ο σωλήνας πλήρωσης πρέπει να στερεωθεί σταθερά με μεταλλικά ή πλαστικά στηρίγματα σε απόσταση 10cm από την εξάτμιση. Εικόνα 38 Σωλήνας πλήρωσης Στη συνέχεια γίνεται εγκατάσταση σωληνώσεων παροχής υγραερίου εξωτερικά του αυτοκινήτου όπου κάθε 10cm γίνετε στερέωση με σφικτήρες. Πριν τον πνεύμονα δημιουργούμε σπείρες για την απορρόφηση των κραδασμών. Επίσης προσέχουμε τις σωληνώσεις να μην διέρχονται από θερμά σημεία του αμαξώματος. Δέδε Σινάν 47

69 Εικόνα 39 Σωληνώσεις παροχής υγραερίου Η τοποθέτηση του πνεύμονα συνιστάται να γίνετε κάτω από το υψηλότερο επίπεδο του ψυκτικού υγρού. Υπάρχει ένας αισθητήρας θερμοκρασίας που πρόκειται να συνδεθεί με το σώμα του πνεύμονα. Η καλωδίωση σύνδεσης γίνετε χρώμα-χρώμα. Είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσουμε τον αισθητήρα θερμοκρασίας που είναι μέσα στο κιτ. Ο πνεύμονας πρέπει να τοποθετηθεί στο χώρο του κινητήρα σε κάθετη θέση. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να ακολουθούνται οι οδηγίες του κατασκευαστή για τη θέση του ακόμα και για την γωνία τοποθέτησης. Εικόνα 40 Εγκατάσταση πνεύμονα Το επόμενο βασικό στάδιο εγκατάστασης είναι η τοποθέτηση των ακροφυσίων πάνω στην πολλαπλή εισαγωγή από ειδικευμένο προσωπικό με τα εξής παρακάτω βήματα: Δέδε Σινάν 48

70 1. Απολύτως απαραίτητο είναι τα μπεκ του υγραερίου πρέπει να τοποθετούνται στο κοντινότερο δυνατόν σημείο με τα μπεκ της βενζίνης. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγουμε την υπερθέρμανση των βαλβίδων του κινητήρα. 2. Επιλέγουμε τον κατάλληλο τύπο μπεκ του LPG ανάλογα με την ιπποδύναμη και τα κυβικά του αυτοκινήτου. Κυβικά Αυτοκινήτων Διάμετροι των ακροφυσίων LPG >> σε mm below to to to to to to from 3.0 Πίνακας 1 Διάμετροι ακροφυσίων με βάση τα κυβικά 3. Απαγορεύεται οι τρύπες να γίνουν σε τυχαία θέση στην πολλαπλή εισαγωγή. 4. Πρώτα μαρκάρουμε που θα τρυπήσουμε. Για να μειώσουμε το ποσοστό λάθους καλό είναι να μαρκάρουμε όταν όλα τα παρελκόμενα είναι πάνω ώστε να μην μας ενοχλεί κάτι όπως η μπεκιέρα της βενζίνης ή η βάση της πεταλούδας. 5. Υπάρχουν δύο τρόποι για να τρυπήσουμε: ο ένας με την εισαγωγή επάνω στον κινητήρα και ο άλλος με την εισαγωγή λυμένη. 6. Εάν αποφασίσουμε να τρυπήσουμε με την εισαγωγή τοποθετημένη επάνω στον κινητήρα τότε χρησιμοποιούμε γράσο στο τρυπάνι ώστε να μην πέσουν ρινίσματα μέσα στον κινητήρα. 7. Αρχικά ποντάρουμε και μετά τρυπάμε. Για πλαστική εισαγωγή χρησιμοποιούμε τρυπάνι 4,5mm ενώ για μεταλλική εισαγωγή τρυπάνι 5mm. 8. Οι τρύπες των ακροφυσίων θα πρέπει να είναι στην προτεινόμενη από τον κατασκευαστή θέση και γωνία. (είναι πολύ βασικό για την σωστή ανάμειξη καυσίμου-αέρα έτσι ώστε να αποφευχθεί η επαφή του υγραερίου με τα τοιχώματα γιατί θα έχουμε υγροποίηση του καυσίμου με αποτέλεσμα να μην έχουμε καλή καύση.) 9. Για να ανοίξουμε σπείρωμα χρησιμοποιούμε κολαούζο 6mm. Δέδε Σινάν 49

71 10. Στο σπείρουμε του μπεκ βάζουμε λίγη κόλλα (να έχουμε καλή στεγανότητα) σπειρωμάτων και τα σφίγγουμε μέχρι το κωνικό μέρος να ακουμπήσει την εισαγωγή. 11. Βασικός κανόνας οι σωλήνες από τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες έως τα ακροφύσια πρέπει να έχουν το ίδιο μήκος. Το μήκος των σωληνώσεων θα πρέπει να είναι μεταξύ 5cm έως 20cm. Αξίζει να σημειωθεί πως γίνετε εγκατάσταση φίλτρου αερίου υγραερίου ανάμεσα στην έξοδο από τον πνεύμονα και την είσοδο στην μπεκιέρα. Το οποίο φέρει πάνω του βέλος που δείχνει την σωστή φορά τοποθέτησης του. Εικόνα 41 Εγκατάσταση πολλαπλής εισαγωγής Πριν τον εγκέφαλο ECU έχουμε τον αισθητήρα ΜAP ο οποίος δίνει πληροφορίες στον εγκέφαλο για την θερμοκρασία και την πίεση του καυσίμου. Το ακροφύσιο από την πολλαπλή εισαγωγή συνδέεται πρώτα στο ταφ και μετά ένα μέρος πάει στην ένδειξη vacuum του αισθητήρα map και το άλλο μέρος στον reducer. Στην συνέχει το ακροφύσιο του αισθητήρα πίεσης καυσίμου όπου βρίσκεται στην μπεκιέρα των μπεκ συνδέεται με τον αισθητήρα map στην ένδειξη pressure. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας νερού του πνεύμονα υγραερίου βιδώνετε στο σημείο υποδοχής πάνω στον πνεύμονα. Δέδε Σινάν 50

72 Εικόνα 42 Σχέδιο συνδεσμολογίας αισθητήρα MAP Έπειτα προχωράμε με την εγκατάσταση του εγκεφάλου ECU ο οποίος θα πρέπει να είναι μακριά από πηγές υψηλής θερμοκρασίας και ηλεκτροφόρες πηγές (όπως κυλινδροκεφαλή, πολλαπλή εξαγωγή, μπαταρία). Συνιστάται η εγκατάσταση του εγκεφάλου να γίνεται με τα βύσματα προς τα κάτω σε χώρους που προστατεύετε από υψηλή θερμοκρασία και τις πηγές νερού. Εικόνα 43 Τοποθέτηση εγκεφάλου ECU Για την ολοκλήρωση της εγκατάστασης συστήματος LPG τοποθετούμε το διακόπτη εναλλαγής καυσίμου στην καμπίνα του αυτοκινήτου όπου συνδέεται με τον εγκέφαλο του κινητήρα. Η συνδεσμολογία γίνετε βάση των χρωμάτων κάθε καλωδίου (χρώμα- χρώμα). Δέδε Σινάν 51

73 Εικόνα 44 Ολοκληρωμένο σύστημα LPG Δέδε Σινάν 52

74 6.3 Έλεγχος εγκατάστασης & στεγανότητας υγραεριοκίνησης Ο έλεγχος της εγκατάστασης υγραεριοκίνησης εγκατάστασης υγραεριοκίνησης καλύπτει δύο είδη ελέγχον: τον έλεγχο που γίνεται μετά την αρχική εγκατάσταση του συστήματος στο όχημα για να πάρει τη σχετική άδεια για καύση υγραερίου και τον περιοδικό έλεγχο της εγκατάστασης υγραεριοκίνησης, ο οποίος πρέπει να γίνεται τουλάχιστον μία φορά το χρόνο Έλεγχος μετά την αρχική εγκατάσταση Οι έλεγχοι ενός συστήματος LPG καθώς και η αναζήτηση βλαβών αποτελούν ένα σημαντικό προβληματισμό για κάθε τεχνίτη αερίων καυσίμων. Στη συνέχεια δίνονται όλα τα βήματα που πρέπει να γίνουν με μεθοδικότητα, για την αντιμετώπιση διαφόρων προβλημάτων και δυσλειτουργιών. Δεξαμενή υγραερίου: Ελέγχεται η ύπαρξη πινακιδίου, στο οποίο αναφέρεται ο κατασκευαστής της δεξαμενής, ο αριθμός έγκρισης και η χρονολογία κατασκευής. Η δεξαμενή υγραερίου αντικαθιστάτε υποχρεωτικά μετά την πάροδο δεκαετίας από την ημερομηνία κατασκευής της και απαγορεύεται αυστηρά η επαναχρησιμοποίηση της. Επίσης ελέγχεται η στερεά και η ασφαλής σύνδεση της στο σασί του αυτοκινήτου και συγκεκριμένα οι μεταλλικές ταινίες συγκράτησης και τα εξαρτήματα σύνδεσης. Βαλβίδα περιορισμού υπερβολικής ροής: αυτή είναι η βαλβίδα 26 του σχήματος 5 και ελέγχεται με τον ακόλουθο τρόπο. Κλείνεται τη βαλβίδα παροχής υγραερίου. Λειτουργεί ο κινητήρας μέχρι να καταναλωθεί όλο το καύσιμο στις σωληνώσεις. Βεβαιωθείτε ότι το όχημα δεν έχει υπερθερμασμένα σημεία για πιθανή ανάφλεξη του υγραερίου. Αποσυνδέεται το σωλήνα παροχής υγραερίου στο σημείο που συνδέεται με την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου. Ανοίγουμε τη βαλβίδα παροχής γρήγορα. Η βαλβίδα περιορισμού υπερβολικής διαρροής θα πρέπει να λειτουργήσει λίγο πριν ή μόλις ανοίξουμε τελείως τη βαλβίδα παροχής, δηλαδή πρέπει η παροχή του υγραερίου να σταματήσει τελείως και απότομα. Η πιο πάνω δοκιμή πρέπει να διενεργείται στην ύπαιθρο, και αν η βαλβίδα δεν διακόψει τη παροχή, αντικαθίσταται από καινούργια, η οποία ξαναδοκιμάζεται. Δέδε Σινάν 53

75 Σωλήνας υγραερίου υψηλής πίεσης: Το τμήμα που ελέγχεται είναι από την έξοδο της δεξαμενής υγραερίου μέχρι την είσοδο του πνεύμονα, δηλαδή περιλαμβάνει το ακέραιο τμήμα χάλκινου σωλήνα από τη δεξαμενή μέχρι την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υγραερίου, τυχόν φίλτρο υγραερίου που τοποθετείται σε σειρά και το χάλκινο σωλήνα μέχρι την είσοδο του πνεύμονα. Με κατάλληλο εξοπλισμό, πρεσάρουμε ένα άφλεκτο αέριο (αδρανές) σε πίεση 40 bar και ελέγχουμε με ανιχνευτή αερίου τόσο τα ρακόρ στις συνδέσεις με την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα και το φίλτρο, όσο και ολόκληρο το τμήμα των σωλήνων, της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, του φίλτρου και οποιουδήποτε άλλου εξαρτήματος που τυχόν παρεμβάλλεται. Εάν διαπιστωθούν διαρροές τότε θα πρέπει να αντικατασταθεί ολόκληρο το εξάρτημα ή το ακέραιο τμήμα χαλκοσωλήνα και να ξανά γίνει έλεγχος. Επίσης θα πρέπει να ελεγχθούν όλα τα εξαρτήματα που βρίσκονται στο τμήμα υψηλής πίεσης να είναι εγκεκριμένα από το υπουργείο βιομηχανίας (όνομα κατασκευαστικής εταιρίας, αριθμός έγκρισης). Τέλος ελέγχεται η διαδρομή του σωλήνα να είναι τελείως εκτός του χώρου των επιβατών, να μην έρχεται σε επαφή με θερμά τμήματα του οχήματος (εξάτμιση) και να στηρίζεται σταθερά με κατάλληλα στηρίγματα τουλάχιστον ανά 10 cm. Έλεγχος πνεύμονα: ο πνεύμονας ελέγχεται σε πίεση με άφλεκτο αέριο, αφού απομονώσουμε τον θάλαμο (C) (εικ.25) στο κοχλία 11 της βαλβίδας 8. Έτσι απομονώνουμε το τμήμα της χαμηλής πίεσης και εξασκούμε στην είσοδο του πνεύμονα πίεση 30 bar. Κατά τη δοκιμή αυτή δεν πρέπει να παρατηρηθεί διαρροή του αερίου ή παραμόρφωση των υλικών, με τα οποία είναι κατασκευασμένος ο πνεύμονας. Ελέγχουμε επίσης τον κατασκευαστή και τον αριθμό έγκρισης του πνεύμονα, στοιχεία τα οποία πρέπει να υπάρχουν στο σώμα του πνεύμονα. Τέλος ελέγχουμε τον σωλήνα χαμηλής πίεσης του υγραερίου προς την πολλαπλή εισαγωγή, αν είναι καλά οι συνδέσεις με τον πνεύμονα και τον αναμεικτήρα, αν έχει αρκετό μήκος, ώστε οι συνδέσεις του να μην επηρεάζονται από τις δονήσεις του κινητήρα και αν έχει το προστατευτικό μεταλλικό περίβλημα σε όλο του το μήκος Έλεγχος στεγανότητας συστήματος υγραερίου Ο έλεγχος της στεγανότητας του συστήματος είναι απλός και γίνεται με την βοήθεια ειδικών οργάνων (ανιχνευτή αερίου), ο έλεγχος μπορεί επίσης να γίνει με σπρέι ή με σαπουνόνερο, κατά την λειτουργία της μηχανής με υγραέριο. Τότε ψεκάζονται ή ελέγχονται τα ύποπτα μέρη του συστήματος και ιδιαίτερα οι συνδέσεις των μερών του με τους σωλήνες. Αν σε κάποιο σημείο υπάρχει διαρροή τότε πρέπει να επισκευαστή Δέδε Σινάν 54

76 αμέσως. Σε περίπτωση που δεν υπάρχει δυνατότητα άμεσης επισκευής, το σύστημα υγραερίου διακόπτεται από την στρόφιγγα της δεξαμενής και χρησιμοποιείται το σύστημα βενζίνης για την κίνηση του αυτοκινήτου. Έλεγχος στεγανότητας χώρου δεξαμενής υγραερίου: Αν η δεξαμενή έχει ερμητικό δοχείο εγκιβωτισμού της βαλβίδας πλήρωσης και παροχής, ελέγχονται αν υπάρχουν οι ελαστικοί στεγανοποιητικοί δακτύλιοι στη βάση και στο κάλλυμα και αν είναι σε καλή κατάσταση ελέγχεται η καλή λειτουργιά του κλείστρου του δοχείου, όπως και η σταθερή και στεγανή σύνδεση τους, τόσο.με το δοχείο, όσο και με τις φλάντζες των φτερών. Επίσης ελέγχεται η διαφάνεια του καλύμματος του δοχείου εγκιβωτισμού για καλή ορατότητα του δείκτη στάθμης του υγραερίου. Αν η δεξαμενή δεν διαθέτει ερμητικό δοχείο εγκιβωτισμού, ελέγχεται ο χώρος της δεξαμενής αν χωρίζεται με στεγανό διάφραγμα με το χώρο των επιβατών, συγκολλημένο επί του αμαξώματος σε όλη την εσωτερική περίμετρο, χωρίς διέλευση σωλήνων και ύπαρξη οπών. Επίσης ελέγχεται ο χώρος της δεξαμενής για την ύπαρξη τουλάχιστον δύο οπών τεσσάρων τετραγωνικών εκατοστών, οπές που να είναι σε τέτοια θέση, ώστε να μην καλύπτονται από τυχόν αποσκευές. Τέλος ελέγχεται η ύπαρξη στο χώρο της δεξαμενής ηλεκτρικών συσκευών, διακοπτών και γενικά εξαρτημάτων, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν σπινθήρα. Σε περίπτωση ύπαρξης τέτοιων εξαρτημάτων, πρέπει να είναι αντιεκρηκτικού τύπου. Έλεγχος διακόπτη: Ελέγχεται η ύπαρξη και καλή λειτουργία του διακόπτη εναλλαγής καυσίμου στο ταμπλό του αυτοκινήτου, δηλαδή η μη ενεργοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων με κλειστό διακόπτη του αυτοκινήτου (κλειδί) όταν περιστρέφουμε το διακόπτη του καυσίμου, καθώς και η σωστή σειρά ενεργοποίησης των ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων από το διακόπτη καυσίμου με ανοικτό το διακόπτη του αυτοκινήτου. Δέδε Σινάν 55

77 ΠΡΟΣΟΧΗ: Εικόνα 45 Πίνακας βασικού ελέγχου LPG Μέτρα ασφαλείας κατά τον έλεγχο: Γενικά όλα τα μέτρα ασφάλειας που λαμβάνονται κατά τη λειτουργία του συνεργείου θα πρέπει να τηρούνται και στις διαδικασίες τοποθέτησης και εγκατάστασης συστημάτων αεριών καυσίμων. Κατά την αρχική τοποθέτηση δεν υπάρχει αέριο στο Δέδε Σινάν 56

78 σύστημα τροφοδοσίας. Ιδιαίτερη προσοχή όμως θα πρέπει να λαμβάνεται όταν όχημα με αέριο καύσιμο-lpg έρχεται στο συνεργείο για επισκευή και συντήρηση. Το LPG είναι ένα εύφλεκτο αέριο που χρησιμοποιείται ως καύσιμο ή προωθητικό και κανονικά αποθηκεύεται υπό πίεση σε υγρή μορφή. Το LPG είναι φυσικά άχρωμο, άοσμο και άγευστο. Για λόγους ασφαλείας, το LPG περιέχει μια χημική ένωση που παράγει οσμή και ονομάζεται αιθυλική μερκαπτάνη (ethyl mercaptan). Ακόμη και μικρές συγκεντρώσεις αερίου τόσο όσο και 0,5% μπορούν εύκολα να ανιχνευθούν. Ασφυξία μπορεί να συμβεί σε περιορισμένες ή κλειστές περιοχές χωρίς επαρκή αερισμό εάν το LPG εκτοπίσει το 21% οξυγόνου που περιέχει ο αέρας. Η πυκνότητα του υγρού προπανίου είναι 0,504 στους C. Αυτό σημαίνει ότι το υγρό προπάνιο είναι λίγο περισσότερο από το μισό βάρος του νερού στην ίδια θερμοκρασία, έτσι επιπλέει ως υγρό στην επιφάνεια του νερού. Ο ατμός προπανίου έχει πυκνότητα ατμού 1,52 στους C. Αυτό σημαίνει ότι ο ατμός προπανίου είναι περίπου 1,5 φορές βαρύτερος από τον αέρα (1.00) και συγκεντρώνεται στα κατώτερα σημεία ενός κλειστού χώρου. Όταν εργάζεστε πάνω ή κοντά σε ένα σύστημα αποθήκευσης καυσίμου LPG, να έχετε ως προτεραιότητα την ασφάλεια. Ακολουθήστε όλες τις συστάσεις και διαδικασίες ασφαλείας. Προτού γίνει μια οποιαδήποτε επισκευή στο σύστημα υγραερίου, που απαιτεί το λύσιμο των διαφόρων μερών, πρέπει να γίνουν απαραιτήτως τα εξής: Εξειδικευμένο προσωπικό με την κατάλληλη εκπαίδευση ή πιστοποιήσεις πρέπει να συντηρεί το σύστημα αποθήκευσης καυσίμου LPG και τα εξαρτήματα του συστήματος. Το σύστημα αποθήκευσης καυσίμου LPG διαθέτει εξαρτήματα υπό πίεση και ο χειρισμός τους πρέπει να γίνεται με ιδιαίτερη προσοχή. Να κλειστεί καλά η παροχή υγραερίου από τη στρόφιγγα της δεξαμενής. Να καεί όλο το υγραέριο που υπάρχει σε όλα τα εκτός δεξαμενή μέρη του συστήματος και μετά να λειτουργήσει για λίγο με βενζίνη η μηχανή. Να αφαιρεθεί η μπαταρία και να τοποθετηθεί έξω από το χώρο επισκευών. Να γίνει έλεγχος για την ύπαρξη και καλή κατάσταση των πυροσβεστήρων, που πρέπει να βρίσκονται στο χώρο επισκευών. Να κλειστεί η στρόφιγγα παροχής της δεξαμενής αμέσως σε περίπτωση πυρκαγιάς κατά τη λειτουργία της μηχανής και να χρησιμοποιηθεί ο πυροσβεστήρας. Δέδε Σινάν 57

79 6.4 Γέμισμα της δεξαμενής με υγραέριο Το άδειασμα της δεξαμενής υγραερίου γίνεται αντιληπτό από τις διακοπές τροφοδοσίας που κάνει η μηχανή κατά τη λειτουργία της. Οι πρώτες προειδοποιητικές διακοπές δείχνουν στον οδηγό ότι η ποσότητα υγραερίου φτάνει ακόμα για μια διαδρομή μερικών χιλιομέτρων όπου στη συνέχεια αυτόματα το σύστημα αλλάζει σε βενζίνη. Έτσι ο οδηγός αν θέλει να συνεχίσει με υγραέριο θα πρέπει να κατευθυνθεί στο πλησιέστερο πρατήριο υγραερίου. Στο πρατήριο θα πρέπει να τηρηθούν μερικά μέτρα ασφαλείας, σβήνει τη μηχανή, δεν καπνίζει και ανοίγει το άνοιγμα πλήρωσης της δεξαμενής. Την υπόλοιπή διαδικασία γεμίσματος της δεξαμενής την αναλαμβάνει ο ειδικευμένος υπάλληλος του πρατηρίου. Ο υπάλληλος του πρατήριου με προστατευτικά γάντια στα, γιατί η θερμοκρασία του υγραερίου στην υγρή του κατάσταση μπορεί να φτάσει μέχρι και τους -42 ο C, αφαιρεί το κάλλυμα του σωλήνα πληρώσεως και προσαρμόζει στεγανά το πιστόλι της αντλίας. Μετά, αφού ανοίξει με ένα κλειδί τη βαλβίδα ελέγχου στάθμης, πιέζει τη σκανδάλη της αντλίας και γεμίζει τη δεξαμενή με υγραέριο. Η αντλία μετράει κανονικά σε λύτρα όπως και η αντίστοιχη της βενζίνης. Όταν ο δείκτης στάθμης δείξει FULL αυτό σημαίνει ότι η δεξαμενή έχει γεμίσει το 80% της χωρητικότητας της για λόγους ασφαλείας. Ο υπάλληλος πλέον διακόπτη το γέμισμα, αφαιρεί το πιστόλι της αντλίας και τοποθετεί το πώμα στο στόμιο του σωλήνα πληρώσεως. Αν από λάθος ή βλάβη συνεχιστεί το γέμισμα της δεξαμενής πέρα από το 80% της χωρητικότητας της, ανοίγει η βαλβίδα ασφαλείας και το υγραέριο διαφεύγει στο περιβάλλον. 6.5 Ρύθμιση του συστήματος υγραερίου (καλυμπράρισμα) Τα συστήματα υγραεριοκίνησης αποτελούν ένα πρόσθετο σύστημα ψεκασμού, το οποίο στην καλύτερη περίπτωση είναι όμοιο με το σύστημα ψεκασμού της βενζίνης. Στα συστήματα ψεκασμού αερίου LPG δίνεται η δυνατότητα να τα προσαρμόζετε, έτσι ώστε να παραλληλίζουν την λειτουργία τους με το εργοστασιακό σύστημα ψεκασμού της βενζίνης. Τα βασικά εξαρτήματα ενός συστήματος τα οποία είναι η ηλεκτρική αντλία καυσίμου και οι εγχυτήρες (μπεκ) έχουν ιδιαίτερα χαρακτηριστική λειτουργία. Για να γίνει το καλυμπράρισμα χρειαζόμαστε ειδικό πρόγραμμα το οποίο αναλύεται παρακάτω βήμα- βήμα. Δέδε Σινάν 58

80 6.5.1 Καλυμπράρισμα Εικόνα 46 Πρόγραμμα καλυμπραρίσματος Στην οθόνη του υπολογιστή υπάρχουν τα πλήκτρα ως εξής: Configuration: Διαμόρφωση-βασικές, ρυθμίσεις του εγκεφάλου ECU Display: Προβολή-οπτικοποίηση ορισμένων βασικών παραμέτρων Autosetup: Αυτόματη βαθμονόμηση του κινητήρα στις στροφές Create Map: Δημιουργία χάρτη- βαθμονόμηση κατά την οδήγηση Corrections: Διορθώσεις- εγχειρίδιο τροποποίηση LPG Lever sensor: αισθητήρας επιπέδου στάθμης καυσίμου Error Codes: κωδικοί σφάλματος Service Tools: Εργαλεία υπηρεσία- η δυνατότητα για το σβήσιμο ενός- ενός κυλίνδρου τροφοδοσίας καυσίμου (χρήσιμο στην περίπτωση των 6-8 Κινητήρες) Device: πληροφορίες- έκδοση του ECU το όνομα του εργοστασίου, το μέγεθος των ακροφυσίων βαθμονόμησης Default Settings: προεπιλεγμένες ρυθμίσεις Παρακαλώ σημειώστε: εάν πατήσουμε το Default Settings ο εγκέφαλος θα επανέλθει στις εργοστασιακές ρυθμίσεις. Εργοστασιακές ρυθμίσεις είναι οι τιμές που εμφανίζονται στην οθόνη παραπάνω. Επιπλέον, από αυτήν την κίνηση θα προκύψουν διορθώσεις Corrections. Το σύστημα επανέρχεται στη λειτουργία βενζίνης (έναρξη όλη την ώρα με βενζίνη με δυνατότητα να στραφούν σε LPG αυτόματα). Για να αλλάξετε Δέδε Σινάν 59

