8η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΓΧΥΣΗΣ (ΙNJECTION)

Transcript

1 8η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΓΧΥΣΗΣ (ΙNJECTION)

2 Ποιότητα καυσίμου Για την παραγωγή έργου (Κίνησης) από τους κινητήρες εσωτερικής καύσης χρησιμοποιούνται ως καύσιμη ύλη, κατά κύριο λόγο, οι υδρογονάνθρακες (HC). Υπάρχουν διάφοροι τύποι υδρογονανθράκων που χρησιμοποιούνται ως καύσιμα, αλλά η βενζίνη είναι o τύπος εκείνος του υδρογονάνθρακα, που χρησιμοποιείται ευρύτερα στους βενζινοκινητήρες. Η βενζίνη είναι μίγμα εκατό περίπου τύπων υδρογονανθράκων. Επιπλέον, η βενζίνη που χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα διαφοροποιείται σε σούπερ, αμόλυβδη και σούπερ αμόλυβδη. Η σούπερ περιέχει ποσότητες τετρααιθυλιούχου μολύβδου, ο οποίος είναι χημικό πρόσθετο, χρησιμοποιείται μόνο στα αυτοκίνητα χωρίς καταλύτη, με σκοπό να περιορίζει την κρουστική καύση (αυτανάφλεξη) του καυσίμου στις υψηλές σχέσεις συμπίεσης. Για να πραγματοποιηθεί τέλεια ή πλήρης καύση της βενζίνης, αυτή πρέπει να aεριοποιηθεί και να αναμιχθεί με μία ελάχιστη ποσότητα αέρα, σχηματίζοντας το κατάλληλο καύσιμο μίγμα (αέρα - βενζίνης).

3 Ποιότητα καυσίμου Κατά βάρος σύνθεση μίγματος: 1 μέρος βενζίνη και 14,7 μέρη αέρα, (στοιχειομετρική αναλογία). Η τυπική αυτή αναλογία του μίγματος μεταβάλλεται, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως, για παράδειγμα, κατά την εκκίνηση ή την επιτάχυνση του οχήματος το μίγμα γίνεται πλουσιότερο σε βενζίνη, ώστε o κινητήρας να μπορεί να αποδώσει στη δεδομένη στιγμή την πρόσθετη ισχύ που χρειάζεται. Σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα, όμως, το μίγμα πρέπει να έχει τη στοιχειομετρική αναλογία, χωρίς να είναι ούτε πολύ πλούσιο, ούτε πολύ φτωχό. Συνεπώς: Στοιχειομετρικό μίγμα, είναι το μίγμα στο οποίο η αναλογία αέρα-καυσίμου ισούται με 14,7:1 κατά βάρος, δηλαδή 14,7 kg αέρα προς 1 kg βενζίνης ή κατ' όγκο λίτρα αέρα προς 1 λίτρο βενζίνης. Πλούσιο μίγμα, το μίγμα που περιέχει περισσότερη βενζίνη από τη στοιχειομετρική αναλογία. Φτωχό μίγμα, είναι το μίγμα με αναλογία βενζίνης προς αέρα, μικρότερη από τη στοιχειομετρική αναλογία

4 Ποιότητα καυσίμου Επισημαίνεται o διαχωρισμός των ακόλουθων: της τέλειας ή πλήρους καύσης, όπου καίγεται όλο το καύσιμο, ανεξάρτητα του τι γίνεται με την ποσότητα του αέρα που μετέχει στη διαδικασία της καύσης, και της στοιχειομετρικής καύσης, όπου καίγεται όλο το καύσιμο και όλος o αέρας που μετέχει στη διαδικασία της καύσης, δηλ. δεν περισσεύει καθόλου αέρας. Καύση με πλούσιο μίγμα => αυξημένη κατανάλωση καυσίμου, λόγω της ατελούς καύσης. Καύση με φτωχό μίγμα έχει μετρηθεί ότι: α) για ελαφρά φτωχό μίγμα μικρότερη κατανάλωση από εκείνη του στοιχειομετρικού μίγματος. β) όταν το μίγμα συνεχίσει να γίνεται φτωχότερο, παρουσιάζεται και πάλι αυξημένη κατανάλωση καυσίμου, λόγω αδυναμίας, πλέον, ανάφλεξης του μίγματος.

