Τ.Ε.Ι. ΗΠΕΙΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΩΝ ΓΕΩΠΟΝΩΝ ΓΕΩΡΓΙΚΑ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. ΗΠΕΙΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΩΝ ΓΕΩΠΟΝΩΝ ΓΕΩΡΓΙΚΑ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ (Σημειώσεις Εργαστηρίου) Α Μέρος Άρτα,

2 2

3 Εργαστήριο 1 ο Ο ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ Η μηχανική ενέργεια που χρειάζεται ο γεωργικός ελκυστήρας και οποιαδήποτε άλλη γεωργική ή μη μηχανή, για να κινηθεί και να εκτελέσει διάφορες εργασίες προέρχεται από τον κινητήρα. Ο κινητήρας - όπως κάθε θερμικός κινητήρας -μετατρέπει τη χημική ενέργεια των καυσίμων πρώτα σε θερμική ενέργεια και στη συνέχεια σε ωφέλιμο μηχανικό έργο. Η καύση γίνεται σε κλειστό και ελεγχόμενο χώρο παράγοντας καυσαέρια που έχουν μεγάλη θερμοκρασία και υψηλή πίεση. Πρόκειται δηλαδή για μια μηχανή εσωτερικής καύσης (Μ.Ε.Κ.). Τα τοιχώματα του χώρου καύσης είναι σταθερά, εκτός μιας πλευράς, με αποτέλεσμα τα καυσαέρια να εξωθούν την μη σταθερή πλευρά, όπως αντίστοιχα ωθείται το βλήμα κατά την εκπυρσοκρότηση ενός πυροβόλου όπλου. Στην περίπτωση του κινητήρα η πλευρά αυτή είναι το έμβολο, που κινείται εντός ειδικά διαμορφωμένου κυλινδρικού χώρου που ονομάζεται κύλινδρος. Η μετακίνηση αυτή, αποτέλεσμα της ώθησης, φανερώνει την μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε μηχανική. Η εκμεταλλεύσιμη μηχανική ενέργεια αποτελεί ένα μικρό ποσοστό (15-35%) της θερμικής, ενώ το υπόλοιπο ποσοστό χάνεται ως θερμότητα στο περιβάλλον. Το έμβολο συνδεόμενο κατάλληλα μέσω του διωστήρα με το στροφαλοφόρο άξονα, επανέρχεται μετά την εκτόνωση, στην αρχική πριν την έκρηξη θέση ώστε τελικά κατά τη λειτουργία του κινητήρα να παλινδρομεί. Η κίνηση μεταφέρεται από το έμβολο μέσω του διωστήρα στο στροφαλοφόρο άξονα έτσι ώστε ο συνδυασμός των τριών εξαρτημάτων να μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση σε περιστροφική. Σχήμα 1.1. Μηχανισμός μετατροπής της παλινδρομικής κίνησης σε περιστροφική. 3

4 Ο τύπος των μηχανών με παλινδρομικό έμβολο έχει καθιερωθεί, ενώ έχουν κατασκευαστεί και κινητήρες με διαφορετικό τρόπο λειτουργίας όπως για παράδειγμα οι περιστροφικοί τύπου Wankel, χωρίς όμως ποτέ να καταλάβουν αξιόλογη θέση στην αγορά. Στις πρώτες μηχανές που κατασκευάστηκαν και χρησιμοποιήθηκαν ευρύτατα κατά τη βιομηχανική επανάσταση, η καύση των ανθρακούχων υλών γινόταν σε μη κλειστό χώρο. Επρόκειτο δηλαδή για μηχανές εξωτερικής καύσης. Τέτοιες είναι οι ατμομηχανές και οι ατμοστρόβιλοι. Δεν χρησιμοποιούνται σήμερα στη Γεωργία. Ο χαμηλός βαθμός απόδοσης μηχανικής ενέργειας και ο μεγάλος τους όγκος ήταν οι κύριες αιτίες αντικατάστασής τους από τις Μ.Ε.Κ. Διάκριση εμβολοφόρων κινητήρων (Δίχρονοι Τετράχρονοι) Ανάλογα με τη μορφή του κύκλου λειτουργίας οι κινητήρες διακρίνονται σε δίχρονοι και τετράχρονοι. Δίχρονοι ονομάζονται οι κινητήρες στους οποίους η καύση και κατ επέκταση η παραγωγή έργου γίνεται σε κάθε δύο διαδρομές (δύο χρόνοι) του εμβόλου. Αντίστοιχα στους τετράχρονους κινητήρες, για να παραχθεί έργου θα πρέπει το έμβολο να παλινδρομήσει δύο φορές (τέσσερεις διαδρομές - τέσσερεις χρόνοι). Ανάλογα με τον τρόπο ανάφλεξης διακρίνονται σε Otto κινητήρες όπου η ανάφλεξη γίνεται με τη βοήθεια σπινθηριστή, και σε Diesel κινητήρες όπου το καύσιμο αυταναφλέγεται λόγω της υψηλής πίεσης. Παλαιότερα χρησιμοποιήθηκε και μια ενδιάμεση κατηγορία η Semi-Diesel μηχανή στην οποία υπάρχει σπινθηριστής και πίεση χαμηλότερη της μηχανής Diesel. Ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο καύσιμο διακρίνονται σε βενζινοκινητήρες (Otto) πετρελαιοκινητήρες (Diesel) και υγραεριοκινητήρες (Otto) Ανάλογα με τον αριθμό των κυλίνδρων οι κινητήρες κατατάσσονται, σε μονοκύλινδρες, δικύλινδρες, τρικύλινδρες κ.ο.κ., αν ο κινητήρας αποτελείται αντίστοιχα από ένα, δύο, τρεις κυλίνδρους. Οι κινητήρες μπορούν να συνδυάζουν με διαφορετικό τρόπο ο καθένας τις παραπάνω κατηγορίες π.χ. τετράχρονη τετρακύλινδρη πετρελαιομηχανή ή τετράχρονη μονοκύλινδρη βενζινομηχανή, κ.ο.κ. 4

5 Σχήμα 1.1. Τομή τετράχρονου τετρακύλινδρου κινητήρα. Οι γεωργικοί ελκυστήρες και άλλες μεγάλες γεωργικές μηχανές (θεριζοαλωνιστικές, βαμβακοσυλλεκτικές κ.α.) χρησιμοποιούν κυρίως πετρελαιοκινητήρες συνήθως τετρακύλινδρους, χωρίς να αποκλείονται άλλες κατηγορίες. Οι βενζινοκινητήρες είναι συχνότεροι σε μικρής ισχύος γεωργικά μηχανήματα όπως σε χειροδηγούμενες φρέζες, μικρά ψεκαστικά, χορτοκοπτικά κ.α. 5

6 Ονοματολογία των μερών του κινητήρα Σχήμα 1.2. Ονοματολογία των κυριότερων μερών των κινητήρων εσωτερικής καύσεως. 6

7 Εργαστήριο 2 ο ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ Περιγραφή του κινητήρα Σε ένα κινητήρα διακρίνουμε στατικά τμήματα και κινούμενα εξαρτήματα. Κατά τη λειτουργία του κινητήρα τα στατικά τμήματα παραμένουν σταθερά υποστηρίζοντας τα κινητά μέρη. Α. Σταθερά μέρη α) Το σώμα των κυλίνδρων ή κορμός της μηχανής ή μπλοκ Ο κορμός που είναι ο πυρήνας του κινητήρα, αποτελεί συνήθως ένα ενιαίο σύνολο με το στροφαλοθάλαμο. Είναι κατασκευασμένος από χυτοσίδηρο με πρόσμιξη άλλων μετάλλων. Σε ακριβότερους κινητήρες είναι κατασκευασμένος από κράματα αλουμινίου. Τα υλικό κατασκευής θα πρέπει να συνδυάζει αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση ενώ ταυτόχρονα θα πρέπει να κατεργάζεται εύκολα. Στο εσωτερικό του έχουν διαμορφωθεί οι κύλινδροι καθώς επίσης και ξεχωριστοί χώροι για την κυκλοφορία του λιπαντικού και του υγρού ψύξης στους υδρόψυκτους κινητήρες. Στον αερόψυκτο κινητήρα στα εξωτερικά τοιχώματα του κορμού υπάρχει μεγάλος αριθμός πτερυγίων για τη γρήγορη ψύξη του. Στα εσωτερικά τοιχώματα των κυλίνδρων εφαρμόζουν τα χιτώνια που μπορούν να αντικαθίστανται όταν φθαρούν. Σχήμα 2.1. Κορμός του κινητήρα. 7

8 Εξωτερικά ο κορμός φέρει άλλα ανοίγματα όπου εκεί προσαρμόζονται μηχανισμοί απαραίτητοι για τη λειτουργία του κινητήρα, όπως είναι η αντλία νερού, η αντλία λαδιού, η αντλία πετρελαίου ή βενζίνης, η υποδοχή για το φίλτρο λαδιού κ.α. Οι κύλινδροι μπορεί να είναι διατεταγμένοι σε μια γραμμή (σε σειρά), σε δύο σειρές που σχηματίζουν γωνία (σε σχήμα V) ή σε δυο επίπεδες σειρές (οριζόντιος κινητήρας). Ο αριθμός των κυλίνδρων χαρακτηρίζει τον κινητήρα (μονοκύλινδρος τετρακύλινδρος κ.α.) Όσο περισσότερους κυλίνδρους έχει ένας κινητήρας τόσο πιο ομαλά λειτουργεί. Κεφαλή των κυλίνδρων Είναι εξάρτημα που τοποθετείται πάνω στους κυλίνδρους στεγανοποιώντας τους με τη βοήθεια παρεμβύσματος (φλάντσα). Λόγω της θέσεως της, καταπονείται από τις υψηλές πιέσεις και τις μεγάλες μεταβολές της θερμοκρασίας των κυλίνδρων. Οι καταπονήσεις αυτές απαιτούν μεγάλη αντοχή και καλή θερμοαγωγιμότητα, για την αποφυγή θραύσεων ή παραμορφώσεων. Η επιτυχία των ιδιοτήτων αυτών σε συνδυασμό με τις ανάγκες ύπαρξης διαφόρων οπών (λαδιού, υγρού ψύξεως, βαλβίδων, πολλαπλή εισαγωγής, ή εξαγωγής, μπέκ και προθερμαντήρων στις Diesel ή σπινθηριστών στις βενζινομηχανές) κάνουν την κατασκευή της κυλινδροκεφαλής πολύπλοκη, δαπανηρή και με αρκετό βάρος. Σχήμα 2.2. Τυπική κυλινδροκεφαλή 6-κυλινδρου κινητήρα. Ελαιολεκάνη Η ελαιολεκάνη ή κάρτερ είναι μια απλή κατασκευή που κλείνει τον κορμό από το κάτω μέρος και χρησιμεύει σαν αποθήκη λαδιού. Σε μερικές μηχανές φέρει εξωτερικά ραβδώσεις 8