81 πατήστε AUTO. Οι ρυθμίσεις του υγραερίου επιπέδου δείκτης θα πρέπει να παραμείνουν ίδιες. Παρακαλώ σημειώστε: οποιαδήποτε αλλαγή σε κάποιο από τα εξαρτήματα ECU (εκτός από αισθητήρα στάθμης υγραερίου- γράψτε για τη συσκευή), η παραμέτρους είναι αποθηκευμένη στη μνήμη αυτόματα. Επίσης, κατά την δημιουργία χάρτη είναι τυχόν διορθώσεις που υπολογίζετε κατά τον χρόνο της σημεία που αναφέρονται. Στο Files υπάρχει μια ένδειξη Read Files ή Save Files (χρήσιμο αν είστε έτοιμος να μετατρέψετε το ίδιο τύπο αυτοκινήτου με τον ίδιο κινητήρα. Στο Documentation στην οθόνη παραπάνω θα βρείτε της απαραίτητες οδηγίες για να τον ΕCU (εγχειρίδια, σχέδια, διαγράμματα, κ.ά.) Διαμόρφωση Το πρώτο βήμα μετά την συναρμολόγηση είναι να καθορίσετε τις βασικές παραμέτρους του εγκεφάλου, που βρίσκονται στο Configuration με τα στοιχεία που έχουν ως εξής: Fuel Type:- επιλέξτε τον τύπο καυσίμου LPG Switching RPM: Κατά την εκκίνηση του κινητήρα αρχικά δουλεύει με βενζίνη ανεβάζουμε της στροφές του κινητήρα πάνω από τις 1200 στροφές γυρίζει αυτόματα στο υγραέριο. Το φάσμα των ρυθμίσεων είναι μεταξύ RPM. Συνιστώμενο επίπεδο είναι μεταξύ RPM. RPM Signal: Μπορείτε να επιλέξετε από αυτήν την παράμετρο τον τύπο του πολλαπλασιαστή του οχήματος (είναι απαραίτητο να συμφωνούν οι στροφές με το στροφόμετρο του οχήματος) Switching temperature: Επιλέγουμε την επιθυμητή θερμοκρασία που θέλουμε να ξεκινήσει η λειτουργία του υγραερίου. Συνιστάτε η ρύθμιση στα ψυχρά κλίματα να γίνει άνω των 35 ο C και στα θερμά κλίματα από 25 έως 30 ο C. LPG switch delay: Σε χώρες με θερμό κλίμα συνιστώμενη τιμή είναι της τάξης του 5-10 sec. Σε ψυχρές χώρες συνιστώμενη τιμή είναι μεταξύ sec. Switch over cylinders (sec): Με αυτή την επιλογή υπάρχει η δυνατότητα να δημιουργηθεί διαδοχική εναλλαγή των κυλίνδρων ένας ένας ανά 0,5 sec. Που σημαίνει ότι ο εγκέφαλος θα μεταβεί σε κάθε κύλινδρο του κινητήρα Δέδε Σινάν 60

82 ξεχωριστά από βενζίνη στο υγραέριο: switching to gasoline when pressure below (kpa). Αναφέρεται στη πίεση όταν είναι αδύνατο να οδηγεί με υγραέριο και προκαλεί την επιστροφή στη <<λειτουργία Βενζίνη>>. Αν η πίεση πέφτει κάτω από το όριο τoν 60 [kpa] ο κινητήρας στρέφεται σε βενζίνη αυτόματα. Αυτή η παράμετρος έχει οριστεί κατά την διάρκεια της αυτόματης βαθμονόμησης σε ποσοστό 60% της πίεσης του μειωτήρα. Εάν χρειαστεί, χαμηλότερη πίεση μπορεί να εφαρμοστεί. Δεν συνιστάται να χρησιμοποιήσετε αυτή την παράμετρο κάτω από 20 kpa. Εικόνα 47 Αρχικές ρυθμίσεις βασικών παραμέτρων LPG Injector type. Σε αυτό το στάδιο θα είναι σωστό να επιλέξετε ένα τύπο της έγχυσης που χρησιμοποιείτε. LPG Injectors warming: Η μετάβαση σε αυτή την επιλογή προκαλεί την προκαταρκτική προετοιμασία των μπεκ του υγραερίου (πριν από τη μετάβαση στο υγραέριο). Συνιστάται να τσεκάρετε αυτή την επιλογή στις ψυχρές χώρες. Αυτό επιτρέπει την ομαλότερη μετάβαση από βενζίνη στο υγραέριο ιδίως σε χαμηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος. Κατά την δημιουργία π.χ. για 30 sec ο κινητήρας θα τροφοδοτείται με βενζίνη, ακόμη και αν οι στροφές και η θερμοκρασία του μειωτήρα είναι εγκατεστημένες πάνω στο λογισμικό πριν η ένδειξη LPG εργαστεί για 30 sec Injector Warming up time: υπάρχει η δυνατότητα για τη δημιουργία διαφορετικών χρόνων για την προθέρμανση. Εικόνα 48 LPG Injector type Δέδε Σινάν 61

83 Pressure sensor type: Η επιλογή ECU παρέχεται με δύο διαφορετικούς αισθητήρες- χάρτη. Όταν είναι Απόλυτη είναι σημαντικό να επιλέξετε XFP 01 (απόλυτη). Όταν τοποθετήσετε την ένδειξη λάθος τύπου αισθητήρα δεν θα λειτουργήσει το όλο σύστημα του υγραερίου. Reducer temp. Sensor: Εδώ υπάρχει η δυνατότητα επιλογής του αισθητήρα θερμοκρασίας. Gas temp. Sensor: Εδώ υπάρχει η δυνατότητα επιλογής του αισθητήρα θερμοκρασίας υγραερίου Lambda type: Είναι χρήσιμο μόνο για την απεικόνιση και δεν έχει καμία επίδραση στον κινητήρα εργασίας (εάν συνδέσετε το καλώδιο μωβ με καλώδιο του αισθητήρα λάμδα μπορείτε να παρατηρήσετε το υγραέριο μείγμα στην οθόνη στο Display και Auto Setup. Buzzer signaling: Υπάρχει η δυνατότητα να επιλέξετε το normal mode ή Extended mode. Στο Normal mode θα λειτουργήσει μόνο όταν το υγραέριο αδειάσει στην δεξαμενή και ο κινητήρας γυρίζει πίσω στην λειτουργία βενζίνης (αυτόματη έλλειψη GAS). Το Extended mode σημαίνει ότι κάθε εναλλαγή μεταξύ βενζίνης και υγραερίου θα σηματοδοτηθεί με ένα χαρακτηριστικό ήχο στην καμπίνα του οδηγού. Εικόνα 49 Επιλογή αισθητήρα-χάρτη και άλλων παραμέτρων Ρυθμίσεις για προχωρημένους Pressure [kpa]: Είναι η πίεση που δίνετε από τον εγκέφαλο με ελάχιστο φορτίο στις χαμηλές στροφές. Αυτή η παράμετρος ορίζετε αυτόματα από το λογισμικό κατά τη διάρκεια της αυτόματης βαθμονόμησης. Αυτή η παράμετρος δείχνει την αξία της πίεσης του Reducer ότι ελήφθη υπό εξέταση. Minimal LPG time: Η παράμετρος αυτή δίνει τη δυνατότητα να δημιουργήσει τον ελάχιστο χρόνο ψεκασμού υγραερίου. Όταν αυτή η τιμή που έχει συσταθεί Δέδε Σινάν 62

84 στο επίπεδο του 3 sec χρόνου ψεκασμού υγραερίου δεν θα είναι ποτέ λιγότερο από 3 ms. Ignore gasoline time less than 1.5 ms: Αυτή η επιλογή θα πρέπει να σημειώνεται σε ορισμένα από τα πιο προηγμένα αυτοκίνητα με επιπλέον μπεκ ψεκασμού. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα να δημιουργήσει διαφορετικές τιμές για επιπλέον ψεκασμό αγνοώντας τον χρόνο. Gasoline injectors activated by +12v signal: Επιλογή που πρέπει να χρησιμοποιηθεί για μερικά αυτοκίνητα στις ΗΠΑ όταν οι εγχυτήρες ενεργοποιούνται από +12V. Enabe petrol injectors full opening mode: Επιλογή που πρέπει να χρησιμοποιείτε σε αυτοκίνητα με λειτουργία πλήρους ανοίγματος. Εικόνα 50 Advanced settings MAX RPM: Η επιλογή που πρέπει να χρησιμοποιείτε για τον περιορισμό της παροχής υγραερίου πάνω από το αναγραφόμενο επίπεδο RPM. Min. GAS RPM: Η επιλογή που πρέπει να χρησιμοποιείτε προκειμένου να διακοπή η προμήθεια υγραερίου κάτω από το αναγραφόμενο επίπεδο RPM. Εικόνα 51 Enable Cut-off exit through petro : Διακόπτης που ενεργοποιεί το σύστημα, δύο επιπλέον παράμετροι που πρέπει να χρησιμοποιείτε στη περίπτωση αυτή: Cut-off pressure και Return to gas. Εικόνα 52 Δέδε Σινάν 63

85 6.5.5 DISPLAY Εικόνα 53 Πρώτη επισκόπηση του συστήματος Πρώτη επισκόπηση: Επιλέξτε στην οθόνη το Display για τις παραμέτρους του κινητήρα, που καταγράφονται από τον εγκέφαλο. Οι παράμετροι που μπορείτε να παρατηρήσετε είναι οι εξής: Θερμοκρασία LPG Στροφές κινητήρα RPM Πίεση υγραερίου kpa Χρόνος ψεκασμού για όλα τα μπεκ (Βενζίνη κόκκινες ρίγες, υγραέριο μπλε ρίγες) Το βιολετή καλώδιο συνδέεται με τον αισθητήρα Lambda, υπάρχει και δυνατότητα παρακολούθησης του μείγματος (φτωχό/πλούσιο) 0,5V Στο κάτω μέρος της οθόνης μπορείτε να παρατηρήσετε κάποιες περισσότερες παραμέτρους. Τ. Gasoline και T LPG [ms] RPM και Pressure [kpa] Lambda [V] Heater temp.[ o C ] Δέδε Σινάν 64

86 Στη αριστερή πλευρά στο κάτω μέρος της οθόνης μπορείτε να δείτε την κόκκινη ένδειξη Gasoline. Αυτό σημαίνει ότι ο κινητήρας λειτουργεί με βενζίνη. Μπορείτε να αλλάξετε με τον υπολογιστή τον κινητήρα, πατώντας το πλήκτρο LPG Υπάρχει μια επιλογή σε αυτόματη εναλλαγή μεταξύ βενζίνης και υγραερίου AUTO αφού εκπληρώσει ορισμένες προϋποθέσεις (θερμοκρασία RPM). Πριν από το κλείσιμο του λογισμικού, συνιστάται να πατήσετε AUTO. Μετά το πάτημα AUTO ο κινητήρας θα ξεκινά στην αυτόματη λειτουργία. Εάν πατήσετε το κουμπί Gasoline αυτό σημαίνει ότι ο κινητήρας θα ξεκινά με βενζίνη. Και όχι στην αυτόματη λειτουργία. Στη πράξη ο οδηγός θα πρέπει να πατήσει το διακόπτη G για να ξεκινήσει την οδήγηση με υγραέριο AUTOSETUP Εικόνα 54 Αυτόματες ρυθμίσεις Πριν κάνετε κλικ στο Autocalibration συνιστάται να λειτουργήσετε τον κινητήρα δύο έως τρείς φορές προκειμένου να σταθεροποιηθούν οι στροφές. Εάν υπάρχει διαφορά στροφών στην ανάλλαγη ανεβάστε τον χρόνο ψεκασμού χειροκίνητα. Κάντε κλικ στο κουμπί GAS. Δέδε Σινάν 65

87 Πριν κάνετε κλικ στο LPG το κουμπί Gasoline λάμπει κόκκινο χρώμα και ο κινητήρας λειτουργεί με βενζίνη. Μετά το πάτημα LPG κουμπί της μηχανής αρχίζει να εργάζεται για το υγραέριο. Πριν ξεκινήσετε την αυτόνομη βαθμονόμηση η πίεση πρέπει να είναι 100 kpa. Τώρα μπορείτε να εκτελέσετε το Auto-Setup. Μετά την έναρξη του Auto-Setup θα υπάρχει εναλλαγή βενζίνης υγραερίου για την προσαρμογή των μπεκ βήμα-βήμα. Εικόνα 55 Συνιστάται να πραγματοποιήσει αυτόματο Auto-Setup σε χαμηλές στροφές. Όταν το αυτοκίνητο σβήνει κατά την εκτέλεση της βαθμονόμησης, η χειροκίνητη βαθμονόμηση μπορεί να γίνει για να σταθεροποιήσουμε τις στροφές. Η πρώτη στροφή προς το υγραέριο πρέπει να γίνετε με μεγαλύτερες και σταθερές στροφές περίπου rpm/min. Μετά την αλλαγή θα πρέπει να ελέγχεται κατά πόσο ο μειωτής έχει την συνιστώμενη πίεση που είναι από 90 kpa έως 120 kpa. Ενώ αρχίζουμε το Autocalibration η ένδειξη θα πρέπει να βρίσκεται στο επίπεδο 1000ms (εργοστασιακές ρυθμίσεις). Εάν αλλάξετε την τιμή ο κινητήρας θα σβήσει διότι χρειάζεται πολύ μεγάλη διόρθωση. Εικόνα 56 Autocalibration Στο παρακάτω εικονίδιο μπορείτε να βάλλεται τα εξής στοιχεία: Setup Date, Mounting service name, LPG injector s size mm, Engine capacity cm 3, Χρειάζεται κωδικό πρόσβασης και το πάνελ ανοίγει μόνο στην πρώτη εκκίνηση της βαθμονόμησης. Δέδε Σινάν 66

88 Εικόνα 57 Εισαγωγή δεδομένων Μετά την ανακοίνωση Set stable RPM όπως εμφανίζεται, κάντε κλικ στο κουμπί OK και η βαθμονόμηση θα ξεκινήσει αυτόματα. Εικόνα 58 Set stable RPM Γενικά η τιμή του Main correction χρόνου ψεκασμού πρέπει να είναι μεταξύ 0,5-2,5 ms. Κύρια διόρθωση σημαίνει πως τα μπεκ του υγραερίου παραμένουν ανοιχτά για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα σε σύγκριση με τα μπεκ της βενζίνης. Βασικά το υγραέριο είναι ένα καύσιμο διαφορετικό από την βενζίνη και ως εκ τούτου ο χρόνος ψεκασμού τον μπεκ του υγραερίου (ms) θα πρέπει γενικά να είναι υψηλότερα. Δέδε Σινάν 67

89 Εικόνα 59 Ρύθμιση χρόνου ψεκασμού Εάν καταλάβει το πρόγραμμα ότι το μέγεθος των ακροφυσίων του υγραερίου είναι πάρα πολύ μεγάλο ή είναι πάρα πολύ μικρό (υπολογίζετε αυτόματα όπως αναφέραμε παραπάνω). Στην συνέχει, κατά την διάρκεια της βαθμονόμησης εμφανίζεται μία ανακοίνωση για την αναγκαιότητα της μείωσης του μεγέθους του ακροφυσίου ή να μειώσουμε το υγραέριο από πίεση μειωτήρα. Ένα όλα είναι σωστά το σύστημα δεν εμφανίζει κωδικούς σφαλμάτων (π.χ. Τα μεγέθη των ακροφυσίων LPG είναι σωστά, η πίεση είναι σωστή και οι κύριες διορθώσεις είναι μεταξύ 0,5-2,5ms.) Προσοχή: Η αυτοβαθμονόμηση δεν εγγυάται την ορθή λειτουργία του κινητήρα που τροφοδοτείται με υγραέριο σε όλο το φάσμα της φόρτωσης του κινητήρα. Συνιστάται να πάτε στη Δημιουργία χάρτη και να κάνετε βαθμονόμηση κατά την οδήγηση, ιδιαίτερα σε κινητήρες EURO 4. Δέδε Σινάν 68

90 6.5.7 Διαδικασία καλυμπραρίσματος κατά την οδήγηση (Create Map) Εικόνα 60 Δημιουργία χάρτη 1. Επιλέγουμε το διακόπτη Gasoline (βενζίνη) Εικόνα 61 Επιλογή καυσίμου Σημείωση: Γυρίστε τα φώτα, κλιματισμός κ.λπ. στην θέση on 2. Πατήστε START Εικόνα 62 Εκκίνηση προγράμματος Δέδε Σινάν 69

91 Μετά από αυτό θα πρέπει να οδηγήσουμε το όχημα με βενζίνη. Συνιστάται να οδηγήσουμε για περίπου 5-10 λεπτά, έως να επιλέξουμε σε όλο το φάσμα τις οθόνης από 10 έως 100 kpa (για κινητήρες turbo έως 150 kpa.) Στην οθόνη θα πρέπει να υπάρχουν οι κόκκινες κουκίδες χωρίς κενά μεταξύ τους. Το ίδιο θα κάνουμε και με το υγραέριο. Εικόνα 63 Πίνακας χρόνου ψεκασμού - πίεσης στην πολλαπλή Ο κάθετος άξονας (0-9) δείχνει διαφορετικές τιμές του χρόνου ψεκασμού των μπεκ και ο οριζόντιος άξονας δείχνει διαφορετικές τιμές της πίεσης ή υποπίεση στην πολλαπλή εισαγωγή. Η υποπίεση κάτω των 40 kpa σημαίνει χαμηλό φορτίο του κινητήρα, η πάνω των 90 kpa σημαίνει πλήρες φορτίο. Τα κόκκινα σημεία είναι για την βενζίνη, ενώ τα μπλε είναι για το υγραέριο. Προσοχή: ΔΕΝ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΚΕΝΑ ΟΠΩΣ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΑΤΩ ΕΙΚΟΝΑ ΕΙΝΑΙ ΛΑΘΟΣ Βεβαιωθείτε ότι έχετε κάθε μια κόκκινη κουκίδα σε όλο το φάσμα της εικόνας Εικόνα 64 Εσφαλμένη ρύθμιση Δέδε Σινάν 70

92 Ξεκινήστε το ίδιο τεστ δοκιμής με υγραέριο. Πιέστε το κουμπί LPG και κάνετε παρόμοια τεστ δοκιμής υγραερίου. Θα πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τους κανόνες που περιγράφονται παραπάνω. Εικόνα 65 ΣΩΣΤΗ Εικόνα 66 ΛΑΘΟΣ Τελειώνουμε το τεστ και πατάμε το STOP όπως βλέπουμε στο εικονίδιο Εικόνα 67 Αποθηκεύουμε τις ρυθμίσεις πατώντας calculate correction. Εικόνα 68 Ο εγκέφαλος υπολογίζει αυτόματα τις διορθώσεις. Στην περίπτωση αυτή, οι διορθώσεις έχουν ως εξής. Δέδε Σινάν 71

93 Εικόνα 69 Αυτόματος υπολογισμός ανοίγματος μπεκ Στο παραπάνω γράφημα δείχνει ο εγκέφαλος τον αυτόματο υπολογισμό του ανοίγματος των μπεκ (πόσα ms θα ανοίξει σε σύγκριση με το μπεκ βενζίνης. Υπάρχει η δυνατότητα να τροποποιήσετε τον χρόνο ψεκασμού για κάθε ξεχωριστή φορά ms. Π.χ. για την ώρα ψεκασμού από 1 [ms] οι διορθώσεις αυξήθηκαν από (0% σε 5%) για την ώρα ψεκασμού των 6 [ms] υπολογίζονται οι διορθώσεις στο επίπεδο του 15% Οι διορθώσεις υπολογίζονται και τροποποιούνται με το χέρι (εγχειρίδιο διόρθωσης του +/- 25% για ορισμένο χρόνο ψεκασμού βενζίνης). Π.χ. εάν ο κινητήρας λειτουργεί ασταθής, ενώ η αξία του χρόνου ψεκασμού καυσίμου είναι από 5ms μπορείτε να αυξήσετε την αξία διόρθωσης για καθορισμένο χρόνο έγχυσης. Εάν γίνετε αλλαγή θα πρέπει να είναι μικρή. Ταχεία αύξηση των εν λόγω διορθώσεων θα μπορούσε να προκαλέσει αστάθεια στη λειτουργία του κινητήρα. Συνιστάται η χρήση διορθώσεων μόνο όταν είναι απαραίτητο για να διαμορφώσει διαφορετικά το ύψος των διορθώσεων για το ίδιο χρονικό διάστημα ψεκασμού σε διαφορετικές στροφές. Εικόνα 70 Διάγραμμα χρόνου ψεκασμού Δέδε Σινάν 72

94 6.5.8 OTHER BOOKMARKS OF SOFTWARE Διακόπτης (Sensor Type): Σε αυτό το στάδιο επιλέγουμε το τύπο του διακόπτη αισθητήρος που χρησιμοποιούμε στην εγκατάσταση. Η εφαρμογή έχει προκαθορισμένες ρυθμίσεις για διάφορους αισθητήρες. Άλλους αισθητήρες μπορούμε να τους ρυθμίσουμε με το χέρι. Θα πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τις τρέχουσες ενδείξεις που εμφανίζονται στον αισθητήρα. Έχουμε τα 4 πλαίσια επεξεργασίας τα οποία καθορίζουν το φάσμα των ενδείξεων για μια συγκεκριμένη προϋπόθεση αισθητήρα ¼, ½, ¾ και, πλήρης. Εικόνα 71 Επιλογή αισθητήρα Error Codes (Κωδικός Βλάβης): Στη παρακάτω εικόνα πατώντας το πλήκτρο (Read from devise) διαβάζουμε τι πρόβλημα έχει καταγράψει ο υπολογιστής. Εάν υπάρχουν προβλήματα πατώντας το πλήκτρο (Clear errors) διαγράφουμε τις βλάβες Service tools Εικόνα 72 Service Tools Στο στάδιο αυτό μπορείτε να κάνετε διακοπή διαφορετικών μπεκ υγραερίου. Είναι χρήσιμο, ιδίως στην περίπτωση των 5-8 κυλίνδρων. Σε περίπτωση που η λειτουργία του κινητήρα είναι ασταθής μπορείτε να προβλέψετε ότι ένας από τους κυλίνδρους δεν λειτουργεί σωστά. Δέδε Σινάν 73

95 Device Info: Αυτή η σελίδα περιλαμβάνει πληροφορίες καθώς και άλλες παραμέτρους χρήσιμες για την καλύτερη λειτουργία του συστήματος. (Μέγεθος ακροφύσια εγχυτήρων υγραερίου, ημερομηνία τοποθέτησης, ημερομηνία παραγωγής, ώρες λειτουργίας υγραερίου, βενζίνης κ.λπ.). Εικόνα 73 Device Info Inspection Στο εικονίδιο αυτό επιλέγουμε σε πόσα χιλιόμετρα θα γίνει το επόμενο service της συσκευής LPG. Εικόνα 74 Καθορισμός του επόμενου Service Δέδε Σινάν 74