5 ΣΤΟΙΧΕΙΟΜΕΤΡΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ (LAMBDA) Λόγος λ είναι το κλάσμα (λόγος, αναλογία) του προσδιδόμενου αέρα προς τον θεωρητικά απαιτούμενο για τη στοιχειομετρική αναλογία του μίγματος αέρα-βενζίνης. Όταν, λοιπόν, o λόγος λ είναι ίσος ή περίπου ίσος με τη μονάδα, η αναλογία του μίγματος είναι η στοιχειομετρική λ = προσδιδόμενος αερας θεωρητικα απαιτούμενος αερας = 1 Επομένως για λ = 1 η αναλογία μάζας αέρος / βενζίνης είναι 14,7 : 1 Όταν το μίγμα είναι πλούσιο, τότε o προσδιδόμενος αέρας είναι λιγότερος aπό τον στοιχειομετρικό και, κατά συνέπεια, θα είναι: πλούσιο μίγμα: λ<1 ενώ στο φτωχό μίγμα έχουμε το αντίθετο, ήτοι η προσδιδόμενη ποσότητα του αέρα είναι μεγαλύτερη από τη στοιχειομετρικά απαιτούμενη : φτωχό μίγμα: λ> 1

6 ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΥΣΙΜOΥ Η τέλεια καύση γίνεται μόνο θεωρητικά, στην πράξη, για διάφορους λόγους, n καύση είναι ατελής. Αυτό σημαίνει ότι: Μια μικρή ποσότητα υδρογονανθράκων δεν προλαβαίνει να καεί και εξέρχεται από το θάλαμο καύσης με τη μορφή άκαυστων υδρογονανθράκων (HC). Μια μικρή, επίσης, ποσότητα βενζίνης καίγεται μερικώς, και αντί να σχηματίσει διοξείδιο του άνθρακα (CO2), σχηματίζει μονοξείδιο (CO). Oι δύο αυτές ενώσεις, HC και CO, είναι ρυπαντές και η περιεκτικότητά τους στα καυσαέρια των αυτοκινήτων δεν πρέπει να ξεπερνά ορισμένα όρια. Ο τρίτος ρυπαντής που και αυτός πρέπει να είναι σε περιορισμένα όρια, τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx). Στις χαμηλές θερμοκρασίες το άζωτο είναι ουδέτερο και δεν ενώνεται με άλλα στοιχεία. Μέσα στο θάλαμο καύσης => θερμοκρασίες έως ο C => άζωτο (Ν2) + οξυγόνο (Ο2) ΝΟ x. Κινητήρες συμβατικής τεχνολογίας: ένας ακόμη ρυπαντής, οι ενώσεις του μολύβδου. Για να αυξηθεί η σχέση συμπίεσης στους βενζινοκινητήρες, προστίθεται τετρααιθυλιούχος μόλυβδος. ουσία αυτή μετά την καύση της βενζίνης εξέρχεται από την εξάτμιση μαζί με τα καυσαέρια, με τη μορφή αερίων ενώσεων του μολύβδου. Αυτές οι ενώσεις είναι δηλητηριώδεις και συγκαταλέγονται στους ρυπαντές που ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα Τέλος, ανάλογα με την περιεκτικότητα της βενζίνης σε θείο (S), μαζί με τα καυσαέρια εκπέμπεται ακόμη ένας ρυπαντής που είναι το προϊόν της καύσης του θείου, δηλαδή το διοξείδιο του θείου (SΟ2). Σημείωση: Οι δύο τελευταίοι ρυπαντές, οι ενώσεις του μολύβδου και το διοξείδιο του θείου, δεν προβλέπεται, νομοθετικά, να ελέγχονται με ανίχνευσή τους στα καυσαέρια των αυτοκινήτων, γιατί σύμφωνα με την ισχύουσα νομοθεσία, τα τελευταία χρόνια έχει μειωθεί στο ελάχιστο η παρουσία θείου και μολύβδου στη βενζίνη που κυρίως χρησιμοποιείται, ως (αμόλυβδη βενζίνη). Η