9 για την διευκόλυνση της ψύξεως του λαδιού. Στο χαμηλότερο σημείο της ελαιολεκάνης υπάρχει πώμα για την εξαγωγή του φθαρμένου λιπαντικού του κινητήρα. Σχήμα 2.3. Ελαιολεκάνη. Κάλυμμα των βαλβίδων Βρίσκεται πάνω από την κεφαλή των κυλίνδρων και χρησιμεύει στην κάλυψη και προστασία του μηχανισμού των βαλβίδων. Στην κορυφή του (στους περισσότερους κινητήρες), υπάρχει πώμα για να εισάγεται το λάδι στον κινητήρα. Σχήμα 2.4. Κάλυμμα βαλβίδων. Αγωγοί εισαγωγής - Αγωγοί εξαγωγής (πολλαπλή) Είναι δύο ξεχωριστά απλά συστήματα σωληνώσεων γνωστά ως πολλαπλή εισαγωγής και πολλαπλής εξαγωγής αντίστοιχα. Η πολλαπλή εισαγωγής χρησιμεύει για την εισαγωγή σε 9

10 κάθε κύλινδρο μίγματος αέρα και βενζίνης στην περίπτωση των βενζινομηχανών, ή μόνο αέρα στους πετρελαιοκινητήρες Η πολλαπλή εξαγωγής χρησιμεύει στην διοχέτευση των καυσαερίων, που παράγονται μετά την καύση, στο περιβάλλον. Εικόνα 2.5. Πολλαπλή εισαγωγής. B. Κινητά εξαρτήματα Έμβολο Σε κάθε κύλινδρο παλινδρομεί ένα έμβολο (πιστόνι). Πρόκειται για ένα κυλινδρικό κοίλο σώμα, κλειστό στην πάνω επιφάνεια (κεφαλή ή δίσκος), ανοικτό στην κάτω ενώ στην κυρτή επιφάνεια (ποδιά) φέρει τις αυλακώσεις των ελατηρίων. Το υλικό κατασκευής και το σχήμα του θα πρέπει να παρέχει αντοχή στις ψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις που αναπτύσσονται, (στην πάνω επιφάνεια του γίνεται η καύση), ενώ ταυτόχρονα θα πρέπει να έχει μικρό βάρος ώστε να αναπτύσσονται όσο το δυνατό μικρότερες δυνάμεις αδράνειας. Τα ελατήρια είναι μεταλλικά δακτυλίδια με ελαστικότητα. Τοποθετούνται στις εγκοπές του εμβόλου και τείνουν να εφαρμόζουν στα τοιχώματα του κυλίνδρου κλείνοντας έτσι το διάκενο μεταξύ εμβόλου και κυλίνδρου και παρέχοντας την αναγκαία στεγανότητα. Διακρίνονται σε ελατήρια συμπίεσης και ελατήρια λαδιού. Τα πρώτα τοποθετούνται στο πάνω μέρος του εμβόλου, είναι απλά στην κατασκευή τους και χρησιμεύουν στο να αποτρέπουν την διέλευση του αέρα ή του μίγματος ή των καυσαερίων στο στροφαλοθάλαμο. Τα ελατήρια λαδιού τοποθετούνται κάτω από αυτά της συμπίεσης, έχουν ιδιαίτερη πιο σύνθετη κατασκευή και ρυθμίζουν τη λίπανση του κυλίνδρου, χωρίς να επιτρέπουν στο λάδι να περάσει στο χώρο καύσης. 10

11 Σχήμα 2.6. Μέρη του εμβόλου. Διωστήρας Ο διωστήρας (μπιέλα) είναι μια ισχυρή ράβδος με διατομή σχήματος διπλού Τ. Στο πάνω μέρος συνδέεται με το έμβολο μέσω ενός ισχυρού πείρου. Στο κάτω μέρος συνδέεται με το στροφαλοφόρο άξονα. Σχήμα 2.7. Το έμβολο και ο διωστήρας. Στροφαλοφόρος άξονας Ο στροφαλοφόρος είναι ένας άξονας ειδικής μορφής. Δέχεται την κίνηση των εμβόλων μέσω των διωστήρων και μετατρέπει την παλινδρομική κίνηση σε περιστροφική. Κατά 11

12 μήκος του φέρει τους στροφείς βάσεως (στην ίδια νοητή ευθεία), για τη στήριξή του στον κορμό και τους στροφάλους. Οι στρόφαλοι βρίσκονται σε νοητούς δευτερεύοντες άξονες παράλληλους του κεντρικού και σε συγκεκριμένη γωνία μεταξύ τους. Σχήμα 2.8. Στροφαλοφόρος άξονας. Κατά μήκος του υπάρχουν αντίβαρα ζυγοστάθμισης των μαζών που παλινδρομούν. Τα αντίβαρα δημιουργούν κατά τη λειτουργία της μηχανής ροπές ίσες και αντίθετες των ροπών αδράνειας. Με την εξισορρόπηση των ροπών αυτών επιτυγχάνεται η απόσβεση των κραδασμών με αποτέλεσμα την ομαλή λειτουργία του κινητήρα. Ο στροφαλοφόρος φέρει στα σημεία στήριξης και στα σημεία σύνδεσης με τους διωστήρες ειδικά αντιτριβικά δακτυλίδια τα κουζινέτα. Σχήμα 2.9. Ο στροφαλοφόρος άξονας με τα αντίβαρα και το σφόνδυλο. 12

13 Από το μπροστινό άκρο του στροφαλοφόρου παίρνουν κίνηση (με ιμάντα ή γρανάζι) διάφορα εξαρτήματα που απαιτούνται για τη λειτουργία του κινητήρα όπως ο εκκεντροφόρος άξονας, η αντλία πετρελαίου, ο ανεμιστήρας, η γεννήτρια ρεύματος κ.α. Στο άλλο άκρο είναι σταθερά συνδεδεμένος ο σφόνδυλος. Σφόνδυλος Ο σφόνδυλος (βολάν) είναι μεταλλικός δίσκος με σχετικά μεγάλη διάμετρο και αρκετό βάρος. Αποταμιεύει την ενέργεια που παράγεται κατά την ενεργητική φάση (φάση της εκτόνωσης) και την αποδίδει στο σύστημα κατά τους παθητικούς χρόνους. Περιφερειακά φέρει γρανάζια που χρησιμεύουν στο μηχανισμό εκκίνησης του κινητήρα. Σχήμα Ο σφόνδυλος του κινητήρα. Μηχανισμός βαλβίδων εισαγωγής - εξαγωγής Ο μηχανισμός αυτός ανοιγοκλείνει τις βαλβίδες σε συγκεκριμένους χρόνους και αποτελείται από τον εκκεντροφόρο, τα ωστήρια, τα ζύγωθρα και τις βαλβίδες με τα ελατήριά τους. Εκκεντροφόρος άξονας Ο εκκεντροφόρος είναι ένας χαλύβδινος άξονας τοποθετημένος παράλληλα του στροφαλοφόρου απ τον οποίο παίρνει κίνηση. Βρίσκεται είτε εντός του κορμού, είτε στην κεφαλή του κινητήρα (επικεφαλής). Κατά μήκος φέρει έκκεντρα. Όταν βρίσκεται στον κορμό τα έκκεντρα ωθούν τα ωστήρια, αυτά ωθούν τα ζύγωθρα που με τη σειρά τους ανοίγουν τις βαλβίδες υπερνικώντας την αντίσταση των ελατηρίων. Αν ο εκκεντροφόρος 13

14 βρίσκεται στη κυλινδροκεφαλή, τότε είτε απ ευθείας, είτε μέσω των ζύγωθρων τα έκκεντρα ωθούν και ανοίγουν τις βαλβίδες. Το ωστήριο είναι άκαμπτη μεταλλική ράβδος όπου το ένα άκρο του είναι συνδεδεμένο με το ζύγωθρο και το άλλο εφάπτεται με το έκκεντρο του εκκεντροφόρου. Τα ζύγωθρα ή πλήκτρα ή κοκοράκια είναι μοχλοί που πιέζουν τις βαλβίδες για να ανοίξουν. Σχήμα Ο εκκεντροφόρος άξονας. Σχήμα Μηχανισμός ενεργοποίησης βαλβίδων τοποθετημένων επί της κεφαλής. 14

15 Βαλβίδες Οι βαλβίδες είναι ειδικά εξαρτήματα που με το άνοιγμά τους επιτρέπουν είτε την είσοδο του καύσιμου μίγματος στις βενζινομηχανές ή του αέρα στις πετρελαιομηχανές (βαλβίδες εισαγωγής) είτε την έξοδο των καυσαερίων (βαλβίδες εξαγωγής). Σε κάθε κύλινδρο υπάρχουν τουλάχιστον δύο - μία εισαγωγής και μία εξαγωγής- βαλβίδες. Σε κάθε βαλβίδα διακρίνουμε το στέλεχος ή βάκτρο και την κεφαλή ή δίσκο της βαλβίδας. Σχήμα Μηχανισμός βαλβίδων εισαγωγής εξαγωγής. ΔΙΧΡΟΝΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ Η κατασκευή του δίχρονου κινητήρα είναι γενικά παρόμοια με αυτή του τετράχρονου. Υπάρχουν όμως και ουσιαστικές διαφορές, περισσότερες στους βενζινοκινητήρες. Στο δίχρονο βενζινοκινητήρα από τα σταθερά τμήματα απουσιάζει η ελαιολεκάνη και το κάλυμμα των βαλβίδων ενώ ή κεφαλή των κυλίνδρων είναι απλούστερης κατασκευής. Ο κύλινδρος φέρει περιφερειακά ανοίγματα, τις θυρίδες, απ τις οποίες εισάγεται το μίγμα αέρα - βενζίνης - λαδιού (θυρίδες εισαγωγής) και εξάγονται τα καυσαέρια (θυρίδα εξαγωγής). Από τα κινητά μέρη απουσιάζουν ο μηχανισμός των βαλβίδων (εκκεντροφόρος, ωστήρια, ζύγωθρα, βαλβίδες, ελατήρια). Οι θυρίδες ανοιγοκλείνουν με την παλινδρόμιση του εμβόλου Απουσιάζουν επίσης τα ελατήρια λαδιού από το έμβολο του οποίου η κεφαλή δεν είναι επίπεδη. 15

16 Σχήμα Δίχρονος κινητήρας Ο σπανιότερος, σήμερα, δίχρονος πετρελαιοκινητήρας κατασκευαστικά μοιάζει περισσότερο στους τετράχρονους. Για την εισαγωγή του αέρα υπάρχει ειδική αεραντλία η οποία διοχετεύει τον αέρα μέσω των θυρίδων εισαγωγής στο εσωτερικό του κυλίνδρου με πίεση μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής. Τα καυσαέρια εξάγονται είτε από τις θυρίδες εξαγωγής που βρίσκονται λίγο πιο πάνω από τις θυρίδες εισαγωγής, είτε από βαλβίδες εξαγωγής. Στη δεύτερη περίπτωση υπάρχει ο μηχανισμός που ανοιγοκλείνει τις βαλβίδες. Υπάρχει επίσης ελαιολεκάνη και η λίπανση γίνεται παρόμοια με τους τετράχρονους, δεν χρησιμοποιείται δηλαδή λιπαντικό στο καύσιμο. Η εισαγωγή του πετρελαίου γίνεται - όπως και στους τετράχρονους - με εκχυτήρες. 16

