ΘΕΜΑ : ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ : ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ : ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / 4681 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΑΡΑΜΠΑΤΖΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2012

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Το αντικείμενο μελέτης της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι τα συστήματα τροφοδοσίας καυσίμου των πετρελαιοκινητήρων. Με τον όρο σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου ενός κινητήρα εσωτερικής καύσεως, εννοούμε το σύνολο σωληνώσεων και εξαρτημάτων, τα οποία είναι υπεύθυνα για την αποθήκευση, την μεταφορά, καθώς και για την έγχυση του καυσίμου ( στην προκείμενη περίπτωση πετρέλαιο ) εντός του θαλάμου καύσεως. Η επιλογή της μελέτης αυτής, έγινε με γνώμονα το ενδιαφέρον που παρουσιάζουν οι σύγχρονοι πετρελαιοκινητήρες καθώς και για το << έδαφος >> που κερδίζουν στην σύγχρονη αυτοκινητοβιομηχανία. Τελειώνοντας αυτή την παράγραφο, θέλω να εκφράσω τις ευχαριστίες μου προς τον κ. Αραμπατζή Ιωάννη για τις ενδιαφέρουσες προτάσεις του, καθώς και το τμήμα Μηχανολογίας του Τ.Ε.Ι Καβάλας για την ευκαιρία που μου έδωσαν να αναπτύξω το συγκεκριμένο θέμα.

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το θέμα μελέτης και έρευνας της συγκεκριμένης πτυχιακής εργασίας, είναι τα συστήματα τροφοδοσίας καυσίμου των κινητήρων ντίζελ. Τα συστήματα αυτά, αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι των πετρελαιοκινητήρων και προσφέρουν προνόμια αξιοπιστίας και απόδοσης στον εκάστοτε κινητήρα ντίζελ. Ο πρώτος κινητήρας ντίζελ σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από το Γερμανό μηχανικό Rudolph Diesel, με αποτέλεσμα και τα συστήματα τροφοδοσίας των κινητήρων αυτών να αποκαλούνται και συστήματα εγχύσεως diesel. Για να γνωρίσουμε τα συστήματα αυτά, οφείλουμε να δώσουμε βάθος έρευνας στην ιστορική πορεία αυτών. Γι αυτό το λόγο το πρώτο κεφάλαιο της εργασίας αυτής, αφιερώνεται στην ιστορική εξέλιξη των πετρελαιοκινητήρων αλλά και των συστημάτων έγχυσης. Η έναρξη ανάπτυξης του εξοπλισμού diesel, ξεκινά το 1922 και συνεχίζει να εξελίσσεται μέχρι και σήμερα. Η συνεχής εξέλιξη αυτών για σχεδόν 100 χρόνια περίπου, αποδεικνύει ότι οι λειτουργίες με τις οποίες σχετίζονται είναι ιδιαίτερα σημαντικές για την απόδοση ενός πετρελαιοκινητήρα. Αυτές οι λειτουργίες δεν είναι άλλες από την καύση και την έγχυση. Τα φαινόμενα και οι αντιδράσεις αυτών των λειτουργιών είναι ιδιαίτερα περίπλοκες και κατά πολύ δυσμενέστερες από έναν κινητήρα βενζίνης. Συνεπώς, το δεύτερο μέρος της πτυχιακής εργασίας αναφέρεται εξολοκλήρου στις διαδικασίες αυτές και στα φαινόμενα τα οποία εμπλέκονται κατά την λειτουργία αυτών. Για να καταφέρει σήμερα ένας κινητήρας ντίζελ να χαρακτηριστεί με προδιαγραφές Euro class 5, θα πρέπει να παρουσιάζει χαμηλές εκπομπές καυσαερίων, μικρή κατανάλωση και χαμηλό θόρυβο λειτουργίας. Για να καταφέρει να είναι ανταγωνίσιμος θα πρέπει εκτός των προαναφερθέντων στοιχείων να είναι και ιδιαίτερα αποδοτικός σε ισχύ και δύναμη. Όλα τα παραπάνω προνόμια τα προσφέρουν τα συστήματα τροφοδοσίας και έγχυσης. Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από διάφορες διατάξεις και εξάρτημα. Όπως είναι για παράδειγμα η αντλία πετρελαίου, οι εγχυτήρες ( μπέκ ), τα φίλτρα πετρελαίου, οι ηλεκτρονικές διατάξεις ελέγχου (εγκέφαλος, αισθητήρες) κτ.λ. Τα εξαρτήματα αυτά κατασκευάζονται με υψηλές προδιαγραφές ακριβείας όπως αυτά περιγράφονται στο τρίτο κεφάλαιο της εργασίας.