96 7. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ LPG & ΚΤΕΟ 7.1 Γενικά Αυτό το κεφάλαιο είναι αφιερωμένο στη συντήρηση των αυτοκινήτων που έχουν εξοπλιστεί με ένα σύστημα LPG. Σε αυτοκίνητα με ένα σύστημα LPG πραγματοποιείται ελάχιστη ή σχεδόν καθόλου συντήρηση. Οι εργασίες συντήρησης είναι ειδικές για το σύστημα καυσίμου LPG και πρέπει να εκτελούνται επιπρόσθετα στις εργασίες που αναφέρονται στο Βιβλίο Οδηγιών Χρήσης του κατασκευαστή του αυτοκινήτου. Οι εργασίες που αναφέρονται σε αυτό το πρόγραμμα είναι ένα μόνο παράδειγμα και θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί μόνον εάν δεν υπάρχουν συγκεκριμένες οδηγίες συντήρησης από τον κατασκευαστή του συστήματος LPG έως τα χιλιόμετρα. Μετά τα χιλιόμετρα πρέπει να εκτελούνται στα ίδια διαστήματα. Αρκετοί κατασκευαστές συστημάτων LPG συνιστούν ένα πρόγραμμα περιοδικής συντήρησης μετά από τα πρώτα χλμ ανά χλμ Στο πρόγραμμα αυτό ελέγχονται σταθερά τόσο το σύστημα του LPG όσο και κάποια εξαρτήματα του κινητήρα, όπως φίλτρα, μπουζί, μπουζοκαλώδια, ψυκτικό υγρό κ.λπ. Το σημαντικό όμως που προτείνουν είναι η τοποθέτηση ενός αυτοκόλλητου συντήρησης με ημερομηνία και υπογραφή. Οι χειριστές του οχήματος θα πρέπει ενημερωθούν σχετικά και να τηρούν τις οδηγίες των συστημάτων μετατροπής LPG, όπως και να επιδιορθώνουν άμεσα τα τυχόν προβλήματα που ανακύπτουν από αυτά. Η συντήρηση των οχημάτων που χρησιμοποιούν LPG πρέπει να πραγματοποιείται κάθε 15,000 χιλιόμετρα. Η συντήρηση θα πρέπει να περιλαμβάνει: Έλεγχο των ηλεκτρικών καλωδιώσεων για τυχόν οξειδωμένες συνδέσεις. Απομάκρυνση των καυστικών και ξένων ουσιών που συσσωρεύονται στον εξατμιστή (ρυθμιστή). Καθαρισμός του φίλτρου της ηλεκτροβαλβίδας υγραερίου. Αλλαγή των σετ επισκευής των ηλέκτροβαλβίδων και των ρυθμιστών εξάτμισης. Έλεγχος κατάστασης του κυρίως σωλήνα και των εξαρτημάτων σύνδεσης. Έλεγχος του πρώτου και δεύτερου σταδίου συμπίεσης του αποσυμπιεστή. Έλεγχος της οπής του διαφράγματος πίεσης για τυχόν συσσώρευση ρύπων. Δέδε Σινάν 75

97 Όπως μπορούμε να δούμε στον παρακάτω πίνακα αναγράφονται αναλυτικά τα επιμέρους εξαρτήματα που χρειάζονται έλεγχο η ακόμα και αντικατάσταση ανάλογα με τα χιλιόμετρα του οχήματος από την ημέρα εγκατάστασης του συστήματος. ΧΛΜ Γενικός έλεγχος συστήματος Έλεγχος φίλτρου αέρα Έλεγχος μπουζί / ανάφλεξης Έλεγχος εξαερωτή Αλλαγή υγρού φίλτρου LPG Αλλαγή αέριου φίλτρου LPG Επιθεώρηση μπεκ LPG Αντικατάσταση seal εξαερωτή Αντικατάσταση δεξαμενής LPG 10 έτη από την ημερομηνία κατασκευής της Πίνακας 2 Έλεγχος συντήρησης ή αντικατάστασης ανά χλμ 7.2 ΚΤΕΟ Μετά την ολοκλήρωση της εγκατάστασης, η διαδικασία που ακολουθείται είναι σχετικά απλή. Πρώτο βήμα είναι ο έλεγχος της εργασίας που έγινε, από δημόσιο ή ιδιωτικό ΚΤΕΟ. Εκεί, παράλληλα με τον τεχνικό έλεγχο που γίνεται στο αυτοκίνητο ώστε να πιστοποιηθεί και από το ΚΤΕΟ ότι όλα έχουν τοποθετηθεί σωστά και ασφαλώς, ο ενδιαφερόμενος προσκομίζει την υπεύθυνη δήλωση του πιστοποιημένου τεχνικού της εταιρίας μας. Τα στοιχεία του τεχνικού ο οποίος εκτέλεσε τη μετατροπή, διασταυρώνονται με τη λίστα του Υπουργείου. Μετά την έγκρισή του, το ΚΤΕΟ, μας χορηγεί βεβαίωση, την οποία προσκομίζουμε στο Υπουργείο Μεταφορών. Βάσει της βεβαίωσης αυτής, μας χορηγείται νέα άδεια κυκλοφορίας, στην οποία εκτός από βενζίνη, στο τύπο καυσίμου θα αναγράφει «υγραέριο». Καταρχήν όλοι οι έλεγχοι των άλλων συστημάτων του οχήματος (φρένα, ανάρτηση, διεύθυνση, φωτισμός, ελαστικά κ.λπ.) γίνονται όπως σε όλα τα αυτοκίνητα. Δέδε Σινάν 76

98 Ο έλεγχος καυσαερίων σύμφωνα με την ισχύουσα νομοθεσία γίνεται λειτουργώντας το όχημα με βενζίνη (και όχι με LPG), ακριβώς όπως γίνεται στα βενζινοκίνητα. Τα όρια των CO, HC και «λ» είναι τα ίδια όπως στα βενζινοκίνητα, με ελέγχους στο ρελαντί και στις 2500 στροφές/λεπτό. Ο λόγος που δεν γίνεται έλεγχος καυσαερίων με καύση LPG είναι γιατί το όχημα είναι κατασκευασμένο από το εργοστάσιο κατασκευής για καύση βενζίνης και έχει πάρει έγκριση τύπου και πιστοποιητικά καυσαερίων για την έγκριση τύπου, για καύσιμο βενζίνη και όχι LPG. Εξάλλου όπως προαναφέρθηκε η καύση LPG παράγει λιγότερα CO και HC και σχεδόν ίδια NΟx, επομένως εάν δουλεύει σωστά ο καταλύτης, οι ρυπαντές αυτοί θα είναι μειωμένοι σε σχέση με την καύση βενζίνης. Τα ΚΤΕΟ διαθέτουν υποχρεωτικά ένα φορητό όργανο που λέγεται ανιχνευτής διαρροών LPG. Αυτό δουλεύει με μπαταρίες, μοιάζει σαν ένα χοντρό στυλό και ανιχνεύει την ύπαρξη διαρροών LPG. Όταν γίνεται ο έλεγχος διαρροών LPG με το όργανο αυτό πρέπει να γυρίσετε το διακόπτη καυσίμου να λειτουργήσει ο κινητήρας με LPG και όχι με βενζίνη, για να περάσει το LPG από όλες τις σωληνώσεις. Αφού περιμένετε 1-2 λεπτά ώστε να λειτουργεί ο κινητήρας με LPG ξεκινάτε από τη δεξαμενή LPG, πλησιάζετε τον ανιχνευτή στη δεξαμενή, στην βαλβίδα της και κατόπιν ακολουθείτε τη γραμμή σωλήνωσης έξω από το πορτ μπαγκάζ, κάτω από την καμπίνα των επιβατών μέχρι την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα LPG. Έπειτα συνεχίζετε μέχρι τον πνεύμονα και από την έξοδο του πνεύμονα μέχρι τον κινητήρα. Εάν υπάρχει η παραμικρή διαρροή LPG τότε ο ανιχνευτής κάνει ένα ηχητικό σήμα ή αναβοσβήνει ένα φωτάκι, που σημαίνει ότι σε αυτό το σημείο υπάρχει διαρροή. Αυτή είναι σοβαρή έλλειψη και πρέπει το όχημα να πάει στο συνεργείο, ώστε να αποκατασταθεί η διαρροή και να επανελεγχθεί. Στο παρακάτω σχήμα μπορούμε να δούμε αναλυτικά έναν έλεγχο συστήματος LPG με τους κατάλληλους ελεγκτές για τυχόν λάθη που μπορεί να έχουν δημιουργηθεί κατά την εγκατάσταση ή ακόμα και με την πάροδο του χρόνου από φθορές σε διάφορα εξαρτήματα (πχ. Φίλτρο αερίου, σωληνώσεις, μπουζιά κτλ.) Δέδε Σινάν 77

99 Σχήμα 1 Έλεγχος του συστήματος LPG Δέδε Σινάν 78

100 8. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΠΙΝΑΚΑΣ ΒΛΑΒΩΝ 8.1 Γενικά περί βλαβών Οι έλεγχοι ενός συστήματος LPG καθώς και η αναζήτηση βλαβών αποτελούν ένα σημαντικό προβληματισμό για κάθε τεχνίτη αερίων καυσίμων. Στη συνέχεια δίνονται όλα τα βήματα που πρέπει να γίνουν με μεθοδικότητα, για την αντιμετώπιση διαφόρων προβλημάτων και δυσλειτουργιών. Πίνακας 3 Πιθανές βλάβες και επίλυση προβλημάτων Δέδε Σινάν 79

101

102 9. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΥΓΡΑΕΡΙΟΥ 9.1 Γενικά Η χρήση του υγραερίου σαν δεύτερο καύσιμο στα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα, αντιμετωπίζεται με μεγάλη δυσπιστία από τους οδηγούς. Η δυσπιστία αυτή οφείλεται κυρίως στο φόβο εύκολης ανάφλεξης του υγραερίου, στην άγνοια της λειτουργίας του συστήματος υγραερίου της μηχανής και στην ελλειπεί ενημέρωση τους στον ορθό χειρισμό του συστήματος. Είναι γεγονός ότι το υγραέριο αναφλέγεται πιο εύκολα από τους ατμούς βενζίνης. Η ιδιότητα του όμως αυτή γίνεται ακίνδυνη όταν οι εργασίες μετατροπής της μηχανής εκτελεστούν με ακρίβεια από ειδικευμένους τεχνικούς και σύμφωνα με την οδηγία ECE R67 για οχήματα υγραερίου LPG. Ο κανονισμός R67 αναφέρεται στις τεχνικές προδιαγραφές του εξοπλισμού και των εξαρτημάτων τα οποία τοποθετούνται στα οχήματα, προκειμένου να χρησιμοποιηθεί σε αυτά ως καύσιμο το υγραέριο (LPG). Ο κανονισμός αυτός έχει εκπονηθεί από τον Οργανισμό Ηνωμένων Εθνών (ΟΗΕ) και αφορά τις εγκρίσεις τύπου των εξαρτημάτων που τοποθετούνται στο όχημα για χρήση LPG, αλλά και του ιδίου του οχήματος στο οποίο έχει τοποθετηθεί ο εξοπλισμός για χρήση LPG. Η κανονική της σύμφωνα με την παραπάνω οδηγία και ο καλός χειρισμός του συστήματος από των οδηγό, κάνουν τη χρήση του συστήματος υγραερίου πιο ασφαλή από τη χρήση του συστήματος βενζίνης. Η δεξαμενή υγραερίου είναι κατασκευασμένη από ατσάλι πάχους 2-3,5 mm και δοκιμασμένη σε πίεση 30 bar. Η κατασκευή της, η δοκιμή της και η θέση στερέωσης της στο πορτμπαγκάζ δεν δικαιολογούν το φόβο έκρηξης ή θραύσης της σε περίπτωση σύγκρουσης του αυτοκινήτου από το πίσω μέρος. Εξάλλου από διάφορες δοκιμές (Εικ. 50) και από τα στατιστικά στοιχεία των χωρών που διαθέτουν μεγάλο αριθμό υγραεριοκίνητων αυτοκινήτων, αποδείχτηκε ότι τα ατυχήματα από την αιτία αυτή ήταν κατά πολύ λιγότερα των ατυχημάτων θραύσης ή έκρηξης της δεξαμενής βενζίνης Δέδε Σινάν 81

103 Εικόνα 75 Δοκιμές μετά από συγκρούσεις στο πίσω μέρος Ένας άλλος λόγος φοβίας των οδηγών είναι η διαρροή υγραερίου στο χώρο των επιβατών, που μπορεί να προκαλέσει ασφυξία ή ανάφλεξη από τσιγάρο. Και η φοβία αυτή είναι αδικαιολόγητη διότι: Σε περίπτωση διαρροής διακόπτεται αυτόματα η παροχή υγραερίου από την βαλβίδα ασφαλείας της δεξαμενής. Σε περίπτωση ανοίγματος της βαλβίδας ασφαλείας από υπερπίεση, το υγραέριο διαφεύγει στον αέρα έξω από το αυτοκίνητο μέσω ενός ιδιαίτερου σωλήνα. Κατά το σβήσιμο της μηχανής το σύστημα υγραερίου κλείνει στεγανά από την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, από βαλβίδες του πνεύμονα και από την στρόφιγγα της δεξαμενής. Το αέριο σε περίπτωση διαρροής δεν μπαίνει στο χώρο των επιβατών, διότι οι σωλήνες και τα λοιπά μέρη του συστήματος βρίσκονται εκτεθειμένα στον αέρα, ενώ το πορτμπαγκάζ αερίζεται από το άνοιγμα του δαπέδου του. Αν τελικά για κάποιο λόγο διαπιστωθεί είσοδος αερίου στο χώρο των επιβατών από κάποια βλάβη, ο οδηγός ανοίγει τα παράθυρα για την ανανέωση αέρα, αλλάζει καύσιμο, κλείνει στεγανά την παροχή υγραερίου από την στρόφιγγα της δεξαμενής και συνεχίζει τη κίνηση του αυτοκινήτου με βενζίνη χωρίς προβλήματα. Στο τέλος της διαδρομής του μπορεί να ασχοληθεί με την ανεύρεση των αιτίων της διαρροής υγραερίου και αργότερα με την επισκευή των μερών του συστήματος σε ειδικευμένο συνεργείο. Δέδε Σινάν 82

104 10. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 ΔΙΑΝΟΜΗ ΥΓΡΑΕΡΙΟ ΠΡΑΤΗΡΙΑ 10.1 Πρατήρια 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. Τα πρατήρια που έχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης και διανομής υγραερίου αναφέρονται συνοπτικά ανά Νομούς. Νομός Αριθμός Πρατηρίων Κοζάνης 9 Γρεβενών 3 Καστοριάς 3 Φλώρινας 2 Θεσσαλονίκης 46 Πέλλας 6 Ημαθίας 17 Πιερίας 10 Κιλκίς 6 Σερρών 6 Χαλκιδικής 12 Καβάλας 6 Δράμας 6 Ξάνθης 4 Έβρου 10 Ροδόπης 7 Αττικής 45 Αργολίδας 5 Αχαΐας 7 Δέδε Σινάν 83

105 Ηλείας 5 Κορινθίας 5 Λακωνίας 3 Μεσσηνίας 6 Αιτωλοακαρνανίας 11 Βοιωτίας 4 Φωκίδας 4 Ευβοίας 6 Φθιώτιδας 11 Μαγνησίας 10 Λάρισας 14 Τρικάλων 4 Καρδίτσας 5 Ιωαννίνων 11 Πρέβεζας 4 Θεσπρωτίας 2 Άρτας 2 Ηρακλείου 5 Λασιθίου 1 Ρεθύμνου 2 Χανίων 3 Νησιά 5 Πίνακας 4 Πρατήρια LPG στην Ελλάδα Δέδε Σινάν 84

106 Όπως μπορούμε να δούμε στην παρακάτω εικόνα παρατίθενται πρατήρια LPG σε ολόκληρη την Ελλάδα με μορφή χάρτη. Σε σχέση με τα προηγούμενα χρόνια μπορούμε να πούμε πώς έχει υπάρξει σημαντική αύξηση πρατηρίων LPG. Εικόνα 76 Χάρτης Πρατηρίων LPG στην Ελλάδα Οικονομία Πλέον δεν είναι πλεονέκτημα η εγκατάσταση υγραερίου καθώς τα τελευταία χρόνια έχουμε σημαντική αύξηση στην τιμή του. Η τιμή του υγραερίου σήμερα είναι 0,99 ευρώ/λίτρο, όταν η τιμή της βενζίνης αγγίζει τα 1,7 ευρώ/λίτρο. Η απόσβεση του κόστους εγκατάστασης του συστήματος υγραεριοκίνησης για ένα αυτοκίνητο που διανύει χιλ. ετησίως, θα χρειαστεί 3 χρόνια για να καλύψει το κόστος μετατροπής. Δέδε Σινάν 85

107

108 11. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 ΥΓΡΑΕΡΙΟΚΙΝΗΣΗ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ 11.1 Προστασία περιβάλλοντος Το περιβάλλον και η προστασία του έχει εξελιχθεί σε μείζον ζήτημα με πολιτικές, κοινωνικές και οικονομικές επιπλοκές. Οι κυβερνήσεις έχουν αναγνωρίσει ότι χρειάζονται νομοθετικές ρυθμίσεις για την ελαχιστοποίηση της κακοποίησης του περιβάλλοντος. Η Ευρωπαϊκή Κοινότητα έχει κάνει βήματα για την εισαγωγή Οδηγιών που θα επιδιώκουν την προστασία του περιβάλλοντος. Τα προερχόμενα από τα πετρέλαια υγροποιημένα αέρια (Liquefied Petroleum Gases: LPG, δηλαδή Προπάνιο και Βουτάνιο) αντιπροσωπεύουν εξαιρετικά καθαρά καύσιμα και η χρησιμοποίησή τους πρέπει να αυξηθεί στο βαθμό που η απαίτηση για μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης διαρκώς αυξάνεται. Πρόκειται για τα καθαρότερα ορυκτά καύσιμα. Λόγω του ότι είναι απαλλαγμένα από όλα τα στερεά κατάλοιπα, δίνεται η δυνατότητα σχεδίασης συσκευών και μονάδων (με καύσιμο τα υγραέρια) με πολύ ψηλούς βαθμούς απόδοσης. Με τον τρόπο αυτό μειώνονται οι ανεπιθύμητες εκπομπές ακόμη περισσότερο. Υπάρχουν σήμερα διάφορα μείζονα περιβαλλοντικά προβλήματα, όπως η Αύξηση της Θερμότητας, η Όξινη Βροχή, η καταστροφή του Στρώματος του Όζοντος και η Ποιότητα του Ατμοσφαιρικού Αέρα. Η χρησιμοποίηση των υγραερίων μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στην αντιμετώπιση όλων των παραπάνω επιτυγχάνοντας μείωση των επιπτώσεων από τις εκπομπές διότι παράγουν κατά την καύση τους πολύ χαμηλότερα ποσά ρυπαντικών ουσιών. Τα υγραέρια έχουν χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα από τους υγρούς υδρογονάνθρακες και τα στερεά καύσιμα και συνεπώς παράγουν λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) ανά μονάδα παραγόμενης θερμικής ενέργειας από τα καύσιμα αυτά. Αυτό σημαίνει ότι η χρήση των υγραερίων σε υποκατάσταση των καυσίμων αυτών μειώνει τις εκπομπές αερίων που προκαλούν το «Φαινόμενο του Θερμοκηπίου», το οποίο προκαλεί την αύξηση της συνολικής θερμότητας του πλανήτη μας. Σαν εναλλακτική επίσης λύση στη θέρμανση χωρών με ηλεκτρική ενέργεια, τα υγραέρια παρουσιάζουν μια πολύ μεγάλη βελτίωση στη μείωση των εκπομπών CO 2 λόγω του χαμηλού βαθμού απόδοσης στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τα ορυκτά καύσιμα. Η Όξινη Βροχή που οφείλεται στο διοξείδιο του θείου (SO 2 ) και τα οξείδια του αζώτου (NO x ) που παράγονται κατά την καύση των ορυκτών καυσίμων, Δέδε Σινάν 87

109 αποτρέπεται σε μεγάλο βαθμό με τη χρήση υγραερίων που όπως είναι γνωστό περιέχουν αμελητέο θείο και παράγουν σε πολύ χαμηλά επίπεδα οξείδια του αζώτου. Η καταστροφή του Στρώματος του Όζοντος προκαλείται από τα CFC (χλωροφθοροάνθρακες) και τα Halon και όχι από τη χρήση των υγραερίων. Συνεπώς τα υγραέρια μπορούν κάλλιστα να χρησιμοποιηθούν σαν προωθητικά αέρια στη θέση των CFC. Όσον αφορά την ποιότητα του Ατμοσφαιρικού Αέρα τα όξινα αέρια, όπως το διοξείδιο του θείου και τα οξείδια του αζώτου δεν προκαλούν μόνο την όξινη βροχή αλλά, αν είναι σε ψηλές συγκεντρώσεις στον αέρα, μπορούν να προκαλέσουν και σοβαρά προβλήματα υγείας. Για το λόγο αυτό οι εκπομπές των οχημάτων είναι ένα μεγάλο ζήτημα ειδικά στις αστικές περιοχές. Το φωτοχημικό νέφος, του οποίου το πιο σημαντικό συστατικό είναι το όζον, σχηματίζεται από τα οξείδια του αζώτου και τις πτητικές οργανικές ενώσεις που εκπέμπονται από τα αυτοκίνητα με την ταυτόχρονη παρουσία του ηλιακού φωτός. Οι υπόλοιπες επιβλαβείς εκπομπές περιλαμβάνουν το τοξικό μονοξείδιο του άνθρακα, τις ενώσεις του μολύβδου και την ιπτάμενη τέφρα. Η σύγκριση των εκπομπών των αυτοκινήτων με βενζίνη και με τα προωθημένα συστήματα καύσης υγραερίου σε σχέση με τα standards του 1983 τω ΗΠΑ δείχνουν ότι όταν χρησιμοποιούνται τα σύγχρονης τεχνολογίας συστήματα μετατροπής σε υγραεριοκίνηση, οι κινητήρες δεν ικανοποιούν απλά μόνο πολύ εύκολα τα αυστηρά επιτρεπόμενα standards εκπομπών αλλά επιτυγχάνουν και καλύτερες επιδόσεις από τους κινητήρες με βενζίνη. Ρυπαντής Standards ΗΠΑ Βενζίνη(εκπομπές σε gr/km) Υγραέριο CO 0,62 1,60 0,75 NO 0,25 0,20 0,19 HC 2,11 0,17 0,12 Πίνακας 5 Εκπομπές ρύπων Βενζίνης και Υγραερίου Οι εκπομπές ρύπων ενός κινητήρα με LPG είναι μειωμένες σε σχέση με της βενζίνης και πετρελαίου κατά: 60% σε μονοξείδιο του άνθρακα (CO) από τη βενζίνη & 90% από το πετρέλαιο. 40% σε υδρογονάνθρακες (HC) από τη βενζίνη & 80% από το πετρέλαιο. 60% σε οξείδια του αζώτου (NOx) από τη βενζίνη & 60% από το πετρέλαιο. 10% σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2) από τη βενζίνη & 5% από το πετρέλαιο. 40% σε σωματίδια από το πετρέλαιο. Δέδε Σινάν 88

110 Επίσης, το υγραέριο έχει το πλεονέκτημα ότι πάντοτε αποθηκεύεται και χρησιμοποιείται σε σύστημα κλειστού κυκλώματος και δεν έχουμε απώλειες από εξάτμιση. Οι εκπομπές όμως υδρογονανθράκων λόγω εξάτμισης από την «αναπνοή» των δεξαμενών βενζίνης στα αντίστοιχα οχήματα, η εκτόπιση δηλαδή των ατμών καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται και η δεξαμενή γεμίζει, έχει ως αποτέλεσμα να εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα σημαντικές ποσότητες πτητικών οργανικών ενώσεων (VOC) που δημιουργούν πιθανά προβλήματα νέφους και υγείας. Έχει υπολογισθεί ότι το 30% της συνολικής ρύπανσης από τα αυτοκίνητα οφείλεται στην παραπάνω αναφερόμενη εκπομπή ατμών βενζίνης. Η εκπομπή αυτή αυξάνει κατά τους θερινούς μήνες. Τα βενζινοκίνητα λοιπόν αυτοκίνητα ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα ακόμη και όταν δεν λειτουργεί ο κινητήρας τους. Συνεπώς το υγραέριο προσφέρει πραγματικά πλεονεκτήματα στη βελτίωση της ποιότητας του αέρα και πρέπει να θεωρείται ως ένα πιο αποτελεσματικό εναλλακτικό καύσιμο για την οδική μεταφορά στις αστικές περιοχές για τα ταξί, τα λεωφορεία και γενικότερα τα μέσα μαζικής μεταφοράς. Ως καύσιμο κίνησης οχημάτων το υγραέριο εξατμίζεται για να καεί σαν αέριο καύσιμο καθαρά και αμέσως με το ψυχρό ξεκίνημα. Σε αντίθεση με το υγραέριο, τα υγρά καύσιμα όπως η βενζίνη, παράγουν ακόμη και με καταλύτη, πολύ περισσότερες εκπομπές κατά τη διάρκεια της προθέρμανσης της μηχανής από ότι κατά τη λειτουργία της στη συνέχεια. Το υγραέριο σε συνήθεις συνθήκες περιβάλλοντος (θερμοκρασίας και πίεσης) μετατρέπεται σε αέριο. Για το λόγο αυτό δεν προκαλείται μόλυνση της ξηράς ή των υδάτων σε περίπτωση διαρροής από ατύχημα. Δέδε Σινάν 89