17 Εργαστήριο 3 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ Σύστημα ψύξης Ο κύριος προορισμός του συστήματος ψύξης των κινητήρων είναι η διατήρηση μιας άριστης θερμοκρασίας λειτουργίας. Για να επιτευχθεί αυτό η υπερβάλλουσα θερμότητα, που προέρχεται από την καύση του καυσίμου, τις διάφορες τριβές και τη συμπίεση, πρέπει να απαχθεί. Κατά τη λειτουργία ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης ένα μικρό μόνο μέρος (20-40 %) της ενέργειας των καυσίμων μετατρέπεται τελικά σε ωφέλιμη μηχανική ενέργεια. Η υπόλοιπη ενέργεια μεταφέρεται στο περιβάλλον ως θερμότητα. Ένα μέρος της θερμότητας (30-40 %) αποβάλλεται στο περιβάλλον με τα καυσαέρια, ένα μικρό ποσοστό (περίπου 7 %) ως θερμική ακτινοβολία και το υπόλοιπο (περίπου το 1/3) παραμένει στο χώρο του κινητήρα ανεβάζοντας τη θερμοκρασία του. Για την ομαλή λειτουργία του κινητήρα η μέση θερμοκρασία στο χώρο καύσης δεν πρέπει να υπερβαίνει τους o C. Κατά την καύση όμως, και για μικρό χρονικό διάστημα, η θερμοκρασία ανεβαίνει πάνω από τους o C. Θα πρέπει επομένως ένα μεγάλο μέρος της θερμότητας να απομακρυνθεί. Αν οι μηχανές εργασθούν με υπερβολικές θερμοκρασίες υπάρχει κίνδυνος καταστροφής των μετάλλων, κακής λειτουργίας και απανθράκωσης των λιπαντικών, με άμεσο κίνδυνο την καταστροφή τους. Από την άλλη πλευρά η θερμοκρασία δεν πρέπει να είναι πολύ χαμηλή, για να διευκολύνεται η εξαέρωση του καυσίμου και η καλή λίπανση της μηχανής. Οι κινητήρες όμως είναι κατασκευασμένοι για να λειτουργούν εντός θερμοκρασιακών ορίων, πέραν των οποίων τα υλικά κατασκευής του κινητήρα αδυνατούν να εργαστούν ως αρμονικό σύνολο. Τα θερμοκρασιακά όρια περιορίζονται σε πιο συγκεκριμένες τιμές (80-90 C) αν επιδιώκουμε υψηλή απόδοση ωφέλιμου έργου. Η απομάκρυνση της πλεονάζουσας θερμότητα από το χώρο των κυλίνδρων επιτυγχάνεται με τη βοήθεια του συστήματος ψύξης, διασφαλίζοντας έτσι την εύρυθμη λειτουργία του κινητήρα. Υπάρχουν δύο τύποι συστημάτων για την ψύξη του κινητήρα: 1. Το σύστημα ψύξης με αέρα (αερόψυκτο σύστημα) και 2. Το υδρόψυκτο σύστημα, 1) Αερόψυκτο σύστημα Στις αερόψυκτες μηχανές η ψύξη προκαλείται από ρεύμα αέρα μεγάλης ταχύτητας, που κυκλοφορεί γύρω από τους κυλίνδρους της μηχανής. Η ταχύτητα αυτή δημιουργείται είτε με την κίνηση του 17

18 οχήματος, είτε με ειδικό ανεμιστήρα, είτε συνηθέστερα με συνδυασμό των δύο μέσων. Ως αερόψυκτες κατασκευάζονται συνήθως μικρές μονοκύλινδρες μηχανές ή μηχανές αεροπλάνων. Υπάρχουν όμως πολύ επιτυχημένες μηχανές Diesel, που χρησιμοποιούνται σε ελκυστήρες. Οι κύλινδροι στις αερόψυκτες μηχανές έχουν εξωτερικώς πτερύγια, ώστε να αυξάνεται η επιφάνεια ψύξης. Το ύψος των πτερυγίων και η πυκνότητά τους έχει μεγάλη σημασία για την ψύξη. Για να υπάρχει ομοιόμορφο ρεύμα αέρα γύρω από τους κυλίνδρους, συνήθως χρησιμοποιείται κατάλληλο κάλυμμα από λαμαρίνα, το οποίο κατευθύνει τον αέρα κατά μήκος όλης της επιφάνειας των πτερυγίων. Το ποσοστό της θερμότητας που απομακρύνεται από τις αερόψυκτες μηχανές είναι μικρότερο απ' ό,τι στις υδρόψυκτες. Κυμαίνεται μεταξύ 15 και 25 % και εξαρτάται και από τον αριθμό στροφών της μηχανής. Στις χαμηλότερες στροφές απομακρύνεται μεγαλύτερο ποσοστό. Όσο πιο μεγάλη είναι η επιφάνεια ψύξης και το ρεύμα αέρα, τόσο η ψύξη είναι πιο έντονη. Συνήθως η θερμοκρασία στα εξωτερικά τοιχώματα των κυλίνδρων δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 250 o C. Σχήμα 3.1. Κύλινδρος σε αερόψυκτο κινητήρα. Για να διευκολύνεται η αποβολή της θερμότητας, τα άκρα των πτερυγίων είναι πιο λεπτά από τη βάση τους, επειδή η θερμότητα "ρέει" ευκολότερα από το χοντρότερο στο λεπτότερο τμήμα ενός αγωγού. 2) Το υδρόψυκτο σύστημα Στις υδρόψυκτες μηχανές ως ψυκτικό υγρό χρησιμοποιείται το νερό, το οποίο παρουσιάζει μεγάλη θερμοχωρητικότητα και θερμοαγωγιμότητα. Στις σύγχρονες μηχανές το σύστημα είναι κλειστό και υπό πίεση και αποτελείται από: 18

19 - Τα υδροχιτώνια - Το ψυγείο - Ο ανεμιστήρας - Η αντλία ψυκτικού υγρού - Τα κολάρα - Ο θερμοστάτης Σχήμα 3.2. Σύστημα ψύξης υδρόψυκτης μηχανής. Τα υδροχιτώνια Υδροχιτώνιο ονομάζεται ο κενός χώρος στο εσωτερικό των κινητήρων που περιβάλει τις ζεστές περιοχές γύρω από τους κυλίνδρους καθώς επίσης και στην κεφαλή τους. Μέσα στα υδροχιτώνια κυκλοφορεί με σχετική ευκολία το ψυκτικό υγρό. Αυτό καθώς έρχεται σε επαφή με το θερμό τοίχωμα των κυλίνδρων, παραλαμβάνει μέρος της θερμότητας, ψύχοντας έτσι τον κύλινδρο. Το ψυγείο Το ψυγείο είναι το τμήμα που μεταφέρει τη θερμότητα του ζεστού νερού από τον κινητήρα προς την ατμόσφαιρα. Αποτελείται από δύο οριζόντιους θαλάμους, τους υδροθαλάμους, που βρίσκονται ο ένας στο πάνω τμήμα κι ο άλλος στο κάτω τμήμα του. Μεταξύ των δύο αυτών υδροθαλάμων, βρίσκεται το κύριο σώμα του ψυγείου που είναι σωληνωτό ή κυψελωτό (ψυκτικός πυρήνας). Το σωληνωτό ψυγείο αποτελείται από πολλούς κάθετους σωλήνες με λεπτά τοιχώματα και μικρή διάμετρο. Στα τοιχώματα έχουν προσαρμοσθεί πτερύγια για να αυξηθεί η επιφάνεια επαφής με τον ατμοσφαιρικό αέρα. 19

20 Σχήμα 3.3. Βασικά μέρη του ψυγείου νερού Το κυψελωτό ψυγείο αποτελείται από ένα πλέγμα λεπτών μεταλλικών ταινιών, που σχηματίζουν εξάγωνες οπές, όπως οι κηρήθρες των μελισσών. Το ψυκτικό υγρό κυκλοφορεί γύρω από τις οπές, ενώ μέσα από αυτές περνά ο ατμοσφαιρικός αέρας. Στον πάνω υδροθάλαμο του ψυγείου υπάρχει το πώμα (τάπα) που έχει δύο βαλβίδες, μία υπερπίεσης και μία υποπίεσης. Στο λαιμό της τάπας υπάρχει ο σωλήνας υπερχείλισης, το άλλο άκρο του οποίου καταλήγει (στους σύγχρονους κινητήρες) σ ένα δοχείο που περιέχει το ίδιο ψυκτικό υγρό. Αυτό το - σχετικά απλό - δοχείο αποθηκεύει το υγρό υπερχείλισης και μπορεί να το επιστρέψει στον κινητήρα όταν αυτός διακόψει τη λειτουργία του. Η επιστροφή γίνεται εξαιτίας της υποπίεσης που δημιουργείται στο εσωτερικό του συστήματος ψύξης καθώς κρυώνει ο κινητήρας. Ο κάτω υδροθάλαμος φέρει τάπα για την εκκένωση του ψυγείου όταν χρειασθεί. Ο ανεμιστήρας Ο ανεμιστήρας χρησιμοποιείται για να επιταχύνεται η διέλευση του ατμοσφαιρικού αέρα μέσα από τα πτερύγια των αγωγών του ψυγείου. Είναι συνήθως αξονικού τύπου με τρία ή περισσότερα πτερύγια. Παίρνει κίνηση με ιμάντα από το στροφαλοφόρο άξονα μαζί με την αντλία νερού. Σε πολλούς κινητήρες, παίρνει κίνηση από ανεξάρτητο ηλεκτροκινητήρα. Στην περίπτωση αυτή, ο ανεμιστήρας ελέγχεται από θερμοστάτη και τίθεται σε λειτουργία μόνο όταν η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού υπερβεί ένα καθορισμένο όριο. Έτσι γίνεται οικονομία ενέργειας που απορροφάτε από την κίνηση του ανεμιστήρα, αλλά αποφεύγεται και η υπερβολική ψύξη. 20

21 Ο θερμοστάτης Ο κινητήρας είναι κατασκευασμένος έτσι ώστε να αποδίδει το μέγιστο της ισχύος του σε θερμοκρασία (80-90 C) σαφώς ψηλότερη από τη συνηθισμένη της ατμόσφαιρας. Γι αυτό η υπερβολική ψύξη του είναι ανεπιθύμητη και επιβλαβής για τη λειτουργία του. Για τη σωστή λειτουργία του πρέπει κατά την ψυχρή εκκίνηση η θερμοκρασία του να ανέβει όσο το δυνατό γρηγορότερα στην επιθυμητή τιμή και να μείνει κατά το δυνατόν σταθερή στην τιμή αυτή. Αυτό πετυχαίνετε με τη χρήση του θερμοστάτη. Σχήμα 3.4. Θερμοστάτες α) Τύπου φυσητήρα και β) Διμεταλλικός Ο θερμοστάτης λειτουργεί ως αυτόματη θυρίδα που ανοίγει και κλείνει σε συγκεκριμένες τιμές θερμοκρασίας. Τοποθετείται στην έξοδο του νερού από τον κινητήρα και δεν επιτρέπει την κυκλοφορία του νερού όταν είναι κρύο. Η αντλία νερού Η αντλία νερού βρίσκεται στο εμπρόσθιο τμήμα του κινητήρα και παίρνει κίνηση από το στροφαλοφόρο με ιμάντα. Είναι φυγοκεντρικού τύπου και χρησιμεύει στην γρήγορη κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού στο κύκλωμά του. 21