4 Είναι γεγονός ότι στα τεχνικά χαρακτηριστικά ενός κινητήρα, από τα πρώτα στοιχεία τα οποία αναφέρονται και περιγράφονται είναι το σύστημα τροφοδοσίας. Ο κάθε κατασκευαστής σύμφωνα με τις ανάγκες και τον σκοπό λειτουργίας του κινητήρα επιλέγει και εγκαθιστά το καταλληλότερο σύστημα τροφοδοσίας έγχυσης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ποικιλίας των συστημάτων και τα αρκετά είδη αυτών. Στο τέταρτο κεφάλαιο της ερευνητικής εργασίας θα γνωρίσουμε τα κυριότερα είδη αυτών, που σίγουρα κατέκτησαν την αγορά και συνεχίζουν να εξελίσσονται και να εφαρμόζονται. Σε αυτό το σημείο αξίζει να αναφέρουμε ότι τα συστήματα τα οποία τεχνολογικά υπερτερούν έναντι του συνόλου, είναι αυτά που διαθέτουν ηλεκτρονικές διατάξεις ελέγχου και λειτουργίας. Γεγονός το οποίο τους επιτρέπει να προσφέρουν προνομία υψηλής πίεσης ψεκασμού, μεταβλητής έγχυσης, φαινόμενα προψεκασμου και μετά ψεκασμού, υψηλή απόδοση και ισχύ. Μερικά από αυτά τα συστήματα είναι τα Unit Injector System και τα Unit Pump System. Οι κατασκευαστές όμως των συστημάτων τροφοδοσίας, επικεντρώνουν την ερεύνα και την προσοχή τους στο αποκαλούμενο σύστημα τροφοδοσίας Common Rail. Ελληνική μετάφραση των λέξεων << κοινός συλλέκτης >>. Σε αυτό το σημείο βασίζονται και τα προνομία του συστήματος αυτού. Η μόνιμη υψηλή πίεση που υπάρχει και διατηρείται συνεχώς μέσα στον κοινό συλλέκτη έχει ως αποτέλεσμα να διαχωρίζει τη διαδικασία ανυψώσεως της πιέσεως με τη διαδικασία της εγχύσεως και να τις εγκαθιστά εντελώς ανεξάρτητες μεταξύ τους. Έτσι, σε αντίθεση με όλα τα προηγούμενα συστήματα, υπάρχει δυνατότητα ρυθμίσεως τόσο του χρονισμού της εγχύσεως και της εγχυομενης ποσότητας, όσο και της πιέσεως εγχύσεως, σε όλο το εύρος λειτουργίας της μηχανής. Όλα τα παραπάνω αποδεικνύονται και περιγράφονται στο πέμπτο και τελευταίο κεφαλαίο της εργασίας, το οποίο και φέρει την ονομασία σύγχρονα συστήματα τροφοδοσίας και έγχυσης << Common Rail >>. Συστήματα τα οποία καταφέρνουν να προσφέρουν πιέσεις λειτουργίας έως και 2000 bar! Κατά την προσωπική μου άποψη, αξίζει τον κόπο να τα γνωρίσουμε, μελετώντας τις σελίδες που ακολουθούν.

5 ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ (φωτ.1.2α) Rudolph Diesel...2 (φωτ.1.2β) Ο πρώτος πετρελαιοκινητήρας...3 (φωτ.1.2γ) Ο πρώτος σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 4 (φωτ.1.2δ) Εξακύλινδρος αργόστροφος πετρελαιοκινητήρας...6 (φωτ.1.3α) Εργασίες ελέγχου συστημάτων diesel..7 (φωτ.1.3β) Δοσομετρικες αντλίες υψηλής πίεσης 8 (φωτ.1.3γ) Αντλία έγχυσης με ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου 8 (φωτ.1.3δ) Unit Injector System (UIS) 9 (φωτ.1.3ε) Unit Pump System (UPS).9 (φωτ.1.3ζ) Common Rail (CRS).9 (φωτ.1.3η) (UIS) για επιβατικά οχήματα..10 (φωτ.1.3θ) (CRS) για φορτηγά.10 (φωτ.1.3ι) Παραγωγή συστημάτων Rail με πίεση ψεκασμού 2200 bar..11 (φωτ.2.1.1α) Τομή πετρελαιομηχανής, κατά την διαδικασία της καύσης 12 (πιν α) Προδιαγραφές πετρελαίου Diesel..13 (σχ α) Πετρελαιοκινητήρας για επιβατικά και ελαφρά φορτηγά..15 (διαγρ.2.1.4α) Διάγραμμα πορείας καύσεως σε μηχανή Diesel...18 (σχ.2.2.3α) Πετρελαιοκινητήρας με άμεση έγχυση.21 (φωτ.2.2.3β) Μεσόστροφη πετρελαιομηχανή σε τομή...22 (σχ.2.2.3γ) Μέθοδος με προθάλαμο.23 (σχ.2.2.3δ) Μέθοδος με στροβιλοθαλαμο 23 (σχ.3.1α) Σχηματική παράσταση της συνδέσεως των βασικών τμημάτων ενός συστήματος τροφοδοσίας καυσίμου...29 (σχ.3.1β) Σχηματική παράσταση της συνδέσεως των βασικών τμημάτων ενός σύγχρονου συστήματος τροφοδοσίας καυσίμου..30 (φωτ.3.2.2α) Αντλία έγχυσης σε σειρά.32 (φωτ.3.2.2β) Αντλία χαμηλής πίεσης, οδοντωτών τροχών..33 (σχ.3.2.2γ) Αντλία τροφοδοσίας, πτερωτών κυψελών.34 (σχ.3.2.3α) Φίλτρα πετρελαίου 35 (σχ.3.2.3β) Φίλτρα πετρελαίου..35

6 (σχ.3.2.4α) Σχηματική παράσταση σύγχρονου συστήματος τροφοδοσίας καυσίμου...37 (σχ.3.2.5α) Αισθητήρας γωνίας στροφάλου..38 (φωτ.3.3.2α) Αντλία υψηλής πιέσεως σε σειρά, με ενσωματωμένο ρυθμιστή στοφών 41 (σχ.3.3.2β) Αντλία υψηλής πιέσεως τύπου Bosch εν σειρά, σε τομή 42 (σχ.3.3.2γ) Τομή κυλίνδρου αντλίας μονού βυθίσματος, μαζί με το αντίστοιχο έμβολο.43 (σχ.3.3.2δ) Σχηματική απεικόνιση του εμβόλου και του κυλίνδρου, σε τομή.44 (σχ.3.3.2ε) Διαδοχικές φάσεις συμπιέσεως του καυσίμου 45 (σχ.3.3.2ζ)) Περιστροφή του εμβόλου με τη χρήση ρυθμιστικού κανόνα για τη ρύθμιση της παροχής καυσίμου.46 (σχ.3.3.5α) Ρυθμιστής στροφών σε τομή.50 (σχ.3.4.2α) Τυπικός υδραυλικός μηχανικός εγχυτήρας πολλών οπών σε τομή 52 (φωτ.3.4.2β) Τοποθέτηση εγχυτήρα στο πώμα τετράχρονης, μεσόστροφης πετρελαιομηχανής..53 (σχ.3.4.2γ) Συγκρότημα ακροφυσίου μονής οπής.54 (σχ.3.4.3α) Κωνική διαμόρφωση βελόνας ακροφυσίου πολλών οπών 56 (σχ.3.4.3β) Εγχυτήρας με δυο ελατήρια σε τομή 57 (σχ.3.4.3γ) Τομή κεφαλής κυλίνδρου τετράχρονης μεσόστροφης πετρελαιομηχανής, με κεντρικό και πιλοτικό εγχυτήρα.58 (σχ.3.4.4α) Συγκρότημα κλασικού ακροφυσίου μιας οπής 59 (σχ.3.4.4β) Ακροφύσιο με προέκταση στραγγαλισμού της ροής.60 (σχ.3.4.4γ) Ακροφύσιο με βελόνα που διαθέτει επίπεδη πλάγια τομή...60 (σχ.3.4.5α) Συγκρότημα ακροφυσίου πολλών οπών σε τομή..62 (σχ.3.4.5β) Εναλλακτική σχεδίαση κυλίνδρου δίχρονης πετρελαιομηχανής..63 (σχ.4.1.2α) Τομή τετράχρονης μεσόστροφης πετρελαιομηχανής...65 (σχ.4.1.2β) Αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης διπλού βυθίσματος 66 (φωτ.4.1.3α) Αντλία υψηλής πιέσεως σε σειρά.67