111

112 12. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12 ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ 12.1 Νομοθετικό πλαίσιο υγραεριοκίνησης Ο νόμος για την υγραεριοκίνηση στην Ελλάδα προβλέπει τα πιο σημαντικά θέματα που μπορεί να απασχολήσουν τόσο τους ιδιοκτήτες αυτοκινήτων, όσο και το ευρύτερο κοινό, σε σχέση με το υγραέριο κίνησης LPG. Η υγραεριοκίνηση στην Ελλάδα επιτρέπεται από το 1999, με το νόμο 2773/99 που επιτρέπει την κίνηση όλων των οχημάτων (ΙΧ, ΔΧ, δημοσίων μέσων μεταφοράς και ταξί) με υγραέριο LPG. Οι όροι κάτω από τους οποίους επιτρέπεται η υγραεριοκίνηση, αλλά και οι τεχνικές προδιαγραφές των οχημάτων ορίζονται από υπουργική απόφαση που υπογράφηκε την 29 η Μαρτίου Τόσο ο νόμος 2773/99 αλλά και η υπουργική απόφαση 1886/698 του 2000, δίνουν μεγάλη βαρύτητα στην ασφάλεια Νομοθεσία για την ασφάλεια στην υγραεριοκίνηση Οι συσκευές και οι δεξαμενές υγραερίου που εγκαθίστανται πρέπει να έχουν περάσει όλα τα προβλεπόμενα τεστ ασφαλείας της Ευρωπαϊκής ένωσης, ακόμα και για την περίπτωση ατυχήματος και τρακαρίσματος. Οι δεξαμενές υγραερίου αντικαθίστανται βάσει νόμου υποχρεωτικά μετά την πάροδο μιας δεκαετίας από την ημερομηνία κατασκευής τους, και απαγορεύεται η χρησιμοποίηση των ίδιων εκ νέου. Επιπλέον, τα οχήματα που έχουν κάνει μετατροπές για υγραεριοκίνηση πρέπει να αντικαθιστούν τα εξαρτήματα τους μετά την παρέλευση μιας πενταετίας. Τα κυκλώματα μεταφοράς του υγραερίου καυσίμου LPG από τις δεξαμενές προς τη συσκευή καύσης είναι στεγανά και δεν διέρχονται από την καμπίνα των επιβατών, για λόγους ασφαλείας. Θεωρείται βέβαια αυτονόητο ότι οι οδηγοί που επιθυμούν τη μετατροπή των οχημάτων τους σε οχήματα για υγραεριοκίνηση θα πρέπει να απευθύνονται σε εξουσιοδοτημένα συνεργεία τα οποία συμμορφώνονται προς τις διατάξεις της εγχώριας και Ευρωπαϊκής νομοθεσίας και να ζητούν όλα τα πιστοποιητικά ασφαλείας που συνοδεύουν τα εξαρτήματα έτσι ώστε να είναι βέβαιοι για την ασφάλεια τους Νομοθεσία για την μετατροπή σε υγραεριοκίνηση Σύμφωνα με το άρθρο 45 του νόμου για υγραεριοκίνηση προβλέπεται ότι τα εξαρτήματα και οι συσκευές για τη μετατροπή σε υγραεριοκίνηση εγκαθίστανται από εγκεκριμένα συνεργεία για υγραεριοκίνηση και μηχανικούς αυτοκινήτων με ειδική Δέδε Σινάν 91

113 εκπαίδευση και άδεια ασκήσεως επαγγέλματος του Ν.1575/1985 με ειδικότητα τεχνίτη συστημάτων υγραερίου. Το συνεργείο που κάνει την μετατροπή ενός αυτοκινήτου για υγραεριοκίνηση παραδίδει στον κάτοχο του οχήματος μια δήλωση του Ν 1599/1985 (τη λεγόμενη δήλωση του νόμου 105) μετά την εγκατάσταση του συστήματος LPG. Η δήλωση αυτή απευθύνεται προς το ΚΤΕΟ, και σ αυτήν δηλώνεται, ότι όλες οι μετατροπές έγιναν με βάση τις προϋποθέσεις που θέτει ο Νόμος, καθώς και οι επιμέρους αναφορές του Υπουργείου Μεταφορών. Η δήλωση αυτή υποβάλλεται στο ΚΤΕΟ μαζί με τα πιστοποιητικά των δεξαμενών και εξαρτημάτων. Έπειτα, το αυτοκίνητο με υγραεριοκίνηση περνά από τεχνικό έλεγχο στο ΚΤΕΟ, για να επιβεβαιωθεί ότι όλες οι μετατροπές έχουν γίνει βάσει των προβλεπόμενων κανονισμών Στη συνέχεια, ο ιδιοκτήτης του οχήματος, θα πρέπει να πάει στην αρμόδια Νομαρχία και ειδικότερα στη Διεύθυνση Μεταφορών της Νομαρχίας που εκδίδει τις άδειες κυκλοφορίας, έτσι ώστε να συμπληρωθεί στην άδεια κυκλοφορίας ο τύπος του καυσίμου «αμόλυβδη βενζίνη υγραέριο». Ο τεχνικός έλεγχος των αυτοκινήτων γίνεται σε δημόσια και ιδιωτικά ΚΤΕΟ που έχουν φυσικά τη σχετική άδεια από το Υπουργείο Μεταφορών. Δέδε Σινάν 92

114 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΡΓΕΙΑΣ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ 13. Β ΜΕΡΟΣ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΥΒΡΙΔΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΣΠΥΡΙΔΩΝ Π. ΤΑΡΝΑΡΗΣ ΣΙΝΑΝ Τ. ΔΕΔΕ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΙΩΑΝΝΗΣ Θ. ΑΡΑΜΠΑΤΖΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2013 Δέδε Σινάν 93

115

116 14. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 14 ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ 14.1 Γενικά Η ρύπανση της ατμόσφαιρας από τα αυτοκίνητα, τη βιομηχανία και τις άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες έχει φτάσει σήμερα σε ανησυχητικά επίπεδα. Ένα μεγάλο ποσοστό της οφείλεται και στα αυτοκίνητα. Ωστόσο, είναι γεγονός ότι έχει επιτευχθεί μεγάλη τεχνολογική πρόοδος στον τομέα της μείωσης των ρύπων που εκλύουν οι κινητήρες των αυτοκινήτων, στον τομέα της αεροδυναμικής (καλύτερη αεροδυναμική σημαίνει χαμηλότερη κατανάλωση, άρα εκπομπή λιγότερων ρύπων), στον τομέα του σχεδιασμού του θαλάμου καύσης και στην έρευνα για την χρήση εναλλακτικών καυσίμων, όπως το υδρογόνο, το υγραέριο και τις αλκοόλες (αιθανόλη, μεθανόλη). Τα ηλεκτρικά, τα υβριδικά, τα ηλιακά αυτοκίνητα, η νέα ώθηση που δόθηκε στην έρευνα για τους κινητήρες diesel, οι κεραμικοί κινητήρες και η νέα γενιά των δίχρονων κινητήρων είναι άμεση συνέπεια των οικολογικών ανησυχιών και της έντονης αναζήτησης για εναλλακτικά καύσιμα και κινητήρες Εκπομπές ρύπων οχημάτων Οι βλαβερές ουσίες που εκπέμπουν οι κινητήρες των οχημάτων είναι: Άκαυστοι υδρογονάνθρακες (HC) Οι άκαυστοι υδρογονάνθρακες προέρχονται από την ατελή καύση του καυσίμου μίγματος ή διαφεύγουν από την ελαιολεκάνη του κινητήρα. Οι εργαστηριακές έρευνες απέδειξαν ότι οι ενώσεις αυτές αντιδρούν παρουσία υπεριώδους ακτινοβολίας και ερεθίζουν τα ανθρώπινα μάτια, μολύνουν την ατμόσφαιρα και προκαλούν ζημιές στη βλάστηση. Οξείδια του αζώτου (NOx) Πρόκειται για έναν από τους βασικούς συντελεστές της δημιουργίας του φωτοχημικού νέφους. Μονοξείδιο του άνθρακα (CO) Προέρχεται κυρίως από τους βενζινοκινητήρες. Είναι βασικό προϊόν της ατελούς καύσης των υδρογονανθράκων (και του άνθρακα γενικότερα) και όταν η συγκέντρωση Δέδε Σινάν 95

117 του στον αέρα ξεπεράσει κάποια επίπεδα προκαλεί πονοκεφάλους και προβλήματα στο κυκλοφορικό σύστημα. Σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις (που μπορούν να υπάρξουν όμως μόνο σε κλειστό χώρο) μπορεί να αποβεί θανατηφόρο. Μόλυβδος (Pb) Ο μόλυβδος είναι τοξικός. Χρησιμοποιείτο στη βενζίνη για την αύξηση του βαθμού οκτανίου ώστε να αντέχει στις υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στους θαλάμους καύσης. Παίζει δηλαδή το ρόλο του αντικροτικού, εμποδίζοντας την αυτανάφλεξη της βενζίνης από την υψηλή συμπίεση πριν δημιουργηθεί ο σπινθήρας. Επειδή δηλητηριάζει τους καταλύτες και τους αχρηστεύει, τα καταλυτικά αυτοκίνητα λειτουργούν μόνο με αμόλυβδη βενζίνη. Διοξείδιο του θείου (SO2) Δημιουργείται από την αντίδραση του θείου που περιέχεται στα καύσιμα με το οξυγόνο. Η ουσία αυτή προκαλεί ερεθισμό των βρόγχων και των βλεννογόνων της μύτης και ελάττωση της ορατότητας. Η ποσότητα των εκλυόμενων ανυδριτών εξαρτάται από τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. Συνήθως η μεγαλύτερη ποσότητα εκλύεται στο ρελαντί ή όταν αφήνουμε ελεύθερο τον επιταχυντή. Διοξείδιο του άνθρακα (CO2) Βασικό συστατικό των καυσαερίων, αποτελεί ένα από τα κύρια προϊόντατης καύσης των υδρογονανθράκων και κάθε ανθρακούχου καυσίμου. Δεν είναι τοξικό και γι αυτό δεν μπορεί να χαρακτηριστεί σαν ρύπος με την κλασική έννοια του όρου. Σε μακροπρόθεσμη βάση, όμως, πρέπει να ελεγχθούν οι εκπομπές του γιατί είναι υπεύθυνο για το φαινόμενο του θερμοκηπίου, που βαθμιαία μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική αύξηση των θερμοκρασιών του πλανήτη μας. Δέδε Σινάν 96

118 15. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 15 ΥΒΡΙΔΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 15.1 Εισαγωγή Η παγκόσμια ανησυχία, δεδομένου της συνεχούς ελάττωσης των αποθεμάτων πετρελαίου και της περιβαλλοντικής ρύπανσης, κινητοποίησε την έρευνα/ανάπτυξη των εναλλακτικών συστημάτων μετάδοσης ισχύος. Ένα τέτοιο εναλλακτικό σύστηµα προώθησης είναι και το υβριδικό αυτοκίνητο (Hybrid Vehicle), το οποίο ευρέως θεωρείται σαν το μεταβατικό στάδιο στην πορεία για το όχηµα Μηδενικών Εκποµπών (Zero Emission Vehicle). Το τελευταίο, πιθανότατα, θα έχει σύστηµα κίνησης µέσω κυψελών καυσίµου ή µόνο με µπαταρίες. Τα συµβατικά συστήµατα των αυτοκινήτων, µπορούν να συνδυαστούν µε ηλεκτροκινητήρες, µε γεννήτριες, µε µετασχηµατιστές τάσης και µε συσσωρευτές για να γίνουν τµήµα ενός υβριδικού συστήµατος µετάδοσης ισχύος. Αυτός ο συνδυασµός προσφέρει τη δυνατότητα αποσύνδεσης της διαδικασίας µετατροπής ενέργειας από τον κύκλο λειτουργίας ενός συµβατικού οχήµατος. Κατά συνέπεια, ο κινητήρας µπορεί να λειτουργήσει με τη βέλτιστη απόδοση σε µεγαλύτερη έκταση κατά τη διάρκεια ζωής του και υπόκειται σε µικρότερη εξωτερική επίδραση (π.χ. συνθήκες οδοστρώµατος) που έχει σαν αποτέλεσµα σηµαντική µείωση της κατανάλωσης τουλάχιστον κατά 15-20% σε σύγκριση µε ένα συµβατικό όχηµα..δυο είναι οι προκλήσεις που πρέπει να αντιµετωπιστούν : α) το κόστος του οχήµατος που είναι κατά 50% υψηλότερο από το αντίστοιχο συµβατικό β) το σύστηµα ολοκλήρωσης και ελέγχου. Τα διάφορα στοιχεία στο σύστηµα µετάδοσης ισχύος πρέπει να συντονιστούν προσεκτικά για την µεγιστοποίηση των οφελών. Η βελτιστοποίηση απαιτείται στο σχεδιασµό και του συστήµατος και της διαδικασίας ελέγχου. Η εµφάνιση των ηλεκτρονικών 42-Volt στα οχήµατα κάνει την ολοκλήρωση των ηλεκτροκινητήρων/γεννητριών, των στροβιλοσυµπιεστών και των υπολοίπων συµπληρωµατικών στοιχείων του κινητήρα µια ενδιαφέρουσα πρόταση για µελλοντικά ανεπτυγµένα συστήµατα µετάδοσης ισχύος. Δέδε Σινάν 97

119 15.2 Κύρια μέρη υβριδικού Τα κύρια μέρη του υβριδικού συστήματος του αυτοκινήτου είναι o ηλεκτροκινητήρας, ο κινητήρας εσωτερικής καύσεως, ηγεννήτρια, η συστοιχία συσσωρευτών (μπαταρία) και ο μετασχηματιστής ρεύματος. Εικόνα 77 Κύρια εξαρτήματα υβριδικού Ο ηλεκτροκινητήρας αναλαμβάνει εξ ολοκλήρου την κίνηση του αυτοκινήτου σε σταθερή, ομαλή πορεία και μη κεκλιμένο επίπεδο. Παρέχει επιπλέον ισχύ στο βενζινοκινητήρα μόνο στις υπόλοιπες περιπτώσεις όπως κατά την επιτάχυνση, στο κεκλιμένο επίπεδο (ανηφόρα). Είναι μόνιμα συνδεδεμένος με το πλανητικό Εικόνα 78 Τρόπος παραγωγής κίνησης κιβώτιο ταχυτήτων τύπου CVT όπου ρυθμίζεται η κατανομή ισχύος ανάμεσα στις δύο μονάδες (ηλεκτροκινητήρας - βενζινοκινητήρας) για τη μετάδοση της κίνησης στους τροχούς. Φυσικά o ηλεκτροκινητήρας επικοινωνεί με τη γεννήτρια και τις μπαταρίες όπου δέχεται ενέργεια. Η μεγάλη επανάσταση στο συγκεκριμένο μέρος του οχήματος είναι ότι κατά το φρενάρισμα μετατρέπεται σε γεννήτρια η οποία επαναφορτίζει τις μπαταρίες. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσεως (βενζινοκινητήρας) καταναλώνει αμόλυβδη βενζίνη, όπως και οι συμβατικοί κινητήρες. Το μπλοκ, όπως και η κυλινδροκεφαλή, είναι κατασκευασμένα από κράμα αλουμινίου, ενώ η εξαγωγή αποτελείται από ανοξείδωτο χάλυβα χαμηλής μάζας μειώνοντας το συνολικό βάρος κατασκευής. Αρχικά φαίνεται ότι η απόδοση του είναι μικρή αλλά είναι κατάλληλη για την αντιστάθμιση του φορτίου, προκειμένου να υπάρξει ομαλή συνεργασία με τον ηλεκτροκινητήρα. Το γκάζι είναι Δέδε Σινάν 98

120 ηλεκτρονικό για ακριβέστερη "πληροφόρηση" προς το σύστημα ψεκασμού, ενώ την ποιότητα των καυσαερίων "επιβλέπει" ένας τριοδικός καταλυτικός μετατροπέας υψηλής πυκνότητας και ταχείας προθέρμανσης για μέγιστη απόδοση. Η γεννήτρια λειτουργεί μέσω του βενζινοκινητήρα και χρησιμεύει, επαναφορτίζει την συστοιχία των μπαταριών και ενισχύει τον ηλεκτροκινητήρα. Ως δευτερεύουσες λειτουργίες εκκινεί τον βενζινοκινητήρα (αφού δεν υπάρχει μίζα), και λειτουργεί όπως και μια απλή γεννήτρια στους συμβατικούς κινητήρες. Ο μετασχηματιστής αναλαμβάνει να μετατρέψει το συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα (DC) της μπαταρίας σε εναλλασσόμενο. Με αμφίδρομο όμως τρόπο μπορεί να μετατρέψει το εναλλασσόμενο σε συνεχές κατά τη διαδικασία επαναφόρτισης της μπαταρίας. Επίσης, μετατρέπει την υψηλή τάση σε συμβατική, 12V, για την τροφοδότηση των επιμέρους λειτουργιών του αυτοκινήτου (ηχοσύστημα, φώτα, κλιματισμός) Τύποι υβριδικών συστημάτων Τα υβριδικά συστήµατα µετάδοσης ισχύος µπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις κύριους τύπους ανάλογα µε τη συνδεσµολογία: Σειριακά Παράλληλα Μικτά, που είναι ουσιαστικά συνδυασµός σειριακών και παράλληλων. Σε ένα σειριακό υβριδικό σύστηµα µετάδοσης ισχύος (Εικ. 79) την κίνηση δίνει αποκλειστικά ο ηλεκτροκινητήρας που δέχεται ηλεκτρική ενέργεια είτε από µια συστοιχία µπαταριών είτε από µια Μ.Ε.Κ. µέσω γεννήτριας. Ο κινητήρας είναι συνήθως µικρότερος σε ένα σειριακό σύστηµα µετάδοσης ισχύος καθώς έχει να αντιµετωπίσει µέτριες σε ισχύ οδηγικές απαιτήσεις. Αφού δεν είναι συνδεδεµένος απευθείας στο κιβώτιο ταχυτήτων, λειτουργεί σε συγκεκριµένες στροφές/φορτίο του πεδίου λειτουργίας όπου η απόδοση είναι υψηλή ή µπορεί να βρίσκεται προσωρινά ακόµα και εκτός λειτουργίας. Έτσι έχουµε ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης της βενζίνης. Οι επιδόσεις του αυτοκινήτου µε αυτόν τον σχηµατισµό εξαρτώνται άµεσα από την ισχύ του ηλεκτροκινητήρα, ο οποίος πρέπει να διαθέτει µεγάλο μέγεθος προκειµένου να αποδώσει την απαιτούµενη ισχύ. Ένας τόσο ισχυρός κινητήρας απαιτεί, µε τη σειρά του, µεγάλο µέγεθος και βάρος συσσωρευτών προκειµένου να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις του σε ρεύµα, όταν ο οδηγός επιταχύνει έστω κι αν υπάρχει δευτερεύουσα γραµµή που να µεταφέρει το ρεύµα της γεννήτριας απευθείας στον ηλεκτροκινητήρα, Δέδε Σινάν 99

121 παρακάµπτοντας τους συσσωρευτές.η συστοιχία των µπαταριών είναι γενικά µεγάλης ισχύος µε σκοπό να ικανοποιεί επιπλέον υψηλές οδηγικές ανάγκες, προσθέτοντας όµως βάρος και επιπλέον κόστος στο αυτοκίνητο. Εικόνα 79 Σειριακή συνδεσμολογία Σε έναν παράλληλο υβριδικό σχηµατισµό (Εικ.80) και ο κινητήρας και ο ηλεκτροκινητήρας παράγουν την ισχύ για την κίνηση των τροχών όντας µόνιµα και ανεξάρτητα συνδεδεµένοι στο κιβώτιο ταχυτήτων. Αφού, σε αυτόν τον σχηµατισµό, ο κινητήρας είναι συνδεδεµένος απευθείας στους τροχούς, εξαλείφεται η µείωση της απόδοσης κατά την µετατροπή της µηχανικής σε ηλεκτρική ενέργεια που συµβαίνει στα σειριακά HEVs, κάτι που καθιστά αυτό το είδος των υβριδικών κατάλληλα για οδήγηση σε αυτοκινητοδρόµους. Ο ηλεκτροκινητήρας έχει το ελάχιστο εκείνο µέγεθος που απαιτείται για τη µετακίνηση του αυτοκινήτου, µε µικρή ταχύτητα, µέσα στην πόλη. Ο εµβολοφόρος κινητήρας από την άλλη έχει το ελάχιστο εκείνο µέγεθος που απαιτείται προκειµένου το αυτοκίνητο να µπορεί να κινείται µε την επιθυµητή µέγιστη (σταθερή) ταχύτητα σε οριζόντιο επίπεδο, µε άπνοια. Ταυτόχρονα, διοχετεύει ένα µικρό µέρος της ισχύος του στη γεννήτρια, προκειµένου να επαναφορτιστούν οι µπαταρίες του ηλεκτροκινητήρα. Τυπικά παραδείγµατα πετρελαιο-κινητήρων ελαφριών φορτηγών HEVs µε παράλληλη συνδεσµολογία είναι του DaimlerChrysler Dodge Ram (5.9 lt όγκος εµβολισµού µε kw κινητήρα diesel), το οποίο βγήκε στην παραγωγή στα τέλη του 2004, του Toyota Hino Dutro (2,525 mm µεταξόνιο µε 4 lt όγκο εµβολισµού, µε σύστηµα έγχυσης κοινού αυλού εισαγωγής, 4-κύλινδρος, σύστηµα στροβιλουπερπλήρωσης µε στρόβιλο µεταβλητής γεωµετρίας (VGT), 110 kw κινητήρα diesel σε σύνδεση µε µια 23 kw, τριφασική AC σύγχρονη γεννήτρια/κινητήρα και µια 6.5 Ah NiMH συστοιχία µπαταριών), του Isuzu Elf (2,505 mm µεταξόνιο µε 4.77 lt όγκο εµβολισµού, Δέδε Σινάν 100

122 σύστηµα έγχυσης κοινού αυλού εισαγωγής,4-κύλινδρο, 96 kw κινητήρα diesel σε σύνδεση µε µια 25.5 kw, τριφασική AC σύγχρονη γεννήτρια και 346V συστοιχία µπαταριών ιόντων λιθίου). Το πλεονέκτηµα της παράλληλης σύνδεσης εµβολοφόρου κινητήρα και ηλεκτροκινητήρα βρίσκεται στη δυνατότητα που υπάρχει να αλληλοβοηθηθούν τα δυο συστήµατα. Για παράδειγµα τι γίνεται στηνπερίπτωση που απαιτηθεί από τον κινητήρα να αποδώσει (π.χ. κατά τη διάρκεια µιας επιτάχυνσης ή ανωφέρειας) µεγαλύτερη ισχύ από αυτήν που αντιστοιχεί στις συνθήκες ιδανικής θερµικής απόδοσης; Η λύση που προτείνεται από την παράλληλη υβριδική συνδεσµολογία είναι να ενεργοποιηθεί ο ηλεκτροκινητήρας και να προσφέρει αυτός την επιπλέον ισχύ που χρειάζεται το αυτοκίνητο, χωρίς ο εµβολοφόρος κινητήρας να λειτουργήσει υπό συνθήκες που θα αύξαναν την κατανάλωση του και πιθανόν και τις εκποµπές καυσαερίου. Εικόνα 80 Παράλληλη συνδεσμολογία Ένας σειριακός/παράλληλος (µικτός) σχηµατισµός (Εικ.81) εµφανίζει τα πλεονεκτήµατα αλλά και τα προβλήµατα των παράλληλων και των σειριακών σχηµατισµών. Εδώ, ο κινητήρας µπορεί να κινεί τους τροχούς απευθείας αλλά µπορεί και να είναι αποσυνδεδεµένος από αυτούς έτσι ώστε να κινούνται µόνο από τον ηλεκτροκινητήρα. Το Toyota Prius έκανε αυτή τη διάταξη διάσηµη και µια παρόµοια τεχνολογία χρησιµοποιείται και στο υβριδικό Ford Escape. Το σύστηµα αυτό είναι πιο ακριβό από ένα παράλληλου σχηµατισµού αφού απαιτεί γεννήτρια, µεγαλύτερη συστοιχία µπαταριών και ένα πιο σύνθετο και ανεπτυγµένο σύστηµα ελέγχου. Ωστόσο, ο µικτός σχηµατισµός έχει τη δυνατότητα καλύτερης απόδοσης απ ότι ο κάθε σχηµατισµός ξεχωριστά. Δέδε Σινάν 101

123 Εικόνα 81 Μεικτή συνδεσμολογία 15.4 Φόρτιση Υβριδικού - Αναπαραγωγικό φρενάρισμα Αναπαραγωγικό φρενάρισμα: Όταν χρησιμοποιούμε τα φρένα σε ένα συμβατικό αυτοκίνητο, η κινητική ενέργεια που έχει όταν μετακινείται μετατρέπεται σε θερμότητα. Σε ένα υβριδικό αυτοκίνητο, τα φρένα παίρνουν ένα ποσοστό από την ενέργεια αυτή και αντί να χαθεί στο περιβάλλον, χρησιμοποιώντας την ηλεκτρική μηχανή ως γεννήτρια την εναποθέτει πίσω στις μπαταρίες. Το αναπαραγωγικό φρενάρισμα χρησιμοποιεί το γεγονός ότι μια ηλεκτρική μηχανή μπορεί επίσης να ενεργήσει ως γεννήτρια. Η ηλεκτρική μηχανή κίνησης του οχήματος επανασυνδέεται ως γεννήτρια κατά τη διάρκεια του φρεναρίσματος και η παραγωγή της συνδέεται με ένα ηλεκτρικό φορτίο. Συγκεκριμένα, αυτό είναι το φορτίο στη μηχανή που παρέχει το αποτέλεσμα του φρεναρίσματο Εικόνα 82 Σύστημα αναπαραγωγικού φρεναρίσματος Δέδε Σινάν 102