22 Σχήμα 3.5. Αντλία του συστήματος ψύξεως. Τα κολάρα Είναι δύο ευμεγέθεις ελαστικοί σωλήνες που συνδέουν τον κινητήρα με το ψυγείο και ονομάζονται πάνω και κάτω κολάρο. Το πάνω κολάρο μεταφέρει το ζεστό νερό του κινητήρα στον πάνω υδροθάλαμο του ψυγείου. Το κάτω κολάρο μεταφέρει το κρύο νερό από τον κάτω υδροθάλαμο του ψυγείου στον κινητήρα. Το ψυκτικό υγρό Ως ψυκτικό υγρό χρησιμοποιούνταν παλαιότερα το νερό επειδή υπήρχε σε αφθονία, έχει μεγάλη θερμοχωρητικότητα, καλή θερμοαγωγιμότητα και είναι εντελώς ακίνδυνο. Παρουσιάζει όμως, στη χρήση του ως ψυκτικό μέσο, ορισμένα προβλήματα. Πιο συγκεκριμένα, το νερό σε κανονικές συνθήκες πίεσης, βράζει στους 100 C και παγώνει στους 0 C. Όταν το νερό παγώσει διαστέλλεται, εφαρμόζοντας έτσι πίεση στο δοχείο που το περιέχει, που αν δεν είναι ελαστικό θα σπάσει. Απ την άλλη πλευρά όταν φτάσει στη θερμοκρασία βρασμού γίνεται ατμός και διαφεύγει στο περιβάλλον. Για να μειωθεί η ένταση του προβλήματος, όσον αφορά το πάγωμα, τοποθετείται σε ένα σημείο πλευρικά του κινητήρα ένα πώμα (ή είναι πιο λεπτά τα τοιχώματα στο σημείο αυτό), έτσι ώστε όταν παγώσει το νερό να εκτονωθεί στο σημείο αυτό. Για την αποφυγή του βρασμού του νερού στους 100 C, χρησιμοποιείται ένα ειδικό πώμα (τάπα), μια βαλβίδα υπερπίεσης. Με αυτή τη βαλβίδα, επιτυγχάνεται στο σύστημα ψύξης, πίεση μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική. Με αυτό τον τρόπο η θερμοκρασία βρασμού ανεβαίνει κατά μερικούς βαθμούς. Οι παραπάνω δύο τρόποι, απλά βελτιώνουν τη λειτουργία του συστήματος παρέχοντας μικρή μόνο ασφάλεια. Οριστική λύση έχει δοθεί με την προσθήκη στο νερό ουσιών που δημιουργούν διάλυμα με σημείο πήξης πολύ χαμηλό. Το σημείο πήξης μειώνεται ανάλογα με τη συγκέντρωση της διαλυμένης 22

23 ουσίας. Μια τέτοια ουσία είναι η αιθυλαινογλυκόλη η οποία σε διάλυση 1 προς 1 με το νερό μειώνει το σημείο πήξης στους -38 C. Ανάλογη είναι επίσης και η αύξηση του σημείου ζέσεως. Τα αντιπηκτικά που συνιστούν οι κατασκευαστές κινητήρων, περιέχουν συνήθως και αντιδιαβρωτικές ουσίες, επιλύοντας έτσι και το πρόβλημα των οξειδώσεων στο εσωτερικό του συστήματος, που δημιουργεί η χρήση του νερού εξαιτίας του οξυγόνου που περιέχει. Η λειτουργία του ψυκτικού συστήματος Όταν ο θερμοστάτης είναι κλειστός, η κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού γίνεται στο εσωτερικό των υδροχιτωνίων του κινητήρα (στον κορμό και στο καπάκι). Όταν η θερμοκρασία φτάσει σε μια ορισμένη τιμή, ανοίγει η βαλβίδα του θερμοστάτη. Όταν ο θερμοστάτης ανοίξει, τότε η κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού γίνεται ως εξής: Η αντλία νερού (που παίρνει κίνηση με ιμάντα από τον στροφαλοφόρο), αναρροφά το κρύο ψυκτικό υγρό από τον κάτω υδροθάλαμο του ψυγείου και το διοχετεύει στα υδροχιτώνια των κυλίνδρων. Εκεί αυτό παραλαμβάνει τη θερμότητα των κυλίνδρων και εξέρχεται από το πάνω μέρος τους, φτάνοντας στο θερμοστάτη. Επειδή η βαλβίδα του θερμοστάτη είναι ανοικτή, το θερμό υγρό περνά απ' αυτή και οδηγείται μέσω του πάνω κολάρου, στον πάνω υδροθάλαμο του ψυγείου. Καθώς κινείται προς τα κάτω (μέσα στους αγωγούς του ψυγείου) θερμαίνει το ψυγείο. Παράλληλα ο ανεμιστήρας δημιουργεί ρεύμα αέρα, που περνά με ταχύτητα μέσα από τα πτερύγια του ψυγείου και απομακρύνει έτσι τη θερμότητα στο περιβάλλον. Έτσι το ψυκτικό υγρό φτάνει κρύο στον κάτω υδροθάλαμο και ολοκληρώνει τον κύκλο στο ψυκτικό σύστημα. Σχήμα 3.6. Η λειτουργία του συστήματος ψύξεως.. 1) Ψυγείο, 2) Αντλία νερού, 3) Θερμοστάτης, 4) Παρακαμπτήριος αγωγός, 5) Πώματα εκκενώσεως. 23

24 24

25 Εργαστήριο 4 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΛΙΠΑΝΣΗΣ Το σύστημα λίπανσης τροφοδοτεί συνέχεια με λάδι τις τριβόμενες επιφάνειες του κινητήρα, με σκοπό την απρόσκοπτη λειτουργία και μακροζωία του κινητήρα. Μια λεπτή μεμβράνη λαδιού, που ανανεώνεται συνεχώς, παρεμβάλλεται μεταξύ των συνεργαζόμενων εξαρτημάτων. Με το σύστημα λίπανσης επιτυγχάνεται: - Μείωση στο ελάχιστο των τριβών μεταξύ των μεταλλικών επιφανειών - Στεγανοποίηση του εμβόλου με τον κύλινδρο εμποδίζοντας τα αέρια να περάσουν στο στροφαλοθάλαμο, βοηθώντας έτσι τη λειτουργία των ελατηρίων. - Καθαρισμός των επιφανειών που λιπαίνονται, γιατί το λάδι που κυκλοφορεί φιλτράρεται συνέχεια. - Ψύξη των θερμών περιοχών του κινητήρα, μεταφέροντας τη θερμότητα σε ψυχρότερα σημεία όπου αναλαμβάνει το σύστημα ψύξης. - Μείωση του θορύβου εξαιτίας της απορρόφησης των κρούσεων μεταξύ των τριβόμενων μερών. - Προστασία των μετάλλων του κινητήρα από την οξείδωση και τη διάβρωση. Το σύστημα λίπανσης των τετράχρονων κινητήρων είναι διαφορετικό από αυτό των δίχρονων, ενώ δεν υπάρχουν ουσιαστικές διαφορές μεταξύ πετρελαιοκινητήρων και βενζινοκινητήρων. Το σύστημα λίπανσης των τετράχρονων κινητήρων αποτελείται από τα εξής μέρη i. την ελαιολεκάνη ii. την αντλία λαδιού iii. το δίκτυο σωληνώσεων, iv. το φίλτρο λαδιού v. το δείκτη πίεσης λαδιού και vi. το ψυγείο λαδιού. 25

26 Σχήμα 4.1. Κύκλωμα λίπανσης μηχανής. Η ελαιολεκάνη, όπως έχει αναφερθεί, βρίσκεται στο κάτω μέρος του κινητήρα κλείνοντας τον από το κάτω μέρος. Στο χαμηλότερο σημείο υπάρχει ένα πώμα για την εκκένωσή της από το φθαρμένο λιπαντικό. Σε ορισμένους κινητήρες το πώμα είναι και μαγνήτης για να συγκρατεί τα ρινίσματα σιδήρου που προκύπτουν από την τριβή των μετάλλων του κινητήρα. Η αντλία λαδιού είναι συνήθως γραναζωτή και παίρνει κίνηση από τον στροφαλοφόρο ή τον εκκεντροφόρο άξονα. Αναρροφά το λάδι από την ελαιολεκάνη και το στέλνει με πίεση 2 ως 4 atm στα τριβόμενα μέρη του κινητήρα μέσω των σωληνώσεων. Σχήμα 4.2. α) Γραναζωτή αντλία και β) Πτερυγωτή αντλία 26

27 Το δίκτυο των σωληνώσεων αποτελείται από: - τον αγωγό που οδηγεί το λάδι από την ελαιολεκάνη στην αντλία και στη συνέχεια στο φίλτρο λαδιού. - τον κεντρικό αγωγό που μεταφέρει το λάδι από το φίλτρο στα κινούμενα εξαρτήματα - τους μικρότερους αγωγούς κατά μήκος του στροφαλοφόρου και του διωστήρα - τον αγωγό που μεταφέρει το λάδι στην κεφαλή του κινητήρα για τη λίπανση του συστήματος των βαλβίδων. Το φίλτρο λαδιού συγκρατεί μεταλλικά ρινίσματα, κατάλοιπα της καύσης, άλλα οργανικά συσσωματώματα που δημιουργούνται κατά τη λειτουργία του κινητήρα. Βρίσκεται στο πλευρό του κινητήρα και εξωτερικά για να αντικαθίσταται εύκολα. Είναι συνήθως κυλινδρικού πτυχωτού τύπου, χάρτινο εμποτισμένο σε ρητίνες. Τοποθετείται είτε σε σειρά στον αγωγό που συνδέει την αντλία λαδιού με τον κεντρικό σωλήνα διανομής, είτε σε διακλάδωση του κεντρικού αγωγού. Στην πρώτη περίπτωση, όλη η ποσότητα του λαδιού περνά μέσα από το φίλτρο, ενώ στη δεύτερη περνά ένα μέρος μόνο του λαδιού. Η αντικατάστασή του πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή, διαφορετικά ο κινητήρας ζημιώνεται ως και της πλήρης καταστροφής του. Σε πολλούς κινητήρες τοποθετείται στον πυθμένα της ελαιολεκάνης ένα συρμάτινο πλέγμα (σίτα), ως βοηθητικό στοιχείο, για την κατακράτηση των χοντρότερων σωματιδίων. Ο δείκτης πίεσης του λαδιού είναι είτε μια ενδεικτική λυχνία που ανάβει όταν η πίεση κυκλοφορίας του λαδιού δεν είναι ικανοποιητική, είτε ένα μανόμετρο που δείχνει κάθε στιγμή την πίεση του συστήματος. Το ψυγείο λαδιού τοποθετείται κυρίως σε μεγάλους κινητήρες ιδιαίτερα σε αερόψυκτους. Μοιάζει στην κατασκευή και τον τρόπο λειτουργίας του με το ψυγείο του συστήματος ψύξης. Σκοπός του είναι η γρήγορη μεταφορά της θερμότητας από τις θερμές περιοχές των κυλίνδρων στην ατμόσφαιρα. Σύστημα λίπανσης δίχρονων κινητήρων α. Δίχρονοι βενζινοκινητήρες Στους δίχρονους βενζινοκινητήρες το λάδι αναμιγνύεται με τη βενζίνη (σε αναλογία περίπου 1 προς 20), όπως επίσης και με τον αέρα, πριν εισέλθουν στον κινητήρα. Η ανάμειξη της βενζίνης με το λάδι λίπανσης γίνεται είτε από τα πρατήρια πώλησης της βενζίνης, είτε στην πολλαπλή εισαγωγής, καθώς εισέρχεται το μίγμα στον κινητήρα. Στη δεύτερη περίπτωση, το μηχάνημα είναι εφοδιασμένο με ένα δοχείο και μια αντλία λαδιού, που στέλνει συγκεκριμένη ποσότητα λαδιού κάθε φορά στην πολλαπλή εισαγωγής, μέσω ενός αγωγού. 27