7 (φωτ.4.1.4α) Δοσομετρική αντλία υψηλής πιέσεως περιστροφικού τύπου (VE) 68 (σχ.4.1.4β) Εγκατάσταση έγχυσης με αντλία υψηλής πίεσης διανομής περιστροφικού τύπου 69 (σχ.4.1.4γ) Ρυθμιστής ρελαντί τελικών στροφών.70 (σχ.4.4.δ) Υδραυλικός ρυθμιστής έγχυσης, με επιταχυντηρα ψυχρής εκκίνησης. 70 (σχ.4.2.2α) Αντλία υψηλής πίεσης διανομής με ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου, σε τομή...72 (σχ.4.2.2β) Εγχυτήρας με ενσωματωμένο αισθητήρα έναρξης εγχύσεως...73 (σχ.4.2.3α) Αντλία υψηλής πίεσης με διανομέα ( VP-44)..74 (σχ.4.2.3β) Αντλία υψηλής πιέσεως με διανομέα σε τομή.75 (φωτ.4.2.4α) U.I.S PDE80.76 (σχ.4.2.4β) Σχηματική απεικόνιση συστήματος εγχύσεως U.I.S..77 (φωτ.4.2.4γ) Unit Injector System.78 (σχ.4.2.5α) Σχηματική απεικόνιση συστήματος εγχύσεως με μονάδα αντλίας (U.P.S).79 (φωτ.4.2.5β) U.P.S PLD (φωτ.4.2.6α) Σύστημα κοινού συλλέκτη ταχυστροφης τετρακύλιδρης πετρελαιομηχανής.81 (φωτ.4.2.6β) Εγχυτήρες τύπου Common Rail με ενσωματωμένο ηλεκτρομαγνήτη.82 (σχ.5.2.1α) Μηχανισμός μεθόδου έγχυσης Common Rail.85 (φωτ.5.2.8α) Αντλία υψηλής πιέσεως CP (σχ.5.2.8β) Αντλία υψηλής πίεσης CP1, σε τομή 88 (σχ.5.2.8γ) Σύστημα Common Rail πλευρά χαμηλής πιέσεως 89 (σχ.5.2.8δ) Σύστημα Common Rail πλευρά υψηλής πίεσης...90

8 (φωτ.5.2.9α) Σύστημα εγχύσεως common rail της εταιρείας Delphi..91 (σχ.5.2.9β) Αισθητήρας πίεσης Rail.92 (φωτ.5.2.9γ) Βαλβίδα ρύθμισης της πίεσης Rail 93 (φωτ α) Ηλεκτρομαγνητικοί εγχυτήρες για εφαρμογές αντλιών τύπου CP1 93 (σχ.5.210β) Ιντζέκτορες σε τομή...94 (φωτ.5.3.1α) Πιεζοηλεκτρικός εγχυτήρας 96 (σχ.5.3.2α) Πιεζοηλεκτρικός εγχυτήρας, σε τομή...97 (σχ.5.3.2β) Πιεζοηλεκτρικοί εγχυτήρες, σε τομή 98 (σχ.5.3.2γ) και (σχ.5.3.2δ) Σύστημα εγχύσεως τύπου ND-HP3 99

9 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ ΙΣΤΟΡΙΚΕΣ ΑΝΑΔΡΟΜΕΣ ΤΩΝ Μ.Ε.Κ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΓΧΥΣΗΣ 1.1 Εισαγωγή Ιστορική εξέλιξη των μηχανών εσωτερικής καύσεως Μ.Ε.Κ Η ιστορία στην έγχυση του πετρελαίου Επίλογος 11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ Η ΚΑΥΣΗ ΚΑΙ Η ΕΓΧΥΣΗ ΣΤΟΥΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ 2.1 Καύση Καύσιμα Γενικά Πετρέλαιο Diesel Η καύση στους πετρελαιοκινητήρες Χαρακτηριστικά της καύσεως στους πετρελαιοκινητήρες Χαρακτηρισμός μείγματος Η έγχυση στους πετρελαιοκινητήρες Γενικά Γενικές αρχές εγχύσεως Μέθοδοι έγχυσης Σχεδίαση θαλαμών καύσεως Σχηματισμός του νέφους σωματιδίων Γενικές απαιτήσεις για αποδοτική έγχυση Επίλογος 28

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ 3.1 Εισαγωγή Περιφερειακά συστήματα τροφοδοσίας Η αποθήκη του καυσίμου Αντλία τροφοδότησης Φίλτρα πετρελαίου Σωληνώσεις παροχής και επιστροφής Ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου Αντλίες υψηλής πιέσεως ( fuel injection pumps ) Γενικά Περιγραφή Λειτουργία Μέρη Αντλίας υψηλής πιέσεως τύπου Bosch εν σειρά Λειτουργία παροχέτευσης καυσίμου Ρυθμιστές στροφών Governors Μηχανικός ρυθμιστής στοφών Εγχυτήρες ( Injector ) Γενικά Περιγραφή τμημάτων του εγχυτήρα Λειτουργία των εγχυτήρων Εγχυτήρες με ακροφύσια μιας οπής Εγχυτήρες με ακροφύσια πολλών οπών 62