124 15.5 Πλεονεκτήματα της υβριδοποίησης 1) Μικρότερο µέγεθος Μ.Ε.Κ 2) Η Μ.Ε.Κ. τίθεται προσωρινά εκτός λειτουργίας, οπότε έχουµε µικρότερη κατανάλωση καυσίµου. 3) Η Μ.Ε.Κ. λειτουργεί σε σταθερή ταχύτητα/φορτίο του πεδίου λειτουργίας σε σχετικά υψηλή απόδοση. 4) Ανάκτηση ισχύος και φόρτιση των µπαταριών κατά το φρενάρισµα. Στις σειριακές HEV συνδεσµολογίες ο κινητήρας πρακτικά προστατεύεται από τη µεταβατική λειτουργία αφού δεν είναι απευθείας συνδεδεµένος στους τροχούς. Έτσι δεν χρειάζεται να ακολουθεί τον κύκλο λειτουργίας του οχήµατος. Από την πλευρά πάντως της µεταβατικής λειτουργίας, ο πιο ενδιαφέρων σχηµατισµός είναι ο παράλληλος, αφού σε αυτόν τον σχηµατισµό ο κινητήρας diesel διατηρεί τον πρώτο ρόλο στην κίνηση του οχήµατος έχοντας τον ηλεκτροκινητήρα και τις µπαταρίες για την περαιτέρω τροφοδότηση ισχύος όταν αυτή χρειαστεί. Στη παρακάτω εικόνα απεικονίζεται η επέκταση του συµβατικού συστήµατος µετάδοσης ισχύος που διαμορφώνεται τώρα σανπαράλληλη συνδεσµολογία σε όχηµα HEV. Εικόνα 83 Παράλληλη συνδεσμολογία σε Diesel HEV Δέδε Σινάν 103

125 15.6 Υπόλοιπες Υβριδικές Εκδοχές Εκτός όµως από τα υβριδικά οχήµατα µε χρήση ηλεκτροκινητήρα σε συνδυασµό µε µια Μ.Ε.Κ. υπάρχουν και άλλες εκδοχές όπως τα υβριδικά µε κυψέλες καυσίµου, τα υδραυλικά υβριδικά και τα πνευµατικά υβριδικά Υβριδικά οχήµατα µε κυψέλες καυσίµου Καθώς τα HEV κερδίζουν έδαφος, η τεχνολογία των κυψελών καυσίµου (fuel cells) στα οχήµατα αρχίζει να αποκτά ενδιαφέρον. Οι κυψέλες καυσίµου µε υδρογόνο χρησιµοποιούνται εδώ και καιρό για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε διαστηµικές εφαρµογές και ως βοηθητικές µονάδες παραγωγής ενέργειας σε περίπτωση αιχµής. Οι κυψέλες καυσίµου παράγουν ηλεκτρική ενέργεια µέσω χηµικής αντίδρασης µεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου χωρίς να παράγουν βλαβερές εκποµπές. Ουσιαστικά, οι κυψέλες καυσίµου είναι ηλεκτροχηµικές συσκευές που µετατρέπουν τη χηµική ενέργεια µιας αντίδρασης απευθείας σε ηλεκτρική. Η βασική φυσική δοµή µιας κυψέλης καυσίµου (Εικ.84) αποτελείται από µια λεπτή µεµβράνη ηλεκτρολύτη που έρχεται σε επαφή µε µια πορώδη άνοδο από τη µια πλευρά και µια πορώδη κάθοδο από την άλλη. Μια σχηµατική αναπαράσταση κυψέλης καυσίµου, µε τα αντιδρώντα και τα παράγωγα καθώς και η πορεία των ιόντων διαµέσου της κυψέλης, φαίνεται παρακάτω. Εικόνα 84 Λειτουργίας μιας κυψέλης καυσίμου Σε µια συνήθη κυψέλη καυσίµου τα καύσιµα αέριας µορφής (π.χ. υδρογόνο) τροφοδοτούνται συνεχώς προς την άνοδο (αρνητικό ηλεκτρόδιο) και ένα οξειδωτικό (π.χ. οξυγόνο) τροφοδοτείται προς την κάθοδο (θετικό ηλεκτρόδιο). Οι ηλεκτροχηµικές αντιδράσεις λαµβάνουν χώρα στα ηλεκτρόδια για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος. Μια κυψέλη καυσίµου, αν και έχει στοιχεία και χαρακτηριστικά παρόµοια µε αυτά µιας µπαταρίας, διαφέρει µε αυτήν αρκετά. Η µπαταρία είναι µονάδα αποθήκευσης Δέδε Σινάν 104

126 ενέργειας. Η µέγιστη διαθέσιµη ενέργεια καθορίζεται από την ποσότητα της χηµικής ενέργειας που είναι αποθηκευµένη στην µπαταρία. Η µπαταρία θα σταµατήσει να παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν η χηµική της ενέργεια καταναλωθεί, δηλαδή όταν αυτή αποφορτιστεί. Για την επαναφόρτιση της, πρέπει να την τροφοδοτήσουµε µε ενέργεια από µια εξωτερική πηγή. Από την άλλη, η κυψέλη καυσίµου είναι µια συσκευή µετατροπής ενέργειας που θεωρητικά έχει τη δυνατότητα να παράγει ηλεκτρική ενέργεια όσο το καύσιµο και το οξειδωτικό παρέχονται στα ηλεκτρόδια. Στην πραγµατικότητα όµως, η χηµική διάβρωση και η δυσλειτουργία των υλικών περιορίζει πρακτικά τη λειτουργική διάρκεια των κυψελών καυσίµου. Το αέριο υδρογόνο είναι το καύσιµο για τις περισσότερες εφαρµογές, εξαιτίας της υψηλής του αντιδραστικότητας, της δυνατότητας να παράγεται από υδρογονάνθρακες και της υψηλής του ενεργειακής πυκνότητας όταν αποθηκεύεται κρυογενικά, όπως στο διάστηµα. Παρόµοια, το οξυγόνο είναι το πιο κοινό οξειδωτικό αφού είναι ευρέως διαθέσιµο στην ατµόσφαιρα και εύκολα αποθηκεύεται. Στα υβριδικά οχήµατα κυψελών καυσίµου (FCVs), (Εικ.85), το υδρογόνο αποθηκεύεται σε δεξαµενές καυσίµου που βρίσκονται πάνω στο όχημα και η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από την κυψέλη καυσίµου τροφοδοτεί µια µπαταρία που ενεργοποιεί τον ηλεκτροκινητήρα που δίνει κίνηση στους τροχούς. Όσο λοιπόν είναι γεµάτη η δεξαµενή µε το υδρογόνο, η αντίδραση οξυγόνου υδρογόνου θα εξακολουθεί να υφίσταται στην κυψέλη, οπότε και η µπαταρία θα φορτίζεται και το όχηµα θα κινείται. Τα FCVs µπορεί να είναι δυο φορές πιο αποδοτικά από τα αντίστοιχα συµβατικού τύπου. Μπορούν επίσης να εξοπλιστούν µε άλλες σύγχρονες τεχνολογίες για αύξηση της απόδοσης, όπως συστήµατα ανάκτησης ισχύος κατά το φρενάρισµα που αιχµαλωτίζουν την ενέργεια που χάνεται στο φρενάρισµα και την αποθηκεύουν σε µια µεγάλων διαστάσεων µπαταρία. Εικόνα 85 Δομή μιας κυψέλης καυσίμου Δέδε Σινάν 105

127 Τα FCVs µπορούν να τροφοδοτούνται µε αέριο υδρογόνο που αποθηκεύεται απευθείας στο όχηµα µέσα σε δεξαµενές ή παράγεται από ένα δευτερεύον καύσιµο, όπως η µεθανόλη, η αιθανόλη ή το φυσικό αέριο που εµπεριέχει οξυγόνο. Αυτά τα δευτερεύοντα καύσιµα µετατρέπονται σε αέριο υδρογόνο από έναν αναµορφωτή καυσίµου (reformer) που είναι επί του οχήµατος. Τα FCVs που τροφοδοτούνται αµέσως µε υδρογόνο δεν εκπέµπουν ρύπους - µόνο υδρατµό και θερµότητα -, ενώ αυτά που κάνουν χρήση δευτερευόντων αερίων και ενός αναµορφωτή καυσίµου (reformer) παράγουν µικρές ποσότητες αέριων ρύπων. Όπως και µε τα άλλα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τα οχήµατα κυψελών καυσίµου είναι αθόρυβα, κινούνται οµαλά, είναι ευχάριστα στην οδήγηση και θα πρέπει να έχουν την ίδια αποδοχή όπως και τα συµβατικά Υβριδικά λεωφορεία Τα υβριδικά λεωφορεία (diesel - ηλεκτρικά υβριδικά λεωφορεία) είναι πιο ήσυχα, καθαρότερα και αποδοτικότερα στην κατανάλωση καυσίμων από τα standard λεωφορεία diesel. Τα υβριδικά λεωφορεία συμβάλουν στη μείωση των εκπομπών των ρύπων και του διοξειδίου του άνθρακα κατά τουλάχιστον 30 τοις εκατό σε σύγκριση με τα συμβατικά ντίζελ λεωφορεία. Τα υβριδικά λεωφορεία χρησιμοποιούν το αναπαραγωγικό φρένο, πράγμα που σημαίνει ότι παράγουν ηλεκτρική ενέργεια όταν πιέζονται τα φρένα. Αυτή η ηλεκτρική ενέργεια αποθηκεύεται σε μια μπαταρία και χρησιμοποιείται για τη λειτουργία του ηλεκτρικού κινητήρα. Το πρόγραμμα εισαγωγής υβριδικής τεχνολογίας στις μεταφορές Από την αρχική εισαγωγή των υβριδικών λεωφορείων το 2006, οι κατασκευαστές έχουν αναπτύξει διάφορες εκδόσεις των υβριδικών συστημάτων για δοκιμές στο Λονδίνο. Το σημερινό πρόγραμμα, με την επιφύλαξη των επιδόσεων των λεωφορείων δοκιμής, είναι να εισαχθούν 300 υβριδικά λεωφορεία από το Θα συνεργαστούμε στενά με τους φορείς λεωφορείων και κατασκευαστών για τη μεγιστοποίηση του αριθμού των υβριδικών που εισήχθησαν μετά το Ο ρυθμός με τον οποίο κατασκευάζονται και παραδίνονται τα υβριδικά αυξάνει ανώ το κόστος παραγωγής του οχήματος μειώνεται. Περιβαλλοντικά οφέλη: Δοκιμάζουμε τα υβριδικά λεωφορεία για να βεβαιωθούμε ότι παράγουν λιγότερες εκπομπές αερίων, επιβλαβείς ρύπους καθώς χαμηλότερα επίπεδα θορύβου. Σε σύγκριση με τα πετρελαιοκίνητα λεωφορεία, τα υβριδικά λεωφορεία έχουν: ελάχιστη Δέδε Σινάν 106

128 30% μείωση της χρήσης καυσίμων, 30% μείωση του διοξειδίου του άνθρακα, 3 ντεσιμπέλ [db], μείωση της αντιληπτής ηχοστάθμης, μειωμένη ποσότητα οξειδίων του μονοξειδίου του αζώτου και του άνθρακα. Εικόνα 86 Υβριδικό λεωφορείο 15.9 Εφαρμογές κινητήρων υβριδικών οχημάτων με κυψέλες καυσίμων (FCVs) Το Toyota Fine-X που παρουσιάστηκε στην 39η έκθεση στο Τόκιο είναι παράδειγµα αυτού του είδους της επαναστατικής, υψηλά αποδοτικής δηµιουργίας. Χρησιµοποιώντας µια συµβατική κυψέλη καυσίµου κάτω από το δάπεδο του αυτοκινήτου και τέσσερις ηλεκτροκινητήρες στους τροχούς, το Fine-X προσφέρει άνεση στην εσωτερική καµπίνα.(εικ.87) Εικόνα 87 Toyota Fine-X Το τετρακίνητο FCX Concept (Εικ. 88) αποτελεί την τελευταία (και πλέον εξελιγµένη) έκδοση της µακράς σειράς των πειραµατικών κυψελωτών FCX και αποτελεί φορέα για όλες εκείνες τις καινοτόµες τεχνολογίες που ανακοινώθηκαν από τη Honda τους τελευταίους µήνες. Για παράδειγµα, στην κυψέλη του έχει ενσωµατωθεί η Δέδε Σινάν 107

129 τεχνολογία εκείνη που παρέχει δυνατότητα λειτουργίας σε υποµηδενικές θερµοκρασίες περιβάλλοντος (και συγκεκριµένα έως τους -20 οc ) ενώ αξίζει να σηµειωθεί ότι παρά το γεγονός ότι οι εξωτερικές της διαστάσεις είναι αρκετά µικρές, είναι ταυτόχρονα και η ισχυρότερη της ιστορίας των FCX, αποδίδοντας 100kW. Για να καταφέρει η Honda να λειτουργεί την κυψέλη στους -20 οc άλλαξε τη συνήθη - µέχρι τότε οριζόντια ροή υδρογόνου και αέρα, στο εσωτερικό της κυψέλης, αντικαθιστώντας τη µε µια κατακόρυφη. Τα δυο συνεργαζόµενα αέρια κινούνται, έτσι, µε κατεύθυνση από την κορυφή της κυψέλης προς τον πυθµένα της. Tο αποτέλεσµα είναι να αποµακρύνεται, λόγω της βαρύτητας, το παραγόµενο νερό από τα στοιχεία της κυψέλης και να καταλήγει στον πυθµένα, απ όπου και απορρέει προς το εξωτερικό. Αντίθετα, στις συµβατικές κυψέλες οριζόντιας ροής, η παραµονή του νερού στις επιφάνειες των στοιχείων οδηγεί σε παγοποίηση, άρα και αδρανοποίηση της κυψέλης. Με αυτά τα 100kW, η κυψέλη υδρογόνου τροφοδοτεί τρεις κινητήρες: έναν κεντρικό των 80 kw για τους πρόσθιους τροχούς (στους οποίους και µεταδίδει την κίνηση του µέσω συστήµατος υποπολλαπλασιασµού και αρθρωτών ηµιαξονίων) και δυο µικρούς των 25 kw - τύπου in-hub/εσωτερικού ρότορα - τοποθετηµένους ( έκκεντρα ) στο εσωτερικό των πίσω τροχών. Εικόνα 88 FCX Concept της Honda Στη παραπάνω Εικ. 88 παρουσιάζεται το πλαίσιο και τα ηλεκτροµηχανικά µέρη του FCX Concept. Οι δυο μικροσκοπικές δεξαµενές χωρούν τη διπλάσια (τουλάχιστον) ποσότητα υδρογόνου για δεδοµένη πίεση -, χάρη στο υλικό απορρόφησης το οποίο διαθέτουν στο εσωτερικό τους. Η κεντρική ραχοκοκαλιά δεν είναι άλλη από τη µικροσκοπική (αλλά πανίσχυρη) κυψέλη καυσίµου Υβριδικά Υδραυλικά Οχήµατα Ένα υδραυλικό υβριδικό όχηµα χρησιµοποιεί υδραυλικά και µηχανικά στοιχεία αντί για ηλεκτρικά. Μια αντλία µεταβλητής µετατόπισης αντικαθιστά τον κινητήρα/γεννήτρια Δέδε Σινάν 108

130 και ένας υδραυλικός συσσωρευτής (που αποθηκεύει ενέργεια στη µορφή υψηλά συµπιεσµένου αερίου αζώτου) αντικαθιστά τις µπαταρίες. Ο υδραυλικός συσσωρευτής, ο οποίος είναι υποχρεωτικά δεξαµενή πίεσης, είναι ενδεχοµένως φτηνότερος και µεγαλύτερης διάρκειας από τις µπαταρίες. Η υδραυλική υβριδική τεχνολογία αναπτύχθηκε από την εταιρεία Volvo Flygmotor και χρησιµοποιήθηκε πειραµατικά σε λεωφορεία από τις αρχές του 1980 και παραµένει ακόµα µια ενεργή περιοχή ερευνητικά. Η αρχική σύλληψη είχε να κάνει µε έναν τεράστιο σφόνδυλο για αποθήκευση συνδεδεµένο σε ένα υδροστατικό κιβώτιο αλλά αργότερα µετατράπηκε σε απλούστερο σύστηµα κάνοντας χρήση ενός υδραυλικού συσσωρευτή συνδεδεµένου σε µια υδραυλική αντλία. Αυτό το σύστηµα αναπτύχθηκε επίσης από την εταιρία Eaton αλλά και από άλλες σε βαρέος τύπου οχήµατα όπως λεωφορεία, φορτηγά και στρατιωτικά οχήµατα. Ένα παράδειγµα είναι το Ford F-350 Mighty Tonka το οποίο έκανε την εµφάνιση του το Το σύστηµα αυτό στο συγκεκριµένο φορτηγό του δίνει τη δυνατότητα επιτάχυνσης σε ταχύτητες αυτοκινητόδροµου. Ένα από τα ισχύοντα υδραυλικά συστήµατα σε υβριδικά οχήµατα είναι το λεγόµενο Υδραυλικό Βοηθητικό Σύστηµα Προώθησης (Hydraulic Launch Assist) της εταιρίας Eaton. Το υδραυλικό αυτό σύστηµα χρησιµοποιεί σύστηµα ανάκτησης ισχύος κατά το φρενάρισµα. Σε αντίθεση µε τα άλλα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τα οποία χρησιµοποιούν σύστηµα ανάκτησης ισχύος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας την οποία την αποθηκεύουν σε µια µπαταρία για χρήση από τον ηλεκτροκινητήρα, το υδραυλικό υβριδικό σύστηµα ανακτά την ενέργεια στη µορφή πεπιεσµένου υδραυλικού ρευστού. Εικόνα 89 Το υδραυλικό βοηθητικό σύστημα προώθησης σε υδραυλικό Το HLA (Υδραυλική βοήθεια Εκκίνησης) σύστηµα κάνει χρήση ενός αναστρέψιµου κινητήρα/αντλίας που είναι συνδεδεμένος στον άξονα µετάδοσης κίνησης µέσω ενός Δέδε Σινάν 109

131 συμπλέκτη και δυο συσσωρευτών. Όταν ο οδηγός πατάει το φρένο, η αντλία/κινητήρας ωθεί το υδραυλικό ρευστό από έναν χαµηλής πίεσης συσσωρευτή σε έναν υψηλής πίεσης συσσωρευτή, αυξάνοντας την πίεση του αερίου αζώτου στα 5000 psi. Κατά τη διάρκεια της επιτάχυνσης, το HLA σύστηµα αλλάζει από τη λειτουργία της αντλίας στη λειτουργία του κινητήρα. Το αέριο άζωτο ωθεί το υδραυλικό ρευστό πίσω στο συσσωρευτή χαµηλής πίεσης και ο κινητήρας εφαρµόζει ροπή στον άξονα µετάδοσης κίνησης διαμµέσου του συµπλέκτη. Το υδραυλικό υβριδικό όχηµα χρησιµοποιεί την υδραυλική ενέργεια για την επιτάχυνση προώθησης, κάτι το οποίο οδηγεί σε σηµαντική µείωση της κατανάλωσης καυσίµου και σε βελτιωµένη επιτάχυνση χάρη στη µεγάλη ισχύ των υδραυλικών συστηµάτων. Δέδε Σινάν 110

132 16. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 16 ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΠΙΜΕΡΟΥΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΥΒΡΙΔΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ 16.1 Μπαταρία NiMH Στα σύγχρονα εµπορικά υβριδικά οχήµατα, η µπαταρία που χρησιµοποιείται κατά βάση είναι η µπαταρία Νικελίου Μετάλλου Υδριδίου (NiMH).(Εικ. 90 ). Πρόκειται για µια επαναφορτιζόµενη µπαταρία, παρόµοια µε την παταρία Νικελίου Καδµίου (NiCd), µε τη διαφορά ότι αντί για κάδµιο στην άνοδο της έχει ένα κράµα απορροφητικό σε υδρογόνο. Στην κάθοδο, όπως και στις NiCd µπαταρίες, χρησιµοποιεί νικέλιο. Μια NiMH μπαταρία έχει δυο µε τρεις φορές τη χωρητικότητα µιας ισοδύναµου µεγέθους µπαταρίας NiCd και το φαινόμενο μνήµης (memory effect) της δεν είναι τόσο σηµαντικό όπως στις NiCd..ωστόσο, συγκρινόµενη µε την µπαταρία ιόντων λιθίου (lithium-ion battery), η ογκοµετρική ενεργειακή πυκνότητα είναι χαµηλότερη και η αυτοεκφόρτιση µεγαλύτερη. Η ειδική ενεργειακή πυκνότητα για την NiMH είναι περίπου 80 W h/kg, µε την ογκοµετρική ενεργειακή πυκνότητα να είναι γύρω στις 200 W h/l. Η αντίδραση που συµβαίνει στην άνοδο µιας µπαταρίας NiMH είναι η ακόλουθη: Η µπαταρία φορτίζεται προς την δεξιά κατεύθυνση της εξίσωσης και αποφορτίζεται προς την αριστερή. Το υδροξείδιο του νικελίου είναι αυτό που σχηµατίζει την κάθοδο. Το "Μέταλλο" στην άνοδο µιας NiMH µπαταρίας είναι ουσιαστικά µια σύνθετη µεταλλική ένωση. Πολλές χηµικές ενώσεις έχουν αναπτυχθεί για την εφαρµογή αυτή αλλά αυτές που εφαρµόζονται ανήκουν σε δυο κατηγορίες. Ο πιο κοινός χηµικός τύπος είναι ο AB5, όπου A είναι ένα µίγµα σπάνιων γαιών ανθανίου, δηµητρίου, νεοδυµίου, πρασινοδυµίου και B είναι νικέλιο, κοβάλτιο, µαγγάνιο, και αλουµίνιο. Μερικές άλλες µπαταρίες κάνουν χρήση αρνητικών ηλεκτροδίων υψηλότερης χωρητικότητας, βασισµένα σε χηµικές ενώσεις τύπου AB2, όπου A είναι τιτάνιο ή βανάδιο και B είναι ζιρκόνιο ή νικέλιο, τροποποιηµένο µε χρώµιο, κοβάλτιο, σίδηρο και µαγγάνιο, εξαιτίας της µειωµένης διάρκειας ζωής της µπαταρίας. Οι µπαταρίες NiMH αποτελούνται από έναν αλκαλικό ηλεκτρολύτη συνήθως υδροξείδιο καλίου. Η τάση φόρτισης είναι V/στοιχείο. Ένα πλήρως φορτισµένο στοιχείο έχει τάση V και παρέχει ονοµαστική τάση 1.2V κατά µέσο όρο στη διάρκεια της αποφόρτισης και µέχρι 1.0V, γιατί περαιτέρω αποφόρτιση µπορεί να Δέδε Σινάν 111

133 προκαλέσει µόνιµη ζηµιά στο στοιχείο της µπαταρίας. Το φαινόµενο µνήµης από την επαναλαµβανόµενη µερική αποφόρτιση µπορεί να συµβεί, κάτι όµως που είναι αναστρέψιµο µέσω του κύκλου φόρτισης. Ο ρυθµός αυτοεκφόρτισης επηρεάζεται κατά πολύ από τη θερµοκρασία στην οποία οι μπαταρίες είναι αποθηκευµένες µε τις πιο ψυχρές θερµοκρασίες αποθήκευσης να έχουν ως αποτέλεσµα χαµηλότερο ρυθµό αποφόρτισης και µεγαλύτερη διάρκεια ζωής της µπαταρίας. Από την άλλη τα υψηλότερης χωρητικότητας στοιχεία που υπάρχουν στην αγορά (> 2700 mah) φαίνονται να έχουν τους υψηλότερους ρυθµούς αποφόρτισης 16.2 Πλεονεκτήματα μπαταρίας NiMH Όσον αφορά τις επιδράσεις των µπαταριών NiMH στο περιβάλλον, αυτές είναι τουλάχιστον πολύ πιο φιλικές από τις µπαταρίες NiCd που περιέχουν το δηλητηριώδες κάδµιο και άλλωστε υπάρχουν προγράµµατα ανακύκλωσης τους. Το κόστος τους δεν είναι υψηλό και η τάση τους και η επίδοση τους είναι παρόµοιες µε τις πρότυπες αλκαλικές µπαταρίες του ίδιου μεγέθους. Η ικανότητα τους να επαναφορτίζονται εκατοντάδες φορές οδηγεί στην εξοικονόµηση πόρων και χρηµάτων. Οι µπαταρίες NiMH είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για εφαρµογές υψηλής εντάσεως ρεύµατος λόγω της χαµηλής τους εσωτερικής αντίστασης. Οι αλκαλικές µπαταρίες, οι οποίες έχουν περίπου 3000mAh χωρητικότητα σε απαιτήσεις χαµηλής έντασης ρεύµατος (200mA), θα έχουν λιγότερο από 1000mAh χωρητικότητα σε απαίτηση ρεύµατος 1000mA, για παράδειγµα. Οι µπαταρίες NiMH από την άλλη µπορούν να διαχειριστούν αυτά τα υψηλής έντασης ρεύµατα διατηρώντας την πλήρη χωρητικότητα τους. Επίσης στον κύκλο αποφόρτισης οι µπαταρίες NiMH, λόγω της µικρής τους εσωτερικής αντίστασης, µπορούν και τροφοδοτούν το σύστηµα µε σταθερή περίπου τάση µέχρι να αποφορτιστούν πλήρως. Τέλος πρέπει να αναφερθεί ότι τα υδρίδια µετάλλων είναι σχετικά ασφαλή υλικά για την αποθήκευση ενέργειας και έτσι η προτεινοµένη λύση µέχρι τώρα στα υβριδικά οχήµατα, της χρήσης ηλεκτροκινητήρων/ηλεκτρογεννητριών σε συνδυασµό µε µια συστοιχία µπαταριών NiMH, παρουσιάζει αρκετά πλεονεκτήµατα, όσον αφορά την ευκολία διαχείρισης των αποθεµάτων ενέργειας κάτω από καθεστώς σχετικά αυξηµένης ασφάλειας. Δέδε Σινάν 112