7 Εναλλακτικά, στο σύστημα τροφοδοσίας με εξαεριωτή, σχετικά νωρίς (κατά την πρώτη δεκαετία του 1900) αναπτύχθηκε το σύστημα έγχυσης (ψεκασμού) της βενζίνης μέσα στον κύλινδρο. Με αυτό το σύστημα η βενζίνη ψεκάζεται στην πολλαπλή εισαγωγής ή πριν ακριβώς από τη βαλβίδα εισαγωγής ή κατευθείαν μέσα στον κύλινδρο, σε πολύ λεπτό καταμερισμό (Σχήμα 1). Ο κύλινδρος αναρροφά ελεύθερα αέρα και την κατάλληλη στιγμή, η απαιτούμενη ποσότητα καυσίμου ψεκάζεται με υψηλή πίεση. Η έναυση γίνεται και πάλι με αναφλεκτήρα. Η έγχυση επιτρέπει την καλύτερη πλήρωση του κυλίνδρου με αέρα και, αντίστοιχα, την καύση περισσότερης βενζίνης σε κάθε κύκλο λειτουργίας, ενώ εξασφαλίζει και καλύτερη ισοκατανομή του καυσίμου σε όλους τους κυλίνδρους Η έγχυση αναπτύχθηκε και εφαρμόσθηκε για να ξεπεραστεί το μειονέκτημα παρουσιάζουν όλοι οι δίχρονοι βενζινοκινητήρες στους οποίους ένα μέρος από το καύσιμο μίγμα εξέρχεται από τον κύλινδρο μαζί με τα καυσαέρια, κατά τη σάρωση. Με ένα σύστημα έγχυσης o κινητήρας αναρροφά μόνο αέρα και κάνει τη σάρωση μόνο με αυτόν. Όταν κλείσουν οι θυρίδες και αρχίσει η συμπίεση, τότε γίνεται η έγχυση του καυσίμου, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει η παραμικρή απώλειά του. Σχήμα 1: Σύστημα έγχυσης καυσίμου

8 Σύγκριση τα παλαιά συστήματα τροφοδοσίας (εξαεριωτές) και τα συστήματα έγχυσης (ψεκασμού), => σημαντικές διαφορές, στον τρόπο λειτουργίας όσο και στην απόδοσή τους. Παρακάτω αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των δύο συστημάτων. Πλεονεκτήματα συστημάτων έγχυσης Ομοιόμορφο μίγμα αέρα-καυσίμου σε κάθε κύλινδρο Ακριβής σχέση αέρα-καυσίμου σε κάθε περιοχή στροφών λειτουργίας του κινητήρα Συνεχείς διορθώσεις του μίγματος αέρα-καυσίμου Διακοπή της παροχής καυσίμου με σκοπό την επίτευξη μειωμένων εκπομπών καυσαερίων σε διάφορες καταστάσεις του κινητήρα (π.χ. κατά το φρενάρισμα) Μειωμένη ειδική κατανάλωση καυσίμου, που έχει ως αποτέλεσμα την πρόσθετη οικονομία καυσίμου Μεγαλύτερη απόδοση ισχύος του κινητήρα Μεγαλύτερη ροπή στις χαμηλές στροφές λειτουργίας του κινητήρα Άμεση απόκριση της ττεταλούδας του εττπαχυντή (γκαζιού), λόγω της μικρότερης διαδρομής που έχει να διανύσει το μίγμα αέρα-καυσίμου Βελτιωμένη ψυχρή εκκίνηση και προθέρμανση του κινητήρα Χαμηλότερες εκπομπές καυσαερίων Μειονεκτήματα συστημάτων έγχυσης Υψηλό κόστος κατασκευής και συντήρησης Μεγαλύτερο βάρος Εικόνα 1: Σύστημα έγχυσης καυσίμου