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΤΑΡΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΓΧΥΣΕΩΣ 4.1 Κλασικά συστήματα εγχύσεως Γενικά Σύστημα εγχύσεως με αντλία μονού βυθίσματος ( Single plunger fuel injection pumps ) Σύστημα εγχύσεως με αντλία υψηλής πιέσεως εν σειρά ( In line fuel injection pumps ) Σύστημα εγχύσεως με δοσομετρική αντλία μηχανικού ελέγχου περιστροφικού τύπου Εξελιγμένα συστήματα εγχύσεως Γενικά Σύστημα εγχύσεως διανομής με ηλεκτρονικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου Σύστημα εγχύσεως με αντλία διανομέα (VP-44) ( διανομέας με έμβολα ακτινικής διάταξης ) ( distributor fuel injection pumps ) Σύστημα με μονάδες εγχύσεως ( Unit Injector System UIS ) Σύστημα εγχύσεως με μονάδες αντλιών ( Unit Pump System UPS ) Σύστημα κοινού συλλέκτη ( Common Rail ) Επίλογος 83

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΜΠΤΟ ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΚΑΙ ΕΓΧΥΣΗΣ ( Common Rail ) 5.1 Εισαγωγή Περιγραφή και λειτουργία συστήματος Common Rail (CP1) Γενικά Το δοχείο καυσίμου Ο προθερμαντήρας καυσίμου Το ψυγείο καυσίμου Το φίλτρο πετρελαίου Αντλία τροφοδότησης παροχής καυσίμου Ηλεκτρική βαλβίδα διακοπής ( ELAB ) Αντλία υψηλής πιέσεως Κοινός αγωγός ( Common Rail ) Ηλεκτρομαγνητικοί εγχυτήρες Ιντζέκτορες Προψεκασμός και μετά ψεκασμός των εγχυτήρων Πιεζοηλεκτρικός εγχυτήρας Γενικά Περιγραφή λειτουργία των πιεζοηλεκτρικών εγχυτήρων Επίλογος 100 ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

13 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα συστήματα τροφοδοσίας καυσίμου των πετρελαιοκινητήρων, ξεκινούν ιστορικά από την εφαρμογή του πρώτου κινητήρα ντίζελ, ο οποίος και κατασκευάστηκε από τον Γερμανό μηχανικό Rudolph Diesel το Από τότε, έως και σήμερα οι μηχανές ντίζελ γνώρισαν μεγάλες εφαρμογές καθώς και σπουδαία τεχνολογική ανάπτυξη. Η ανακάλυψη του κινητήρα Diesel ήταν καθοριστική για την ανάπτυξη της αυτοκινητοβιομηχανίας, της ναυτιλίας, της ηλεκτροπαραγωγής και διαφόρων άλλων τομών που σχετίζονται με την εφαρμογή μηχανών εσωτερικής καύσεως. Η έγχυση του πετρελαίου εντός του θαλάμου καύσεως είναι μια από τις βασικότερες λειτουργίες του κινητήρα. Το σύστημα εγχύσεως φροντίζει για την παροχή της αναγκαίας ποσότητας καυσίμου, στην απαιτούμενη πίεση και στο κατάλληλο χρονικό διάστημα για κάθε κύλινδρο του κινητήρα. Ο βέλτιστος διασκορπισμός του εγχυόμενου καυσίμου και η πλήρης ανάμειξη του με το συμπιεσμένο αέρα αποτελούν βασικές προϋποθέσεις για την επίτευξη καύσεως με υψηλή απόδοση. Οι συνθήκες καύσεως στους πετρελαιοκινητήρες είναι δυσμενέστερες συγκριτικά με αυτές των βενζινοκινητήρων, με αποτέλεσμα να απαιτούνται και ιδιαίτερα συστήματα τροφοδοσίας και έγχυσης. Λόγω της κρίσιμης λειτουργίας που επιτελούν, και λόγω των υψηλών πιέσεων και θερμοκρασιών κάτω από τις οποίες λειτουργούν, τα συστήματα εγχύσεως κατασκευάζονται με υψηλές προδιαγραφές ακριβείας, με τη χρήση ειδικών υλικών και κατεργασιών. Ως εκ τούτου έχουν υψηλό κόστος κτήσεως, ενώ η ανάπτυξη και η κατασκευή τους γίνεται από ελάχιστες εξειδικευμένες εταιρείες.

14 Αποτέλεσμα της σωστής καύσεως, εκτός από την επίτευξη αποδοτικότερης λειτουργίας του κινητήρα, είναι επίσης η μείωση του θορύβου και των εκπεμπόμενων ρύπων, καθώς και η διατήρηση καθαρών των τμημάτων της μηχανής που έρχονται σε επαφή με τα καυσαέρια, μειώνοντας τις ανάγκες συντηρήσεως και αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής της. Για να καταφέρουν οι κατασκευαστές να επιτύχουν όλους τους παραπάνω στόχους, έπρεπε σταδιακά να αναπτύσσουν όλο και πιο σύγχρονα συστήματα έγχυσης. Γεγονός το οποίο τους οδήγησε στην τεχνολογία του common rail, με πιέσεις λειτουργίας που αγγίζουν τα 2200 bar, καταφέρνουν να προσφέρουν απόδοση λειτουργίας στο μέγιστο βαθμό. Αυτή η σταδιακή αύξηση της τεχνολογίας των συστημάτων έγχυσης, κατάφερε σήμερα να απελευθερώσει την πετρελαιοκίνηση στις μεγαλουπόλεις και να φέρει στο προσκήνιο τους κινητήρες ντίζελ. Συνδυάζοντας πλεονεκτήματα οικονομίας καυσίμου, χαμηλές εκπομπές ρύπων, υψηλή απόδοση και ισχύς. Και όλα αυτά, στους χαμηλότερους θορύβους λειτουργίας του κινητήρα!