134 Εικόνα 90 Η μπαταρία Νικελίου-Υδριδίου μετάλλου τους Prius 16.3 Μπαταρία Li-ion Τα τελευταία χρόνια γίνεται µια έντονη προσπάθεια ανάπτυξης και χρησιµοποίησης στο χώρο των υβριδικών οχηµάτων ενός αλλού είδους µπαταρίας, της µπαταρίας ιόντων Λιθίου (Lithium-ion). Οι Li-ion µπαταρίες είναι επαναφορτιζόµενες και χρησιµοποιούνται ευρέως στα κάθε είδους ηλεκτρονικά. Είναι από τις πιο διαδεδοµένες µπαταρίες στα φορητά ηλεκτρονικά µε µια από τις καλύτερες αναλογίες ενέργειας προς βάρος, χωρίς φαινόµενο µνήµης και µε αργό ρυθµό αποφόρτισης όταν δεν χρησιµοποιούνται. Αν δεν γίνει σωστή διαχείριση τους µπορεί να αποβούν επικίνδυνες και να µειωθεί η διάρκεια ζωής τους. Εξαιτίας της υψηλής τους ενεργειακής πυκνότητας, οι µπαταρίες Li-ion άρχισαν να γίνονται αντικείµενο έρευνας για τη χρήση τους στην υβριδική αυτοκίνηση καθώς και στην βιοµηχανία της άµυνας και του διαστήµατος. Μια αρκετά ανεπτυγµένη µπαταρία Li-ion είναι η µπαταρία στοιχείων πολυµερούς λιθίου (lithium polymer cell). Οι µπαταρίες Lithium-ion έχουν ονοµαστική τάση ανοιχτού κυκλώµατος 3.6 V και τυπική τιµή τάσης φόρτισης 4.2 V. Η διαδικασία φόρτισης γίνεται υπό σταθερή τάση. Στο παρελθόν, οι µπαταρίες αυτές δεν µπορούσαν να φορτιστούν γρήγορα και συνήθως χρειάζονταν τουλάχιστον 2 ώρες για πλήρη φόρτιση. Τα σύγχρονα στοιχεία της µπαταρίας έχουν τη δυνατότητα πλήρους φόρτισης µέσα σε λιγότερο από 45 λεπτά. Μερικές µάλιστα φτάνουν το 90% της φόρτισης τους µέσα σε 10 λεπτά. Η άνοδος ενός συµβατικού Li-ion στοιχείου κατασκευάζεται από άνθρακα, η κάθοδος είναι οξείδιο µετάλλου και ο ηλεκτρολύτης είναι άλας λιθίου σε οργανικό διαλύτη. Η χηµική αντίδραση που λαµβάνει χώρα σε ένα στοιχείο Li-ion για την παραγωγή ηλεκτρισµού είναι : Δέδε Σινάν 113

135 Είναι σηµαντικό να τονιστεί ότι τα ιόντα λιθίου δεν οξειδώνονται. Αντιθέτως, σε µια µπαταρία Li-ion τα ιόντα λιθίου µεταφέρονται από και προς την κάθοδο ή την άνοδο µε το µέταλλο Κοβάλτιο (Co) στην χηµική ένωση LixCoO2 να οξειδώνεται από Co3+ σε Co4+ κατά τη φόρτιση και να ανάγεται από Co4+ σε Co3+ κατά την αποφόρτιση Πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα Οι πρώτες µπαταρίες ιόντων λιθίου εµφανίστηκαν το Οι µπαταρίες ιόντων λιθίου µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε διάφορα µεγέθη και σχήµατα αποτελεσµατικά για την καλύτερη εξοικονόµηση χώρου της συσκευής που τροφοδοτούν. Είναι επίσης ελαφρύτερες από άλλες ισοδύναµες µπαταρίες. Η ενέργεια αποθηκεύεται σε αυτές τις µπαταρίες διαµέσου της κίνησης των ιόντων λιθίου. Το λίθιο είναι το τρίτο πιο ελαφρύ χηµικό στοιχείο, προσφέροντας έτσι ένα συγκριτικό πλεονέκτηµα σχετικά µε άλλες µπαταρίες που χρησιµοποιούν βαρύτερα µέταλλα. Ένα ακόµα πλεονέκτηµα που έχουν οι µπαταρίες Li-ion είναι η υψηλή τάση ανοιχτού κυκλώµατος που επιτυγχάνουν σε σχέση µε άλλες υδάτινες µπαταρίες όπως οι µπαταρίες µολύβδου, οι µπαταρίες Νικελίου-Υδριδίου Μετάλλου και οι µπαταρίες Νικελίου-Καδµίου. Επιπλέον, οι Li-ion µπαταρίες δεν χαρακτηρίζονται από το φαινόµενο µνήµης (memory effect). Έχουν επίσης, χαµηλό ρυθµό αυτοεκφόρτισης. Βασικό µειονέκτηµα, ωστόσο, των µπαταριών Li-ion είναι ότι διάρκεια ζωής τους εξαρτάται και από το χρόνο που έχει περάσει από τη στιγµή της κατασκευής τους, ανεξάρτητα από το αν αυτές έχουν φορτιστεί και ανεξάρτητα από τον αριθµό των κύκλων φόρτισης/αποφόρτισης. Έτσι, µια παλιότερη χρονολογικά µπαταρία θα διαρκέσει λιγότερο απ ότι µια καινούρια εξαιτίας της ηλικίας της και µόνο, κάτι που δεν συµβαίνει µε τις άλλες µπαταρίες. Η µείωση της χωρητικότητας της µπαταρίας ξεκινά λοιπόν από τη στιγµή της κατασκευής της, ανεξάρτητα αν αυτή χρησιµοποιείται και εξαρτάται από τη θερµοκρασία αποθήκευσης. Διαφορετικές θερµοκρασίες αποθήκευσης µπορούν να προκαλέσουν διαφορετικές µειώσεις της χωρητικότητας της. Έτσι σε πλήρη φόρτιση της µπαταρίας (100%) έχουµε: 6% µείωση στους 0 C (32 F), 20% µείωση στους 25 C (77 F) και 35% µείωση στους 40 C (104 F). Όταν το επίπεδο φόρτισης της µπαταρίας είναι στο 40%, αυτές οι τιµές µειώνονται σε 2%, 4%, 15% στους 0, 25 και 40 βαθµούς οc αντίστοιχα. Όσο η διάρκεια ζωής των µπαταριών µεγαλώνει, η εσωτερική τους αντίσταση αυξάνει. Αυτό προκαλεί πτώση της Δέδε Σινάν 114

136 τάσης στους πόλους κάτω από το απαιτούµενο φορτίο, µειώνοντας το µέγιστο ρεύµα που µπορεί να πάρει το σύστηµα από αυτούς. Σταδιακά λοιπόν φτάνουν σε ένα σηµείο όπου η µπαταρία δεν µπορεί να λειτουργήσει άλλο. Οι µπαταρίες Li-ion αντιµετωπίζουν επίσης µια κατάσταση που ονοµάζεται πλήρης αποφόρτιση (deep discharge). Σε αυτήν την κατάσταση, η µπαταρία µπορεί να κάνει πολύ καιρό να επαναφορτιστεί ή µπορεί και να µην επαναφορτιστεί. Η πλήρης αποφόρτιση λαµβάνει χώρα µόνο όταν τα συστήµατα ή οι συσκευές των µπαταριών αυτών µείνουν για πολύ καιρό αχρησιµοποίητα (συνήθως 2 ή περισσότερα χρόνια) ή όταν επαναφορτίζονται τόσο συχνά µε αποτέλεσµα να µην µπορούν να διατηρήσουν το φορτίο τους. Κάθε στοιχείο µπαταρίας Li-ion ξεχωριστά δεν πρέπει να αποφορτίζεται κάτω από µια συγκεκριµένη τάση για την αποφυγή µη αναστρέψιµης ζηµιάς. Εποµένως, όλα τα συστήµατα µπαταριών Li-ion εξοπλίζονται µε ένα κύκλωµα που κλείνει το σύστηµα όταν η µπαταρία αποφορτιστεί κάτω από τη συγκεκριµένη αυτή τιµή τάσης. Έτσι, κατά τη διάρκεια κανονικής χρήσης σε ένα σωστά σχεδιασµένο σύστηµα είναι αδύνατον να συµβεί η πλήρης αποφόρτιση. Όταν το συγκεκριµένο κύκλωµα ελέγχου είναι κατασκευασµένο µέσα στη µπαταρία (η επονοµαζόµενη "έξυπνη" µπαταρία) και όχι στον εξοπλισµό, τότε αυτό αντλεί συνεχώς ένα µικρής εντάσεως ρεύµα από την µπαταρία, ακόµα και αν αυτή δεν χρησιµοποιείται. Επιπλέον, η µπαταρία δεν πρέπει να µένει πλήρως φορτισµένη για µεγάλα διαστήµατα γιατί έτσι κινδυνεύει να οδηγηθεί στο φαινόµενο της πλήρους αποφόρτισης και να καταστραφεί. Χηµικά η µπαταρία Li-ion ενέχει πολλούς κινδύνους και έτσι ένα στοιχείο της µπαταρίας απαιτεί αρκετές υποχρεωτικές συσκευές ασφαλείας για να µπορεί να θεωρείται ασφαλές. Κάποιες από αυτές είναι : διαχωριστής κλεισίµατος (για την υπερθέρµανση), στόµιο (για την αποκατάσταση της πίεσης) και θερµικός διακόπτης (για την υπερφόρτωση). Οι συσκευές αυτές καταλαµβάνουν αρκετό χώρο µέσα στο στοιχείο της µπαταρίας και αυξάνουν αρκετά το επίπεδο αναξιοπιστίας της µπαταρίας. Ωστόσο ολοένα και νέες έρευνες διεξάγονται για τη βελτίωση της τεχνολογίας αυτών των µπαταριών που θα αυξάνει το επίπεδο ασφάλειας Εξέλιξη της έρευνας Όπως αναφέρθηκε και στην αρχή, υπάρχει στην αγορά µια προοπτική αντικατάστασης των µπαταριών NiMH στα υβριδικά οχήµατα από τις µπαταρίες Li-ion. Υπάρχει η πεποίθηση πως η ανάπτυξη της τεχνολογίας που οδηγεί σε µεγαλύτερη διάρκεια ζωής και ασφάλεια της µπαταρίας, σε συνδυασµό µε τη µείωση του κόστους Δέδε Σινάν 115

137 της, θα έχουν ως αποτέλεσµα τη χρήση της µπαταρίας Li-ion στα υβριδικά συστήµατα. Με τις µπαταρίες να αποτελούν το 33% του κόστους ενός υβριδικού συστήµατος και την τιµή του νικελίου να αυξάνει σε παγκόσµια κλίµακα τα τελευταία χρόνια, αναµένονται βελτιώσεις στις επιδόσεις, στη λειτουργία και στην τιµή ενός HEV µε τη χρήση των µπαταριών Li-ion. Επίσης, πολλοί µεγάλοι κατασκευαστές µπαταριών, επενδύουν αρκετά στην ανάπτυξη των µπαταριών Li-ion. Η εταιρεία CPI χρησιµοποιεί µια κάθοδο λιθίου βασισµένη στο µαγγάνιο αντί για το κοβάλτιο που χρησιµοποιείται στις µπαταρίες ιόντων λιθίου των φορητών υπολογιστών, των κινητών τηλεφώνων και των άλλων φορητών συσκευών.(εικ 91) Το κοβάλτιο είναι ακριβότερο ($40/kg) και σε περιπτώσεις υπερφόρτωσης και εσωτερικού βραχυκυκλώµατος µπορεί να προκληθούν φωτιά και εκρήξεις. Αντιθέτως το υλικό του µαγγανίου προσφέρει µεγαλύτερη διάρκεια ζωής κάτω από υψηλές θερµοκρασίες. Τα επίπεδα στοιχεία µπαταριών που έχει κατασκευάσει η CPI διαφέρουν από τα κυλινδρικά στοιχεία που χρησιµοποιούνται στις NiMH µπαταρίες, στο γεγονός ότι εξοικονοµούν περισσότερο χώρο. Είναι επίσης λιγότερο ακριβές και λιγότερο επιρρεπείς στη διάβρωση, σύµφωνα µε την εταιρεία. Το νέο αυτό σχέδιο, λόγω της µεγαλύτερης του επιφάνειας παρέχει µεγαλύτερη ισχύ ενώ ενισχύει περισσότερο τη θερµική διαχείριση. Από την άλλη, η ηµιδιαπερατή του µεµβράνη που χωρίζει τα ηλεκτρόδια είναι µηχανικά και θερµικά ανώτερη από τους διαχωριστές που χρησιµοποιούνται σε άλλα στοιχεία Li-ion, κάτι που αυξάνει την ασφάλεια της µπαταρίας. Διάφοροι έλεγχοι στο πολυµερές αλουµινένιο λεπτό φύλλο που προστατεύει το στοιχείο κατέδειξαν προβλεπόµενη διάρκεια ζωής του στοιχείου, 15 έτη,σύµφωνα µε την CPI. Η εταιρεία έχει επίσης αναπτύξει και πρόκειται να προµηθεύσει το σύστηµαδιαχείριση της µπαταρίας που βασίζεται σε µικροεπεξεργαστές που προορίζει για τα νέα υβριδικά αυτοκίνητα. Δέδε Σινάν 116

138 Εικόνα 91 Μπαταρία Li-ion της εταιρία LG Chemical 16.6 Συγκριτική αντιπαράθεση µεταξύ NiMH και Li ion στα υβριδικά οχήµατα. Τα πρώτα υβριδικά µοντέλα έκαναν χρήση µπαταριών µολύβδου διότι δεν υπήρχε εναλλακτική λύση. Σήµερα, η Honda και η Toyota χρησιµοποιούν µπαταρίες Νικελίου Μετάλλου Υδριδίου (NiMH) στα υβριδικά τους συστήµατα. Χηµικά αυτές οι µπαταρίες είναι φυσικά ελαφρύτερων υλικών και περιβαλλοντικά φιλικότερη από τα προηγούµενα συστήµατα, τα βασισµένα στις µπαταρίες µολύβδου. Η µπαταρία αυτή αποτελείται από κυλινδρικά στοιχεία που συνδέονται στη σειρά για την επίτευξη αρκετών εκατοντάδων βολτ, ενώ είναι έτσι διατεταγµένα ώστε να επιτρέπουν την καλύτερη δυνατή ψύξη τους. Το παρακάτω (Εικ 92) δείχνει µια συστοιχία µπαταριών NiMH ενός υβριδικού οχήµατος της Toyota. Η µπαταρία όπως φαίνεται τοποθετείται στο πίσω µέρος του αυτοκινήτου. Τα κυλινδρικά στοιχεία της µπαταρίας διακρίνονται µε το πορτοκαλί χρώµα. Εικόνα 92 Μπαταρία νικελίου-μετάλλου υδρδίου σε υβριδικό όχημα της Toyota Δέδε Σινάν 117

139 Ένα από τα σηµαντικότερα κριτήρια για τη χρήση των µπαταριών σε υβριδικές εφαρµογές είναι η µακροβιότητα τους. Οι επαναφορτιζόµενες µπαταρίες για τυπικά εµπορικά προϊόντα συνήθως διαρκούν δυο µε τρία χρόνια. Αυτή η σύντοµη διάρκεια δεν αποτελεί µεγάλο µειονέκτηµα για τα κινητά τηλέφωνα, τους φορητούς υπολογιστές και τις ψηφιακές κάµερες διότι αυτές οι συσκευές γρήγορα αχρηστεύονται. Αντιθέτως, τα $2.000 µε $3.000 για κάθε συστοιχία µπαταριών, που είναι και το κόστος αντικατάστασης της σε ένα υβριδικό όχηµα, αποτελούν µεγάλη δαπάνη. Οι περισσότερες µπαταρίες για τα υβριδικά οχήµατα έχουν εγγύηση για οχτώ χρόνια. Για να πετύχουν την αξιοπιστία σε αυτό το µεγάλο χρονικό διάστηµα, τα στοιχεία των µπαταριών βελτιστοποιούνται στον τοµέα της µακροβιότητας και όχι στο µέγεθος και το βάρος, όπως στην περίπτωση των φορητών συσκευών. Εφόσον η µπαταρία κινείται µαζί µε το όχηµα, το αυξηµένο µέγεθος και βάρος δεν είναι τόσο κρίσιµοι παράγοντες. Μια NiMH µπαταρία για ένα HEV όχηµα µπορεί να φορτιστεί και να αποφορτιστεί φορές, µε το ποσοστό αποφόρτισης να φτάνει µέχρι 80% του συνολικού φορτίου της µπαταρίας. Σε ένα υβριδικό αυτοκίνητο µια πλήρης αποφόρτιση της µπαταρίας συµβαίνει σπάνια, εκτός κι αν ο ιδιοκτήτης του για παράδειγµα κατοικεί σε µια αρκετά ορεινή περιοχή και χρειάζεται όλη την ενέργεια της µπαταρίας για να φτάσει στην κατοικία του. Μια τέτοια κατάσταση επιβαρύνει την µπαταρία και µειώνει τη διάρκεια ζωής της. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ωστόσο, το υβριδικό όχηµα χρησιµοποιεί µόνο το 10% της χωρητικότητας της µπαταρίας. Αυτό επιτρέπει χιλιάδεςκύκλους φόρτισης/αποφόρτισης. Ένας από τους περιορισµούς των µπαταριών NiMH είναι η µέση απόδοση µετατροπής της ενέργειας. Αυτό εξηγεί γιατί η µπαταρία ζεσταίνεται αρκετά σε κάθε φόρτιση και αποφόρτιση. Η απόδοση φόρτισης είναι µέγιστη όταν η µπαταρία βρίσκεται σε επίπεδο φόρτισης 50-70%. Όταν βρίσκεται πάνω από το 70% του φορτίου της, η µπαταρία δεν µπορεί να απορροφήσει καλά το επιπλέον φορτίο και έτσι η περισσότερη ενέργεια φόρτισης χάνεται µε τη µορφή θερµότητας. Λειτουργώντας την µπαταρία σε µερικό φορτίο, υπάρχει η απαίτηση µεγαλύτερης µπαταρίας η οποία όµως µειώνει το λόγο ενέργειας προς βάρος καθώς και την απόδοση. Οι Ιάπωνες κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν δοκιµάσει πολλά σενάρια για την κατάλληλη µπαταρία στο υβριδικό αυτοκίνητο, ακόµα και τις µπαταρίες µολύβδου. Στις µέρες µας η προσοχή έχει στραφεί στις µπαταρίες ιόντων λιθίου. Η µπαταρία λιθίου βασισµένη στο κοβάλτιο είναι µια από τις πρώτες εκδοχές στην οικογένεια αυτών των µπαταριών και προσφέρει µια πολύ υψηλή πυκνότητα ενέργειας..υστυχώς, αυτό το Δέδε Σινάν 118

140 σύστηµα µπαταριών δεν µπορεί να µεταφέρει υψηλής εντάσεως ρεύµατα και περιορίζεται σε φορητές συσκευές. Οι κατασκευαστές των HEV πειραµατίζονται µε τις εκδοχές του µαγγανίου και των φωσφορικών αλάτων στις µπαταρίες ιόντων λιθίου. Αυτά τα συστήµατα προσφέρουν µια υπερβολικά χαµηλή εσωτερική αντίσταση, µεταφέρουν υψηλής εντάσεως ρεύµατα και δέχονται γρήγορη φόρτιση. Αντιθέτως µε την εκδοχή του κοβαλτίου, η αντίσταση παραµένει χαµηλή καθ όλη τη διάρκεια ζωής της µπαταρίας. Για την απόδειξη αυτού του χαρακτηριστικού στις µπαταρίες ιόντων λιθίου βασισµένες στο µαγγάνιο, πραγµατοποιήθηκε µια εργαστηριακή έρευνα που εφάρµοσε κύκλους φόρτισης/αποφόρτισης σε µια περίοδο επτά χρόνων. Αν και η χωρητικότητα έπεσε από το 100% στο 20%, το στοιχείο διατήρησε τη χαµηλή του εσωτερική αντίσταση. Το µειονέκτηµα των µπαταριών αυτών µε το µαγγάνιο και τα φωσφορικά άλατα είναι η χαµηλότερη πυκνότητα ενέργειας αλλά αυτά τα συστήµατα παρέχουν 20% περισσότερη χωρητικότητα ανά µονάδα βάρους απ ότι οι µπαταρίες NiMH και τρεις φορές περισσότερη απ ότι οι µπαταρίες µολύβδου. Το παρακάτω (Σχήμα 2) απεικονίζει τις πυκνότητες ενέργειας των µπαταριών µολύβδου, νικελίου και ιόντων λιθίου στις τρεις εκδοχές του. Παρατηρείται εύκολα ότι οι µπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν το πλεονέκτηµα της υψηλότερης πυκνότητας ενέργειας µε το κόστος όµως της χαµηλότερης ασφάλειας και του µειωµένου κύκλου ζωής. Σχήμα 2 Πυκνωτές ενέργειας των διαφόρων μπαταριών Οι µπαταρίες Li-ion φαίνονται πολλά υποσχόµενες για τη χρήση τους στα υβριδικά οχήµατα αλλά χρειάζεται περαιτέρω έρευνα. Παρακάτω αναφέρονται κάποια από τα εµπόδια που πρέπει να αρθούν: Δέδε Σινάν 119

141 Ανθεκτικότητα: Ο αγοραστής απαιτεί µια εγγύηση των δέκα ετών και παραπάνω. Προς το παρόν, οι κατασκευαστές των µπαταριών για τα υβριδικά οχήµατα δίνουν εγγύηση οχτώ ετών για τις NiMH. Η µακροβιότητα των lithiumion µπαταριών δεν έχει αποδειχτεί ακόµα και η επίτευξη ακόµα και των οχτώ ετών αποτελεί πρόκληση. Κόστος: Αν το κόστος αντικατάστασης των $2,000 ως $3,000 µιας µπαταρίας Νικελίου Υδριδίου Μετάλλου είναι απαγορευτικό, το αντίστοιχο κόστος µε τις µπαταρίες Li-ion θα είναι υψηλότερο. Αυτά τα συστήµατα είναι περισσότερο δαπανηρά για να παραχθούν αλλά έχουν τη δυνατότητα µείωσης της τιµής µε βελτιωµένες µεθόδους παραγωγής. Οι µπαταρίες NiMH έχουν φτάσει το χαµηλότερο δυνατό κόστος το οποίο δεν µπορεί να µειωθεί λόγω των υψηλών τιµών του νικελίου. Ασφάλεια: Οι µπαταρίες ιόντων λιθίου που βασίζονται στο µαγγάνιο και στα φωσφορικά άλατα είναι περισσότερο ασφαλείς από τις αντίστοιχες του κοβαλτίου. Το κοβάλτιο γίνεται θερµικά ασταθές σε µια µέση θερµοκρασία των 150 C (300 F). Τα στοιχεία από µαγγάνιο και φωσφορικά άλατα µπορούν να φτάσουν τους 250 C (480 F) πριν γίνουν επικίνδυνα. Εκτός από την αυξηµένη θερµική σταθερότητα, η µπαταρία απαιτεί ακριβά κυκλώµατα προστασίας που θα επιβλέπουν τις τάσεις των στοιχείων και θα περιορίζουν τις διαρροές ρεύµατος. Τα κυκλώµατα προστασίας πρέπει να προστατεύουν σε περίπτωση αστοχίας του στοιχείο που συµβαίνει φυσικά µε την ηλικία της µπαταρίας. Διαθεσιµότητα: Οι κατασκευαστές των στοιχείων µαγγανίου και φωσφορικών αλάτων δύσκολα ίσως να µπορέσουν να ανταπεξέλθουν στη ζήτηση. Μια ραγδαία αύξηση στη χρήση λιθίου στις µπαταρίες των υβριδικών οχηµάτων, θα είχε αποτέλεσµα την µείωση της παραγωγής. Με 7 kg (15 lb) λιθίου ανά µπαταρία, τίθεται θέµα έλλειψης των ακατέργαστων υλικών. Οι περισσότερες γνωστές διαθέσιµες ποσότητες βρίσκονται στη Βόρεια Αµερική, στην Αργεντινή, στη Χιλή και στη Βολιβία. Σύµφωνα µε πρόσφατες µελέτες, οι µπαταρίες ιόντων λιθίου σε λίγο καιρό θα αντικαταστήσουν τις NiMH καθώς η τεχνολογία των πρώτων έχει προχωρήσει κατά πολύ. Με βάση δεδοµένα και µετρήσεις παρατίθεται πιο κάτω συγκριτικός πίνακας µε τις ιδιότητες των δυο ειδών µπαταριών, των NiMH και των Li-ion. Δέδε Σινάν 120