9 Στα αυτοκίνητα παραγωγής, τα συστήματα έγχυσης εφαρμόζονται σε ευρεία κλίμακα στη δεκαετία του 90, Λόγοι: απαιτήσεις της τεχνολογίας και προδιαγραφές των χωρών για μειωμένες εκπομπές ρύπων => οδήγησαν τους κατασκευαστές στα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα συστήματα έγχυσης. Τα συστήματα έγχυσης που χρησιμοποιούνται σήμερα, είναι, κατά βάση, δύο: 1. Το σύστημα μηχανικής έγχυσης (K Jetronic της BOSCH), και 2. Το σύστημα ηλεκτρονικά ελεγχόμενης έγχυσης που μπορεί να είναι: Σύστημα μονού σημείου (ένας Εγχυτήρας -μπεκ), και Σύστημα πολλαπλών σημείων (ένας εγχυτήρας -μπεκ- για κάθε κύλινδρο) Μεταξύ αυτών των βασικών υπάρχουν διάφορες ονομασίες και παραλλαγές από τις διάφορες εταιρίες. οι διαφορές οφείλονται συνήθως στις αλλαγές των διαφόρων αισθητήρων και ροής αέρα, και όχι στο σύστημα τροφοδοσίας που, ουσιαστικά, είναι το ίδιο. Εικόνα 1: Σύστημα έγχυσης καυσίμου

10 Μηχανικά συστήματα έγχυσης. Η μέτρηση του καυσίμου γίνεται με μηχανικό τρόπο. Ηλεκτρονικά συστήματα έγχυσης. Ο υπολογισμός του καυσίμου γίνεται από την ηλεκτρονική μονάδα με τη βάση τις πληροφορίες που συλλέγονται σ αυτήν, σχετικά με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. Οι πληροφορίες αυτές αφορούν τις θερμοκρασίες κινητήρα και αέρα, τις στροφές του κινητήρα, τη βαρομετρική πίεση, την γωνία ανοίγματος του εκτονωτικού κλαπέ καθώς επίσης και το ποσοστό των ρύπων στα καυσαέρια. Τέτοια συστήματα είναι το L Jetronic, το LH Jetronic και το Mono Jetronic. Συνδυασμός μηχανικού και ηλεκτρονικού συστήματος έγχυσης. Ένα τέτοιο σύστημα είναι το KE Jetronic το οποίο στηρίζεται στο μηχανικό K Jetronic σε συνδυασμό με ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου που συλλέγει και επεξεργάζεται ένα πλήθος δεδομένων. Πολλαπλός και μονός ψεκασμός. Για τον σκοπό αυτό σε κάθε κύλινδρο του κινητήρα αντιστοιχεί ένας εγχυτήρας (μπεκ), ο οποίος εκτοξεύει το καύσιμο μπροστά στους χώρους των βαλβίδων εισαγωγής επιτυγχάνοντας έτσι μία έμμεση έγχυση. Στην περίπτωση αυτή ή λειτουργία των εγχυτήρα μπορεί να είναι συνεχής, οπότε το σύστημα ονομάζεται συνεχούς έγχυσης και χαρακτηρίζεται με το γράμμα Κ, ή να είναι διακοπτόμενη, οπότε το σύστημα ονομάζεται διακοπτόμενης έγχυσης. Συστήματα συνεχούς έγχυσης πολλών σημείων είναι το Κ και ΚΕ Jetronic, ενώ αντίστοιχα το L και LH Jetronic αποτελούν παραδείγματα συστημάτων διακοπτόμενης έγχυσης πολλών σημείων. Στον μονό ή κεντρικό ψεκασμό, η εκτόξευση του καυσίμου γίνεται από έναν η εκτόξευση του καυσίμου γίνεται από έναν κεντρικό εγχυτήρα στον χώρο της πολλαπλής εισαγωγής, ακριβώς πριν από την πεταλούδα του επιταχυντή.

11 K JETRONIC. Γενικά. Το Κ Jetronic είναι ένα μηχανικά ελεγχόμενο σύστημα ψεκασμού, Το οποίο αναπτύχθηκε από την BOSCH. Από λειτουργική άποψη χωρίζεται σε τρεις επιμέρους περιοχές: 1) Στη μέτρηση της ποσότητας του αέρα b 8 6 2) Στην τροφοδοσία του συστήματος με καύσιμο. 3) Στην προετοιμασία του μίγματος. Η ποσότητα του αέρα που αναρροφάται από τον κινητήρα λόγω υποπίεσης κατά τον χρόνο της εισαγωγής, υπολογίζεται με μηχανικό τρόπο από τον μετρητή ποσότητας αέρα. Τροφοδοσία του καυσίμου: αυτή γίνεται με ηλεκτρική αντλία μέσω του αποταμιευτή καυσίμου (αποσβεστήρας παλμών) και ενός φίλτρου προς τον κατανεμητή Από εκεί μέσω των προσαγωγών οδηγείται στα μπεκ έγχυσης και στους κυλίνδρους. Η προετοιμασία του μίγματος γίνεται στον ρυθμιστή μίγματος με βάση την ποσότητα του αέρα που μετρήθηκε. Ο ρυθμιστής μίγματος αποτελείται από 1) μετρητή αέρα και 2) κατανεμητή καυσίμου. Το σύστημα K Jetronic είναι συνεχούς έγχυσης και αυτό σημαίνει ότι ο ψεκασμός του καυσίμου από τα μπεκ γίνεται συνεχώς και ανεξάρτητα από τη θέση των βαλβίδων εισαγωγής του κάθε κυλίνδρου. Όταν οι βαλβίδες εισαγωγής είναι κλειστές, τα μπεκ συνεχίζουν να ψεκάζουν και το καύσιμο προαποθηκεύεται σε χώρο της πολλαπλής εισαγωγής κοντά στις έδρες των βαλβίδων Μετρητής αέρα 10. Τσοκ αέρα 11. Μπεκ ψυχρής εκκίνησης

12

13 KE - JETRONIC. Το KE - Jetronic είναι ένα σύστημα ψεκασμού το οποίο βασίζεται στο K Jetronic Το γράμμα Κ χαρακτηρίζει τη συνέχεια της έγχυσης και το Ε χαρακτηρίζει τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό του συστήματος. 2 4 Το KE - Jetronic είναι ένα σύστημα ψεκασμού πολλών σημείων, δηλαδή η έγχυση του καυσίμου γίνεται σε κάθε κύλινδρο χωριστά. Κατά συνέπεια ο κάθε κύλινδρος είναι εφοδιασμένος με ένα μηχανικό μπεκ, το οποίο ψεκάζει το καύσιμο στο σώμα της βαλβίδας εισαγωγής. Πλεονεκτήματα του KE - Jetronic. Γρήγορη προσαρμογή του μίγματος στα δεδομένα λειτουργίας. Περιορισμός των εκπεμπόμενων ρύπων a 6 7 6b Δομή της λειτουργίας Κέντρο είναι η κεντρική ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου που αποτελεί τον πιλότο λειτουργίας του KE Jetronic. Με τα διάφορα επιμέρους ηλεκτρονικά εξαρτήματα αναγνωρίζονται ανά πάσα στιγμή, οι συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα (θερμοκρασία καυσαέρια φορτίο κινητήρα αναρροφούμενη ποσότητα αέρα) και με βάση αυτά ρυθμίζεται ανάλογα η απαιτούμενη ποσότητα καυσίμου. 10. Μπεκ ψυχρής εκκίνησης 11. Αισθητήρας θερμοκρασίας νερού 14.Τσοκ αέρα