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΙΣΤΟΡΙΚΕΣ ΑΝΑΔΡΟΜΕΣ ΤΩΝ Μ.Ε.Κ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΓΧΥΣΗΣ 1.1 Εισαγωγή Η παραγωγή έργου με τη χρήση μιας θερμικής μηχανής βασίζεται στην πρόσδοση θερμότητας ( υπό συγκεκριμένες συνθήκες ) στο εργαζόμενο μέσο, με αποτέλεσμα τη μεταβολή της ενεργειακής του καταστάσεως. Ένα τμήμα αυτής της ενέργειας μπορεί να αποδοθεί ως μηχανικό έργο, ενώ το υπόλοιπο αποβάλλεται ξανά ως θερμότητα στο περιβάλλον. Η πρόσδοση της θερμότητας μπορεί να γίνεται είτε εντός του κυρίου τμήματος της μηχανής είτε σε ένα ανεξάρτητο τμήμα της. Οι μηχανές εσωτερικής καύσεως διακρίνονται από τις αντίστοιχες εξωτερικής καύσεως από αυτό ακριβώς το χαρακτηριστικό, ότι δηλαδή η καύση για την παραγωγή της αναγκαίας θερμότητας πραγματοποιείται εντός της μηχανής, ενώ το εργαζόμενο μέσο που εκτονώνεται εντός κυλίνδρου για την παραγωγή του έργου είναι το καυσαέριο. Αντίθετα, στις μηχανές εξωτερικής καύσεως η θερμότητα προσδίδεται στο εργαζόμενο μέσο σε ανεξάρτητη συσκευή της μηχανής, ενώ τα καυσαέρια δεν έρχονται σε επαφή με το εργαζόμενο μέσο. Ως παράδειγμα μηχανής εξωτερικής καύσεως μπορεί να αναφερθεί η ατμομηχανή, όπου η παραγόμενη από την καύση θερμότητα εντός του λέβητα μετατρέπει το νερό ( εργαζόμενο μέσο ) σε ατμό, το οποίο με τη σειρά του οδηγείται σε κύλινδρο ( το κύριο τμήμα της μηχανής ). Η μετακίνηση ενός εμβόλου κατά την εκτόνωση του ατμού εντός του κυλίνδρου παράγει το ωφέλιμο έργο της μηχανής. ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

16 1.2 Ιστορική εξέλιξη των μηχανών εσωτερικής καύσεως ( ΜΕΚ ) Στο τέλος του 19 ου αιώνα, όταν οι ατμομηχανές είχαν ουσιαστικά εξαντλήσει τη δυναμική τους, η πιεστική ανάγκη για συνεχώς ισχυρότερους, απλούστερους, μικρότερους και αποδοτικότερους κινητήρες οδήγησε την έρευνα προς την ανάπτυξη εμβολοφόρων μηχανών εσωτερικής καύσεως. Είχε προηγηθεί η πρόταση του Άγγλου Robert Street το 1794 για χρησιμοποίηση της πιέσεως των καυσαερίων από την καύση υγρών καυσίμων, στη μετακίνηση εμβόλου και την παραγωγή έργου. Το 1833 ο Άγγλος W.L. Wright κατασκεύασε την πρώτη δίχρονη μηχανή εσωτερικής καύσεως, ενώ το 1860 ο J.J Etienne Lenoir από το Λουξεμβούργο συναρμολόγησε την πρώτη μηχανή εσωτερικής καύσεως βιομηχανικής παραγωγής χρησιμοποιώντας ως καύσιμο το φωταέριο. Ο Γερμανός N.A Otto, πειραματίσθηκε με τη μηχανή του Lenoir και κατασκεύασε τον πρώτο βενζινοκινητήρα το Οι αρχές λειτουργίας του κινητήρα του Δρ. Otto αποτέλεσαν τις βάσεις, πάνω στις οποίες λειτουργούν ακόμη και σήμερα οι βενζινοκινητήρες. Μεγάλη αύξηση της αξιοπιστίας των κινητήρων εσωτερικής καύσεως, πέτυχε ο Γερμανός μηχανικός Rudolph Diesel (φωτ. 1.2α ). ( βιβλ. Εκπαιδευτικό Κείμενο Ακαδημιών Εμπορικού Ναυτικού, Μηχανές Εσωτερικής Καύσεως, Τόμος Πρώτος ). ( φωτ. 1.2α ) Rudolph Diesel ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

17 Αρχικά προσπάθησε να λειτουργήσει κινητήρες συμπιέσεως χρησιμοποιώντας κονιορτοποιημένο γαιάνθρακα ως καύσιμο, οι κινητήρες ωστόσο καταστρέφονταν με έκρηξη. Το 1895, πέτυχε τη λειτουργία τους χρησιμοποιώντας υγρό καύσιμο πετρέλαιο. Με αυτόν τον τρόπο κατέστησε τον κινητήρα πιο οικονομικό και περισσότερο αποδοτικό σε σχέση με τους υπόλοιπους κινητήρες εκείνης της εποχής ( φωτ. 1.2β ). Ο πρώτος κινητήρας που σχεδιάστηκε από τον Γερμανό Rudolph Diesel το 1895 ( βιβλ. Εκπαιδευτικό Κείμενο Ακαδημιών Εμπορικού Ναυτικού, Μηχανές Εσωτερικής Καύσεως, Τόμος Πρώτος ). ( φωτ. 1.2β ) Το 1895, ο Diesel κατοχύρωσε την ευρεσιτεχνία του στις Η.Π.Α. Μέχρι το 1900 οι πετρελαιοκινητήρες είχαν διαδοθεί ευρύτατα στην Ευρώπη. Ογκώδεις και με μεγάλο βάρος οι πετρελαιοκινητήρες της εποχής, είχαν εφαρμογή μόνο ως κινητήρες σταθερής βάσεως, όπως οι εικονιζόμενοι στη (φωτ 1.2γ ). ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