28 Το μίγμα των τριών συστατικών (βενζίνη - αέρας - λάδι) εισέρχεται πρώτα στο στροφαλοθάλαμο λιπαίνοντας τα εκεί κινούμενα εξαρτήματα. Στη συνέχεια το μίγμα οδηγείται μέσω των θυρίδων στον κύλινδρο λιπαίνοντας τον ίδιο, το έμβολο και τα ελατήρια. Ακολουθώντας την πορεία της βενζίνης, το λάδι τελικά καίγεται και αποβάλλεται στην ατμόσφαιρα με τα καυσαέρια, β. Δίχρονοι πετρελαιοκινητήρες Στους δίχρονους πετρελαιοκινητήρες η ανάμειξη του πετρελαίου με το λάδι λίπανσης δυσκολεύει την ανάφλεξη του πετρελαίου, γι αυτό το σύστημα αυτό έχει περιορισμένη εφαρμογή. Στον δίχρονο πετρελαιοκινητήρα με αντλία σάρωσης η λίπανση του κινητήρα γίνεται όπως και στους τετράχρονους κινητήρες. Η ελαιολεκάνη έχει αποθηκευμένο λάδι το οποίο ανακυκλώνεται στο σύστημα κατά τη λειτουργία του κινητήρα. Στον κινητήρα χωρίς αεραντλία η λίπανση γίνεται από ειδικούς λιπαντήρες, ώστε να μην παρασύρεται το λάδι στο χώρο καύσης. Σχήμα 4.3. Φίλτρα λαδιού. Α) Κυρίου ρεύματος. Β) Δευτερεύοντος ρευματος. 28

29 Εργαστήριο 5 ο ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΤΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ 1. Τροφοδοσία βενζινοκινητήρων Το κλασικό σύστημα τροφοδοσίας βενζινοκινητήρα αποτελείται από τα εξής επί μέρους τμήματα: 1. τη δεξαμενή βενζίνης (ρεζερβουάρ), 2. το φίλτρο βενζίνης 3. την αντλία βενζίνης, 4.το φίλτρο αέρα, 5. τον εξαερωτή (καρμπυρατέρ), 6. την πολλαπλή εισαγωγής και 7. τους αγωγούς της βενζίνης (από τη δεξαμενή μέχρι το καρμπυρατέρ) Προορισμός του συστήματος τροφοδοσίας, είναι να στέλνει βενζίνη στο καρμπυρατέρ, να αναμιγνύει τη βενζίνη με τον αέρα σε κατάλληλες ποσότητες και να στέλνει το μίγμα αυτό στους κυλίνδρους για την καύση του. Σχήμα 5.1. Σύστημα τροφοδοσίας βενζινοκινητήρα. 29

30 Η δεξαμενή βενζίνης (ρεζερβουάρ) Η δεξαμενή της βενζίνης είναι ένα δοχείο ποικίλων σχημάτων, με χωρητικότητα επαρκή για μια μέγιστη προβλεπόμενη διάρκεια λειτουργίας του κινητήρα χωρίς ανεφοδιασμό. Κατασκευάζεται από γαλβανιζέ λαμαρίνα ή ειδικό πλαστικό. Στο εσωτερικό μέρος της, υπάρχουν χωρίσματα για την αύξηση της αντοχής της και την αποφυγή κυματισμών της περιεχόμενης βενζίνας. Υπάρχει ακόμα ένας πλωτήρας (φλοτέρ) που συνδέεται με το όργανο του δείκτη βενζίνης και ένα πλέγμα στην είσοδο του σωλήνα αναρρόφησης για τον καθαρισμό της. Στο εξωτερικό μέρος έχει το σωλήνα πλήρωσης με το πώμα (τάπα), το μηχανισμό του δείκτη βενζίνης και το σωληνάκι γραμμής τροφοδοσίας του καρμπυρατέρ. Η τάπα χρησιμεύει για τη στεγανοποίηση του σωλήνα πλήρωσης και την αποφυγή διαρροών. Η τάπα μοιάζει λειτουργικά με την τάπα του ψυγείου και έχει δύο βαλβίδες: α) τη βαλβίδα πίεσης και β) της υποπίεσης, απαραίτητες για την αποφυγή των παραμορφώσεων εξαιτίας της αύξησης ή της ελάττωσης της πίεσης στο εσωτερικό της δεξαμενής. Το φίλτρο βενζίνης Συνήθως στους βενζινοκινητήρες υπάρχει ένα φίλτρο - ποτήρι καθίζησης. Σ αυτό καθιζάνουν το νερό και τα βαρύτερα της βενζίνης σωματίδια. Στο επάνω μέρος υπάρχει λεπτή σίτα για τη συγκράτηση των αιωρούμενων ξένων υλών. Σε αρκετούς βενζινοκινητήρες τοποθετείται άλλο ένα φίλτρο στο σωλήνα πλήρωσης της δεξαμενής της βενζίνης και είναι κατασκευασμένο από μεταλλικό ή πλαστικό πλέγμα. Η αντλία βενζίνης Η αντλία βενζίνης παρέχει ορισμένη ποσότητα βενζίνης στο θάλαμο του καρμπυρατέρ, ώστε ο πλωτήρας να κρατά σταθερή τη στάθμη βενζίνης σ αυτό, για όλες τις στροφές του κινητήρα. Η ποσότητα αυτή στέλνεται με μία τέτοια πίεση, ώστε να καλύπτονται οι τριβές των σωληνώσεων και οι αντιδράσεις των βαλβίδων του κυκλώματος τροφοδοσίας. Για τις ανάγκες αυτές, ο κατασκευαστής έχει καθορίσει τον κατάλληλο τύπο της αντλίας ώστε να δίνει την απαιτούμενη παροχή βενζίνης με την απαιτούμενη πίεση, ώστε ο κινητήρας λειτουργεί κανονικά σε όλο το εύρος των στροφών του. Παίρνει κίνηση από τον εκκεντροφόρο (μηχανική) ή από ένα ηλεκτροκινητήρα (ηλεκτρική αντλία). 30

31 Σχήμα 5.2. Αντλία βενζίνης. Το φίλτρο αέρα Στον κινητήρα εκτός από τη βενζίνη εισέρχεται και ατμοσφαιρικός αέρας που περιέχει σκόνη και άλλα αιωρούμενα σωματίδια. Πρέπει λοιπόν πριν χρησιμοποιηθεί να καθαριστεί, γιατί η εισαγωγή ξένων σωματιδίων μέσα στον κύλινδρο καύσης δημιουργεί φθορά στα έμβολα, τα ελατήρια και τις εσωτερικές επιφάνειες του κυλίνδρου. Για τον καθαρισμό του αέρα χρησιμοποιούνται ειδικά φίλτρα. Αυτά εκτός από τον καθαρισμό, πετυχαίνουν μείωση του θορύβου με απόσβεση του σφυρίγματος του αέρα κατά την είσοδό του στο καρμπυρατέρ. Διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: α) στα φίλτρα με λουτρό λαδιού και β) τα χάρτινα φίλτρα. α) Φίλτρο λουτρού λαδιού Αποτελείται από ένα κυλινδρικό δοχείο με κάλυμμα στο πάνω μέρος και το χώρο λαδιού στο κάτω μέρος. Στο κέντρο του κυλίνδρου υπάρχει σωλήνας αέρα που καταλήγει εντός του λαδιού, ενώ πάνω από το χώρο του λαδιού και γύρω από το σωλήνα αέρα έχει τοποθετηθεί διηθητικό μεταλλικό (συρμάτινο) σώμα. Ο αέρας αναγκάζεται να διέλθει αρχικά μέσα από το λάδι το οποίο κατακρατά την σκόνη, ενώ στη συνέχεια διέρχεται από το συρμάτινο σώμα που δεν επιτρέπει στα σταγονίδια λαδιού να εισέλθουν στην πολλαπλή εισαγωγής. Έτσι ο αέρας καθαρός πια οδηγείται από τον κεντρικό σωλήνα προς το καρμπυρατέρ. 31

32 Σχήμα 5.3. Φίλτρο αέρος με λουτρού ελαίου με προφίλτρο. β) Χάρτινο φίλτρο Είναι κατασκευασμένο από διηθητικό χαρτί διπλωμένο σε σχήμα ζικ - ζακ ώστε να αυξηθεί η επιφάνεια διήθησης του αέρα. Σχηματίζει κύλινδρο ή άλλο σχήμα και τοποθετείται έτσι ώστε ο αέρας να είναι αναγκασμένος να περάσει μέσα απ αυτό πριν εισέλθει στο καρμπυρατέρ. Σχήμα 5.4. Φίλτρο αέρα με διηθητικό στοιχείο από πολυπτυχωτό χαρτί. 32