142 Πίνακας 6 Σύγκριση χαρακτηριστικών μπαταριών λιθίου νικελίου 16.7 Μειονεκτήµατα των σύγχρονων υβριδικών οχηµάτων λόγω χρήσης µπαταριών. Οι µπαταρίες, όπως αναφέρθηκε, προσφέρουν αρκετά πλεονεκτήµατα, όσον αφορά την ευκολία διαχείρισης των αποθεµάτων ενέργειας και τον τοµέα της ασφάλειας. Ωστόσο, υπάρχουν αρκετά µειονεκτήµατα τα οποία έχουν να κάνουν µε την ικανότητα των µέχρι στιγµής γνωστών εµπορικών συσσωρευτών να διαχειρίζονται µεγάλα ρεύµατα. Έτσι, λοιπόν, είναι αδύνατη η ακαριαία φόρτιση των συσσωρευτών και αυτός είναι ο λόγος που τα υβριδικά αυτοκίνητα, κατά την πέδηση, ανακτούν ένα µικρό µόνο ποσοστό της κινητικής τους ενέργειας. Το µέγεθος της ενέργειας που είναι δυνατόν να ανακτηθεί κατά την πέδηση καθορίζεται από το µέγιστο ανεκτό ρεύµα φόρτισης της µπαταρίας, το οποίο είναι απείρως µικρότερο από αυτό που µπορούν να παράγουν οι ηλεκτρογεννήτριες του οχήµατος, όταν χρησιµοποιούνται ως µονάδες πέδησης. Είναι γνωστό, επίσης, το γεγονός ότι η µέγιστη αποδιδόµενη στους τροχούς ισχύς ενός υβριδικού οχήµατος δεν είναι ίση µε το άθροισµα των ισχύων θερµικού κινητήρα και ηλεκτροκινητήρα αλλά αισθητά µικρότερη. Η αιτία βρίσκεται στο ότι το µέγιστο ρεύµα εκφόρτισης της µπαταρίας είναι περιορισµένο σε επίπεδα πολύ µικρότερα από αυτά που αντιστοιχούν στη µέγιστη ισχύ του ηλεκτροκινητήρα, ενώ το υπόλοιπο ρεύµα, όταν ο ηλεκτροκινητήρας κινείται µε τη µέγιστη ισχύ του, προέρχεται, αναγκαστικά, από τη γεννήτρια την οποία κινεί ο θερµικός κινητήρας, αναλώνοντας µέρος της ισχύος του που κάτω από άλλες συνθήκες θα τροφοδοτούσε τους τροχούς. Ένας τεραστίων διαστάσεων συσσωρευτής µπορεί να αποθηκεύσει σχεδόν (πάντα υπάρχουν απώλειες) Δέδε Σινάν 121

143 όλη την ανακτηθείσα κατά την πέδηση ενέργεια και να τη µετατρέψει (πάλι µε ελάχιστες απώλειες) σε κινητική ενέργεια. Το όχηµα, όµως, µαζί µε τον τεράστιο συσσωρευτή, θα αποκτήσει και τεράστιο βάρος, άρα θα χρειαστεί πολύ µεγάλη κινητική ενέργεια για την επιτάχυνση του, µια ενέργεια, που ο τεράστιος συσσωρευτής δεν µπορεί να προσφέρει. Ούτε, όµως, θα µπορεί ο συσσωρευτής αυτός να αποθηκεύσει την τεράστια ανακτηθείσα ενέργεια που προέρχεται από τη δική του αδράνεια. Δηµιουργείται, έτσι, ένας φαύλος κύκλος. Το ιδανικό, στην περίπτωση αυτή, θα ήταν να έδινε όλη του την ισχύ ο θερµικός κινητήρας αποκλειστικά στους τροχούς και ταυτόχρονα οι µπαταρίες να παρείχαν στον ηλεκτροκινητήρα όλο εκείνο το ρεύµα που απαιτεί για να κινηθεί µε τη µέγιστη ισχύ του. Κάτι τέτοιο όµως δεν µπορεί να γίνει, δεδοµένου ότι το περιορισµένο µέγιστο ρεύµα που µπορεί να αποδώσει κάθε συστοιχία µπαταριών είναι τέτοιο ώστε να απαιτείται ένας (εξόχως αντιοικονοµικός) πολλαπλασιασµός τους, σε σχέση µε το πλήθος των µπαταριών που έχουν τα σηµερινά υβριδικά οχήµατα, ώστε να είναι δυνατή η κίνηση των ηλεκτροκινητήρων, µε τη µέγιστη ισχύ τους και µε ρεύµα που να προέρχεται αποκλειστικά από τους συσσωρευτές. Φυσικά, ακόµα κι αν γινόταν η τοποθέτηση σε ένα υβριδικό όχηµα όλων εκείνων των µπαταριών που θα τροφοδοτούσαν µε ρεύµα έναν ισχυρό ηλεκτροκινητήρα (45 kw για παράδειγµα), τα προβλήµατα δεν θα είχαν τελειώσει. Το νέο πρόβληµα ονοµάζεται µέγιστος αριθµός κύκλων φόρτισης/ολικής εκφόρτισης, πέρα από το οποίο η χωρητικότητα της µπαταρίας αρχίζει να πέφτει και συνολικά η λειτουργία της να υποβαθµίζεται πέρα από ένα αποδεκτό όριο. Μια κοινή µπαταρία µολύβδου, για παράδειγµα, µόλις που ξεπερνά τους 200 κύκλους, ενώ το όριο αυτό κυµαίνεται στο εύρος 500 µε 1000 κύκλων στις µπαταρίες NiMH Βενζινοκινητήρας µε κύκλο Atkinson Πρακτικά, ένα υβριδικό αυτοκίνητο κινείται στο µεγαλύτερο µέρος της διαδροµής του µε τον θερµικό κινητήρα σε λειτουργία. Ακόµα και σταµατηµένο µέσα σε ένα µποτιλιάρισµα, το αυτοκίνητο εξακολουθεί να καταναλώνει ενέργεια, τόσο για να συντηρεί τις ζωτικές του λειτουργίες (τροφοδοσία της κεντρικής ψηφιακής µονάδας και των παρελκόµενων της, των by wire φρένων αλλά και των φώτων) όσο και για να µην χρειαστεί ο οδηγός να στερηθεί, όσο είναι ακινητοποιηµένος, των συστηµάτων θέρµανσης ή κλιµατισµού, του ηχοσυστήµατος του ή του συστήµατος πλοήγησης. Η επιλογή των κατασκευαστών υβριδικών οχηµάτων µαζικής παραγωγής είναι να µην υπάρχουν, κατά τη διάρκεια µιας µετακίνησης, µεγάλα διαστήµατα µε το θερµικό Δέδε Σινάν 122

144 κινητήρα σβηστό. Το ζητούµενο είναι να υπάρχει κατά διαστήµατα ένα ρεύµα φόρτισης των µπαταριών έτσι ώστε αυτές να µην αναγκαστούν να αποδώσουν ρεύµα στον ηλεκτροκινητήρα όταν η στάθµη τους είναι κοντά στο «µηδέν». Η λύση που έχει δοθεί είναι απλή. Κάθε φορά που το αυτοκίνητο σταµατάει, ο κινητήρας σβήνει, αφήνοντας το αυτοκίνητο να καταναλώνει την ενέργεια των µπαταριών του για την ενεργοποίηση των ηλεκτρικών συσκευών του. Και κάθε φορά που ο οδηγός ξαναπατάει γκάζι, ο κινητήρας παίρνει µπροστά, παράγοντας ρεύµα τόσο για την φόρτιση των µπαταριών όσο και για την τροφοδότηση του ηλεκτροκινητήρα. Και στις δυο, όµως αυτές περιπτώσεις, το ζητούµενο είναι να εξαναγκαστεί ο κινητήρας να λειτουργήσει (για µικρό, έστω, χρονικό διάστηµα) σε φορτίο αρκετά µεγαλύτερο από αυτό που αντιστοιχεί στο ρελαντί. Ο στόχος είναι να παραχθεί το απαιτούµενο ηλεκτρικό φορτίο µε τρόπο ώστε ο κινητήρας να λειτουργεί όσο γίνεται πιο κοντά στην περιοχή της µέγιστης θερµικής του απόδοσης. Μόνο που η µέγιστη θερµική απόδοση του κινητήρα δεν επιτυγχάνεται στις ίδιες στροφές µε αυτές της µέγιστης ροπής, όπως είναι γνωστό από τους βενζινοκινητήρες που λειτουργούν µε τον κύκλο Otto. Στα τέλη του19ου αιώνα, ο Βρετανός James Atkinson πρότεινε έναν αρκετά ενδιαφέροντα θερµικό κύκλο λειτουργίας των εµβολοφόρων µηχανών εσωτερικής καύσης. Ο κύκλος αυτός είχε µεγαλύτερη θερµική απόδοση από τον κύκλο του Otto αλλά για την υλοποίηση του απαιτούσε από τον κινητήρα να έχει µια εξαιρετικά αυξηµένη µηχανική πολυπλοκότητα, γεγονός που τον καθιστούσε, πρακτικά, µη αξιοποιήσιµο. Η αρχή του κύκλου του Atkinson βασιζόταν σε µια απλή διαπίστωση: στο ότι, όταν το έµβολο φτάσει στο Κάτω Νεκρό Σηµείο του χρόνου της εκτόνωσης, τα αέρια στον κύλινδρο εξακολουθούν να έχουν αρκετά µεγάλη πίεση η οποία δεν µπορεί πλέον να εκτονωθεί και να µετατραπεί σε µηχανικό έργο. Αν το έµβολο δεν είχε φτάσει στο τέλος της προς τα κάτω διαδροµής του, η βαλβίδα εξαγωγής θα εξακολουθούσε να παραµένει κλειστή και η πίεση των αερίων του κυλίνδρου θα συνέχιζε να «αξιοποιείται» µέχρι να πέσει σε µη-εκµεταλλεύσιµα επίπεδα. Και φυσικά, για την ίδια ποσότητα καυσίµου, το έργο που θα έφτανε στο στρόφαλο θα ήταν πολύ περισσότερο. Συνακόλουθα, τα αέρια της εξάτµισης θα είχαν πολύ χαµηλότερη θερµοκρασία και ταχύτητα, στην έξοδο τους από τον κύλινδρο. Με άλλα λόγια, σύµφωνα µε τη θεωρία του Atkinson, το µεγάλο µειονέκτηµα του κύκλου του Otto δεν είναι άλλο από το γεγονός ότι η διαδροµή του εµβόλου κατά το χρόνο της εκτόνωσης είναι ίση, σε µέγεθος, µε αυτή που το έµβολο διανύει κατά τους χρόνους της εισαγωγής ή της συµπίεσης. Ο κινητήρας του Atkinson διέθετε ένα µηχανισµό µέσω του οποίου η διαδροµή του εµβόλου, κατά το Δέδε Σινάν 123

145 χρόνο της εκτόνωσης, ήταν αρκετά µεγαλύτερη από την αντίθετη διαδροµή, την οποία το έµβολο εκτελούσε κατά το χρόνο της συµπίεσης. Και το πιο σηµαντικό στοιχείο της εφεύρεσης αυτής ήταν το γεγονός ότι το µέγεθος καθεµιάς από αυτές τις δυο διαδροµές, µπορούσε να ρυθµιστεί ανεξάρτητα από την άλλη. Η µηχανή του Atkinson έµεινε στα αζήτητα για πάρα πολλά χρόνια, όχι όµως και η θεωρία του, την οποία κάποιοι ερευνητές προσπαθούσαν να υλοποιήσουν σε ένα πιο πρακτικό επίπεδο Υβριδικοί κινητήρες με κύκλο miller Τη λύση τελικά τη βρήκε πριν από µισό αιώνα ο Αµερικάνος R.H.Miller, του οποίου οι ιδέες άρχισαν να εξετάζονται µε ενδιαφέρον από τους Ιάπωνες, τις τελευταίες δεκαετίες. Η ιδέα του Miller (απ όπου και ο οµώνυµος κύκλος,(σχήμα 3.13) ήταν απλή και πάνω σε αυτή βασίστηκε και η Toyota στις υβριδικές της εφαρµογές. Η διαδροµή του εµβόλου, κατά την εκτόνωση, θα παρέµενε σταθερή η µέγιστη δυνατή. Αντίθετα, µεταβλητή θα ήταν η διαδροµή του εµβόλου κατά την οποία θα πραγµατοποιείτο η συµπίεση. Κατά συνέπεια, θα ήταν µεταβλητός και ο λόγος συµπίεσης. Όλη αυτή η διαδικασία βασίζεται στην επιλογή του χρονισµού που κλείνει η βαλβίδα εισαγωγής. Όταν είναι επιθυµητός ο χαµηλός λόγος συµπίεσης, τότε διατηρείται ανοικτή η βαλβίδα εισαγωγής κατά την άνοδο του εµβόλου. Με την προς τα πάνω κίνηση του εµβόλου, ένα µέρος του µίγµατος εκτοπίζεται από τον κύλινδρο και επιστρέφει στον αυλό εισαγωγής. Η εναποµένουσα ποσότητα αρχίζει να συµπιέζεται από τη στιγµή που κλείνει η βαλβίδα εισαγωγής και καθώς ο χρονισµός κλεισίµατος της βαλβίδας εισαγωγής είναι µεταβλητός, επόµενο είναι να µεταβάλλεται µαζί του και ο «ενεργός» λόγος συµπίεσης αλλά και ο βαθµός πλήρωσης του κινητήρα. Το µειονέκτηµα της «ατµοσφαιρικής» εκδοχής του κύκλου Miller (όπως στην περίπτωση του Toyota Prius) εντοπίζεται στο γεγονός ότι ο βαθµός πλήρωσης του κινητήρα αυξοµειώνεται, ταυτόχρονα, µε το βαθµό συµπίεσης. Εκείνο όµως που χρειάζεται, προκειµένου να εξαντληθούν τα όρια αποδοτικότητας του κινητήρα, είναι το ακριβώς αντίστροφο: ο βαθµός συµπίεσης να είναι τόσο µεγαλύτερος όσο µικρότερος είναι ο βαθµός πλήρωσης του κινητήρα. Από την άλλη, είναι προφανές ότι η λειτουργία µε κύκλο Miller «ευνοείται» από την παρουσία ενός µηχανικού υπερσυµπιεστή, µέσω του οποίου καθορίζεται η πίεση που θα επικρατεί στον κύλινδρο τη στιγµή που θα κλείνει η βαλβίδα εισαγωγής και θα αρχίζει η συµπίεση του µίγµατος. Το γεγονός είναι, πάντως, ότι εφόσον ο κινητήρας λειτουργεί µε κύκλο Miller, η αξιοποίηση του καυσίµου του βρίσκεται σε πολύ υψηλότερα επίπεδα απ ότι όταν αυτός Δέδε Σινάν 124

146 λειτουργεί σε κύκλο Otto. Η εξήγηση γι αυτό είναι απλή. Στην «εκδοχή Miller» ακόµα κι όταν δεν υπάρχουν µεγάλες απαιτήσεις ισχύος, η ρυθµιστική δικλείδα παραµένει πλήρως ανοιχτή, όπως ακριβώς και στους κινητήρες πτωχού µείγµατος όταν ο οδηγός δεν πατάει το πεντάλ ως το τέρµα. Και αντί η ροή αέρα να στραγγαλίζεται, µέσω της πεταλούδας, προκειµένου να αποδοθεί ισχύς µικρότερη από τη µέγιστη, ο περιορισµός της ποσότητας µίγµατος επιτυγχάνεται µέσω του καθυστερηµένου κλεισίµατος της βαλβίδας εισαγωγής άρα και της επιστροφής του πλεονάζοντος µίγµατος προς τον αυλό εισαγωγής. Έτσι, στη φάση της εισαγωγής, ο κινητήρας συµπεριφέρεται σαν να είχε κυβισµό µικρότερο από τον ονοµαστικό του και ανάλογο, προφανώς, της απαιτούµενης ισχύος. Στην εκτόνωση αξιοποιείται ολόκληρη η προς τα κάτω διαδροµή του εµβόλου. Άρα, πρόκειται ακριβώς για την περίπτωση ενός «µικρότερου» κινητήρα που λειτουργεί ως Atkinson. Για να λειτουργήσει, όµως, ένας κινητήρας σε κύκλο Miller, οι σχεδιαστές του θα πρέπει ευθύς εξ αρχής να «απαρνηθούν» την παρουσία δυναµικών (κυµατικών) φαινοµένων στον αυλό εισαγωγής άρα να απαρνηθούν και τις µεγάλες ογκοµετρικές αποδόσεις προς χάριν της µικρής κατανάλωσης. Δέδε Σινάν 125

147

148 17. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 17 ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΥΒΡΙΔΙΚΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ 17.1 Ροή Ισχύος Σε HEV Όπως προαναφέρθηκε στόχος από τη δηµιουργία των υβριδικών αυτοκινήτων ήταν η µείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος από τα αυτοκίνητα µέσω της εξοικονόµησης ενέργειας ή καλύτερα της ελάχιστης κατανάλωσης ενέργειας κάτι το οποίο επιτυγχάνεται µε κατάλληλο σύστηµα ελέγχου. Η σύµπλεξη στο (σταθερής σχέσης µετάδοσης) κιβώτιο ταχυτήτων δεσµεύει ή αποδεσµεύει τον ηλεκτροκινητήρα ανάλογα µε τον τρόπο λειτουργίας του υβριδικού. Έτσι, η Μ.Ε.Κ. και ο ηλεκτροκινητήρας συνδέονται στον άξονα µετάδοσης κίνησης που δίνει κίνηση στο διαφορικό και στα δυο ηµιαξόνια. Ο Η/Κ φορτίζει τη συστοιχία των µπαταριών όταν λειτουργεί σαν γεννήτρια (π.χ. ανάκτηση ισχύος κατά τη διάρκεια φρεναρίσµατος) και αποφορτίζει τις µπαταρίες βοηθώντας τον κινητήρα στην προώθηση του οχήµατος (π.χ. κατά τη διάρκεια µιας επιτάχυνσης) όταν λειτουργεί σαν κινητήρας. Συνολικά υπάρχουν πέντε διαφορετικοί πιθανοί τρόποι οδήγησης σε έναν τέτοιο σχηµατισµό. Ονοµαστικά αυτοί είναι: i. λειτουργία οχήµατος µηδενικών εκποµπών (ZEV) (ο κινητήρας σβηστός, λειτουργεί ο ηλεκτροκινητήρας) ii. κανονική λειτουργία κινητήρα (όπως και στα συµβατικά οχήµατα) iii. υβριδική λειτουργία κινητήρα και ηλεκτροκινητήρα iv. υβριδική λειτουργία ηλεκτροκινητήρα ως γεννήτρια (ο κινητήρας παρέχει την ισχύ προώθησης του οχήµατος και ταυτόχρονα φορτίζει τις µπαταρίες) v. λειτουργία ανάκτησης ισχύος κατά το φρενάρισµα (regenerative braking) Παρακάτω παρουσιάζονται εικονικά τα διάφορα εναλλακτικά σενάρια της ροής ισχύος σε ένα τέτοιο σύστηµα ελέγχου και συγκεκριµένα της Toyota. Η µικτή συνδεσµολογία κινητήρα-γεννήτριας - ηλεκτροκινητήρα επιτρέπει την αξιοποίηση, κατά περίπτωση, των µελών εκείνων του υβριδικού συστήµατος που η συνεργασία τους θα επιφέρει το επιθυµητό αποτέλεσµα µε την ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας. Έτσι, όταν η µπαταρία είναι φορτισµένη και η κίνηση του αυτοκινήτου γίνεται σε πολύ χαµηλές ταχύτητες, ο κινητήρας σβήνει προκειµένου να αποφευχθεί η λειτουργία του υπό Δέδε Σινάν 127

149 καθεστώς χαµηλού βαθµού απόδοσης. Το αυτοκίνητο κινείται αποκλειστικά από τον ηλεκτροκινητήρα (Ροή ισχύος Α).(Εικ 93) Εικόνα 93 Ροή ισχύος στην εκίνηση και στις χαμηλές ταχύτητες Κάτω από κανονικές συνθήκες οδήγησης, η ισχύς του κινητήρα µοιράζεται µεταξύ των τροχών (C) και της γεννήτριας. Ένα µέρος από το ρεύµα που παράγεται από τη γεννήτρια διοχετεύεται στην µπαταρία, φορτίζοντας την και το υπόλοιπο πηγαίνει στον ηλεκτροκινητήρα που µε τη σειρά του (Β), συνεισφέρει στην κίνηση των τροχών. Οι επιµέρους κατανοµές ισχύος και ρεύµατος επιλέγονται έτσι, ως προς τα ποσοστά τους, ώστε να επιτυγχάνεται η µεγιστοποίηση του συνολικού βαθµού απόδοσης του συστήµατος.( Εικ 94) Εικόνα 94 Ροή ισχύος σε ομαλές συνθήκες οδήγησης Δέδε Σινάν 128

150 Στην περίπτωση που απαιτείται έντονη επιτάχυνση, ολόκληρη η παραγόµενη ισχύς από τον κινητήρα διοχετεύεται στους τροχούς όπως και η ισχύς του ηλεκτροκινητήρα (Β+C) ο οποίος τροφοδοτείται από την µπαταρία (Α). Το ποσοστό της ισχύος που θα καταλήξει στους τροχούς από τον κινητήρα και τον ηλεκτροκινητήρα καθορίζεται και πάλι από τα κριτήρια µεγιστοποίησης του βαθµού απόδοσης.(εικ 95) Εικόνα 95 Ροή ισχύος σε διάρκεια έντονης επιτάχυνσης Όταν το αυτοκίνητο επιβραδύνει, ο ηλεκτροκινητήρας µετατρέπεται σε ισχυρή γεννήτρια, ικανή να απορροφήσει µεγάλα ποσά κινητικής ενέργειας, η οποία µετατρέπεται σε ηλεκτρική (D). Η επενέργεια των - ηλεκτρικά ελεγχόµενων - υδραυλικών φρένων καθορίζεται από την ένταση της «αιτούµενης» επιβράδυνσης και από τις ανάγκες για σωστή κατανοµή των επιβραδυντικών φορτίων ανάµεσα στους εµπρός και τους πίσω τροχούς..(εικ 96) Εικόνα 96 Ροή ισχύος κατά την επιβράδυνση Δέδε Σινάν 129

151 Τέλος, όταν το αυτοκίνητο ακινητεί και η µπαταρία βρίσκεται σε χαµηλό επίπεδο φόρτισης, ο κινητήρας ενεργοποιείται και τη «γεµίζει», µέσω της γεννήτρια.(εικ 97) Εικόνα 97 Ροή ισχύος κατά την ακινησία του οχήματος 17.2 Μεταβατική λειτουργία ενός HEV Πειραµατικά Δεδοµένα Τέσσερις παράγοντες επηρεάζουν κυρίως την απόδοση ενός υβριδικού οχήµατος: το µέγεθος του κινητήρα, το µέγεθος του ηλεκτροκινητήρα, ο αριθµός των συστοιχιών των µπαταριών και το σύστηµα ελέγχου που έχει υιοθετηθεί για το συντονισµό των διαφόρων πηγών ενέργειας. Όπως είναι αναµενόµενο, αυξάνοντας την ισχύ εξόδου στα στοιχεία του συστήµατος µετάδοσης ισχύος ή τον αριθµό των µπαταριών αυξάνεται και το βάρος του οχήµατος, γεγονός που επηρεάζει την οικονοµία καυσίµου. Με σκοπό την καλύτερη απόδοση ενός υβριδικού οχήµατος, οι διάφορες πηγές ενέργειας πρέπει να βελτιστοποιηθούν (εφαρµόζοντας τεχνικές fuzzy logic, νευρωνικές τεχνικές, γενετικούς αλγόριθµους κλπ) ανάλογα µε την πρωταρχική χρήση του οχήµατος. Για παράδειγµα, για την επίτευξη της καλύτερης απόδοσης σε οδηγικές καταστάσεις συνεχούς εκκίνησης στάσης, απαιτείται µια κατανοµή ισχύος ανάµεσα στον κινητήρα και στον ηλεκτροκινητήρα. Σε έναν αυτοκινητόδροµο η αναλογία αυτή θα µετακινιόταν προς την πλευρά του κινητήρα, µια κατάσταση που ονοµάζεται ήπιος υβριδικός σχηµατισµός (π.χ. αναλογία υβριδοποίησης, ορισµένη ως ο λόγος της ηλεκτρικής ισχύος προς την συνολική ισχύ, κάτω από 30%). Ιδιαιτέρως για τα παράλληλα HEV, ένας πολύ γνωστός αλγόριθµος διανοµής ισχύος στοχεύει στην ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης καυσίµου από τον κινητήρα, λειτουργώντας τον µακριά από λειτουργικά σηµεία χαµηλής απόδοσης, µια µεθοδολογία γνωστή σαν εξισορρόπηση φορτίου. Δέδε Σινάν 130

152 Ωστόσο ένα επιτυχηµένο σύστηµα ελέγχου θα πρέπει πάντα να λαµβάνει υπόψη την κατάσταση φόρτισης των µπαταριών. Αυτό φαίνεται στο (Σχήμα 3), όπου απεικονίζονται πραγµατικά δεδοµένα από την αργή επιτάχυνση στα 0-65 mph ενός επιβατηγού HEV παράλληλης συνδεσµολογίας. Ο αργός αυτός κύκλος δίνει τη δυνατότητα αντίληψης του τι συµβαίνει σε ένα υβριδικό όχηµα κατά τη διάρκεια µιας µεταβατικής κατάστασης επιτάχυνσης. Σχήμα 3 Εξέλιξη παραμέτρων του κινητήρα και της μπαταρίας στη διάρκεια επιτάχυνσης 0-65 Mph ενός επιβατηγού HEV Αυτός ο τεχνητός κύκλος οδήγησης, ο οποίος µπορεί να ερµηνευτεί και ως είσοδος σε αυτοκινητόδροµο, µπορεί να χωριστεί σε τέσσερα µέρη: λειτουργία στο ρελαντί, επιτάχυνση, σταθερή ταχύτητα, επιβράδυνση. Στην εκκίνηση, το όχηµα ξεκινά µε τελείως αφόρτιστη µπαταρία, κάτι το οποίο φαίνεται από τη χαµηλή τάση της µπαταρίας (περίπου στα 300 V). Καθώς η επιτάχυνση που ακολουθεί είναι αρκετά αργή, ο (fuzzy logic) ρυθµιστής δίνει προτεραιότητα στη φόρτιση των µπαταριών αφού προσπαθήσει να βοηθήσει τον κινητήρα στην επιτάχυνση του οχήµατος για ένα σύντοµο χρονικό διάστηµα. Μετά από περίπου 30 sec, ο ρυθµιστής αντιλαµβάνεται µια συνεχή επιτάχυνση. Για να ενισχύσει αυτή την προσπάθεια, χρησιµοποιεί την ηλεκτρική ενέργεια που έχει παραχθεί από πριν και λειτουργεί τον ηλεκτροκινητήρα ως κινητήρα.ωστόσο, οι προηγούµενες προσπάθειες φόρτισης των µπαταριών δεν ήταν αρκετές για τη φόρτιση τους µε αποτέλεσµα ο ρυθµιστής να µειώσει τη χρήση του Δέδε Σινάν 131

153 ηλεκτροκινητήρα ως κινητήρα. Στα 49 sec, ο ρυθµιστής αντιλαµβάνεται ότι οι µπαταρίες δεν είναι φορτισµένες αρκετά για να συνεχίσουν τη λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα. Έτσι, ξεκινά µια αρνητική συνεισφορά ροπής από τον ηλεκτροκινητήρα για τη φόρτιση των µπαταριών και για την προστασία τους από καταστροφή. Αυτό είναι δυνατό αφού η επιτάχυνση συνεχίζει σε αργό ρυθµό. Στα 100 sec, χρησιµοποιώντας το δεδοµένο ότι απαιτείται µια αργή επιβράδυνση, ο ρυθµιστής αποφασίζει ότι οι µπαταρίες φορτίστηκαν αρκετά για να µεταφέρουν ένα µικρό ποσό ενέργειας στην κίνηση του οχήµατος κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του µε σταθερή ταχύτητα και κατά την επιβράδυνση. Στο τέλος του κύκλου, η τάση της µπαταρίας είναι περίπου στο αρχικό επίπεδο, γεγονός που καταδεικνύει ότι το επίπεδο φόρτισης της µπαταρίας έχει διατηρηθεί Επικυκλική Μονάδα διασύνδεσης Αν το ζητούµενο σε ένα όχηµα HEV δεν είναι η απλούστευση της συνδεσµολογίας αλλά ο µεγιστοποιηµένος, κατά περίπτωση, συνολικός βαθµός απόδοσης του συστήµατος, τότε ο κινητήρας, η γεννήτρια µε ικανότητα πέδησης µε ανάκτηση ενέργειας και ο ηλεκτροκινητήρας δεν θα πρέπει να συνδέονται µεταξύ τους µε σταθερή σχέση µετάδοσης. Αν για παράδειγµα η γεννήτρια περιστρεφόταν µόνιμα µε τις ίδιες στροφές µε αυτές του κινητήρα ή της µετάδοσης, τότε δεν θα ήταν ικανή να παράγει πέδηση (άρα και ανάκτηση ενέργειας) µεγαλύτερη από ένα όριο, χωρίς να ανέβει το «αµπεράζ» των περιελίξεων της πάνω από τα όρια ασφαλούς λειτουργίας. Το ίδιο θα µπορούσε να πει κανείς και για τον κινητήρα, του οποίου οι στροφές θα πρέπει να διαφοροποιούνται από αυτές του ηλεκτροκινητήρα, αν ο σχεδιαστής επιδιώκει τη µεγιστοποίηση του θερµικού βαθµού απόδοσης σε σχέση µε την, κατά περίπτωση, επιλεγείσα ισχύ υποβοήθησης από τον ηλεκτροκινητήρα. Για τους λόγους αυτούς αντί για την εν σειρά ή την παράλληλη διασύνδεση έχουµε τη µικτή συνδεσµολογία, όπως αυτή που ανέπτυξε η Toyota στο Prius µεταξύ των τριών µονάδων που απαρτίζουν το υβριδικό της σύστηµα. Βασικό χαρακτηριστικό αυτής της συνδεσµολογίας είναι ένα επικυκλικό διαφορικό, στον ήλιο του οποίου συνδέεται η γεννήτρια και στο φορέα των πλανητών ο κινητήρας.(εικ 98) Η έξοδος της ισχύος γίνεται από τη στεφάνη στην οποία είναι µόνιµα συνδεδεµένος ο ηλεκτροκινητήρας. Από τη στιγµή που ο ηλεκτροκινητήρας είναι σταθερά συνδεδεµένος µε τον άξονα εισόδου της µετάδοσης, εξυπακούεται ότι µε σταθερή ταχύτητα του οχήµατος ο ηλεκτροκινητήρας διατηρεί κι αυτός τις στροφές του σταθερές. Κατά συνέπεια, τα µέλη τα οποία διατηρούν την ιδιότητα συνεχούς µεταβολής Δέδε Σινάν 132

154 του ρυθµού περιστροφής τους, όταν το όχηµα κινείται µε σταθερή ταχύτητα, είναι ο κινητήρας και η γεννήτρια. Εικόνα 98 Η ανεξάρτητη διασύνδεση κινητήρα και γεννήτριας με τον ηλεκτροκινητήρα και τους τροχούς Ακολουθούν κάποια συνοδευτικά διαγράµµατα, όπου µπορούµε να δούµε τη «γραµµική» σχέση που υπάρχει ανάµεσα στις ταχύτητες καθενός από τα τρία µέλη του υβριδικού συστήµατος σε διάφορες καταστάσεις λειτουργίας και τα οποία προέρχονται από την τεχνολογία του Toyota Prius THS II. Στην περίπτωση 1 έχουµε το αυτοκίνητο σε πλήρη στάθµευση µε όλα τα συστηματά του κλειστά.(εικ 99) Εικόνα 99 Όχημα σβηστό Δέδε Σινάν 133

155 Στην περίπτωση 2 έχουµε την αρχική εκκίνηση του αυτοκινήτου από στάση, µε χαµηλή ταχύτητα. Ο βενζινοκινητήρας παραµένει σβηστός. (Εικ 100) Εικόνα 100 Εκίνηση του οχήματος από στάση Στην περίπτωση 3 έχουµε την κατάσταση της αρχικής επιτάχυνσης, από µια χαµηλή ταχύτητα. Ο βενζινοκινητήρας έχει αρχίσει ναλειτουργεί και ένα µέρος της ενέργειας του δαπανάται από τη γεννήτρια για την παραγωγή ρεύµατος, το οποίο αποθηκεύεται εξολοκλήρου στην µπαταρία.(εικ 101) Εικόνα 101 Επιτάχυνση οχήματος από χαμηλή ταχύτητα Στην περίπτωση 4 έχουµε την περίπτωση «κανονικής κίνησης». Το αυτοκίνητο ωθείται τόσο από το βενζινοκινητήρα όσο και από τον ηλεκτροκινητήρα ενώ η ενεργοποίηση της γεννήτριας δεν είναι απαραίτητη. (Εικ 102) Δέδε Σινάν 134

156 Εικόνα 102 Κανονική εκίνηση οχήματος Στην περίπτωση 5 έχουµε την κατάσταση κανονικής επιτάχυνσης από µια («φυσιολογική») ταχύτητα κίνησης. Ο βενζινοκινητήρας λειτουργεί σε υψηλές στροφές και από υψηλό φορτίο. Ένα µέρος της ισχύος του καταλήγει στη γεννήτρια η οποία, σε συνδυασµό µε την µπαταρία, τροφοδοτεί τον ηλεκτροκινητήρα ώστε να προστεθεί στους τροχούς και η δική του ισχύς. Εικόνα 103 Επιτάχυνση οχήματος από φυσιολογική ταχύτητα οχήματος 17.4 Το Σύστηµα Synergy της Toyota. Με αυτήν την ελληνική λέξη η Toyota επιδιώκει να οριοθετήσει σηµειολογικά τον τρόπο που αλληλεπιδρούν µεταξύ τους τα υποσυστήµατα που απαρτίζουν τη σύνθετη κινητήρια µονάδα του υβριδικού της οχήµατος, του Prius. Και όλη αυτή η «Συνέργεια» δεν έχει άλλο σκοπό από το να επιλέγει συνεχώς την κατάλληλη λειτουργική κατάσταση µε το µέγιστο, συνολικά, βαθµό απόδοσης. Πρέπει όµως να διευκρινιστεί ότι σε καµία (σχεδόν) περίπτωση δεν επιδιώκεται η «ιδανική» λειτουργία του βενζινοκινητήρα ή του Δέδε Σινάν 135

157 ηλεκτροκινητήρα, καθενός από µόνο του. Εκείνο που επιδιώκεται είναι η ιδανική λειτουργία, στη µονάδα του χρόνου, του συνολικού συστήµατος που απαρτίζεται όχι µόνο από τους δυο κινητήρες αλλά και από τους συσσωρευτές και τη γεννήτρια. Όταν ο οδηγός επιταχύνει, για παράδειγµα, ο προγραµµατισµός της κεντρικής µονάδας θα ανατρέξει σε όλα τα πιθανά σενάρια και θα αναζητήσει τον συνδυασµό εκείνο «σύνθεσης ισχύος» από τις δυο πηγές της που τη συγκεκριµένη στιγµή θα κριθεί όταν ο ιδανικός σε σχέση µε τις προθέσεις του οδηγού, την ταχύτητα,την κλίση του δρόµου και το επίπεδο φόρτισης των µπαταριών. Με άλλα λόγια, διαφορετικός θα πρέπει να είναι ο «κατά Miller» χρονισµός των βαλβίδων εισαγωγής του βενζινοκινητήρα στην περίπτωση που η µπαταρία διαθέτει ρεύµα για τον ηλεκτροκινητήρα και διαφορετικός όταν η µπαταρία θα είναι αδειανή. Και το πιο σπουδαίο είναι ότι από τη στιγµή που ο βενζινοκινητήρας δεν συνδέεται απευθείας µε το κιβώτιο αλλά µέσω επικυκλικού διαφορικού, το φορτίο που αντιµετωπίζει στην έξοδο του δεν έχει σχέση µε το ίδιο το «αυτοκίνητο» και µε τις αντιστάσεις του αλλά µε τις αποφάσεις της κεντρικής µονάδας και µόνο. Με απλά λόγια, η αντίσταση που θα αντιµετωπίσει ο βενζινοκινητήρας (και συνακόλουθα οι στροφές που θα του επιτραπεί να κινηθεί) εξαρτάται αποκλειστικά και µόνο από το «τεχνητό» (και κυµαινόµενο) φορτίο που θα του ασκηθεί από τη γεννήτρια. Όλα αυτά σηµαίνουν ότι τα πεντάλ δεν µεταφέρουν τις εντολές του οδηγού απευθείας στα αντίστοιχα συστήµατα αλλά απλώς «γνωστοποιούν τις προθέσεις του» στην κεντρική µονάδα, αφήνοντας σε αυτή την πρωτοβουλία περί του τι µέλλει γενέσθαι. Από το πάτηµα του πεντάλ του φρένου, για παράδειγµα, η κεντρική µονάδα θα συµπεράνει το βαθµό επιβράδυνσης που επιδιώκει ο οδηγός και στη συνέχεια θα αποφασίσει ποιο θα είναι το ποσοστό που θα αναλάβουν τα φρένα και ποιο αυτό που θα αναλάβει η µονάδα ανάκτησης ενέργειας αφού συνεκτιµηθεί η κινητική κατάσταση του αυτοκινήτου και η στάθµη φόρτισης των µπαταριών. Προφανώς τα φρένα είναι ηλεκτρικά. Το πεντάλ του φρένου καταλήγει σε ένα ποτενσιόµετρο και όχι στην κεντρική αντλία ενός υδραυλικού συστήµατος. Ηλεκτρικός όµως είναι και ο έλεγχος του πεντάλ του γκαζιού. Το πεντάλ δεν έχει εδώ την παραµικρή σχέση µε την πεταλούδα τον έλεγχο της τον έχει αναλάβει αποκλειστικά η κεντρική µονάδα (ECU) η οποία και αποφασίζει για τη συγκεκριµένη «αιτούµενη» ισχύ (µε βάση και την ταχύτητα του αυτοκινήτου), πόσο θα ανοίξει η πεταλούδα και πόσο νωρίτερα ή αργότερα θα κλείσουν οι βαλβίδες εισαγωγής. Και κατά πόσο, βεβαίως, θα «συνδράµει» την προσπάθεια και ο ηλεκτροκινητήρας, αν υπάρχει εκείνη τη στιγµή (και πόσο) ρεύµα στην µπαταρία. Δέδε Σινάν 136

158 Το ζητούµενο από την τεχνολογία Synergy της Toyota είναι να διαθέτει η κεντρική µονάδα στη µνήµη της µια πολλαπλότητα εναλλακτικών λύσεων για κάθε περίπτωση και όχι µόνο µια λύση. Και να είναι σε θέση να ανακαλεί στην επιφάνεια εκείνη τη «σύνθεση» που τη συγκεκριµένη στιγµή θα καταναλώσει τη λιγότερη βενζίνη. Η γενίκευση αυτών των συστηµάτων θα αναπτύξει µια νέα γενιά προγραµµατιστών στο χώρο των κινητήρων. Αυτό που θα ζητείται εφεξής δεν θα είναι απλά η «τρισδιάστατη χαρτογράφηση» της κεντρικής µνήµης αλλά η εκπόνηση πολλαπλών σεναρίων και η ανάπτυξη εναλλακτικών µεθόδων διαχείρισης τους. Με άλλα λόγια αυτού του είδους η κλιµάκωση του ψηφιακού ελέγχου των αυτοκινήτων απαιτεί την κατανάλωση ακόµα µεγαλύτερων ποσοτήτων φαιάς ουσίας απ ότι στο παρελθόν. Το επόµενο βήµα είναι η χρήση fuzzy λογικής στα υβριδικά συστήµατα, µέσω της οποίας αυτά θα αποκτήσουν και την ικανότητα να αυτοδιδάσκονται. Παρακάτω παρουσιάζεται το διάγραµµα υλοποίησης της «Συνέργειας» του Prius THS II κατά τη διάρκεια της εκκίνησης του µέχρι την τελική ακινητοποίηση του, αφού εν τω µεταξύ διανύσει µια απόσταση «υπό κανονικές συνθήκες». Με µπλε χρώµα απεικονίζεται η συνεισφορά του βενζινοκινητήρα και µε κόκκινο του ηλεκτροκινητήρα. Σχήμα 4 Το σύστημα Synergy της Toyota Δέδε Σινάν 137

159

160 18. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 18 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΥΒΡΙΔΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ 18.1 Toyota Prius THS και THS II Τα αρχικά THS (Toyota Hybrid System) πρωτοχρησιµοποιήθηκε το 1997, στο πρώτο Toyota Prius και συµβολίζουν την έξυπνη διασύνδεση ενός βενζινοκινητήρα µε έναν ηλεκτροκινητήρα και µια γεννήτρια, σε συνδυασµό µε ένα σύστηµα ανάκτησης ενέργειας κατά την πέδηση.(εικ 104) Εικόνα 104 Το ηλκτρομηχανικό μέρος του THS Παρακάτω παρατίθεται ένας πίνακας όπου γίνεται µια σύγκριση τεχνικών χαρακτηριστικών ανάµεσα στα δυο συστήµατα. Εικόνα 105 Το πρώτο Toyota Prius Δέδε Σινάν 139

161 Πίνακας 7 Σύγκριση τεχνικών χαρακτηριστικών ανάμεσα στα THS και THS 2 Όσον αφορά τη µέγιστη αθροιστική ισχύ, στο THS αυτή εµφανιζόταν από τα 120 km/h και πάνω ενώ στο THS II η εµφάνιση της αρχίζει από τα 85 km/h και πάνω και η τιµή της είναι επίσης µεγαλύτερη, κατά 20% περίπου. Σχήμα 5 Σύγκριση διαθέσιμης αθροιστικής ισχύος ανάλογα με την ταχύτητα του οχήματος ανάμεσα στα THS και THS 2 Δέδε Σινάν 140

162 Από το παραπάνω διάγραµµα διαπιστώνουµε ότι η µέγιστη αθροιστική ισχύς βενζινοκινητήρα και ηλεκτροκινητήρα (οριζόντιο τµήµα καµπύλης) του Prius THS II είναι διαθέσιµη από πολύ µικρότερη ταχύτητα, σε σύγκριση µε το αρχικό THS που αντικατέστησε. Το αρχικό ευθύγραµµο διαγώνιο διάγραµµα κάθε καµπύλης φανερώνει ότι και η µέγιστη αθροιστική ροπή του THS II είναι διαθέσιµη, σε σύγκριση µε το THS, για πολύ µεγαλύτερη ταχύτητα, µετά την εκκίνηση από στάση. Πέρα από τους 6 επιπλέον ίππους που διαθέτει ο βενζινοκινητήρας του νέου Prius έναντι του (ίδιου κυβισµού) προηγούµενου, η ουσιαστική βελτίωση των επιδόσεων έρχεται από τον αναβαθµισµένο ηλεκτροκινητήρα του THS II, ο οποίος είναι ισχυρότερος σε όλο το εύρος στροφών από αυτό που αντικαθιστά. Η µέγιστη διαφορά ανάµεσα στις δυο ιπποδυνάµεις φτάνει τα 17 kw και η ροπή τα 50 Nm. Πιο κάτω παρατίθενται τα συγκριτικά διαγράµµατα ισχύος και ροπής για τον ηλεκτροκινητήρα ανάµεσα στα δυο υβριδικά συστήµατα.(σχήματα 6, 7) Σχήμα 6 Συγκριτικό διάγραμμα ισχύος για τον ηλεκτροκινητήρα ανάμεσα στο Prius THS και το Prius THS II Σχήμα 7 Συγκριτικό διάγραμμα ροπής για τον ηλεκτροκινητήρα ανάμεσα στο Prius THS και το Pius THS II Δέδε Σινάν 141

163 Η διαφορά ανάµεσα στον καινούριο και παλιό ηλεκτροκινητήρα (που και στις δυο περιπτώσεις είναι ένας κινητήρας συνεχούς ρεύµατος, τροφοδοτούµενος από «παλµούς» εναλλασσόµενου), εντοπίζεται στην εσωτερική θέση των µονίµων µαγνητών (από νεοδύµιο) η οποία, στη νέα έκδοση, έχει τροποποιηθεί ώστε να γίνεται καλύτερη «µηχανική» εκµετάλλευση των παλµών του ρεύµατος τροφοδοσίας.(εικ 106) Εικόνα 106 Η προηγούμενη και η νέα βελτιωμένη διάταξη των μαγνητών νεοδυμίου στον ηλεκτροκινητήρα Η ουσιαστική όµως αύξηση της απόδοσης του ηλεκτροκινητήρα έχει επιτευχθεί από την αύξηση της ισχύος τροφοδοσίας του, µέσω της αντίστοιχης αύξησης της τάσης, διατηρώντας στα ίδια επίπεδα την ένταση. Η αύξηση της τάσης επιτεύχθηκε µε την παρεµβολή στην έξοδο της µπαταρίας ενός κυκλώµατος που µετατρέπει τα 220 V της σε 500 V. Στο πρώτο THS, η τάση ήταν ενιαία στο κύκλωµα µπαταρίας γεννήτριας ηλεκτροκινητήρα, µε τιµή 274 V. Στο THS II προστέθηκε ένας µετατροπέας τάσης παράλληλα προς την µπαταρία µε αποτέλεσµα η ισχύς εξόδου να αυξηθεί κατά 50% περίπου, χωρίς να αυξηθεί η ένταση του ρεύµατος που διαρρέει τις περιελίξεις.(εικ 107) Εικόνα 107 Άυξηση της απόδοσης του ηλεκτροκινητήρα μέσω της προσθήκης ενός μετατροπέα τάσης στο THSII Δέδε Σινάν 142

164 Αναβαθµισµένο, σε σχέση µε το προηγούµενο THS, είναι και το λογισµικό του THS II µέσω του οποίου ελέγχεται ο βαθµός επενέργειας του συστήµατος ανάκτησης ισχύος από την πέδηση. Έτσι, πολύ µεγαλύτερο µέρος του φρεναρίσµατος εκτελείται από την αναστροφή πολικότητας του ηλεκτροκινητήρα και αντιστοίχα πολύ λιγότερο από το (ηλεκτρικά ελεγχόµενο) υδραυλικό κύκλωµα των φρένων. Ο αλγόριθµος διαχείρισης της επιβράδυνσης έγινε πολύ πιο πολύπλοκος καθώς η αναβάθµιση της επενέργειας του συστήµατος ανάκτησης πρέπει να λάβει υπόψη της και τις πάγιες ανάγκες για (ηλεκτρονικό) έλεγχο της κατανοµής πέδησης (EBD) ανάµεσα στους εµπρός και τους πίσω τροχούς. Παρακάτω είναι εµφανής η υπεροχή του Prius THS II στην επιτάχυνση στα km/h και στην επιτάχυνση εν κινήσει (50-80 km/h) συγκριτικά µε την προηγούµενη έκδοση THS αλλά και η υπεροχή του στην επιτάχυνση εν κινήσει συγκριτικά µε ένα συµβατικό δίλιτρο αυτοκίνητο της Toyota, µε ατµοσφαιρικό κινητήρα.(σχήμα 8) Σχήμα 8 Σύγκριση επιδόσεων του Prius THS II με το προηγούμενο THS αλλα και μα ένα συμβατικό δίλιτρο αυτοκίνητο της Toyota με ατμοσφαιρικό κινητήρα Το νέο Prius έχει τον ίδιο τετρακύλινδρο, 16-βάλβιδο κινητήρα µε αυτόν του προκατόχου του. Έναν κινητήρα 1497 κ.εκ. µε «υποτετράγωνες» διαστάσεις (διάµετρος 75, διαδροµή 84,7mm) και βαθµό συµπίεσης 13:1, που µε το νέο χρονισµό του αποδίδει 78 ίππους στις 5000 rpm έναντι 72 ίππων στις 4500 rpm του προηγούµενου, ενώ η ροπή είναι ίδια και στους δυο κινητήρες και συγκεκριµένα 11,7kgm / 4200 rpm.(εικ 108) Δέδε Σινάν 143

165 Εικόνα 108 Ο κινητήρας του Prius Παρακάτω παρουσιάζεται ένα ενοποιηµένο διάγραµµα ροπής ισχύος για τον κινητήρα του Prius THS II.(σχήμα 9) Σχήμα 9 Διάγραμμα ροπής και ισχύος του Prius THS II. Η σχεδίαση αυτού του κινητήρα δεν είχε σαν στόχο να αποδώσει µεγάλη ισχύ, όσο να έχει υψηλό βαθµό απόδοσης όταν λειτουργεί σε συνθήκες αντίστοιχες ενός «φυσιολογικού» κινητήρα που λειτουργεί µε το γκάζι πατηµένο λιγότερο από το µέγιστο. Η λειτουργία αυτού του βενζινοκινητήρα σε κύκλο Atkinson βασίζεται στη µεγαλύτερη διαδροµή που εκτελεί το έµβολο όταν βρίσκεται στο χρόνο εκτόνωσης από αυτή που εκτελεί στη φάση συµπίεσης. Για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο, στον κινητήρα του Prius η συµπίεση αρχίζει πολύ αργότερα από το Κ.Ν.Σ. το πότε θα αρχίσει άρα και το Δέδε Σινάν 144