18 ( φωτ. 1.2.γ ) Ο πρώτος μεγάλος σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ( 1904 ) εξοπλισμένος με κινητήρες Diesel της MAN έξι ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη με τετρακύλινδρες, τετράχρονες πετρελαιομηχανές ισχύος 400hp η κάθε μια. ( βιβλ. Εκπαιδευτικό Κείμενο Ακαδημιών Εμπορικού Ναυτικού, Μηχανές Εσωτερικής Καύσεως, Τόμος Πρώτος ). Το 1903, ο πρώτος πετρελαιοκινητήρας τοποθετήθηκε σε πλοίο ( το ρωσικό Wandal ) και το 1925 σε λεωφορείο. Το 1929, κυκλοφόρησε το πρώτο πετρελαιοκίνητο φορτηγό- αυτοκίνητο. Οι κινητήρες αυτοί ήταν μεγάλοι σε μέγεθος και είχαν πολύ μεγάλο βάρος, για να τοποθετηθούν σε μικρά επιβατικά, αν και η Peugeot προσπάθησε να κατασκευάσει το 1922 ένα πετρελαιοκίνητο επιβατικό αυτοκίνητο. Το 1927, η εταιρεία Robert Bosch άρχισε να κατασκευάζει εξαρτήματα και μηχανισμούς ψεκασμού για κινητήρες πετρελαίου. Η Bosch μπορούσε να παράγει μαζικά εξοπλισμό συστημάτων ψεκασμού και μάλιστα για μεγάλη ποικιλία εφαρμογών. ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

19 Επιπλέον, η εταιρεία αυτή απέκτησε την άδεια κατασκευής εξαρτημάτων πετρελαιοκινητήρων και σε άλλες χώρες, με αποτέλεσμα οι κινητήρες αυτοί να καταστούν πολύ δημοφιλείς και να επικρατήσουν διεθνώς. Το 1936, η Mercedes Benz ξεκίνησε την παραγωγή ενός μικρού σχετικά, για τα τότε δεδομένα, επιβατικού πετρελαιοκίνητου οχήματος. Μετά το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο, η βενζίνη ήταν πολύ ακριβή σε όλες τις χώρες εκτός από τις Η.Π.Α, με αποτέλεσμα η Ευρώπη και η Ιαπωνία να οδηγηθούν στην κατασκευή μικρών πετρελαιοκινητήρων για χρήση σε επιβατικά οχήματα και ελαφρά φορτηγά. Οι Η.Π.Α. αντίστοιχα προηγήθηκαν στην ανάπτυξη κινητήρων κατάλληλων για μεγάλα φορτηγά. Το εμπάργκο του πετρελαίου από τα αραβικά κράτη το 1973, αύξησε δραματικά τις τιμές του πετρελαίου, καθιστώντας την οικονομία καυσίμου το σημαντικότερο παράγοντα στη σχεδίαση νέων κινητήρων. Η τιμή της βενζίνης μειώθηκε σημαντικά στα μέσα της δεκαετίας του Το γεγονός αυτό σε συνάρτηση με το επιπλέον κόστος κατασκευής και το μεγαλύτερο βάρος του πετρελαιοκινητήρα, οδήγησαν τους κατασκευαστές να περιορίσουν τη χρήση του πετρελαιοκινητήρα στα επιβατικά αυτοκίνητα. Ο κινητήρας πετρελαίου χρησιμοποιούνταν κυρίως στα μικρά και ελαφρά φορτηγά, στα μεσαίας και βαριάς κατηγορίας οχήματα καθώς και σε όλα σχεδόν τα γεωργικά και χωματουργικά μηχανήματα. Από τα μέσα της δεκαετίας του 1990 παρατηρείται ραγδαία εισαγωγή ηλεκτρονικής τεχνολογίας για να επιτευχθεί ο συνεχής έλεγχος της καύσεως μέσω ειδικών αισθητήρων και επανεργητών. Αυτό έδωσε τη δυνατότητα, για να επιτευχθούν κινητήρες Diesel και Otto υψηλής τεχνολογίας, οι οποίοι διακρίνονται για την υψηλή οικονομία τους και την χαμηλή εκπομπή ρύπων που επιτυγχάνουν. Επίσης αξίζει να αναφέρουμε ότι η ανακάλυψη του κινητήρα Diesel ήταν καθοριστική για την ανάπτυξη της ναυτιλίας. ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

20 Το πρώτο μεγάλο πλοίο με εγκατάσταση κινητήρα Diesel ήταν το Romagna 678 τόνων, που ναυπηγήθηκε το 1910 στα ναυπηγεία Cantieri Navali Riuniti, διαθέτοντας δυο τετρακύλινδρους κινητήρες Sultzer των 280 kw έκαστος, με διάμετρο εμβόλου 310 m, διαδρομή 460 mm και ταχύτητα περιστροφής 250 στροφές / λεπτό. Η πρώτη εγκατάσταση πετρελαιοκινητήρα σε ωκεανοπόρο εμπορικό πλοίο πραγματοποιήθηκε το 1912 από την εταιρεία Burmeister & Wain στο πλοίο Selandia, το οποίο πραγματοποίησε στη συνεχεία ταξίδι ναυτικών μιλίων από την Κοπεγχάγη στην Άπω Ανατολή. Η επιτυχία του κινητήρα ήταν τόσο μεγάλη, ώστε μέχρι το 1920 είχαν κατασκευασθεί 16 παρόμοια πλοία από το ίδιο ναυπηγείο. Με την πάροδο του χρόνου οι κατασκευαστές βελτίωσαν την απόδοση των ναυτικών πετρελαιομηχανών. Μια σύγχρονη ναυτική πετρελαιομηχανή μηχανή εικονίζεται στη φωτ. ( 1.2δ ). Δίχρονος εξακύλινδρος αργόστροφος πετρελαιοκινητήρας ( εν σειρά ) σε τομή, ισχύος kw ( hp ), μήκους 7,688 m και βάρους 358 τόνων ( κατασκευή 2000 ). ( βιβλ. Εκπαιδευτικό Κείμενο Ακαδημιών Εμπορικού Ναυτικού, Μηχανές Εσωτερικής Καύσεως, Τόμος Πρώτος ) ( φωτ. 1.2δ ) ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