33 Ο εξαερωτής (καρμπυρατέρ ή αναμικτήρας) Τα καρμπυρατέρ που χρησιμοποιούνται στους βενζινοκινητήρες αν και παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλομορφία έχουν όλα ως σκοπό την ανάμιξη του αέρα με συγκεκριμένη κάθε στιγμή ποσότητα βενζίνης, για την τροφοδοσία του κινητήρα. Διακρίνουμε τα εξής επιμέρους τμήματα α) ο αεραγωγός απ τον οποίο διέρχεται το ρεύμα αέρα προς τον κύλινδρο β) ο διαστενωτικός δακτύλιος που δημιουργεί υποπίεση στη θέση που βρίσκεται στο εσωτερικό του αεραγωγού ε) ο πλωτηροθάλαμος που είναι μια μικρή δεξαμενή με σταθερή στάθμη θ) η πεταλούδα που ελέγχει τη ροή του μίγματος αέρα βενζίνης. Σχήμα 5.5. Παραστατικό σχήμα απλού εξαερωτήρα. Η λειτουργία του καρμπυρατέρ Ο αέρας αναρροφάτε στο θάλαμο καύσεως ενός κινητήρα με ατμοσφαιρική πίεση εφόσον τα έμβολα τείνουν να δημιουργήσουν κενό καθώς κινούνται προς τα κάτω μέσα στους κυλίνδρους κατά τον χρόνο της εισαγωγής. Ο αέρας περνά μέσα από το καρμπυρατέρ και η ποσότητα που αναρροφάται ελέγχεται από την πεταλούδα που ανοιγοκλείνει με το πεντάλ του γκαζιού. Η ποσότητα του αέρα που θα αναρροφηθεί εξαρτάται από το ρυθμό περιστροφής του κινητήρα και από τη θέση της πεταλούδας. Το καρμπυρατέρ εξασφαλίζει την αναρρόφηση της σωστής ποσότητας βενζίνης από το ρεύμα του αέρα, ώστε να σταλεί στους θαλάμους καύσεως το κατάλληλο μείγμα. Η βενζίνη πού στέλνεται από το ρεζερβουάρ στο καρμπυρατέρ, συναντά το ρεύμα τού αέρα, στο στένωμα τού αγωγού, πού ονομάζεται διαστενωτικός δακτύλιος, ή βεντούρι. Το τελευταίο λειτουργεί με βάση το νόμο της φυσικής, σύμφωνα με τον οποίο, όταν αυξάνει η ταχύτητα του αέρα, ελαττώνεται η πίεσή του. Σύμφωνα με το θεώρημα του Bernoulli κατά μήκος αγωγού με σταθερή παροχή και χωρίς απώλειες το άθροισμα της κινητικής, της δυναμικής και της ενέργειας πίεσης παραμένει σταθερό σε οποιαδήποτε θέση του αγωγού. 33

34 Καθώς ο αέρας περνά μέσα από το στενό σημείο του βεντούρι, η ταχύτητά του αυξάνει, άρα η πίεση ελαττώνεται, αναρροφώντας έτσι τη βενζίνη που εκβάλει σ αυτή τη θέση, από τον αναβρυτήρα. Το ρεύμα αέρα στροβιλίζει και συμπαρασύρει τα λεπτά σταγονίδια της βενζίνης, προς την πολλαπλή εισαγωγής, χώρος με αυξημένη υποπίεση, με αποτέλεσμα την εξαέρωση της βενζίνης. Η εξαέρωση διευκολύνεται με την θέρμανση της πολλαπλής εισαγωγής (λόγω π.χ. γειτνίασης με την πολλαπλή εξαγωγής). Η εξαέρωση μπορεί να ολοκληρώνεται στο εσωτερικό των κυλίνδρων με την επίδραση της εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας και της χαμηλής πίεσης κατά το χρόνο της εισαγωγής. Η πολλαπλή εισαγωγής Πρόκειται για τον αγωγό που παραλαμβάνει το καύσιμο μίγμα από τον καρμπυρατέρ και το διοχετεύει στον ή στους κυλίνδρους. Επιπλέον βοηθά στην εξαέρωση της βενζίνης. Για το λόγο αυτό συχνά τοποθετείται πάνω από την πολλαπλή εξαγωγής ώστε να θερμαίνεται. Οι αγωγοί μεταφοράς της βενζίνης Είναι σωλήνες συνήθως μεταλλικοί, με μικρή διατομή, οι οποίοι μεταφέρουν τη βενζίνη από τη δεξαμενή στο καρμπυρατέρ. 2. Τροφοδοσία πετρελαιοκινητήρα Τροφοδοσία τετράχρονου πετρελαιοκινητήρα Το σύστημα τροφοδοσίας του πετρελαιοκινητήρα είναι διαφορετικό από το αντίστοιχο σύστημα του βενζινοκινητήρα. Στους πετρελαιοκινητήρες ο αέρας και το πετρέλαιο εισάγονται στους κυλίνδρους από διαφορετικούς δρόμους και όχι ως μείγμα όπως συμβαίνει στις βενζινομηχανές. Τα διάφορα μέρη του συστήματος τροφοδοσίας αντλούν πιέζουν, διανέμουν και ψεκάζουν το πετρέλαιο στο χώρο καύσης των κυλίνδρων. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι αναρρόφησης, συμπίεσης και διανομής του πετρελαίου. Το κλασικό σύστημα τροφοδοσίας, λειτουργεί ως εξής: Το πετρέλαιο με τη βοήθεια της αντλίας χαμηλής πίεσης που μπορεί να είναι είτε ανεξάρτητη είτε ενσωματωμένη με την αντλία έγχυσης αναρροφάται από τη δεξαμενή με σωληνώσεις χαμηλής πίεσης. Αφού διέλθει από τα φίλτρα πετρελαίου φτάνει στην αντλία έγχυσης. Η αντλία αυτή παίρνει κίνηση από τον στροφαλοφόρο άξονα κι αποτελείται από ανεξάρτητα αντλητικά συγκροτήματα, που είναι τόσα όσα και ο αριθμός των κυλίνδρων του κινητήρα. Η αντλία συμπιέζει το πετρέλαιο και αφού ρυθμίσει την απαιτούμενη ποσότητα, ανάλογα με το πάτημα του πεντάλ γκαζιού, το στέλνει στους εγχυτήρες. Στους εγχυτήρες φτάνει το πετρέλαιο με 34

35 ανεξάρτητες για κάθε κύλινδρο σωλήνες υψηλής πίεσης, για να ψεκασθεί στους θαλάμους καύσης. Το πετρέλαιο που περισσεύει μετά τον ψεκασμό επιστρέφει στην αντλία χαμηλής πίεσης ή στη δεξαμενή πετρελαίου ή στην αντλία έγχυσης με τις σωληνώσεις επιστροφής. Το σύστημα αυτό λειτουργεί με μια εμβολοφόρο αντλία έγχυσης με εφαρμοζόμενη πίεση από 100 μέχρι 300 atm. Η υψηλή αυτή πίεση είναι απαραίτητη για τον λεπτοδιαμερισμό του πετρελαίου, την ταχεία ανάμιξή του με τον αέρα με αποτέλεσμα σωστή καύση και κατά συνέπεια την καλή λειτουργία του κινητήρα Τα κύρια μέρη του συστήματος τροφοδοσίας του πετρελαιοκινητήρα είναι: 1. η δεξαμενή καυσίμου 2. η αντλία χαμηλής πίεσης 3. τα φίλτρα καθαρισμού 4. η αντλία υψηλής πίεσης ή αντλία έγχυσης πετρελαίου ή τρόμπα 5. οι εγχυτήρες (μπεκ) 6. Αγωγοί καυσίμου Σχήμα 5.6. Σχηματική παράσταση του συστήματος τροφοδοσίας πετρελαιοκινητήρα. 1. H δεξαμενή του καυσίμου (ρεζερβουάρ) Είναι παρόμοιας κατασκευής και λειτουργικότητας με την αντίστοιχη της βενζινομηχανής. 2. H αντλία χαμηλής πίεσης ή βοηθητική τρόμπα Μεταφέρει το πετρέλαιο στην αντλία έκχυσης από τη δεξαμενή με χαμηλή πίεση 1-2 atm. Μπορεί να μην υπάρχει καθόλου, αν η δεξαμενή βρίσκεται ψηλότερα από την αντλία έκχυσης ώστε το πετρέλαιο να φτάνει εκεί με φυσική ροή. Μπορεί επίσης να είναι ενσωματωμένη στην αντλία έκχυσης ή να βρίσκεται σε ξεχωριστό χώρο. 35

36 3. Τα φίλτρα πετρελαίου Για τον καθαρισμό του πετρελαίου χρησιμοποιούνται ειδικά φίλτρα που τοποθετούνται στο κύκλωμα τροφοδοσίας του κινητήρα. Για να αποφεύγονται οι βλάβες από τις ξένες ύλες στους μηχανισμούς της βοηθητικής, αλλά κύρια της αντλίας έγχυσης και των εκχυτήρων, το πετρέλαιο πρέπει να είναι απόλυτα καθαρό. Τα βασικά φίλτρα καθαρισμού που χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό του πετρελαίου είναι το αρχικό και το τελικό φίλτρο που δεν υπάρχει σε όλους τους κινητήρες. Ένα άλλο φίλτρο μπορεί να τοποθετείται στην έξοδο του πετρελαίου από τη δεξαμενή για να συγκρατεί τα σωματίδια που έχουν μεγάλη διάμετρο. Τα κύρια φίλτρα (ή δίδυμα φίλτρα) αποτελούνται από τη βάση, το ποτήρι που είναι ένα γυάλινο ή μεταλλικό περίβλημα και το στοιχείο καθαρισμού του πρώτου φίλτρου κατασκευάζεται συνήθως από μεταλλικούς δίσκους. Σχήμα 5.7. Δίδυμα φίλτρα πετρελαίου. Μέσα από τους δίσκους αυτούς διέρχεται το πετρέλαιο όταν αναρροφάται από την βοηθητική αντλία. Το στοιχείο του άλλου φίλτρου κατασκευάζεται από χαρτί ή πορώδες συνθετικό υλικό. Η συντήρηση και αντικατάσταση του κάθε φίλτρου γίνεται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. 4. Η αντλία υψηλής πίεσης Έχουν κατασκευαστεί πολλών ειδών αντλίες, Η ευρέως χρησιμοποιούμενη είναι η εμβολοφόρος τύπου Bosch. Η αντλία έγχυσης Bosch αποτελείται από ένα ενιαίο συγκρότημα μέσα στο οποίο είναι τοποθετημένα τα αντλητικά στοιχεία. Διακρίνουμε α) τη θήκη, β) τα αντλητικά στοιχεία, γ) τον αυτόματο ρυθμιστή στροφών, δ) το ρυθμιστή προέγχυσης ενώ μπορεί να έχει επίσης ενσωματωμένη και ε) την αντλία χαμηλής πίεσης. Η θήκη φέρει όλα τα εξαρτήματα της αντλίας. Τα αντλητικά στοιχεία είναι σε σειρά, ο αριθμός τους είναι ίδιος με τον αριθμό των κυλίνδρων του κινητήρα και αποτελούν το καθένα ξεχωριστά αντλία 36

37 υψηλής πίεσης. Τα κύρια μέρη του αντλητικού στοιχείου είναι ο κύλινδρος, το έμβολο με το στέλεχος του, ο κοινός εκκεντροφόρος άξονας, ο κοινός οδοντωτός κανόνας, η βαλβίδα παροχής, ο θάλαμος χαμηλής πίεσης κ.α. Ο αυτόματος ρυθμιστής στροφών προσαρμόζει τον αριθμό στροφών του κινητήρα στη βούληση του χειριστή. Ο ρυθμιστής προέγχυσης μεταβάλλει (κατά μερικές μοίρες) το χρόνο έκχυσης. Η βοηθητική αντλία, όπως έχει αναφερθεί, αντλεί το πετρέλαιο από τη δεξαμενή. Σχήμα 5.4. Τομή αντλητικού στοιχείου αντλίας Bosch. Η λειτουργία της αντλίας Το πετρέλαιο αναρροφάται από τη δεξαμενή και στέλνεται στο θάλαμο χαμηλής πίεσης της αντλίας έγχυσης. Ο θάλαμος χαμηλής πίεσης περιβάλλει τα αντλητικά στοιχεία και συγκοινωνεί με το χώρο άντλησης των κυλίνδρων με θυρίδες. Όταν το έμβολο βρίσκεται στην κάτω θέση οι θυρίδες του κυλίνδρου είναι ελεύθερες και εισέρχεται το πετρέλαιο που καταλαμβάνει τον αντλητικό χώρο του κυλίνδρου. Με την προς τα πάνω κίνηση του εμβόλου κλείνουν οι θυρίδες, αφού καλύπτονται από το ίδιο το έμβολο, με αποτέλεσμα τον εγκλωβισμό του πετρελαίου στο χώρο κάτω από τη βαλβίδα παροχής. Με τη συνέχιση της διαδρομής του εμβόλου προς τα πάνω, το πετρέλαιο πιέζεται κι ανοίγει τη βαλβίδα παροχής. Από αυτήν το πετρέλαιο, 37

38 έχοντας αποκτήσει υψηλή πίεση κατευθύνεται προς το μπεκ μέσω του σωλήνα υψηλής πίεσης. Όταν η ελικοειδής εγκοπή φτάσει στο ύψος της θυρίδας εξόδου, η παροχή του πετρελαίου διακόπτεται απότομα. Η διακοπή αυτή οφείλεται στην εκτόνωση του πετρελαίου προς το θάλαμο χαμηλής πίεσης με τη θυρίδα εξόδου. Με την απότομη διακοπή της παροχής, το ελατήριο της βαλβίδας παροχής οδηγεί τη βαλβίδα στην κλειστή θέση, ενώ το έμβολο εξακολουθεί την προς τα πάνω κίνησή του. Το έμβολο κάθε στοιχείου παλινδρομεί μέσα στον κύλινδρο, με σταθερή πάντα διαδρομή, ενώ μπορεί να στρέφεται γύρω από τον άξονά του κατά 180. Με την προς τα πάνω κίνησή του πιέζει το πετρέλαιο και με την περιστροφή του μεταβάλει την ποσότητα του παρεχόμενου πετρελαίου. Η παροχή του πετρελαίου προς το μπεκ δημιουργείται από την κίνηση ενός τμήματος της διαδρομής του εμβόλου προς τα πάνω. Αυτή η διαδρομή ονομάζεται ενεργός διαδρομή του εμβόλου. Όταν η ενεργός διαδρομή είναι μηδέν, τότε και η παροχή του πετρελαίου είναι μηδέν, γιατί το πετρέλαιο επιστρέφει προς το θάλαμο χαμηλής πίεσης αμέσως με την άνοδο του εμβόλου. Όταν η ενεργός διαδρομή είναι μικρή, εξαιτίας της μικρής περιστροφής του, από τον οδοντωτό κανόνα, τότε και η παροχή του πετρελαίου προς το μπεκ είναι μικρή. Όταν όμως η ενεργός διαδρομή είναι μέγιστη τότε έχουμε και τη μέγιστη παροχή του πετρελαίου. Άρα, η μεταβολή της ενεργού διαδρομής μεταβάλλει ανάλογα και την παροχή πετρελαίου προς τα μπεκ. Για τη μεταβολή της ενεργού διαδρομής του εμβόλου πρέπει να περιστραφεί το μετρητικό χιτώνιο με το οποίο είναι συνδεδεμένο το έμβολο στο κάτω μέρος. Το μετρητικό χιτώνιο στρέφεται από τη ρυθμιστική στεφάνη που έχει εξωτερική οδόντωση και είναι σε εμπλοκή με τον οδοντωτό κανόνα. Ο οδοντωτός κανόνας κινείται μπρος - πίσω και παίρνει κίνηση από το πεντάλ γκαζιού ή τον αυτόματο ρυθμιστή στροφών. Η βαλβίδα παροχής ανοίγει όταν η πίεση του πετρελαίου υπερνικήσει την τάση του ελατηρίου. Κλείνει δε όταν η πίεση γίνει μικρότερη αυτής της τάσης του ελατήριου. Η βαλβίδα με το απότομο κλείσιμό της διακόπτει απότομα την παροχή πετρελαίου προς το μπεκ. Με αυτόν τον τρόπο, αποφεύγεται η έγχυση μεγάλων σταγόνων στο θάλαμο καύσης του κυλίνδρου, που είναι μία από τις βασικές αιτίες κακής λειτουργίας του πετρελαιοκινητήρα. Ο αυτόματος ρυθμιστής στροφών Ο αυτόματος ρυθμιστής στροφών είναι συνδεδεμένος με τον οδοντωτό κανόνα των αντλητικών στοιχείων της αντλίας υψηλής πίεσης. Επεμβαίνει αυτόματα στην παροχή του πετρελαίου ώστε να ψεκάζεται η απαιτούμενη κάθε στιγμή ποσότητα. Διακρίνονται σε δύο τύπους: στους μηχανικούς, όπου η αναπτυσσόμενη φυγόκεντρος μεταβάλει τη θέση του κανόνα και στους πνευματικούς που 38

39 στηρίζουν τη λειτουργία τους στην υποπίεση της πολλαπλής εισαγωγής Η λειτουργία του αυτόματος ρυθμιστής στροφών (ή ταχύτητας κενού ή υποπίεσης) Ο ρυθμιστής ελέγχει την παροχή της αντλίας σε όλη την περιοχή στροφών καθώς και στο μέγιστο και ελάχιστο αριθμό στροφών μετακινώντας αυτόματα τον οδοντωτό κανόνα. Η μετακίνηση αυτή γίνεται με τη βοήθεια υποπίεσης που επικρατεί στην πολλαπλή εισαγωγής. Όπως φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί, αποτελείται από ένα κλειστό δοχείο που χωρίζεται εσωτερικά με μια μεμβράνη (7) σε δύο θαλάμους: α. στο θάλαμο ατμοσφαιρικής πίεσης (6) και β) στο θάλαμο κενού (8). Υπάρχει ακόμα ο σωλήνας υποπίεσης (10), το στένωμα βεντούρι (1) που βρίσκεται κάτω από το φίλτρο αέρα, και ο μοχλός ελέγχου (4) που μετακινείται σε δύο θέσεις από τη ντίζα (13). Σχήμα 5.5. Λειτουργία πνευματικού αυτόματου ρυθμιστεί στροφών. Η μεμβράνη του ρυθμιστή (7) συνδέεται από το ένα μέρος της με τον οδοντωτό κανόνα (3), ενώ από το άλλο πιέζεται με ένα ρυθμιστικό ελατήριο (9). Κατά τη μετακίνησή της, εξαιτίας της διαφοράς πίεσης των δύο θαλάμων, μετακινεί τον οδοντωτό κανόνα ρυθμίζοντας έτσι την παροχή του πετρελαίου. Το στένωμα βεντούρι (1) προκαλεί αύξηση της ταχύτητας του αέρα, άρα και πτώση της πίεσης στο σημείο (2), ανάλογα με τη θέση της πεταλούδας (15). Η πεταλούδα κινείται με μία μεταλλική βέργα (14) κι από ένα μοχλό που ελέγχεται από το πεντάλ γκαζιού (12). Ο μοχλός ελέγχου (4) έχει δύο θέσεις που καθορίζονται από τη ντίζα (13), τη θέση αρχικής εκκίνησης και τη θέση ακινησίας του κινητήρα. Όταν η πεταλούδα (15) βρίσκεται στην κλειστή θέση, η ταχύτητα του αέρα που εισέρχεται στους κυλίνδρους είναι μεγάλη και η πίεση στο σημείο (2) μικρότερη της 39

40 ατμοσφαιρικής. Η υποπίεση στο σημείο (2) μεταφέρεται με το σωλήνα (10) στο θάλαμο κενού (8). Εκεί η ατμοσφαιρική πίεση του θαλάμου (6), αναγκάζει τη μεμβράνη (7) να κινηθεί προς τα δεξιά, αφού συσπειρωθεί το ελατήριο (9). Με την κίνηση όμως αυτή της μεμβράνης, μετακινείται προς τα δεξιά στη θέση της ελάχιστης παροχής και ο οδοντωτός κανόνας της αντλίας. Όταν η πεταλούδα ανοίξει τελείως από το πεντάλ του γκαζιού μειώνεται η ταχύτητα του αέρα. Τότε η υποπίεση στο θάλαμο (8) είναι λίγο μικρότερη της ατμοσφαιρικής που επικρατεί στο θάλαμο (6). Με την εξίσωση των πιέσεων στους δύο θαλάμους αποσυσπειρώνεται το ρυθμιστικό ελατήριο, μετακινείται η μεμβράνη αριστερά και τραβά τον οδοντωτό κανόνα προς τη θέση της μέγτστης παροχής. Κατά την εκκίνηση του κινητήρα που απαιτείται μεγάλη παροχή πετρελαίου για τη δημιουργία πλούσιου μίγματος η ντίζα (13) μετακινεί το μοχλό ελέγχου (4) στην αριστερή θέση και τον οδοντωτό κανόνα στη θέση της μέγιστης παροχής. Αντίθετα κατά την ακινησία του κινητήρα, η ντίζα (13) μετακινεί τον οδοντωτό κανόνα στη θέση διακοπής της παροχής με τον μοχλό ελέγχου (4). Οι εκχυτήρες ή μπεκ Οι εκχυτήρες είναι ειδικά εξαρτήματα τοποθετημένα στην κυλινδροκεφαλή με σκοπό τον ψεκασμό συγκεκριμένης ποσότητας πετρελαίου στο θάλαμο καύσης. Διακρίνονται σε εκχυτήρες ανοικτού και κλειστού τύπου. Στον ανοικτό τύπο η έναρξη και διακοπή του ψεκασμού καθορίζεται μόνο από την αντλία Τα μπεκ κλειστού τύπου αποτελούνται από τον κορμό, τη βελόνη με το ελατήριο και το ακροφύσιο. Η βελόνα σφραγίζει το ακροφύσιο με την επίδραση του ελατηρίου και το ανοίγει με την υδραυλική πίεση του πετρελαίου Η λειτουργία των υδραυλικών εκχυτήρων Το πετρέλαιο φτάνει με αυξανόμενη πίεση μέσω του σωλήνα υψηλής πίεσης στο εσωτερικό του εκχυτήρα. Όταν η πίεση γίνει μεγαλύτερη από την τάση του ελατηρίου, η βελόνη υποχωρεί, ελευθερώνοντας την οπή εκχύσεως. Στη συνέχεια καθώς η πίεση ελαττώνεται, η βελόνη κλείνει την έξοδο εξαιτίας της πίεσης που εφαρμόζει το ελατήριο. Έτσι αποτρέπεται η είσοδος πετρελαίου με χαμηλή πίεση (και μεγάλα σταγονίδια) στο θάλαμο καύσης. Το καύσιμο που περισσεύει μετά τη διακοπή του ψεκασμού οδηγείται στο πίσω μέρος του εκχυτήρα και από εκεί μέσω των σωλήνων επιστρεφομένων στη δεξαμενή. Οι αγωγοί πετρελαίου Διακρίνονται σε σωλήνες υψηλής μέσης και χαμηλής πίεσης. Οι σωλήνες υψηλής πίεσης μεταφέρουν το πετρέλαιο από την αντλία υψηλής πίεσης στους εκχυτήρες. Οι σωλήνες μέσης πίεσης 40