21 1.3 Η ιστορία στην Έγχυση του πετρελαίου Μια συνοπτική αναφορά στην ιστορική πορεία των συστημάτων ψεκασμού που χρησιμοποιούνται στους Diesel κινητήρες, εδώ και 90 χρόνια περίπου : τα πρώτα πειράματα με αντλίες ψεκασμού, τροποποιώντας αντλίες λαδιού τύπου Bosch : έναρξη της ανάπτυξης του εξοπλισμού diesel : τα πρώτα πρωτότυπα αντλιών και εγχυτήρων ψεκασμού diesel : απελευθέρωση της πρώτης παγκόσμιας μαζικής παραγωγής αντλιών diesel και εγχυτήρων από την εταιρεία Robert Bosch : παραγωγή της ης αντλίας ψεκασμού diesel : λανσάρισμα της πρώτης ευρέως κλίμακας παραγωγής εξοπλισμού συστημάτων ψεκασμού diesel για επιβατικά αυτοκίνητα : εξοπλισμένα συνεργεία ελέγχου και συντήρησης των μηχανικών μερών συστημάτων diesel έχουν εξαπλωθεί παγκοσμίως από το δίκτυο Bosch Diesel Service. ( φωτ. 1.3α ) Εργασίες Ελέγχου και Συντήρησης τη δεκαετία του 40 βιβλ. ( ) ( φωτ. 1.3α ) ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

22 1950 : παραγωγή της ης αντλίας ψεκασμού diesel : λανσάρισμα της πρώτης περιστροφικής αντλίας ψεκασμού. ( δοσομετρική αντλία, μηχανικού ελέγχου ). Δοσομετρικές Αντλίες Μηχανικού Ελέγχου Περιστροφικού Τύπου. βιβλ. (φωτ. 1.3β) 1986 : λανσάρισμα του πρώτου ηλεκτρονικά ελεγχόμενου συστήματος ψεκασμού diesel. ( EDC ). Αντλία έγχυσης διανομής με ηλεκτρονικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου. βιβλ. (φωτ. 1.3γ) 1989 : άμεσος ψεκασμός ( χωρίς προθάλαμο ), για επιβατικά αυτοκίνητα με ηλεκτρονικά ελεγχόμενη περιστροφική ανήλια VP34, με πρώτο το Audi 100 TDI : έναρξη της μαζικής παραγωγής των ηλεκτρονικά ελεγχόμενων περιστροφικών αντλιών, καθώς και ηλεκτρονική τεχνολογία ειδικών αισθητήρων και επανεργητών. ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

23 1994 : έναρξη παραγωγής της μονάδας αντλίας μπέκ UIS (Unit Injector System) για φορτηγά : έναρξη μαζικής παραγωγής συστήματος μονάδας αντλίας UPS (Unit Pump System) για φορτηγά. (φωτ. 1.3δ) (Unit Injector System) (φωτ. 1.3ε) (Unit Pump System) ( βιβλ. Εκπαιδευτικό Κείμενο Ακαδημιών Εμπορικού Ναυτικού, Μηχανές Εσωτερικής Καύσεως ) 1996 : έναρξη μαζικής παραγωγής VP44, περιστροφική αντλία υψηλής πίεσης με έμβολο ακτινωτής διάταξης : λανσάρεται το σύστημα Common Rail ( CRS ) για επιβατικά αυτοκίνητα Πίεση εγχύσεως από 350 έως 1350 bar. Common Rail (CRS) βιβλ. (φωτ. 1.3ζ) ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

24 1998 : διανομή της μονάδας αντλίας μπέκ ( UIS ) παγκοσμίως για επιβατικά. (φωτ. 1.3η) (Unit Injector System) 1999 : έναρξη της παραγωγής Common Rail συστημάτων για φορτηγά. (φωτ. 1.3θ) Common Rail (CRS) βιβλ : έρχεται στο προσκήνιο η δεύτερη γενιά common rail με πίεση εγχύσεως έως 1600 bar : η Bosch έχει παράγει περισσότερα από 5 εκατομμύρια συστήματα άμεσου ψεκασμού για επιβατικά αυτοκίνητα. Συνολικά, η εταιρεία έχει παράγει περισσότερα από 21 εκατομμύρια συστήματα υψηλής πίεσης για οχήματα : η Bosch γιορτάζει τα 75 χρόνια μαζικής παραγωγής συστημάτων ψεκασμού Diesel : λανσάρεται στην αγορά η τρίτη γενιά συστημάτων Common rail με πιέσεις μέχρι 2000 bar στα ακροφύσια ( πίεση ψεκασμού ) ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

25 Αυτό επιτυγχάνεται χάριν αντικατάστασης των ηλεκτρομαγνητικών εγχυτήρων, με νέων πιεζοηλεκτρικών εγχυτήρων. Τα οποία προσφέρουν μειωμένη κατανάλωση κατά 3%, αυξημένη απόδοση του κινητήρα πάνω από 5% ενώ ο θόρυβος έχει μειωθεί κατά 3db ( τιμή ιδιαίτερα μεγάλη αφού η κλίμακα των ντεσιμπέλ είναι λογαριθμική ) : ξεκινά η παραγωγή συστημάτων common rail με πίεση ψεκασμού μέχρι 2200 bar! (φωτ. 1.3ι) βιβλ Επίλογος. Για να καταφέρουν όμως οι κατασκευαστές των συστημάτων εγχύσεως καυσίμων, να παρέχουν << σήμερα >> πιέσεις ψεκασμού που αγγίζουν τα 2200 bar, βασιστήκανε σε αρχές και λειτουργίες της καύσεως και της εγχύσεως που μπορούν να πραγματοποιηθούν σε ένα θάλαμο εσωτερικής καύσεως. Αυτές οι αρχές και τα χαρακτηριστικά αυτών, περιγράφονται στο επόμενο κεφάλαιο που ακολουθεί. ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο Η ΚΑΥΣΗ ΚΑΙ Η ΕΓΧΥΣΗ ΣΤΟΥΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ 2.1 Καύση Καύσιμα Γενικά. Καύση είναι η ένωση των διαφόρων σωμάτων με το οξυγόνο του αέρα. Η ένωση αυτή είναι μια χημική αντίδραση εξώθερμη, δηλαδή συνοδεύεται από έκλυση θερμότητας. Καύσιμα είναι οι ουσίες που, όταν καίονται, παράγουν θερμότητα εκμεταλλεύσιμη, δηλαδή θερμότητα που εύκολα μπορεί να μετατραπεί σε μηχανικό έργο. Στην πραγματικότητα κατά την καύση μετατρέπεται η χημική ενέργεια της ουσίας που καίεται σε θερμική ενέργεια, την οποία οι διάφορες θερμικές μηχανές μπορούν να την μετατρέψουν σε μηχανικό έργο (κίνηση),(φωτ.2.1.1α). Σε αυτή την πολύ απλή αρχή βασίζεται η λειτουργία των θερμικών μηχανών. (φωτ.2.1.1α) Τομή πετρελαιομηχανής, κατά την διαδικασία της καύσεως βιβλ. ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