41 βρίσκονται μεταξύ της βοηθητικής και της κύριας αντλίας. Οι χαμηλής πίεσης, μεταφέρουν τα «επιστρεφόμενα» στη δεξαμενή, όπως επίσης και από τη δεξαμενή στην βοηθητική, αντλία. Η τροφοδοσία δίχρονου πετρελαιοκινητήρα Στις δίχρονες πετρελαιομηχανές ο αέρας συνήθως εισάγεται με τη βοήθεια αεραντλίας. Εισάγεται στους κυλίνδρους, με σχετικά αυξημένη πίεση, μέσω των θυρίδων εισαγωγής που βρίσκονται στα πλευρικά τους τοιχώματα. Το πετρέλαιο ψεκάζεται όπως και στους τετράχρονους, με εκχυτήρες τοποθετημένους στην κεφαλή. Ο ψεκασμός του πετρελαίου προϋποθέτει σύστημα (αντλία ψεκασμού, εκχυτήρες κ. τ. λ.) αντίστοιχο με αυτό του τετράχρονου πετρελαιοκινητήρα. 41

42 42

43 Εργαστήριο 6 ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Ο γεωργικός ελκυστήρας - καθώς και άλλες γεωργικές ή μη μηχανές - διαθέτει πλήρη ηλεκτρική εγκατάσταση, η οποία περιλαμβάνει: 1. Σύστημα παραγωγής και αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας 2. Σύστημα κατανάλωσης της ηλεκτρικής ενέργειας Το σύστημα παραγωγής και αποθήκευσης του ηλεκτρισμού είναι κοινό για τους βενζινοκινητήρες και τους πετρελαιοκινητήρες. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο με την κατανάλωση της ηλεκτρικής ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, κατά τη λειτουργία της βενζινομηχανής απαιτείται ηλεκτρικό ρεύμα νια την ανάφλεξη του μίγματος αέρα βενζίνης ενώ ένας πετρελαιοκινητήρας μπορεί να εργάζεται κανονικά χωρίς την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος. Είναι γνωστό ότι η έναρξη της καύσης του πετρελαίου γίνεται με αυτανάφλεξή του. Και οι δύο τύποι κινητήρων, εκτός αυτής της ουσιαστικής διαφοράς, έχουν κοινούς χώρους κατανάλωσης του ηλεκτρικού ρεύματος. Η παραγωγή και αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας Το σύστημα περιλαμβάνει μια ηλεκτρογεννήτρια, ένα συσσωρευτή, τους αγωγούς μεταφοράς του ηλεκτρικού ρεύματος καθώς και τους διακόπτες και ρυθμιστές της ροής του ρεύματος. Σχήμα 6.1. Εναλλακτήρας και γεννήτρια με την ίδια ισχύ. 43

44 Η ηλεκτρογεννήτρια μπορεί να είναι, είτε ένα δυναμό, πού παράγει συνεχές ρεύμα, είτε ένας εναλλακτήρας, πού παράγει αρχικά εναλλασσόμενο και στη συνέχεια ανορθώνεται σε συνεχές. Ο εναλλακτήρας μπορεί να παράγει περισσότερο ρεύμα από ένα δυναμό με τον ίδιο όγκο και φορτίζει το συσσωρευτή ακόμη κι όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε χαμηλό αριθμό στροφών. Έχει επίσης μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και ουσιαστικά δεν χρειάζεται συντήρηση. Ο εναλλακτήρας χρειάζεται έναν ανορθωτή, (είναι συνήθως ενσωματωμένος) για τη μετατροπή του εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές. Τόσο στο δυναμό, όσο και στον εναλλακτήρα, η παραγωγή του ρεύματος στηρίζεται στο νόμο της φυσικής κατά τον οποίο όταν ένας αγωγός κινηθεί εντός μαγνητικού πεδίου, θα δημιουργηθεί ηλεκτρικό ρεύμα. Κατά τη μεταφορά του ρεύματος από το δυναμό στο συσσωρευτή παρεμβάλλεται ειδικό εξάρτημα που ονομάζεται ρυθμιστής τάσεως ή αυτόματος. Αυτός ρυθμίζει την τάση του ρεύματος ώστε να φτάνει στο συσσωρευτή εντός συγκεκριμένων ορίων. Παράλληλα είναι και αυτόματος διακόπτης, με σκοπό την προστασία του συσσωρευτή από υπερφόρτιση ή εκφόρτιση. Ο εναλλακτήρας έχει ενσωματωμένο το ρυθμιστή και δεν υπάρχει ξεχωριστό εξάρτημα στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Το ρεύμα αποθηκεύεται σε μια επαναφοριζόμενη μπαταρία, το συσσωρευτή μολύβδου. Ο συσσωρευτής είναι μια αποθήκη ενέργειας, χημικής μορφής που εύκολα μετατρέπεται σε ηλεκτρική και αντίστροφα. Αποτελείται από ένα αριθμό στοιχείων (επιμέρους τμημάτων) που το καθένα δίνει τάση περίπου 2 Volt. Τα στοιχεία αν συνδεθούν σε σειρά η τάση αθροίζεται ώστε τελικά να παρέχει 6 ή 12 (συνήθως) ή 24 Volt. Η χωρητικότητα μετράτε σε αμπερώρια. Σχήμα 6.2. Τομή συσσωρευτή. 44

45 Κάθε στοιχείο αποτελείται από δύο σειρές ηλεκτροδίων σε σχήμα πλάκας (κατασκευασμένες η μία από διοξείδιο του μολύβδου και η άλλη από σπογγώδη μόλυβδο) εμβαπτισμένες σε διάλυμα θειικού οξέος και νερού. Όταν το στοιχείο λειτουργεί, το οξύ αντιδρά με τις πλάκες, μετατρέποντας τη χημική σε ηλεκτρική ενέργεια. Δημιουργείται ένα θετικό φορτίο στο ηλεκτρόδιο από υπεροξείδιο του μολύβδου, και ένα αρνητικό στο άλλο. Το ηλεκτρικό ρεύμα, διέρχεται από τα εξαρτήματα κατανάλωσης, από τον ένα πόλο στον άλλο, καθώς και μέσα από τον ηλεκτρολύτη. Καθώς εξελίσσεται η χημική αντίδραση, σχηματίζεται θειούχος μόλυβδος που επικάθεται στις πλάκες και των δύο ηλεκτροδίων και νερό. Όταν οι επιφάνειες και των δύο πλακών καλυφθούν από θειικό μόλυβδο, ο συσσωρευτής έχει αδειάσει. Η επαναφόρτιση του συσσωρευτή με ηλεκτρικό ρεύμα επαναφέρει τα ηλεκτρόδια στην αρχική τους κατάσταση και δημιουργεί θειικό οξύ. Ένας συσσωρευτής μπορεί να καταστραφεί και να μη μπορεί να επαναφορτισθεί αν για παράδειγμα οι πλάκες του καλυφθούν από στρώμα θείου και έτσι δεν μπορεί να τις διαπεράσει το ρεύμα, ή σπάσουν ή βραχυκυκλώσουν αν ενωθούν τα στοιχεία. Η μεγαλύτερη καταπόνηση του συσσωρευτή συμβαίνει για την έναρξη της λειτουργίας του κινητήρα. Από τη στιγμή που ο κινητήρας ξεκινήσει, η γεννήτρια στέλνει ρεύμα στο συσσωρευτή, διατηρώντας τον φορτισμένο. Κατανάλωση της ηλεκτρικής ενέργειας Το ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιείται: i. στο κύκλωμα ανάφλεξης για τους βενζινοκινητήρες ii. στο κύκλωμα εκκίνησης iii. στο κύκλωμα του φωτισμού iv. στο κύκλωμα λειτουργίας των οργάνων μετρήσεως και ελέγχου ν. στο κύκλωμα προθέρμανσης για τους πετρελαιοκινητήρες vi. στο κύκλωμα λειτουργίας άλλων βοηθητικών εξαρτημάτων. Το σύστημα ανάφλεξης Το σύστημα ανάφλεξης περιλαμβάνει τέσσερα βασικά εξαρτήματα - το συσσωρευτή ως πηγή ηλεκτρικού ρεύματος, - τον πολλαπλασιαστή που μεγαλώνει την τάση του ρεύματος - το διανομέα που διοχετεύει το ρεύμα στους αναφλεκτήρες - τους σπινθηριστές (μπουζί) που παράγουν τον σπινθήρα. 45

46 Σχήμα 6.3. Ηλεκτρικό σύστημα βενζινοκινητήρα. Ο συσσωρευτής παρέχει ρεύμα τάσεως 6 ή 12 ή 24 Volt. Η τάση αυτή είναι ανίκανη να δημιουργήσει τον αναγκαίο σπινθήρα. Ο πολλαπλασιαστής μετασχηματίζει και ανυψώσει την τάση σε μερικές δεκάδες χιλιάδες Volt ώστε να παράγεται ισχυρός σπινθήρας. Αποτελείται από δύο πηνία τοποθετημένα σε κοινό πυρήνα μαλακού σιδήρου. Το ένα πηνίο φέρει μερικές εκατοντάδες σπείρες αγωγού και από αυτό διέρχεται το χαμηλής τάσης ρεύμα, ενώ το άλλο αποτελείται από χιλιάδες σπείρες λεπτότερου αγωγού και σ αυτό δημιουργείται επαγωγικά το υψηλής τάσης ρεύμα. Η ροή του ρεύματος διακόπτεται και αποκαθίσταται απότομα από μηχανικούς (πλατίνες) ή ηλεκτρονικούς (ηλεκτρονική) διακόπτες που βρίσκονται στο διανομέα. Η ταχεία μεταβολή της ροής του ρεύματος αυξάνει την τάση ως την επιθυμητή τιμή. Ο διανομέας (ντιστριμπιτέρ) στέλνει το ρεύμα στους σπινθηριστές την κατάλληλη χρονική στιγμή δηλαδή όταν το έμβολο φτάνει στο Άνω Νεκρό Σημείο κατά τη φάση της συμπίεσης. Το ρεύμα από τον πολλαπλασιαστή μέσω κατάλληλου αγωγού φθάνει στο κέντρο του καπακιού του διανομέα όπου υπάρχει βραχίονας (ράουλο) περιστρεφόμενος από τον εκκεντροφόρο του κινητήρα. Το καπάκι του διανομέα φέρει επίσης περιφερειακά τόσους ακροδέκτες όσοι οι κύλινδροι του κινητήρα. Κατά την περιστροφή του το ράουλο έρχεται σε διαδοχική επαφή με τους ακροδέκτες του καπακιού στους οποίους μεταφέρει το υψηλής τάσης ρεύμα. Από εκεί ειδικοί αγωγοί μεταφέρουν το ρεύμα στους σπινθηριστές. 46