27 2.1.2 Πετρέλαιο Diesel Το καύσιμο αυτό οφείλει το όνομα του στο γεγονός ότι αρχικά ήταν το μόνο καύσιμο που χρησιμοποιούταν στις μηχανές Diesel λόγω των ιδιοτήτων του κυρίως : Του χαμηλού ιξώδους, που επιτρέπει καλύτερο διασκορπισμό. Του υψηλού βαθμού καθαρότητας, που εξασφαλίζει καύση χωρίς επιβλαβή κατάλοιπα. Το πετρέλαιο Diesel είναι μείγμα υδρογονανθράκων με άτομα άνθρακα ανά μόριο, αποτελεί το τελευταίο κλάσμα του φυσικού πετρελαίου, και έχει όρια θερμοκρασιών ζέσεως 200 ο ο C. Συνήθως δεν χρειάζεται άλλη επεξεργασία μετά την απόσταξη, και χρησιμοποιείται όπως λαμβάνεται από τον πύργο αποστάξεως. Η εξέλιξη των πετρελαιομηχανών και των συστημάτων τροφοδοσίας αυτών, επιβάλλει για το πετρέλαιο Diesel ορισμένες χαρακτηριστικές ιδιότητες, που εξασφαλίζονται με τις αντίστοιχες προδιαγραφές (πιν α) : Κύρια χαρακτηριστικά Προδιαγραφές πετρελαίου Diesel ( πετρέλαιο κινήσεως ) Όρια τιμών Σημείο αναφλέξεως, 0 C 55 ελάχιστο Ανθρακούχο υπόλειμμα 0,30 μέγιστο ( επί 10% υπολ. )% Τεφρά, % 0,01 μέγιστο Νερό, mg / kg 500 μέγιστο Διάβρωση ελάσματος χαλκού 1 μέγιστο ( 3 ώρες, σε 50 0 C ) Θείον % 0,2 μέγιστο Αριθμός κετανιου, 49 ελάχιστο Πυκνότητα σε 15 0 C kg/m Ιξώδες, σε 40 0 C, cst 2 4,5 (πιν α) (βιβλ, Ανώτερες Δημόσιες Σχολές Εμπορικού Ναυτικού, Καύσιμα Λιπαντικά) ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100

28 2.1.3 Η καύση στους πετρελαιοκινητήρες. Για τη λειτουργία μιας θερμικής μηχανής απαιτείται πρόσδοση θερμότητας. Για την παραγωγή αυτής της αναγκαίας θερμότητας χρησιμοποιείται η καύση του καύσιμου με το οξυγόνο του ατμοσφαιρικού αέρα. Οι χημικές αντιδράσεις της καύσεως είναι εξώθερμες, συνοδεύονται δηλαδή από την έκλυση σημαντικού ποσού θερμότητας, που εξαρτάται από τη χημική σύσταση του καυσίμου και από τις συνθήκες καύσεως. Αποτέλεσμα των παραπάνω χημικών αντιδράσεων είναι επίσης η παραγωγή συγκεκριμένων προϊόντων, των λεγόμενων καυσαερίων. Ο ατμοσφαιρικός αέρας, εκτός από το οξυγόνο, περιέχει άζωτο και άλλες ουσίες, οι οποίες ενώ δεν συμμετέχουν άμεσα στη διαδικασία της παραγωγής θερμότητας, συμβάλλουν στην ποιότητα της καύσεως και των παραγόμενων καυσαερίων. Ορίζουμε ως τέλεια καύση του καύσιμου, τη διαδικασία, κατά την οποία μετατρέπονται πλήρως οι χημικές ενώσεις του καυσίμου σε ενώσεις, που δεν επιδέχονται περαιτέρω αντίδραση με το οξυγόνο. Η τέλεια καύση του καυσίμου είναι η βασικότερη επιδίωξη ενός κινητήρα. Ατελής καύση συμβαίνει όταν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου ή αντίστροφα περίσσεια καυσίμου, με αποτέλεσμα τη μερική μετατροπή της χημικής ενέργειας του καυσίμου σε θερμότητα και έργο καθώς και τη μείωση της αποδόσεως του κινητήρα. Η ατελής καύση συνοδεύεται από την παραγωγή χημικών ενώσεων επιβλαβών για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Οι συνθήκες καύσεως στους πετρελαιοκινητήρες είναι δυσμενέστερες συγκριτικά με αυτές των βενζινοκινητήρων, διότι ο χρόνος που απαιτείται για το σχηματισμό του καυσίμου μίγματος και την καύση του είναι σχεδόν ανεξάρτητος των στροφών περιστροφής. Συνεπώς, με την αύξηση των στροφών μεγαλώνει η γωνία της καύσεως. Η γωνία καύσεως όμως δεν μπορεί να υπερβεί συγκεκριμένα όρια, όποτε ο διατιθέμενος χρόνος μειώνεται καθώς οι στροφές αυξάνονται. Επίσης, δεν υπάρχει εξωτερική βοήθεια για την ανάφλεξη, η οποία πραγματοποιείται λόγω της υψηλής συμπιέσεως και θερμοκρασίας του αέρα. ΜΠΟΤΣΑΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ / /100