ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ:ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ:ΚΑΦΕΤΖΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΦΟΙΤΗΤΗΣ:ΝΙΚΟΛΑΟΥ ΓΕΩΡΓΙΟΣ Α.Ε.Μ:3964

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Μ.Ε.Κ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙΑ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΝΤΙΖΕΛ 7 3. ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΗ ΑΝΑΦΟΡΑ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΜΕ ΕΓΧΥΣΗ ΒΕΝΖΙΝΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΟΝΟΥ ΨΕΚΑΣΜΟΥ ΑΝΑΛΥΣΗ ΨΕΚΑΣΜΟΥ ΠΟΛΛΩΝ ΣΗΜΕΙΩΝ ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΕΡΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ FSI ΤΙΣ VW GROUP ΥΓΡΑΕΡΙΟΚΙΝΗΣΗ ΚΑΙ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙΑΣ ΤΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΨΕΚΑΣΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΚΧΥΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥΜΕ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΑΝΤΛΙΑ ΜΕΡΗ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗΣ ΑΝΤΛΙΑΣ ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΩΝ ΑΝΤΛΙΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ COMMON RAIL ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1

3 1.1 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΜΕΚ Η πρώτη θερμική μηχανή που αναπτύχθηκε από τον άνθρωπο είναι η «Σφαίρα του Ήρωνος». Πρόκειται για μία σφαίρα με δυνατότητα περιστροφής γύρω από οριζόντιο άξονα που διέρχεται από το κέντρο της. Στο επίπεδο που διέρχεται από το κέντρο της και είναι κάθετο προς τον άξονα περιστροφής, φέρει δύο αντιδιαμετρικούς ακτινικά τοποθετημένους σωλήνες, το ελεύθερο άκρο των οποίων είναι στραμμένο κατά ορθή γωνία, στο ίδιο επίπεδο, αλλά με αντίθετη φορά. Γεμίζοντας τη σφαίρα με νερό και θερμαίνοντας προκαλείται εξάτμιση του νερού και παραγωγή ατμού, ο οποίος τείνει να αυξήσει την πίεση στο εσωτερικό της. Ο ατμός εκτονώνεται μέσω των σωλήνων, εξερχόμενος με κάποια ταχύτητα, η οποία τελικά εξαναγκάζει τη σφαίρα σε περιστροφή. ellas2.wordpress.com Η Σφαίρα του Ήρωνος Πρόκειται περί θερμικής μηχανής, γιατί η χημική ενέργεια της καύσιμης ύλης που τοποθετείται κάτω από τη σφαίρα μετατρέπεται σε θερμική, προσδίδεται στο εργαζόμενο σώμα, που είναι το νερό στο εσωτερικό της σφαίρας, η εκτόνωση του οποίου μέσω των σωλήνων εξαναγκάζει τη σφαίρα σε περιστροφή, παράγοντας μηχανικό έργο. Ο θάλαμος καύσης αυτής της θερμικής μηχανής είναι η σχάρα, πάνω στην οποία γίνεται καύση, και είναι εντελώς ανεξάρτητος από την ίδια τη θερμική μηχανή. Οι μηχανές αυτού του τύπου, εκείνες δηλαδή όπου ο θάλαμος καύσης είναι ανεξάρτητος από την διάταξη στην οποία γίνεται η παραγωγή μηχανικού έργου και οι οποίες χρησιμοποιούν κάποιο εργαζόμενο σώμα διαφορετικό από το καυσαέριο που παράγεται από την καύση για την μεταφορά της θερμικής ενέργειας, ονομάζονται μηχανές εξωτερικής καύσης. Στα πρώτα χρόνια της βιομηχανικής εποχής, το σύνολο πρακτικά των μηχανών που χρησιμοποιήθηκαν ήταν μηχανές εξωτερικής καύσης, με κυρίαρχο την ατμομηχανή. 2

4 Στον αντίποδα των μηχανών εξωτερικής καύσης βρίσκονται οι μηχανές εσωτερικής καύσης. Οι κύριες διαφορές τους από τις μηχανές εξωτερικής καύσης είναι αφ ενός στη χωροταξία, με το θάλαμο καύσης να αποτελεί ενιαία μονάδα με την διάταξη μετατροπής της θερμικής ενέργειας σε μηχανικό έργο και αφ ετέρου η απουσία εργαζόμενου σώματος. Η πρώτη ιστορικά μηχανή εσωτερικής καύσης πρέπει να αποδοθεί στον Christian Huygens. Συγκεκριμένα ο Huygens το 1678 πρότεινε μια διάταξη που θα χρησιμοποιούσε ως καύσιμο την πυρίτιδα και θα μπορούσε να θεωρηθεί ως πρόδρομος των σημερινών μηχανών εσωτερικής καύσης. Η πρόταση αυτή όμως ποτέ δεν υλοποιήθηκε. Μέχρι το 1860 που χρησιμοποιήθηκε η μηχανή εσωτερικής καύσης για πρώτη φορά σε όχημα, η κίνηση των οχημάτων γινόταν με ατμομηχανές. Το πρώτο ατμοκίνητο όχημα ήταν του μηχανικού Nicholas Cugnot, το Το όχημα αυτό ήταν τρίκυκλο με ένα τεράστιο καζάνι εμπρός από τον εμπρόσθιο τροχό του. thesecretrealtruth.blogspot.com Το πρώτο ατμοκίνητο όχημα Η εξέλιξη και τελειοποίηση της ατμομηχανής έδωσε τη δυνατότητα στους Άγγλους να πετύχουν λίγο αργότερα ορισμένα σημαντικά πράγματα. Παρόμοια ανάπτυξη βλέπουμε στη Γαλλία (1840) με τον Σαρλ Ντιέτζ, στην Ιταλία (1830) με το Λουίτζι Παγκάνι. Παρουσιάζονται δηλαδή στους δρόμους ατμοκίνητα αυτοκίνητα λεωφορεία (10-12 θέσεων), τα οποία πραγματοποιούν ορισμένα ταξίδια - επιτυχίες για τις τότε συνθήκες. Ο τύπος των οχημάτων αυτών, λόγω ακριβώς της πειραματικής κατασκευής τους, δεν ήταν καθορισμένος. Οι εταιρίες μεταφορών όμως αντέδρασαν στην εξάπλωσή τους, γιατί φοβήθηκαν το συναγωνισμό και θέσπισαν νόμους για τον περιορισμό της ταχύτητάς τους. Αυτοκίνητα αυτής της εποχής διατηρούνται σε ορισμένα μουσεία αυτοκινήτων της Ευρώπης. Η πρώτη μηχανή εσωτερικής καύσης που λειτούργησε ικανοποιητικά κατασκευάστηκε από τον Jean-Joseph-Etienne Lenoir. Η μηχανή αυτή χρησιμοποιούσε ως καύσιμο ένα μίγμα από κάρβουνο, φωταέριο και αέρα. 3

5 Το 1860, ο Lenoir τοποθέτησε μια τέτοια μηχανή σε ένα μικρό όχημα και έτσιδημιούργησε μια «άμαξα χωρίς άλογα». Υπήρχαν ήδη τέτοιες άμαξες που κινούνταν με ατμό, αλλά το όχημα του Lenoir ήταν πιο μικρό και είχε καλύτερη οδική συμπεριφορά. Εν τούτοις, η μηχανή εσωτερικής καύσης του Lenoir είχε πολύ χαμηλή απόδοση. Το 1862, ο Beau de Rochas ( ) δημοσίευσε μια κριτική της μηχανής του Lenoir, στην οποία για πρώτη φορά ανέφερε την δυνατότητα διαχωρισμού του κύκλου λειτουργίας σε ανεξάρτητες φάσεις, αναφέρθηκε δηλαδή στην αρχή λειτουργίας του σημερινού τετράχρονου κινητήρα. Επίσης σχολιάζοντας την αυξημένη κατανάλωση καυσίμου της συγκεκριμένης μηχανής, την απέδωσε στην απουσία συμπίεσης του μίγματος πριν από την καύση. Πρότεινε εξ άλλου την ιδέα της μεγιστοποίησης του όγκου του κυλίνδρου, με ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση της ψυχομένης επιφάνειας αυτού, σε μια προσπάθεια μείωσης των απωλειών θερμότητας του κυλίνδρου. Ο Αυστριακός Siegfried Marcus έκανε πειράματα με μηχανές που χρησιμοποιούσαν ως καύσιμο τη βενζίνη. Ο Marcus τοποθέτησε μια μηχανή πάνω σε μια χειράμαξα το 1864 και η κατασκευή αυτή θα πρέπει να θεωρηθεί ως το πρώτο βενζινοκίνητο αυτοκίνητο. Η πρώτη όμως, μηχανή με βενζίνη που ήταν αρκετά αποδοτική ώστε να διαδοθεί ευρέως, θα κατασκευαζόταν την επόμενη δεκαετία. Ο Γερμανός μηχανικός <<Nikolaus August Otto>> ( ), κατασκεύασε μια τροποποιημένη μορφή κινητήρα, στην οποία το έμβολο προκαλούσε την κίνηση. Ο Otto κατασκεύασε μια τέτοια τετράχρονη μηχανή το 1876, με βελτιωμένη αλλά όχι ικανοποιητική απόδοση. Ο κινητήρας Otto, όπως ονομάστηκε, αποτελούσε μια τεράστια βελτίωση σε σχέση με τη μηχανή του Lenoir και γρήγορα διαδόθηκε η χρήση του. Η σχεδίαση και η φιλοσοφία του κινητήρα αυτού αποτέλεσαν τη βάση των σημερινών εξελιγμένων μηχανών εσωτερικής καύσης. Λίγα χρόνια αργότερα, στις αρχές του 1855 ο Γερμανός μηχανολόγος μηχανικός <<Carl Friedrich Benz>> ( ) κατασκεύασε τον πρώτο πραγματικά αποδοτικό βενζινοκινητήρα εσωτερικής καύσης, τον οποίο τοποθέτησε σε ένα όχημα δικής του κατασκευής. Το όχημα αυτό του Benz (Φωτο.Νο.1), ήταν το πρώτο εύχρηστο αυτοκίνητο με βενζινοκίνητη μηχανή εσωτερικής καύσης και είχε τρεις τροχούς, όμοιους με εκείνους του ποδηλάτου, ενώ ανέπτυσσε ανώτατη ταχύτητα 15 χιλιομέτρων την ώρα και αποτέλεσε τον προάγγελο των μετέπειτα εξελίξεων. 4

6 Το τρίτροχο αυτοκίνητο του Benz sfrang.blogspot.com Πραγματική επανάσταση στις μηχανές υγρού καυσίμου έφερε Ο<< Dr. Rudolf Diesel>> όταν το 1892 έθεσε τις βάσεις για τον σύγχρονο πετρελαιοκινητήρα υψηλής απόδοσης,που πρακτικά λειτουργεί μέχρι σήμερα. Πρόκειται για τετράχρονο, μονοκύλινδρο, κατακόρυφο κινητήρα. Ήταν εξοπλισμένος με μια μικρή αντλία αέρα και με αντλίες καυσίμου. Η πίεση αέρα ήταν της τάξης των bar, γεγονός που οδηγούσε σε ικανοποιητικό διασκορπισμό του καυσίμου. Η ρύθμιση φορτίου του κινητήρα γίνονταν είτε με διαφοροποίηση της διάρκειας έγχυσης καυσίμου είτε με διαφοροποίηση της πίεσης αέρα. Ο κινητήρας αυτός κυριάρχησε γρήγορα στην αγορά της εποχής, ενώ αναπτύχθηκαν και διάφορες παραλλαγές του (δίχρονος, υπερπληρούμενος, τετράχρονος διπλής δράσης). Μετά από 5 χρόνια και ύστερα από εξαντλητικές δοκιμές, ο Diesel παρουσίασε μια άλλη κάθετη μονοκύλινδρη μηχανή όπου στην οποία η εισαγωγή του πετρελαίου γινόταν με αέρα πίεσης 55 atm. Με βάρος που άγγιζε τους 4,5 tn και με δύναμη 25 HP = kw η πρώτη πετρελαιομηχανή ήταν πλέον πραγματικότητα. Η μηχανή αυτή είχε μεγάλη απήχηση και αυτό διότι είχε συνολική αποδοτικότητα 26% έναντι του 10% της ατμομηχανής. Επίσης ήταν η πρώτη που μπήκε στην γραμμή μαζικής παραγωγής και διατηρήθηκε ως και το 1923 περίπου. Παράλληλα όμως κατασκευαζόταν και άλλοι τύποι πετρελαιοκινητήρων διαφορετικής ισχύος σε σκοπό την χρησιμοποίησή τους στα πλοία (1910) και στα αυτοκίνητα (1924). 5

7 Η ευρεία αποδοχή των μηχανών εσωτερικής καύσης επέτρεψε να διατεθούν περισσότεροι πόροι για την ανάπτυξή τους, η φιλοσοφία κατασκευής και σχεδίασης να απαλλαχθεί τελείως από την επίδραση των ατμομηχανών, και να φτάσουμε έτσι σταδιακά στην πλήρη πρακτικά επικράτηση τους. Παρ όλα αυτά, η κατοχή οχήματος ήταν προνόμιο των πλουσίων, καθώς η κατασκευή του ήταν υπερβολικά μεγάλου κόστους. Αυτή η κατάσταση άλλαξε χάρη στον Αμερικανό βιομήχανο << Henry Ford>> ( ), ο οποίος κατασκεύασε το πρώτο του αυτοκίνητο το 1893 και το 1899 ίδρυσε τη γνωστή δική του εταιρία κατασκευής αυτοκινήτων τυποποιώντας την παραγωγή του. Επισης θα πρέπει να αναφερθεί ότι ουσιαστική αλλαγή της αρχικής κατασκευής του Rudolf Diesel έγινε μόλις στο δεύτερο μισό της δεκαετίας του 1990, με την εισαγωγή των ηλεκτρικών και της ανάπτυξης των εξελιγμένων συστημάτων έγχυσης καυσίμου. Μέχρι τότε οι διαφοροποιήσεις από την κατασκευή του R. Diesel θα πρέπει να θεωρηθούν ως «βελτιώσεις μικρής σχετικά έκτασης». 6

8 2. ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΝΤΙΖΕΛ Το πετρέλαιο που τροφοδοτεί τον κινητήρα βρίσκεται σε ειδική δεξαμενή (ρεζερβουάρ, ντεπόζιτο). Τα καύσιμα οδηγούνται στον κινητήρα με τη βοήθεια σωληνίσκου. Αν το ρεζερβουάρ είναι ψηλότερα από τον κινητήρα, τα καύσιμα διανύουν το σωληνίσκο με την επίδραση της βαρύτητας (σπάνια περίπτωση). Συνήθως η μεταφορά γίνεται με τη βοήθεια ειδικής αντλίας (τρόμπας). Η κίνηση της τρόμπας γίνεται με ηλεκτρισμό ή με τον ίδιο τον κινητήρα. Σε έναν κύλινδρο του κινητήρα ντίζελ μπαίνει αέρας. Ο κύλινδρος στο ένα του άκρο είναι κλειστός. Το έμβολο του κυλίνδρου, στο άλλο άκρο, συμπιέζει τον αέρα, μέχρις ότου η θερμοκρασία του αέρα φτάσει στο βαθμό ανάφλεξης του πετρελαίου (250ο C περίπου). Τότε ειδικός ψεκαστήρας τροφοδοτεί τον κύλινδρο με πετρέλαιο υπό μορφή σταγόνων. Έτσι το πετρέλαιο αναφλέγεται. Η ανάφλεξη αυτή προκαλεί πίεση μεγαλύτερη στο αέριο, με αποτέλεσμα την κίνηση του εμβόλου προς τα έξω. Η καύση δεν γίνεται ακαριαία, έτσι η πίεση παραμένει θεωρητικά σταθερή. Ενώ το έμβολο κινείται προς τα έξω, το μείγμα αερίων και καπναερίων που υπάρχει στον κύλινδρο εκτονώνεται. Αν η συμπίεση στον κύλινδρο δεν προκαλεί θερμοκρασία ανάφλεξης, τότε η ανάφλεξη γίνεται με σπινθήρα ηλεκτρικό (ειδικοί κινητήρες). Στους τετράχρονους κινητήρες οι τέσσερις χρόνοι του εμβόλου είναι: συμπίεσης, εκτόνωσης, εξαγωγής, αναρρόφησης. Στους δίχρονους κινητήρες υπάρχουν μόνο οι χρόνοι συμπίεσης και εκτόνωσης. Η εξαγωγή και η αναρρόφηση (εισαγωγή) γίνονται συγχρόνως. 7

9 3 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΗ ΑΝΑΦΟΡΑ ΓΙΑ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ Οι μηχανές εσωτερικής καύσης στηρίζουν τη λειτουργία τους στην καύση καύσιμου μείγματος μέσα στον κύλινδρο όπου από την εκτόνωση παράγεται μηχανικό έργο. Στις Μ.Ε.Κ. που λειτουργούν με βάση το θερμικό κύκλο Όττο το καύσιμο είναι η βενζίνη. Για να πραγματοποιηθεί τέλεια καύση της βενζίνης μέσα στον κύλινδρο, είναι απαραίτητο να αεριοποιηθεί και να αναμειχθεί με τον αέρα κάτω από προκαθορισμένη αναλογία έτσι, ώστε να σχηματιστεί το μείγμα αέρα-βενζίνης. Η αναλογία αέρα-βενζίνης που απαιτείται, για να εξασφαλισθεί καλή καύση, εξαρτάται από την ταχύτητα της μηχανής, από την κατάσταση του φορτίου και τη θερμοκρασία λειτουργίας της. Κατά την αρχική εκκίνηση της μηχανής και όταν είναι κρύα, το μείγμα πρέπει να είναι πλούσιο σε βενζίνη, ώστε να εξασφαλίζεται εύκολη και γρήγορη εκκίνηση. Όταν η μηχανή είναι ζεστή και εργάζεται με κανονικό ρυθμό, το μείγμα πρέπει να είναι λιγότερο πλούσιο (λιγότερη βενζίνη). Στην περίπτωση επιτάχυνσης της μηχανής, όταν δηλαδή λειτουργεί με ψηλή ταχύτητα ή με πλήρες φορτίο, το μείγμα πρέπει να είναι πλούσιο σε βενζίνη. Το αντίθετο συμβαίνει σε περίπτωση επιβράνδυνσης της μηχανής. Στις περισσότερες βενζινομηχανές η εξαέρωση και η ανάμειξη της βενζίνης με τον αέρα συντελείται στον εξαερωτήρα έτσι, ώστε να εξασφαλίζεται η απαιτούμενη για κάθε περίπτωση αναλογία βενζίνης-αέρα. Ο εξαερωτήρας ρυθμίζει την παροχή καύσιμου μείγματος και την αυτόματη ρύθμιση της αναλογίας του σε όλες τις συνθήκες λειτουργίας της μηχανής. Σε ορισμένους τύπους σύγχρονων μηχανών εφαρμόζονται μηχανικά και ηλεκτρονικά συστήματα έγχυσης της βενζίνης μέσα στον πολλαπλό αγωγό εισαγωγής. Σκοπος τις εργασίας ειναι να ασχοληθούμε με το σύστημα τροφοδοσίας των βενζινομηχανών. 8

10 3-1 Συγκρότηση του συστήματος τροφοδοσίας. Το σύστημα τροφοδοσίας για να επιτελέσει τον προορισμό του, αποτελείται από τα πεντε ακόλουθα βασικά εξαρτήματα: 1). Τη δεξαμενή βενζίνης (ντεπόζιτο). 2). Την αντλία βενζίνης. 3). Το φίλτρο αέρα. 4). Τον εξαερωτήρα (καρμπιρατέρ). 5). Την πολλαπλή εισαγωγή. 1)Δεξαμενή βενζίνης Η δεξαμενή ή ντεπόζιτο της βενζίνης, όπως συνήθως ονομάζεται, χρησιμεύει για την αποθήκευση της βενζίνης. Τοποθετείται σε μακρινή απόσταση από τη μηχανή, ώστε να αποφεύγεται ανάφλεξή της και καταστρεπτική πυρκαγιά. Στα περισσότερα αυτοκίνητα με τη μηχανή στο μπροστινό μέρος, η δεξαμενή τοποθετείται στο πίσω μερος του οχηματος. Το σχήμα του ντεπόζιτου ποικίλει, ανάλογα με το μέρος τοποθέτησης και το μέγεθός του. Εσωτερικά αποτελείται από μετάλλινα χωρίσματα με τρύπες, ώστε να παρεμποδίζεται ο απότομος κυματισμός της βενζίνης κατά την κίνηση του οχήματος, κυρίως στις στροφές και σε ανώμαλο έδαφος. Η δεξαμενή διαθέτει σωλήνα πλήρωσης που καταλήγει στο πλευρό του αυτοκινήτου και κλείνεται στεγανά με πώμα. Στο πώμα υπάρχει οπή με πολύ μικρή διάμετρο που επιτρέπει την είσοδο ατμοσφαιρικού αέρα, πράγμα που βοηθά στην εξίσωση της πίεσης για καλύτερη ροή της βενζίνης. Σε κατάλληλη θέση, συνήθως πιο ψηλά από τον πυθμένα του ντεποζίτου βρίσκεται ο σωλήνας εξόδου της βενζίνης προς τον εξαερωτήρα. Έτσι όταν η στάθμη της βενζίνης είναι χαμηλή, παραμένουν στον πυθμένα τυχόν ακαθαρσίες ή ποσότητα νερού που δημιουργείται από υδρατμούς. Η δεξαμενή περιλαμβάνει επίσης σύστημα μετρητή της βενζίνης, καθώς και πώμα εκκένωσης για καθαρισμό και αποστράγγιση. Η δεξαμενή της βενζίνης, και όταν ακόμη είναι κενό, είναι επικίνδυνο σε περίπτωση που θα χρειαστεί επισκευή. Πρέπει να προσεχτεί ιδιαίτερα η χρήση φλόγας συγκόλλησης ή μαλακής συγκόλλησης. Να αφαιρείται από τη θέση του και να γεμίζεται με νερό για αρκετό χρονικό διάστημα, ώστε να ξεπλένεται το στρώμα βενζίνης που παραμένει στα τοιχώματά του, διότι σε περίπτωση θέρμανσης δημιουργούνται αέρια πολύ εκρηκτικά και επικίνδυνα. Η επισκευή πρέπει να γίνεται από ειδικούς και με όλα τα μέτρα προστασίας και ασφάλειας. 9

11 2)Αντλία βενζίνης Η αντλία βενζίνης χρησιμεύει για την τροφοδότηση του εξαερωτήρα με ποσότητα βενζίνης επαρκή για τη λειτουργία της μηχανής. Υπάρχουν δύο τύποι αντλιών βενζίνης: (α) Η μηχανική αντλία βενζίνης. (β) Η ηλεκτρική αντλία βενζίνης. Μηχανική αντλία βενζίνης Η μηχανική αντλία τοποθετείται συνήθως στην εξωτερική πλευρά του κορμού των κυλίνδρων της μηχανής, στο ύψος του εκκεντροφόρου άξονα από τον οποίο παίρνει την κίνηση μέσω ειδικού έκκεντρου. Συνδέεται με σωλήνωση με το ντεπόζιτο της βενζίνης και με τον εξαερωτήρα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι μηχανικών αντλιών βενζίνης που χρησιμοποιούνται στις βενζινομηχανές αυτοκινήτων και στηρίζονται στην ίδια αρχή λειτουργίας, όπως θα περιγράψουμε στη συνέχεια. Λειτουργία της αντλίας Με την περιστροφή του εκκεντροφόρου άξονα και με τη βοήθεια του βραχίονα το διάφραγμα κινείται πάνω κάτω. Καθώς το διάφραγμα κινείται προς τα κάτω, ανοίγει η βαλβίδα εισαγωγής και απορροφά τη βενζίνη. Όταν το διάφραγμα κινείται προς τα πάνω ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής και στέλλει τη βενζίνη στον εξαερωτήρα. 10

12 Ηλεκτρική αντλία βενζίνης Η ηλεκτρική αντλία βενζίνης καθιερώνεται όλο και περισσότερο, λόγω βασικών πλεονεκτημάτων που προκύπτουν από τη χρήση της. Είναι πιο αποτελεσματική από τη μηχανική αντλία, επειδή τίθεται σε λειτουργία με το άνοιγμα του διακόπτη ανάφλεξης (switch) και μπορεί να τοποθετηθεί μακριά από τη μηχανή, σε μέρος που δεν επηρεάζεται από τη θερμοκρασία της. Συνήθως τοποθετείται στο μπροστινό μέρος, πίσω από τον πίνακα οργάνων, και ενώνεται με σωλήνωση με τον εξαερωτήρα και το ντεπόζιτο της βενζίνης. Η ηλεκτρική αντλία εργάζεται με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως και η μηχανική αντλία, με μόνη διαφορά στον τρόπο κίνησης του διαφράγματος που εξασφαλίζεται με ηλεκτρομαγνητικό μηχανισμό. 11

13 Φίλτρο βενζίνης. Το φίλτρο βενζίνης έχει σκοπό να εμποδίζει ακαθαρσίες, το νερό και σωματίδια που βρίσκονται στη βενζίνη να εισέλθουν στον εξαερωτήρα, πράγμα που θα δημιουργούσε προβλήματα και κακή λειτουργία της μηχανής. Ο συνήθης τύπος φίλτρου αποτελείται από μεταλλική θήκη στην οποία τοποθετείται ειδικό διηθητικό χαρτί το οποίο φιλτράρει την βενζίνη. Υπάρχουν διάφοροι τύποι φίλτρων βενζίνης που μπορεί να τοποθετηθούν σε διαφορετικές θέσεις, βασικά όμως εξυπηρετούν τον ίδιο σκοπό. Φίλτρα βενζίνης υπάρχουν πολλές φορές στο ντεπόζιτο της βενζίνης, στο λαιμό εισόδου ή και στο σωλήνα εξόδου, και στην είσοδο της βενζίνης στον εξαερωτήρα. Τα φίλτρα βενζίνης πρέπει περιοδικά να καθαρίζονται, σύμφωνα με τις οδηγίες των κατασκευαστών. Μερικοί τύποι φίλτρων δεν καθαρίζονται, αλλά αντικαθίστανται, πάλι σύμφωνα με τις οδηγίες των κατασκευαστών. karagiannis-moto.gr 12

14 Φίλτρο αέρα. Το φίλτρο αέρα έχει σκοπό να καθαρίζει τον αέρα που εισέρχεται μέσω του εξαερωτήρα, για να αναμειχθεί με το καύσιμο και να δημιουργηθεί το μείγμα. Τοποθετείται στην είσοδο του αέρα στον εξαερωτήρα σε ειδική θήκη και δημιουργεί σύστημα καθαρισμού του αέρα από σκόνη, ακαθαρσίες, σωματίδια και υγρασία. Είναι χαρακτηριστικό ότι ο αέρας που χρειάζεται για να λειτουργήσει μια βενζινομηχανή κυμαίνεται από 3000 μέχρι 6000 λίτρα κάθε λεπτό. Αυτό και μόνο εξηγεί τη σπουδαιότητα του φίλτρου αέρα στην ομαλή και αποδοτική λειτουργία της μηχανής. Το φίλτρο, εκτός από τον καθαρισμό του αέρα, χρησιμεύει και για την ελάττωση του θορύβου που δημιουργείται κατά την είσοδο του αέρα διαμέσου του εξαερωτήρα, των αγωγών εισαγωγής και των θυρίδων των βαλβίδων εισαγωγής. Επίσης το φίλτρο μπορεί να σβήσει τυχόν φλόγες που δημιουργούνται σε περιπτώσεις ελαττωματικής λειτουργίας, όταν το μείγμα αναφλέγεται στον κύλινδρο προτού κλείσει η βαλβίδα εισαγωγής. Στις βενζινομηχανές χρησιμοποιούνται δύο βασικοί τύποι φίλτρων: (α) Φίλτρο ξηρού τύπου (β) Φίλτρο υγρού τύπου Υπάρχουν διάφορα είδη φίλτρων ξηρού τύπου που η μορφή και το μέγεθος τους εξαρτάται κυρίως από το χώρο στον οποίο τοποθετούνται. Σε μεταλλική κυλινδρική θήκη του φίλτρου τοποθετείται στοιχείο φιλτραρίσματος από ειδικό διηθητικό χαρτί. Ο αέρας εισέρχεται από σωλήνα εισαγωγής, περνά μέσα από τα φύλλα του ειδικού διηθητικού χαρτιού και διοχετεύεται καθαρός στο εσωτερικό μέρος του φίλτρου από όπου εισάγεται στον εξαερωτήρα. Στο πάνω μέρος της θήκης του φίλτρου υπάρχει κάλυμμα το οποίο αφαιρείται, όταν χρειάζεται να γίνει καθαρισμός ή αλλαγή του στοιχείου φιλτραρίσματος. 13

15 Τα φίλτρα υγρού τύπου χρησιμοποιούνται στις περιπτώσεις που υπάρχει μεγάλη ποσότητα σκόνης στον αέρα. Η διαφορά με τα φίλτρα ξηρού τύπου είναι ότι στον τύπο αυτό, το στοιχείο φιλτραρίσματος είναι τοποθετημένο σε λάδι. Ο αέρας που εισέρχεται, περνά από το λάδι στο οποίο παραμένει η σκόνη. Στη συνέχεια κατευθύνεται προς τα πάνω και διέρχεται μέσα από συρματινο πλέγμα στο οποίο παραμένουν τυχόν ακαθαρσίες και έτσι διοχετεύεται καθαρός αέρας στον εξαερωτήρα. Το φίλτρο αέρα, ανεξάρτητα από τον τύπο του, πρέπει να καθαρίζεται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Εξαερωτήρας. Ο εξαερωτήρας περιλαμβάνει ένα σύνολο μηχανισμών και λεπτών εξαρτημάτων. Αποτελεί το πιο σημαντικό μερος του συστήματος τροφοδοσίας των βενζινομηχανών. Τοποθετείται στην πολλαπλή εισαγωγή. Προορισμός του εξαερωτήρα είναι: (α) Η τροφοδότηση της μηχανής με την απαιτούμενη ποσότητα καυσίμου, ανάλογα με την ισχύ που αναπτύσσει κάθε φορά η μηχανή. (β) Η ρύθμιση των διαφόρων αναλογιών αέρα-βενζίνης σύμφωνα με τον αριθμό των στροφών, το φορτίο της μηχανής και τις ειδικές ανάγκες της σε ιδιαίτερα πλούσιο καύσιμο μείγμα κατά την αρχική εκκίνηση και κατά την απότομη επιτάχυνσή της. (γ) Η όσο το δυνατό καλύτερη εξαέρωση και ανάμειξη της βενζίνης με τον αέρα για αποτελεσματική καύση του μείγματος. 14

16 Κυρια μερη Εξαερωτηρα. Πλωτήρας Είναι το εξάρτημα που ρυθμίζει τη στάθμη της βενζίνης στο θάλαμο μέσα στον οποίο βρίσκεται. Συνήθως κατασκευάζεται από ορείχαλκο ή πλαστικό και έχει διάφορα σχήματα. Εσωτερικά είναι κενός, για να επιπλέει στην επιφάνεια της βενζίνης. Αναβρυτήρες (πέκκα) Οι αναβρυτήρες ή πέκκα είναι μικρές βίδες με οπή καθορισμένης διαμέτρου στο κέντρο μέσα από την οποία διέρχεται η βενζίνη. Συνήθως τοποθετούνται μέσα στο θάλαμο του πλωτήρα ή σε άλλο μέρος που επικοινωνεί με αυτόν. Πεταλούδα αέρα Η πεταλούδα αέρα βρίσκεται στο πάνω στόμιο του εξαερωτήρα. Με κατάλληλο μηχανισμό ανοίγει και κλείνει, ώστε να ρυθμίζεται η ροή του αέρα από το φίλτρο. Πεταλούδα επιτάχυνσης Η πεταλούδα επιτάχυνσης τοποθετείται στο κάτω στόμιο του εξαερωτήρα και ρυθμίζει την ποσότητα του μείγματος που εισέρχεται μέσα στον κύλινδρο. Ανοιγοκλείνει με σύστημα μοχλών που καταλήγουν στο ποδόπληκτρο (πατίδι) της βενζίνης. Διαστενωτικός δακτύλιος Ο διαστενωτικός δακτύλιος βρίσκεται περίπου στο μέσο του θαλάμου ανάμειξης του εξαερωτήρα. Είναι ένας κοίλος κύλινδρος που στο εσωτερικό του σχήμα μοιάζει με κώνο. Σκοπός του διαστενωτικού δακτυλίου είναι η δημιουργία μεγάλης ταχύτητας κίνησης των μορίων του αέρα έτσι, ώστε να εξασφαλίζεται καλύτερη ανάμειξη του αέρα με τη βενζίνη. Λειτουργία απλού εξαερωτήρα Η βενζίνη αποστέλλεται από την αντλία και εισέρχεται μέσω σωλήνα στο θάλαμο του πλωτήρα, όπου, με κατάλληλη ρύθμιση, η στάθμη της παραμένει σταθερή. Κατά τη φάση της εισαγωγής, όταν το έμβολο της μηχανής κινείται προς το Κ.Ν.Σ., δημιουργείται υποπίεση που έχει ως αποτέλεσμα τη διέλευση ρεύματος αέρα προς το θάλαμο ανάμειξης. Κατά τη διέλευση του αέρα από το διαστενωτικό δακτύλιο, η ταχύτητα των μορίων του αυξάνεται και δημιουργείται υποπίεση (κενό). Τότε, λόγω της υποπίεσης, από τον αναβρυτήρα αναβρύζει βενζίνη που αναμειγνύεται με το διερχόμενο ρεύμα αέρα. Έτσι δημιουργείται το καύσιμο μείγμα, η ποσότητα του οποίου ρυθμίζεται από την πεταλούδα επιτάχυνσης που βρίσκεται στο κάτω μέρος του εξαερωτήρα. Όμως ένας απλός εξαερωτήρας δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις των σύγχρονων βενζινομηχανών αυτοκινήτων στις οποίες γίνονται συχνές αλλαγές στροφών, ταχυτήτων, φορτίου και άλλες μεταβολές στη λειτουργία τους. Γι αυτό το λόγο, έχουν κατασκευαστεί βελτιωμένοι τύποι εξαερωτήρων με διάφορα συστήματα ή κύκώματα λειτουργίας, ώστε να επιτυγχάνεται τέλεια τροφοδότηση βενζίνης ανάλογα με τις ανάγκες της μηχανής. 15

17 4 Σύστημα τροφοδοσίας με έγχυση της βενζίνης. Στο συνηθισμένο σύστημα τροφοδοσίας στις βενζινομηχανές, το καύσιμο μείγμα παρασκευάζεται στον εξαερωτήρα, απ όπου την κατάλληλη στιγμή και σύμφωνα με τη σειρά ανάφλεξης, εισάγεται στους κυλίνδρους της μηχανής μέσω αγωγού πολλαπλής εισαγωγής. Με τον τρόπο αυτό παρατηρούνται κάποιες απώλειες τόσο κατά την παρασκευή του μείγματος όσο και κατά τη μεταφορά του στους κυλίνδρους. Ο αέρας εισάγεται στο θάλαμο καύσης μέσω της πολλαπλής εισαγωγής, ενώ η βενζίνη ψεκάζεται απευθείας στο θάλαμο καύσης. Για να γίνει όμως το μείγμα, η ποσότητα της βενζίνης που ψεκάζεται ρυθμίζεται σε σχέση με την ποσότητα του αέρα που αναρροφάται στους κυλίνδρους. Έτσι εξασφαλίζεται πλούσιο ή φτωχό μείγμα, ανάλογα με τις απαιτήσεις της μηχανής. Υπάρχουν βασικά δύο συστήματα έγχυσης της βενζίνης: Το μηχανικό σύστημα έγχυσης (Mechanical Fuel Injection) και το ηλεκτρονικό σύστημα έγχυσης (Electronic Fuel Injection). Τα συστήματα ψεκασμού έχουν την δυνατότητα μέτρησης της ποσότητας του καυσίμου που ψεκάζεται με μεγάλη ακρίβεια. Για την μέτρηση του καυσίμου που ψεκάζεται τα συστήματα ψεκασμού λαμβάνουν υπόψη πολλές παραμέτρους λειτουργίας του κινητήρα, όπως το φορτίο του κινητήρα, τη θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού, τις απαιτήσεις του οδηγού κ.τ.λ. Τα πλεονεκτήματα των συστημάτων ψεκασμού καυσίμου έναντι των συμβατικών συστημάτων τροφοδοσίας είναι η καλύτερη λειτουργία του κινητήρα στην ψυχρή εκκίνηση, η μείωση της κατανάλωσης καυσίμου, η ελάττωση των ρύπων που εκπέμπονται στα καυσαέρια, η αύξηση της απόδοσης ισχύος και η καλύτερη απόκριση του κινητήρα στην επιτάχυνση. Κάθε ηλεκτρονικό σύστημα ψεκασμού αποτελείται από τρία βασικά υποσυστήματα. Το υποσύστημα της τροφοδοσίας καυσίμου, το υποσύστημα της εισαγωγής και μέτρησης αέρα και το υποσύστημα ελέγχου της ανάφλεξης. Τα συστήματα ψεκασμού κατατάσσονται ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους σε Μηχανικά (K-jetronic), Συνδυασμένα μηχανικά και ηλεκτρονικά (KE-jetronic), Ηλεκτρονικά (L-jetronic) και Συνδυασμένα συστήματα ψεκασμού και ανάφλεξης (monotronic & multec). Ανάλογα με τα σημεία ψεκασμού τους διαχωρίζονται σε συστήματα ψεκασμού μονού σημείου και πολλαπλών σημείων. Ο ψεκασμός εκτελείται συνεχώς ή διακοπτόμενα ενώ μπορούν να λειτουργήσουν με την υποστήριξη ενός μπεκ εκκίνησης ή και με δύο βοηθητικά μπέκ, ανάλογα τον κινητήρα. Ανάλογα με το σημείο που έχουν τοποθετηθεί τα μπεκ, διαχωρίζονται σε άμεσα συστήματα ψεκασμού και σε έμμεσα συστήματα. Το ποιο γνωστό μηχανικό σύστημα ψεκασμού είναι το K-jetronic. Σε αυτά τα συστήματα το καύσιμο ψεκάζεται από τα μπεκ, τα οποία ελέγχονται μηχανικά και ανοίγουν όταν η πίεση που επικρατεί στη γραμμή 16

18 διανομής του καυσίμου ξεπεράσει κάποιο όριο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα και την διαφοροποίηση της πίεσης στη διάρκεια του ψεκασμού.ο υπολογισμός της ποσότητας καυσίμου που ψεκάζεται γίνεται από την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου με βάση τις πληροφορίες για τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα που μεταβιβάζονται σ αυτή από τους αισθητήρες. Η μονάδα ελέγχου συντονίζει με μεγάλη ακρίβεια και ταχύτητα όλες τις λειτουργίες του συστήματος, που απαιτούνται για την προετοιμασία του καυσίμου μείγματος. Η ποσότητα του καύσιμου που ψεκάζεται ελέγχεται από το χρόνο που τα ηλεκτρομαγνητικά μπεκ παραμένουν ανοικτά. Ο ψεκασμός κινείται υπό σταθερή πίεση. Συγκεκριμένα στα μηχανικά συστήματα K-jetronic. το καύσιμο ψεκάζεται από τα μπεκ που ανοίγουν όταν η πίεση που επικρατεί στη γραμμή διανομής του καυσίμου ξεπεράσει κάποιο όριο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα και την διαφοροποίηση της πίεσης στη διάρκεια του ψεκασμού. Στα ηλεκτρονικά συστήματα L-jetronic η ποσότητα του καυσίμου που ψεκάζεται ελέγχεται από το χρόνο που τα ηλεκτρομαγνητικά μπεκ παραμένουν ανοιχτά. Ο ψεκασμός γίνεται υπό σταθερή πίεση. Το ελεγχόμενο σύστημα ψεκασμού L-jetronic εξελίχθηκε ώστε να ικανοποιεί τις ολοένα και αυστηρότερες προδιαγραφές για τα όρια των ρύπων στα καυσαέρια. Έτσι εμφανίστηκαν οι παραλλαγές LE-jetronic, LE2- jetronic, LE3-jetronic που καλύπτουν τις προδιαγραφές για τα όρια ρύπων που ισχύουν στην Ευρώπη. Χαρακτηριστικά συστήματα συνδυασμού ανάφλεξης και ψεκασμού είναι τα Monotronic και τα Multec. Σε αυτά τα συστήματα υπάρχει μια κεντρική μονάδα ελέγχου και κοινοί αισθητήρες. Τα πλεονεκτήματα του συστήματος άμεσου ψεκασμού έναντι των συστημάτων έμμεσου ψεκασμού είναι η αποδοτικότερη καύση, η καλύτερη ανάμειξη του αέρα με την βενζίνη, η καλύτερη και αμεσότερη απόκριση στην επιτάχυνση και στην επιβράδυνση του κινητήρα, η μικρότερη κατανάλωση καυσίμου, χαμηλότερους ρύπους στα καυσαέρια και καλύτερη απόδοση κινητήρα. Ο άμεσος ψεκασμός πραγματοποιείται σε δύο φάσεις: κατά την εισαγωγή και κατά τη συμπίεση. Ανάλογα με το αν απαιτείται οικονομία ή υψηλή απόδοση αλλάζει ο χρονισμός του ψεκασμού. Για οικονομία η βενζίνη ψεκάζεται καθυστερημένα και για υψηλή ισχύ ψεκάζεται πολύ νωρίς. Τα έμβολα έχουν διαμορφωθεί κατά τέτοιο τρόπο ώστε να αυξάνουν τον στροβιλισμό μέσα στο χώρο καύσης και στο δεύτερο μισό της καύσης να συγκεντρώνουν το μείγμα πολύ κοντά στο μπουζί. Για μέγιστη ισχύ η βενζίνη ψεκάζεται νωρίς και σχηματίζει ομογενές μείγμα. Επίσης η ψύξη του εισερχόμενου αέρα με την βοήθεια ψεκασμού βενζίνης οδηγεί σε παραγωγή ακόμη μεγαλύτερης ισχύος. 17

19 Η εισαγωγή του αέρα γίνεται κατακόρυφα για καλύτερο στροβιλισμό του μείγματος. Η βενζίνη στη συνέχεια ατμοποιείται και ελαττώνεται η θερμοκρασία του θαλάμου καύσης και άρα μπορούμε να εισάγουμε περισσότερο μείγμα. Έτσι έχουμε υψηλή συμπίεση και καλή καύση. Η μορφή του ψεκασμού διαφοροποιείται στη φάση χαμηλής κατανάλωσης και στη φάση για μεγάλη απόδοση ισχύος. Στη φάση χαμηλής κατανάλωσης, στην οποία έχουμε και λιγότερα καυσαέρια, το καύσιμο ψεκάζεται στο δεύτερο μισό της καύσης και λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και του έντονου στροβιλισμού έχουμε σχεδόν τέλεια καύση. Στη φάση μεγαλύτερης ισχύος ψύχουμε τον εισερχόμενο αέρα με την βοήθεια του ψεκασμού έτσι ώστε να εισαχτεί περισσότερο μείγμα και με την υψηλή πίεση και την καλή καύση αυξάνουμε την ισχύ. 4-1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΟΝΟΥ ΨΕΚΑΣΜΟΥ Τα συστήματα ψεκασμού ενός σημείου χρησιμοποιούν μια μονάδα κεντρικής ανάμιξης καυσίμου, όπως τα καρμπυρατέρ, μαζί με μια βαλβίδα ψεκαστήρα η οποία ελέγχεται με ηλεκτρονικό τρόπο. Μερικά συστήματα έχουν μόνο ένα ψεκαστήρα (σε μικρούς εξακύλινδρους και οκτακύλινδρους κινητήρες, χρειάζονται δυο ψεκαστήρες). Ο ψεκαστήρας ή οι ψεκαστήρες, οι οποίοι βρίσκονται μέσα σε ένα κουτί που αντιστοιχεί με το σώμα του καρμπυρατέρ, με εντολή από τον υπολογιστή ψεκάζουν το καύσιμο, μέσα σε μια ουσιαστικά συμβατική πολλαπλή εισαγωγή. Το πλεονέκτημα του ΤΒΙ σε σχέση με το συμβατικό καρμπυρατέρ είναι ότι δεν υπάρχει σύστημα πλωτήρα (φλοτέρ), και συστήματα ρελαντί, επιτάχυνσης και κύριας μέτρησης καυσίμου, καθώς και το σύστημα απορρόφησης (τσοκ). Τα συστήματα αυτά έχουν αντικατασταθεί με ένα ακριβές σύστημα μέτρησης καυσίμου μέσω του ψεκαστήρα ή (ψεκαστήρων). Ο χρόνος λειτουργίας (ή πλάτος παλμού) στον ψεκαστήρα είναι η χρονική διάρκεια (που μετριέται σε χιλιοστά του δευτερολέπτου) στην οποία ο εγχυτήρας ψεκάζει καύσιμο ή παραμένει ανοικτός. Ο χρόνος λειτουργίας του ψεκαστήρα καθορίζεται από τον μικροϋπολογιστή. Ο μικροϋπολογιστής δέχεται ηλεκτρικά σήματα από αισθητήρες οι οποίοι εποπτεύουν τις διάφορες συνθήκες λειτουργίας. Αποτιμά τις πληροφορίες από τους αισθητήρες, και με βάση αυτές στέλνει σήματα στους ψεκαστήρες καυσίμου, ελέγχοντας τους παλμούς λειτουργίας και διακοπής λειτουργίας. Όταν ο κινητήρας είναι κρύος, κατά την διάρκεια της επιτάχυνσης και με μεγάλο φορτίο και το γκάζι πατημένο, αυξάνει το πλάτος του παλμού. Στο ρελαντί και με σταθερό γκάζι (κίνηση με μεγάλη σταθερή ταχύτητα) με θερμό κινητήρα, το πλάτος παλμού στον ψεκαστήρα ελαττώνεται. Η βασική διαφορά ανάμεσα στον μονό ψεκασμό και στον πολλαπλό είναι ότι ο μονός ψεκάζει πριν από την πεταλούδα γκαζιού για αυτό και χαρακτηρίζεται σαν έμμεσος ψεκασμός ενώ στον πολλαπλό ψεκασμό τα μπέκ ψεκάζουν μετά την πεταλούδα, στην πολλαπλή εισαγωγής και μάλιστα κοντά στην βαλβίδα εισαγωγής. Όπως ακριβώς ο ψεκασμός ενός σημείου βελτίωσε την παροχή καυσίμου σε σύγκριση με τα καρμπυρατέρ, έτσι και ο ψεκασμός πολλών σημείων βελτίωσε 18

20 την παροχή ενός σημείου παρέχοντας ακριβής ποσότητα καυσίμου σε κάθε κύλινδρο, με αποτέλεσμα να ελαττωθούν τα προβλήματα που προκαλούν από το σχήμα της πολλαπλής εισαγωγής. 4-3 ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙΑΣ ΨΕΚΑΣΜΟΥ ΠΟΛΛΩΝ ΣΗΜΕΙΩΝ Τα συστήματα ψεκασμού πολλών σημείων (PFI) χρησιμοποιούν ένα ψεκαστήρα ανά κύλινδρο. Οι ψεκαστήρες σε σύστημα ψεκασμού πολλών σημείων μπορεί να λειτουργήσουν με παλμούς σκανδαλισμού με αρκετούς διαφορετικούς τρόπους : Με ταυτόχρονο (διπλό) ψεκασμό: Στο σύστημα αυτό, όλοι οι ψεκαστήρες ανοίγουν και κλείνουν ταυτόχρονα. Οι ψεκαστήρες λαμβάνουν παλμούς λειτουργίας όλοι μαζί. Ενεργοποιούνται όλα μαζί τα μπεκ του 4χρονου βενζινοκινητήρα και ψεκάζουν μια φορά σε κάθε περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα του κινητήρα ή δυο φορές σε ένα πλήρη κύκλο λειτουργίας (720 μοίρες ), για αυτό και ονομάζεται και διπλός) Με ψεκασμό σε ομάδες ή εναλλασσόμενο (μονό ή διπλό) ψεκασμός ή ψεκασμό σε δύο γκρουπ: Στο σύστημα αυτό, αρκετοί, αλλά όχι όλοι, ψεκαστήρες λαμβάνουν παλμούς λειτουργίας και διακοπής λειτουργίας μαζί. Για παράδειγμα, ένας κινητήρας V-6 λαμβάνει εναλλάξ παλμούς για κάθε πλευρά του V. Στον εναλλασσόμενο διπλό ψεκασμό τα μπεκ ενεργοποιούνται και ψεκάζουν σε γκρουπ (ψεκασμός δύο γκρουπ), μια φορά για κάθε περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα ή δυο φορές σε ένα πλήρη κύκλο λειτουργίας (720 μοίρες). Με διαδοχικό (μονός σε σειρά ) ψεκασμός ή ανεξάρτητος: Στο σύστημα αυτό κάθε ψεκαστήρας λαμβάνει παλμούς με την ίδια σειρά όπως και η ανάφλεξη στα μπουζί. Ο ψεκαστήρας ψεκάζει καύσιμο στον κινητήρα λίγο πριν ή μόλις ανοίγει η βαλβίδα εισαγωγής. Αυτό το είδος ψεκασμού γίνεται όλο και περισσότερο δημοφιλές επειδή βελτιώνει την απόδοση του κινητήρα. Επίσης το κάθε μπεκ ψεκάζει όλη την απαιτούμενη ποσότητα μια μόνο φορά σε κάθε κύκλο λειτουργίας και μάλιστα πριν ανοίξει η βαλβίδα εισαγωγής (δηλαδή στο χρόνο εξαγωγής). Η σειρά με την οποία πραγματοποιείται ο διαδοχικός ψεκασμός είναι ίδια με την σειρά ανάφλεξης του συγκεκριμένου κινητήρα ( ). Από την ιδιότητα αυτή προκύπτει και η ονομασία σε σειρά ψεκασμός. 19

21 Κάθε ηλεκτρονικό σύστημα ψεκασμού αποτελείται από τρία βασικά υποσυστήματα: Υποσύστημα τροφοδοσίας καυσίμου Το υποσύστημα τροφοδοσίας καυσίμου παρέχει το απαιτούμενο καύσιμο με πίεση (πχ 2,5 bar) και αποτελείται από τα εξής μέρη : Δοχείο καυσίμου (ρεζερβουάρ) Φίλτρο καυσίμου Ηλεκτρική αντλία καυσίμου Διακλαδωτήρας σωληνώσεων των μπέκ (για πολλαπλό ψεκασμό μόνο) Ρυθμιστής πίεσης καυσίμου Ηλεκτρομαγνητικός ψεκαστήρας (μπεκ). Στα συστήματα κεντρικού (μονού) ψεκασμού, υπάρχει μόνο ένας ψεκαστήρας, ενώ στα πολλαπλού ψεκασμού, ένας σε κάθε κύλινδρο. Μπέκ ψυχρής εκκίνησης (για πολλαπλό ψεκασμό, σήμερα στα περισσότερα συστήματα δεν υπάρχει) και θερμικός χρονοδιακόπτης Φίλτρο καυσίμου Τα φίλτρα καυσίμου παρέχουν εξαιρετικά λεπτό φιλτράρισμα έτσι να προστατεύονται τα μικρά ανοίγματα στα ακροφύσια του ψεκαστήρα (μπεκ). Κανονικά τα ακροφύσια δεν μπορούν να καθαριστούν εύκολα. Αν βουλώσουν πρέπει να αντικατασταθεί ο ψεκαστήρας. Ακόμη, οι αντλίες καυσίμου και οι ρυθμιστές πίεσης είναι συνήθως εξαιρετικά αξιόπιστες μονάδες σφραγισμένες από το εργοστάσιο που δεν μπορούν να ρυθμιστούν ή να υποστούν επισκευή. Σε περίπτωση βλάβης, αντικαθίστανται. Για το λόγο αυτό, είναι κρίσιμη η αντικατάστασή του φίλτρου στα χρονικά διαστήματα που συστήνονται από τον κατασκευαστή του συστήματος. rheamp.bg 20

22 Αντλία Αποτελείται από δυο τμήματα, τον ηλεκτρικό κινητήρα και την κυρίως αντλία η οποία περιλαμβάνει μια βαλβίδα αντεπιστροφής ή βαλβίδα ελέγχου, μια ανακουφιστική βαλβίδα και το πρώτο φίλτρο καυσίμου. Ο κινητήρας δίνει κίνηση στην αντλία και αποτελούν μαζί μια ενιαία μονάδα. Το καύσιμο περνάει μέσα από το εσωτερικό της αντλίας (ρότορας τυλίγματα, ψήκτρες κλπ).η βαλβίδα αντεπιστροφής δεν επιτρέπει την επιστροφή του καυσίμου όταν σβήσει ο κινητήρας πίσω στο ρεζερβουάρ διευκολύνοντας έτσι την επανεκκίνηση του κινητήρα. Η ανακουφιστική βαλβίδα επιτρέπει την διαφυγή του καυσίμου πίσω στο ρεζερβουάρ, όταν κάποιο σωληνάκι βουλώσει ή δημιουργηθεί υπερπίεση στο κύκλωμα τροφοδοσίας. Με τον τρόπο αυτό προστατεύεται το σύστημα τροφοδοσίας. Η πίεση ανοίγματος είναι περίπου 5 bar. Διακλαδωτήρας Ο διακλαδωτήρας των σωληνώσεων των μπεκ εξασφαλίζει την ίδια πίεση σε όλα τα μπεκ ψεκασμού. Ο όγκος του είναι σχετικά μεγάλος για να μπορεί να μειώνει και τις μικρές διακυμάνσεις της πιέσεις που προέρχονται από τον ψεκασμό των μπεκ σε κάθε κύκλο λειτουργίας. Επιπλέον διευκολύνει την αφαίρεση και επανατοποθέτηση των μπεκ. Ο διακλαδωτήρας υπάρχει μόνο στον πολλαπλό ψεκασμό. 21

23 Ρυθμιστής πίεσης καυσίμου Ο ρυθμιστής πίεσης ρυθμίζει την πίεση των μπεκ. Στα συστήματα πολλαπλού ψεκασμού, βρίσκεται όπως ήδη προαναφέρθηκε τοποθετημένος στο άκρο του διακλαδωτήρα και εξασφαλίζει μια σταθερή πίεση στο σύστημα περίπου 2,5 bar ή 3,0 bar. Ο ρυθμιστής πίεσης καυσίμου αποτελείται εξωτερικά από ένα μεταλλικό περίβλημα και εσωτερικά δύο θαλάμους βενζίνης. Στον ένα θάλαμο (βενζίνης) υπάρχει μια είσοδος καυσίμου και μια έξοδος (επιστροφή προς το ρεζερβουάρ). Στον άλλο θάλαμο (υποπίεσης) υπάρχει μια μεμβράνη και ένα σπειροειδές ελατήριο. Στον θάλαμο υποπίεσης υπάρχει μια υποδοχή για την εφαρμογή υποπίεσης μέσω ενός σωλήνα από την πολλαπλή εισαγωγής. Η πίεση του συστήματος παροχής καυσίμου εξαρτάται από την επικρατούσα υποπίεση σε κάθε κατάσταση λειτουργίας του κινητήρα.όπως στα συστήματα πολλαπλού ψεκασμού είναι απαραίτητος ο ρυθμιστής πίεσης, έτσι είναι απαραίτητος, λειτουργώντας με παρόμοιο τρόπο, και στα συστήματα με μονό ψεκασμό. Η πίεση λειτουργίας όμως εδώ είναι 1 έως 1,2 bar. Στο μονό ψεκασμό, υπάρχουν ρυθμιστές πίεσης καυσίμου χωρίς χρήση υποπίεσης. 22

24 Ηλεκτρομαγνητικό μπέκ ψεκασμού Το μπεκ ψεκασμού είναι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες που ανοιγοκλείνουν σύμφωνα με τα σήματα που λαμβάνουν από τον εγκέφαλο (ECU). Η αρχή λειτουργίας τους στηρίζεται στην κίνηση ενός πυρήνα ο οποίος όπως φαίνεται στο σχήμα καταλήγει σε μια βεληνοειδή βαλβίδα, μέσα σε ένα πηνίο. Όταν η ECU στείλει ηλεκτρικό σήμα, τροφοδοτείται με ρεύμα το πηνίο, έλκεται ο πυρήνας, ο οποίος υπερνικά την δύναμη του ελατηρίου και ανοίγει η οπή ψεκασμού από τη βελονοειδή βαλβίδα. Όταν η ECU διακόψει το σήμα, τότε το ελατήριο σπρώχνει τον πυρήνα και η βελονοειδής βαλβίδα κλείνει την οπή ψεκασμού. Τα μπεκ τοποθετούνται στην πολλαπλή εισαγωγής ή στην κυλινδροκεφαλή μαζί με μια ελαστική μόνωση, ώστε να αποφεύγονται τα εξης. 1)Η δημιουργία υψηλών θερμοκρασιών στο άκρο των μπεκ. 2)Η εξάτμιση του καυσίμου, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία φυσαλίδων. Τα μπεκ συνδέονται μεταξύ τους παράλληλα και τροφοδοτούνται από το διακλαδωτήρα, ώστε να ψεκάζουν σε συγκεκριμένη γωνία ψεκασμού πριν τη βαλβίδα εισαγωγής. Η διάρκεια του χρόνου ψεκασμού καθορίζεται από τον εγκέφαλο (ECU), συναρτήσει πολλών παραγόντων, ενώ ο τρόπος ψεκασμού ποικίλει. Συνήθως τα μπεκ πλευρικής ροής χρησιμοποιούνται στον μονό ψεκασμό. 23

25 Μπεκ ψυχρής εκκίνησης (σε πολλαπλό ψεκασμό ) Ο σκοπός του μπεκ ψυχρής εκκίνησης (που είναι και αυτό ένα ηλεκτρομαγνητικό μπεκ) είναι να ψεκάζει για ορισμένο χρονικό διάστημα μια πρόσθετη ποσότητα βενζίνης. Ο χρόνος ψεκασμού καθορίζεται από ένα θερμικό χρονοδιακόπτη, ανάλογα με την θερμοκρασία λειτουργίας του κινητήρα. Ο πρόσθετος αυτός ψεκασμός βενζίνης είναι απαραίτητος, γιατί η εξαερωμένη βενζίνη συμπυκνώνεται στα ψυχρά τοιχώματα και έτσι το μίγμα περιέχει λιγότερη βενζίνη από ότι όταν ο κινητήρας είναι ζεστός, με αποτέλεσμα να γίνεται μη αναφλέξιμο. Με αυτόν τον τρόπο όμως επιτυγχάνεται λεπτός ψεκασμός βενζίνης που εμπλουτίζει το μίγμα ακριβώς μετά το πάτημα της πεταλούδας γκαζιού. Στα σημερινά σύγχρονα συστήματα ψεκασμού συνήθως δεν υπάρχει το μπεκ ψυχρής εκκίνησης. Ο εμπλουτισμός γίνεται με την αύξηση του χρόνου ψεκασμού των μπεκ από τον εγκέφαλο (ECU). Επίσης δεν υπάρχει και στο μονό ψεκασμό. Ο θερμικός χρονοδιακόπτης ανοίγει ή κλείνει το κύκλωμα του μπεκ ψυχρής εκκίνησης και η λειτουργία του εξαρτάται από τη θερμοκρασία του κινητήρα. 24

26 4-4 Υποσύστημα εισαγωγής και μέτρησης αέρα Το υποσύστημα εισαγωγής αέρα είναι αυτό που επιτρέπει την εισαγωγή και τη μέτρηση της ποσότητας και της θερμοκρασίας του αέρα που εισέρχεται στους θαλάμους καύσης του κινητήρα. Αποτελείται από τα εξής κύρια μέρη : Φίλτρο αέρα Μετρητής ροής αέρα Σώμα πεταλούδας γκαζιού Βαλβίδα πρόσθετου αέρα Θάλαμος εισαγωγής αέρα Πολλαπλή εισαγωγή Στο μονό ψεκασμό, η πεταλούδα και η βαλβίδα πρόσθετης παροχής αέρα βρίσκονται ενσωματωμένα στο σώμα της μονάδας ψεκασμού. Ο μετρητής αέρα έχει ως προορισμό τη μέτρηση του εισερχόμενου αέρα στον κινητήρα. Η πληροφορία αυτή μεταφέρεται, με τη μορφή ηλεκτρικού σήματος, στον εγκέφαλο (ECU) για τον υπολογισμό της αναλογίας αέρα καυσίμου. Το σώμα της πεταλούδας του γκαζιού ψεκασμού είναι το επόμενο κατά σειρά εξάρτημα μετά από την ποσότητα του εισερχόμενου αέρα. Πολλαπλές εισαγωγής Έχει αποδειχθεί θεωρητικά και πρακτικά ότι το μήκος της πολλαπλής εισαγωγής επηρεάζει σημαντικά την απόδοση του κινητήρα. Σήμερα χρησιμοποιούνται πολλαπλές εισαγωγής αέρα με δυνατότητα να κατευθύνεται ο αέρας μέσα από πολλά κανάλια αυξάνοντάς ή μειώνοντας τη διαδρομή του και έτσι να επιτυγχάνεται αύξηση της απόδοσης του κινητήρα σε περισσότερες από μία περιοχές στροφών. Αυτό επιτυγχάνεται τοποθετώντας μέσα στην πολλαπλή, σε διάφορα σημεία, πεταλούδες (περιστροφικά διαφράγματα) τα οποία ελέγχονται από την υποπίεση του κινητήρα και την ECU. Υποσύστημα ηλεκτρονικού ελέγχου Τα κύρια μέρη του ηλεκτρονικού συστήματος ελέγχου είναι: 1)Αισθητήρες 2)Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (εγκέφαλος, ECU) 25

27 Αισθητήρες Οι παρακάτω αισθητήρες μετατρέπουν φυσικά μεγέθη σε ηλεκτρικά σήματα τα οποία διαβάζονται από τον εγκέφαλο του οχήματος: Ο αισθητήρας θερμοκρασίας εισερχόμενου αέρα μετράει τη θερμοκρασία του αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας νερού μετράει τη θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού. Ο αισθητήρας οξυγόνου (αισθητήρας λ) μετράει την ποσότητα οξυγόνου στα καυσαέρια. Ο αισθητήρας στροφών κινητήρα και άνω νεκρού σημείου (ΑΝΣ) ανιχνεύει την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα, καθώς και την τρέχουσα θέση του εμβόλου. Η τελευταία χρησιμεύει στον προσδιορισμό της γωνίας προπορείας ανάφλεξης (αβάνς). Ο αισθητήρας θερμοκρασίας καυσίμου. O αισθητήρας κρουστικής καύσης (knock sensor) παράγει σήμα ανάλογο των στιγμιαίων κραδασμών των τοιχωμάτων του κυκλινδρου. Από αυτό το σήμα, η προσδιορίζει αν συμβαίνει κρουστική καύση (αυτό που οι τεχνίτες αποκαλούν «χτυπάει πειράκια»). Ο αισθητήρας ταχύτητας οχήματος ανιχνεύει την πραγματική ταχύτητα και δίνει τις πληροφορίες στην ECU για να ελέγξει κυρίως το σύστημα διατήρησης ρελαντί, τον απαραίτητο εμπλουτισμό του μίγματος κατά την επιτάχυνση και την αναγκαία αποκοπή του καυσίμου κατά την επιβράδυνση. Ηλεκτρική μονάδα ελέγχου (ECU) Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (εγκέφαλος) του οχήματος είναι ένας υπολογιστής ο οποίος δέχεται δεδομένα από αισθητήρες και τα επεξεργάζεται για να δίνει τις εντολές που είναι απαραίτητες για τη λειτουργία του συστήματος ψεκασμού και των άλλων υποσυστημάτων του οχήματος. 26

28 5 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΥΜΑΤΟΣ FSI ΤΙΣ VW GROUP Η διαφορά του FSI από τα συμβατικά συστήματα ψεκασμού είναι ότι το καύσιμο μείγμα ψεκάζεται υπό υψηλή πίεση και με ακρίβεια απευθείας στο θάλαμο καύσης από έναν εγχυτήρα (μπεκ), o οποίος βρίσκεται μετά τη βαλβίδα εισαγωγής. Το μπεκ είναι τοποθετημένο σχεδόν στο πλάι της κυλινδροκεφαλής και ψεκάζει το καύσιμο κατά διαστήματα μικρότερα από λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου, με πίεση υψηλότερη των 110bar, δηλαδή περίπου 32 φορές μεγαλύτερη από αυτήν των συστημάτων πολλαπλών σημείων. Οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού όπως και ο FSI συνεργάζονται άψογα με την επανακυκλοφορία των καυσαερίων (EGR: Electronic Gas Recirculation). Κατά συνέπεια οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού παρουσιάζουν αρκετά σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των συμβατικών, όπως η καλύτερη και ομαλότερη απόδοση ισχύος, η καλύτερη απόκριση κατά την επιτάχυνση και το πιο σημαντικό -επιτυγχάνουν μείωση της κατανάλωσης. Επιπλέον, τα αρκετά χαμηλότερα επίπεδα εκπομπής ρύπων καθιστούν τους κινητήρες βενζίνης άμεσου ψεκασμού τους πλέον οικονομικούς και οικολογικούς, εν όψη των μελλοντικών αυστηρότερων προδιαγραφών

29 Αντλία υψηλής πίεσης Ο κινητήρας βασιζόταν στο μπλοκ του 16v κινητήρα ίδιου κυβισμού που απέδιδε 105Ps, και ήταν επίσης δεκαεξαβάλβιδος με 2ΕΕΚ. Η πίεση ψεκασμού του καυσίμου ήταν 110bar, και τα μπεκ ήταν τοποθετημένα στην πλευρά των βαλβίδων εισαγωγής, με έντονη κλίση. Δούλευε είτε με στοιχειομετρικό είτε με φτωχό μίγμα, με λόγο λ μέχρι 4. Η σχέση συμπίεσής του ήταν στο (πολύ ψηλό για την εποχή) 12,1:1. Για τη μείωση των ΝΟx η Audi βασίστηκε κατά ένα πολύ μεγάλο μέρος στην ανακυκλοφορία των καυσαερίων, εσωτερικού και εξωτερικού τύπου. Ανάλογα με τις συνθήκες, μέχρι 35% των καυσαερίων μπορούσε να αναπροωθηθεί στους θαλάμους καύσης, ρίχνοντας τη θερμοκρασία τους. Σύμφωνα με την Volkswagen-Audi, αυτό μπορούσε να επιφέρει μείωση των NOx μέχρι και 70%. Για τα υπόλοιπα NOx, φρόντιζε ο επιπλέον καταλύτης συγκράτησης. Επειδή οι καταλύτες αυτού του τύπου λειτουργούν βέλτιστα μεταξύ 250 και 500 οc, υπήρχε και ένας επιπλέον εναλλάκτης θερμότητας που έριχνε τη θερμοκρασία των καυσαερίων στα επιθυμητά επίπεδα. Η σταδιακή πρόοδος στην τεχνολογία των υλικών και η βελτίωση στην ποιότητα των καυσίμων βοήθησαν αρκετά ώστε να περιοριστούν τα φαινόμενα δηλητηρίασης των καταλυτών. Όμως, ακόμα και σε περιπτώσεις βενζίνης με μεγάλες συγκεντρώσεις θείου, ο καταλύτης μπορούσε να αναγεννηθεί με το πέρασμα σε μια ειδική κατάσταση λειτουργίας παρόμοια με την κατάσταση ταχείας προθέρμανσης καταλύτη. Σε αυτή, μια ποσότητα καυσίμου ψεκάζεται στο θάλαμο καύσης με retard, και έτσι η θερμοκρασία των καυσαερίων ανεβαίνει στο επίπεδο των 650 οc. Σε αυτή τη θερμοκρασία, τα θειικά άλατα του βαρίου που έχουν σχηματιστεί στον καταλύτη διασπώνται, τα οξείδια του θείου απελευθερώνονται και η ικανότητα κατακράτησης ΝΟx του καταλύτη επανέρχεται. Εκτός από αυξημένη ισχύ, η Volkswagen-Audi ανακοίνωνε για τον FSI μειωμένη κατανάλωση κατά 15% σε σχέση με τον αντίστοιχο κινητήρα έμμεσου ψεκασμού, και αρκετές μετρήσεις από ανεξάρτητους φορείς την επιβεβαίωσαν. Το πρώτο και κύριo πλεονέκτημα του άμεσου ψεκασμού σε σχέση με τον έμμεσο είναι ο πολύ καλύτερος διασκορπισμός του καυσίμου μέσα στο θάλαμο καύσης, που επιταχύνει την ατμοποίηση και τελικά την καύση του. Το ζητούμενο είναι να καεί η διαθέσιμη βενζίνη όσο το δυνατόν καλύτερα και αποδοτικότερα. 28

30 Στο παρελθόν αυτό επιδιωκόταν με γνώμονα την επίτευξη της μέγιστης δυνατής ισχύος από ένα κινητήρα δεδομένου κυβισμού, ενώ στις μέρες μας το βάρος φαίνεται να έχει πέσει στην αύξηση του βαθμού απόδοσης του κινητήρα, με άλλα λόγια στη μείωση της κατανάλωσης. Επιπλέον ο άμεσος ψεκασμός προσφέρει πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια στον έλεγχο της ψεκαζόμενης ποσότητας καυσίμου, καθώς η βενζίνη ψεκάζεται απευθείας στο θάλαμο καύσης και δεν υπάρχουν φαινόμενα συμπύκνωσης και συσσώρευσής της στους αυλούς εισαγωγής, στις βαλβίδες κ.λπ. Αυτή η ακρίβεια είναι απαραίτητη για τη βελτιστοποίηση της καύσης, η οποία συνεπάγεται όλα τα οφέλη που περιγράψαμε προηγουμένως. Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα αυτών των κινητήρων είναι η οικονομία τους όταν δουλεύουν με φτωχό μίγμα στα μερικά φορτία. Ένας κινητήρας άμεσου ψεκασμού μπορεί να λειτουργήσει σε απόλυτη αναλογία με έναν κινητήρα έμμεσου ψεκασμού, δηλαδή με ομοιογενές μίγμα σύστασης κοντά στη στοιχειομετρική. Για την ακρίβεια, με λ=0,85-0,95 για συνθήκες μέγιστης ισχύος, καθώς το λίγο πλούσιο μίγμα αυξάνει την ταχύτητα διάδοσης της φλόγας και το ρυθμό παραγωγής ενέργειας, και με λ=1,1-1,3 για μέγιστη οικονομία, καθώς έτσι ανεβαίνει η θερμοκρασία της καύσης και ο βαθμός απόδοσης του κινητήρα. Όμως οι σύγχρονοι κινητήρες άμεσου ψεκασμού μπορούν να λειτουργήσουν και με πολύ φτωχό μίγμα (ο λόγος λ τους μπορεί να φτάσει σε τιμές ακόμα και κοντά στο 10 όταν γενικά το μίγμα θεωρείται φτωχό με λ>1,5, και είναι πρακτικά μη αναφλέξιμο για λ>1,7-2), κάνοντας στρωματοποιημένο ψεκασμό ή στρωματοποιημένη καύση (Stratified Charge). Κινητήρες που δούλευαν με φτωχό μίγμα (lean burn engines) υπήρχαν και παλαιότερα, αλλά με τη στρωματοποιημένη καύση (στην οποία βοήθησε πολύ η σύγχρονη τεχνολογία, όπως τα ηλεκτρικά γκάζια) η λειτουργία τους έγινε πολύ πιο αποδοτική. Αλλά πώς κατάφεραν οι κατασκευαστές να κάνουν ένα κινητήρα να δουλεύει με λ=10? Το κόλπο που χρησιμοποιήθηκε ήταν η ανισομερής κατανομή του καυσίμου στο θάλαμο καύσης έτσι ώστε το μίγμα κοντά στην ακίδα του μπουζί να είναι στοιχειομετρικό (άρα να μπορεί να αναφλεγεί χωρίς πρόβλημα) και να φτωχαίνει προοδευτικά καθώς απομακρυνόμαστε από αυτή. Στην περιοχή κοντά στα τοιχώματα του κυλίνδρου, υπάρχει μόνο αέρας (ή καυσαέρια, αν γίνεται και ανακυκλοφορία καυσαερίων). Όταν το μπουζί δώσει σπινθήρα ανάβει το στοιχειομετρικό μίγμα, και μέσω της τύρβης η φλόγα μεταδίδεται και στις φτωχότερες σε καύσιμο περιοχές του θαλάμου καύσης, που θα ήταν δύσκολο (ως αδύνατο) ν αναφλεγούν με άλλο τρόπο. 29

31 Επιπλέον, η στοιβάδα με τα αδρανή αέρια κοντά στα τοιχώματα δρα ως μονωτικό, μειώνοντας τις θερμικές απώλειες και αυξάνοντας το βαθμό απόδοσης. Δουλεύοντας με φτωχό μίγμα στο ρελαντί καθώς και στις περιπτώσεις μερικού φορτίου όπου δεν απαιτείται μεγάλη ισχύς, υπάρχει μείωση της κατανάλωσης μέχρι και 40%, με τα ποσοστά 25%-30% να είναι συνηθισμένα. Εννοείται ότι αν σε κάποιο σημείο απαιτηθεί μέγιστη ισχύς, ο κινητήρας γυρίζει στην κατάσταση λειτουργίας ομοιογενούς μίγματος. Η λειτουργία στρωματοποιημένης καύσης είναι και η πιο ενδιαφέρουσα (και ίσως και η πιο περίεργη) σε ένα κινητήρα άμεσου ψεκασμού, αφού ουσιαστικά σε αυτήν ο βενζινοκινητήρας μοιάζει σε κάποια σημεία στη λειτουργία του με diesel. Ένα άλλο πλεονέκτημα των κινητήρων άμεσου ψεκασμού είναι η ανθεκτικότητά τους στο φαινόμενο της προανάφλεξης (πειράκια), είτε δουλεύουν με φτωχό μίγμα είτε με στοιχειομετρικό. Αυτός είναι εξάλλου και ένας από τους λόγους που επιτρέπουν την αύξηση της σχέσης συμπίεσης των βενζινοκινητήρων άμεσου ψεκασμού, η οποία βοηθά στην αύξηση του θερμοδυναμικού βαθμού απόδοσης του κινητήρα άρα πάλι στη μείωση της κατανάλωσης. Ομοίως, με μειωμένο τον κίνδυνο προανάφλεξης, η ECU του κινητήρα έχει την ελευθερία να δώσει μεγαλύτερη προπορεία στην ανάφλεξη (αβάνς), ενέργεια που επίσης ωφελεί την απόδοση. Όμως γιατί οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού είναι πιο ανθεκτικοί στα πειράκια? Όπως ξέρουμε, μια από τις γενεσιουργούς αιτίες της προανάφλεξης είναι η θέρμανση του καυσίμου μίγματος κατά τη φάση της συμπίεσης, η οποία και οδηγεί στην αυτόματη ανάφλεξή του, χωρίς τη σπίθα του μπουζί. Συνεπώς, για να ανασχέσουμε το φαινόμενο χρειάζεται να ψύξουμε το θάλαμο καύσης: αυτό ακριβώς γίνεται στους κινητήρες άμεσου ψεκασμού. Διακρίνουμε δυο διαφορετικές περιπτώσεις, ανάλογα αν ο κινητήρας λειτουργεί με φτωχό ή με στοιχειομετρικό μίγμα. 30

32 Αν ο κινητήρας δουλεύει με φτωχό μίγμα, τότε είναι πρακτικά αδύνατο να χτυπήσει πειράκια, καθώς το καύσιμο ψεκάζεται αργά στη φάση της συμπίεσης και το μπουζί δίνει σπίθα σχεδόν αμέσως μετά τον ψεκασμό. Ο κινητήρας σε όλη σχεδόν τη φάση της συμπίεσης συμπιέζει ουσιαστικά αέρα ή/ και καυσαέρια, που είναι μη αναφλέξιμα. Όταν ψεκάζεται το καύσιμο, δημιουργείται μια ισχυρή ψύξη στην περιοχή στοιχειομετρικού μίγματος γύρω από το μπουζί, η οποία αποτρέπει τον κίνδυνο τοπικής προανάφλεξης -όπως είπαμε η περιοχή πέρα από την ακίδα του μπουζί περιέχει τόσο φτωχό μίγμα, το οποίο είναι πρακτικά αδύνατο να αυταναφλεγεί. Όσον αφορά την αντοχή στην προανάφλεξη, όφελος υπάρχει και κατά τη λειτουργία με στοιχειομετρικό μίγμα, λόγω της απορρόφησης θερμότητας από το θάλαμο καύσης κατά τον ψεκασμό και την ατμοποίηση του καυσίμου. Παρόμοιο φαινόμενο υπάρχει και στους κινητήρες έμμεσου ψεκασμού, αλλά σε πολύ μικρότερη κλίμακα: καθώς το καύσιμο ψεκάζεται στους αυλούς της εισαγωγής, απορροφά θερμότητα και από εκεί, με αποτέλεσμα η συνολική ψύξη του θαλάμου καύσης (που μας ενδιαφέρει) να είναι λιγότερη. Στον κινητήρα FSI, σε λειτουργία με μικρά φορτία η πεταλούδα μειώνει την παροχή του αέρα, κατευθύνοντας το πλουσιότερο μείγμα κάτω από τον σπινθηριστή ενώ στις υψηλές στροφές η κλίση της πεταλούδας επιτρέπει την πλήρη παροχή του αέρα, λίγο πρίν από τη συμπίεση. 31

33 6 Υγραεριοκίνηση και αρχή λειτουργίας της. Το υγραέριο, το οποίο ονομάζεται διεθνώς και LPG (Liquified Petroleum Gas) είναι ένα μίγμα υδρογονανθράκων της σειράς των παραφινών που αποτελείται κυρίως από το προπάνιο C3H8 και βουτάνιο C4H12. Το προπάνιο και το βουτάνιο κατά την χημική τους σύνθεση περιέχουν πάντα και ένα ποσοστό ακαθαρσιών που προέρχονται από άλλους υδρογονάνθρακες, κυρίως προπυλένιο και βουτυλαίνιο. Στην ατμοσφαιρική πίεση το προπάνιο βράζει στους -42οC και το βουτάνιο στους -5οC. Σε θερμοκρασίες κάτω από τους -42οC για το προπάνιο και -5οC για το βουτάνιο, βρίσκονται οι εν λόγω υδρογονάνθρακες σε υγρή φάση και εξατμίζονται σιγά σιγά, λαμβάνοντας θερμότητα από το δοχείο που περιέχονται. Κατά την εξάτμιση αυτή, ο όγκος τους μεγαλώνει περίπου 250 φορές, γι αυτό και το υγραέριο που είναι μίγμα αυτών αποθηκεύεται σε υγρή φάση, σε πίεση 6atm. Το ρεζερβουάρ υγραερίου στην ουσία είναι πιεστικά δοχεία κυλινδρικής μορφής με σφαιρικά άκρα. Βάρος και κατανάλωση.ένα λίτρο υγρό υγραέριο ζυγίζει περίπου 520 γραμμάρια σε θερμοκρασία 15οC ενώ ένα λίτρο βενζίνης στην ίδια θερμοκρασία ζυγίζει 720 γραμμάρια. Η κατώτατη θερμογόνος δύναμη (δηλαδή πόσες θερμίδες αποδίδονται από την πλήρη καύση ενός χιλιόγραμμου καυσίμου) για το υγραέριο είναι περίπου kcal/kg, ενώ για την βενζίνη περίπου kcal/kg. Θεωρητικά προκύπτει ότι όταν χρησιμοποιείται υγραέριο η κατανάλωση είναι 35% περισσότερο απ ότι όταν χρησιμοποιείται βενζίνη για το ίδιο έργο. Στην πράξη όμως αυτό είναι μόνο 10% - 20% περισσότερο (15% κατά μέσο όρο). Αυτό οφείλεται στο ότι το υγραέριο απαιτεί για την πλήρη καύση του περισσότερο αέρα από την βενζίνη. Ποιότητα καύσης. Ένα πλεονέκτημα που έχουν τα αέρια καύσιμα ως προς την βενζίνη, είναι ο μεγαλύτερος αριθμός οκτανίων που διαθέτουν και έτσι δεν έχουν ανάγκη από πρόσθεση ειδικών πρόσθετων για καλυτέρευση της καύσης. Όλοι οι υδρογονάνθρακες μεμονωμένοι ή μικτοί της σειράς της παραφίνης (κεκορεσμένοι υδρογονάνθρακες), υπερβαίνουν πάντοτε την τιμή των 100 οκτανίων. Η ποιότητα αυτή του καυσίμου επιτρέπει την χρήση του υγραερίου σε κινητήρες υψηλής συμπίεσης, με αποτέλεσμα αυξημένη απόδοση επί ίσου κυβισμού. Στην πράξη όμως η ποιότητα αυτή του υγραερίου δεν εκμεταλλεύεται τελείως από τις μηχανές των σημερινών οχημάτων που είναι κατασκευασμένες για καύση βενζίνης, δηλαδή μηχανές υψηλής συμπίεσης με ειδική σχεδίαση της πολλαπλής εισαγωγής. 32

34 Παρόλα αυτά η χρήση του υγραερίου προσφέρει πάρα πολλά πλεονεκτήματα,όπως: 1) Τέλεια καύση χωρίς καπνό, ένεκα της οποίας δεν παραμένουν επικαλύψεις απανθράκωσης ή άλλης φύσης στους θαλάμους καύσης. 2) Αποφυγή διάβρωσης που προκαλούν τα πρόσθετα για την καλυτέρευση των χαρακτηριστικών της βενζίνης (π.χ. τετρααιθυλιούχος μόλυβδος). 3) Η χρήση υγραερίου επιτρέπει μια τέλεια και ολοκληρωμένη ανάμιξη με τον αέρα, δίχως να ληφθούν ιδιαίτερα μέσα σε όλες τις θερμοκρασίες του περιβάλλοντος, γιατί πρόκειται περί ανάμιξης δύο αερίων, αέρα και υγραερίου και όχι ενός αερίου και ενός υγρού, δηλαδή αέρα και βενζίνης, γεγονός που στις χαμηλές θερμοκρασίες παρουσιάζει δυσκολία. 4) Επίσης η χρήση υγραερίου προκαλεί μικρότερη ρύπανση των λιπαντικών ορυκτελαίων, γεγονός που οφείλεται στο ίδιο το καύσιμο (υγραέριο) και στην έλλειψη προσθέτων (μόλυβδος). 6.1 Κύρια μέρη της εγκατάστασης υγραερίου στο αυτοκίνητο. 1) Την δεξαμενή υγραερίου. Το υγραέριο αποθηκεύεται στο αυτοκίνητο, μέσα σε μια ειδική κυλινδρική δεξαμενή, που αποτελεί πιεστικό δοχείο. Κατασκευάζεται σε διάφορα μεγέθη περιεκτικότητας από 20 έως 80 λίτρα σε υγραέριο. Τα υλικά κατασκευής, η σχεδίαση, ο τρόπος συγκόλλησης και η διαδικασία ελέγχου των δεξαμενών αυτών ελέγχονται από το εκάστοτε αρμόδιο Υπουργείο. Ο έλεγχος αντοχής σε πίεση γίνεται σε πίεση 25% μεγαλύτερη από την μεγαλύτερη πίεση λειτουργίας. Τοποθετείται συνήθως στο πίσω μέρος του αμαξώματος του αυτοκινήτου. Η έδραση της δεξαμενής γίνεται πάνω σε στρώμα ελαστικού, κετσέ δέρματος ή άλλου εύκαμπτου υλικού και σε απόσταση όχι μικρότερη από 30 εκατοστά από την εξάτμιση του αυτοκινήτου. Η τοποθέτηση της δεξαμενής στο πορτπαγκάζ του αυτοκινήτου επιτρέπεται όταν δεν υπάρχει επικοινωνία μεταξύ του χώρου των επιβατών και του πορτπαγκάζ και επίσης απαγορεύεται η τοποθέτηση στον ίδιο χώρο οποιασδήποτε συσκευής που μπορεί να προκαλέσει σπινθήρα. 33

35 2) Βαλβίδα πλήρωσης και παροχής. Αυτό είναι ένα σύνθετο εξάρτημα, το οποίο τοποθετείται επί της δεξαμενής υγραερίου. Αποτελείται από τις πιο κάτω επιμέρους βαλβίδες και μηχανισμούς, που εξασφαλίζουν την ασφαλή πλήρωση της δεξαμενής και την ασφαλή παροχή από την δεξαμενή προς το υπόλοιπο κύκλωμα του υγραερίου. Η βαλβίδα πλήρωσης και παροχής αποτελείται: α) Από μια ειδική βαλβίδα, που διακόπτει αυτόματα την είσοδο του υγρού, όταν αυτό φτάσει στο ανώτατο όριο πλήρωσης του 80% της ολικής χωρητικότητας της δεξαμενής. β) Από μια αντεπίστροφη βαλβίδα, που εμποδίζει την ροή του υγρού από το εσωτερικό της δεξαμενής προς τον σωλήνα πλήρωσης. γ) Από ένα κρουνό χειροκίνητο, που μπορεί να διακόψει την παραλαβή του υγραερίου. δ) Από έναν αντλητικό σωλήνα εντός της δεξαμενής, που περιέχει βαλβίδα διακοπής της ροής του υγραερίου, όταν αυξηθεί απότομα η ροή προς το σύστημα. ε) Από ένα χειροκίνητο κρουνό, που μπορεί να διακόψει την έξοδο του υγραερίου προς το υπόλοιπο κύκλωμα. στ) Από ένα δείκτη στάθμης, που δείχνει την επί τοις εκατό περιεκτικότητα της δεξαμενής σε υγραέριο. 34

36 3) Βαλβίδα ασφαλείας. Η βαλβίδα αυτή έχει προορισμό να εκτονώνει το υγραέριο σε περίπτωση υπερθέρμανσης της δεξαμενής. Η βαλβίδα αυτή τοποθετείται συνήθως μεταξύ της βαλβίδας πλήρωσης και παροχής και της φλάντζας της δεξαμενής. Η βαλβίδα αυτή ενεργοποιείται όταν η πίεση του υγραερίου φτάνει τα 26 έως 28 bar. Η βαλβίδα αυτή συνήθως φέρει ενσωματωμένη και μια βαλβίδα ελέγχου ανώτατης στάθμης. 35

37 5) Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα βενζίνης. Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ή δικλείδα βενζίνης τοποθετείται στο σωλήνα της βενζίνης μεταξύ της αντλίας βενζίνης και του καρμπυρατέρ. Προορισμός της είναι να διακόπτει την παροχή βενζίνης, όταν ο κινητήρας λειτουργεί με υγραέριο. Η βαλβίδα είναι κανονικά κλειστή, όταν όμως περάσει ρεύμα ανοίγει την παροχή της βενζίνης 6) Υποβιβαστής πίεσης (πνεύμονας). Ο υποβιβαστής πίεσης ονομάζεται και ρυθμιστής πίεσης και πνεύμονας. Αυτός είναι το κυριότερο εξάρτημα στην εγκατάσταση της υγραεροκίνησης. Τοποθετείται στη γραμμή του υγραερίου μεταξύ της δεξαμενής υγραερίου και του καρμπυρατέρ μετά την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Προορισμός είναι: α) Να μετατρέπει το υγραέριο από υγρό σε αέριο (ατμοποίηση του υγραερίου). β) Να μειώνει την ασταθή λόγω θερμοκρασίας πίεση που έχει το υγραέριο μέσα στην δεξαμενή σε μια σταθερή εντός προρυθμισμένων ορίων πίεση. γ) Να παρέχει την ακριβώς απαιτούμενη για την καύση ποσότητα υγραερίου στο καρμπυρατέρ, ανάλογα με τις απαιτήσεις του κινητήρα (πάτημα του πεντάλ γκαζιού). Οι δύο πρώτες ενέργειες επιτυγχάνονται στο πρώτο τμήμα του πνεύμονα εκτός από τις αερόψυκτες μηχανές, όπου η ατμοποίηση του υγραερίου λαμβάνει χώρα σε ένα ειδικό σωλήνα εξάτμισης. Ο πνεύμονας αποτελείται από τα παρακάτω επί μέρους εξαρτήματα: α) Έναν υποβιβαστή υψηλής πίεσης ενεργοποιημένο από ελατήρια που μειώνει την πίεση της δεξαμενής σε 1,5 ατμόσφαιρες (KP / cm2). β) Έναν υποβιβαστή μέσης πίεσης ενεργοποιημένο από ελατήριο που μειώνει την πίεση του υγραερίου από 1,5 σε 0,6 ατμόσφαιρες περίπου. γ) Έναν υποβιβαστή χαμηλής πίεσης που τροφοδοτεί τον κινητήρα ανάλογα με την αναρρόφηση των κυλίνδρων, στέλνοντας στον μείκτη αέρα καυσίμου 36

38 τέτοια ποσότητα υγραερίου, ώστε να υπάρχει σταθερή αναλογία αέρα υγραερίου για όλα τα φορτία του κινητήρα. Ενεργοποιείται και αυτός από ελατήριο και την υποπίεση της πολλαπλής εισαγωγής. δ) Ένα εγχυτήρα που παρέχει μια πρόσθετη ποσότητα υγραερίου, σε έκτατες ανάγκες του κινητήρα (σύστημα επιτάχυνσης). ε) Ένα μηχανισμό ευαισθησίας παροχής υγραερίου, να δίδει δυνατότητα στο πνεύμονα να ανταποκρίνεται στις πιο μικρές αλλαγές του απαιτούμενου καυσίμου εκ μέρους της μηχανής. στ) Μια βαλβίδα ασφαλείας στο θάλαμο υψηλής πίεσης για να αποφευχθεί ο κίνδυνος θραύσης της μεμβράνης του εξαρτήματος ή της έκρηξης του πνεύμονα. ζ) Μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα μεταξύ μεσαίας και χαμηλής πίεσης που διευκολύνει την εκκίνηση του κινητήρα όταν ο κινητήρας είναι κρύος. η) Ένα θάλαμο κυκλοφορίας θερμού νερού του κινητήρα που δίδει στο υγραέριο τη κατάλληλη ποσότητα λανθάνουσας θερμότητας για την εξάτμιση του υγρού. θ) Ένα μηχανισμό ρύθμισης της ευαισθησίας του θαλάμου χαμηλής πίεσης. autogaz.gr 37

39 8) Αναμείκτης υγραερίου αέρα. Ο αναμείκτης είναι ένα εξάρτημα που τοποθετείται στο καρμπυρατέρ του αυτοκινήτου και ο σκοπός του είναι να αναμειγνύει σε σωστή αναλογία τον αέρα της καύσης με το υγραέριο. Σ αυτόν καταλήγει ο σωλήνας εξόδου του υγραερίου από τον πνεύμονα και ανάλογα με τον τύπο του καρμπυρατέρ μπορεί να τοποθετηθεί στο σώμα του καρμπυρατέρ στο σημείο στένωσης της διατομής (βεντούρι) μεταξύ φίλτρου αέρα αλλά και γενικά σε οποιαδήποτε θέση εισόδου του αέρα. 9) Ηλεκτρική εγκατάσταση υγραεριοκίνησης. Σκοπός αυτής της εγκατάστασης είναι η εξασφάλιση της λειτουργίας των ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων, δια μέσου του διακόπτη, που βρίσκεται στο ταμπλό του αυτοκινήτου. Εδώ θα πρέπει να τονιστεί ότι: α) Η λήψη του ρεύματος προς οποιαδήποτε ηλεκτροβαλβίδα πρέπει να γίνεται μετά το διακόπτη ανάφλεξης, ώστε να μην υπάρχει περίπτωση να μείνει ανοιχτή οποιαδήποτε από τις 3 ηλεκτροβαλβίδες με σβηστό κινητήρα. β) Η σύνδεση των καλωδίων με τους ακροδέκτες των ηλεκτροβαλβίδων γίνεται σταθερά (κασσιτεροκόλληση) και μονώνεται σωστά (μονωτική ταινία). 38

40 10) Σωληνώσεις εγκατάστασης υγραεριοκίνησης. Το τμήμα του σωλήνα από την πλήρωση της δεξαμενής μέχρι και τον πνεύμονα, λειτουργεί υπό πίεση και είναι κατασκευασμένος με σωλήνες χαλύβδινες ή χάλκινες. Διακρίνονται σε δύο κυκλώματα, τις σωληνώσεις χαμηλής πίεσης και τις σωληνώσεις υψηλής πίεσης. Οι σωληνώσεις υψηλής πίεσης πρέπει να πληρούν τα παρακάτω: α) Να είναι τοποθετημένες εκτός του χώρου των επιβατών και ο σωλήνας που τροφοδοτεί τον πνεύμονα να ακολουθεί το συντομότερο δρόμο. β) Να είναι τοποθετημένες κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να μην υπόκεινται σε κραδασμούς. γ) Να είναι προστατευμένες από χτυπήματα. δ) Να είναι προσιτές για τυχόν δοκιμή και συντήρηση. ε) Να είναι προστατευμένες από την τριβή στα σημεία που διέρχονται δια μέσου χαλύβδινης λαμαρίνας ή άλλου μετάλλου. Οι σωληνώσεις χαμηλής πίεσης συνδέουν τον πνεύμονα με τον αναμεικτήρα, αποτελούνται από εύκαμπτο ανθεκτικό σωλήνα, που εξωτερικά φέρει ενίσχυση από μεταλλικό πλέγμα. 39

41 11) Δοχείο ασφάλειας διαρροών των βαλβίδων πλήρωσης και παροχής. Προορισμός του είναι να εμποδίζει τη διαρροή υγραερίου από τις βαλβίδες της δεξαμενής προς τον εσωτερικό χώρο. Το δοχείο ασφάλειας διαρροών των βαλβίδων αυτών τοποθετείται επί της δεξαμενής υγραερίου στην φλάντζα της δεξαμενής. Η στεγανότητα μεταξύ του δοχείου εγκιβωτισμού της δεξαμενής εξασφαλίζεται από ελαστικό δακτύλιο O RING. Ο αερισμός του δοχείου εσωτερικά επιτυγχάνεται μέσω εύκαμπτων πλαστικών σωλήνων, που συνδέουν το δοχείο με τα φτερά του οχήματος. 40

42 7 ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Ο πετρελαιοκινητήρας (ή κινητήρας DIESEL) είναι ένας παλινδρομικός κινητήρας εσωτερικής καύσης, στον οποίο το καύσιμο μείγμα σχηματίζεται μέσα στονθάλαμο καύσης. Στους βενζινοκινητήρες: το καύσιμο μείγμα σχηματίζεται έξω από τους θαλάμους καύσης και πριν τις βαλβίδες εισαγωγής. Στους πετρελαιοκινητήρες: η ανάμειξη του αέρα και του καυσίμου γίνεται μέσα στους κυλίνδρους. Λίγο πριν το έμβολο φτάσει στο άνω νεκρό σημείο. Επίσης, στους βενζινοκινητήρες ο έλεγχος του φορτίου του κινητήρα επιτυγχάνεται με την συνολική ποσότητα του μείγματος αέρα-καυσίμου που ψεκάζεται ενώ στους πετρελαιοκινητήρες ο έλεγχος του φορτίου του κινητήρα επιτυγχάνεται μόνο με την αύξηση ή μόνο με την μείωση της ποσότητας του καυσίμου που ψεκάζεται. Το καύσιμο που ψεκάζεται στους θαλάμους έχει μορφή σταγονιδίων διαστάσεων της τάξης των 5-40 μικρόμετρα. Σταγονίδια που έχουν μεγαλύτερες διαστάσεις, επιμηκύνουν την διαδικασία της καύσης και προκαλούν σχηματισμό της αιθάλης. Η ποσότητα του καυσίμου που ψεκάζεται από την αντλία ρυθμίζεται από το πάτημα του πεντάλ του γκαζιού. Η έναρξη της καύσης καθορίζεται από την αντλία ψεκασμού και αντιστοιχεί στην ανάφλεξη μέσω των μπουζί (βενζινοκινητήρες). Η ρύθμιση της προπορείας (δηλαδή η χρονική στιγμή της ανάφλεξης) πρέπει να γίνεται με πολύ μεγάλη ακρίβεια από τις αντλίες καυσίμου. 41

43 7.1 ΑΝΤΛΙΕΣ ΨΕΚΑΣΜΟΥ Οι αντλίες ψεκασμού διακρίνονται σε παλινδρομικές και περιστροφικές. Οέλεγχος των αντλιών μπορεί να γίνεται μηχανικά ή ηλεκτρονικά. Οι περιστροφικές αντλίες πετρελαίου χρησιμοποιούνται σε μικρούς κινητήρες DIESEL επιβατικών αυτοκινήτων με κυβισμό μέχρι 2.5 λίτρα και μέχρι 6 κυλίνδρους. Χρησιμοποιούνται επίσης και σε μικρά φορτηγά, μικρά τρακτέρ ή πετρελαιοκινητήρες σταθερής χρήσης. Οι περιστροφικές αντλίες διανέμουν το καύσιμο μέσω ενός εξαρτήματος υψηλής πίεσης προς όλους τους κυλίνδρους. Το καύσιμο από το ρεζερβουάρ περνάει μέσα από το φίλτρο καυσίμου και αναρροφάται από την αντλία χαμηλής πίεσης που είναι ενσωματωμένη στην περιστροφική αντλία και έχει προορισμό τα μπεκ. Το πλεονάζον καύσιμο επιστρέφει στο ρεζερβουάρ. Η περιστροφική αντλία, διαθέτει ένα έμβολο, με το οποίο τροφοδοτεί με καύσιμο όλους τους κυλίνδρους. Το έμβολο αυτό κινείται παλινδρομικά και ταυτόχρονα περιστρέφεται ώστε να διανέμει καύσιμο σε κάθε ένα κύλινδρο από ξεχωριστές εξόδους. Το έμβολο αυτό κάνει τόσες διαδρομές σε κάθε περιστροφή όσοι είναι και οι κύλινδροι του κινητήρα. Το έμβολο είναι συνδεδεμένο σταθερά με μια έκκεντρη πλάκα που περιστρέφεται από τον άξονα κίνησης της περιστροφικής αντλίας. Στην κάτω πλευρά της έκκεντρης πλάκας υπάρχουν έκκεντρα που ολισθαίνουν πάνω σε τριβείς. Έτσι με το σύστημα αυτό της αντλίας εξασφαλίζεται η ταυτόχρονη παροχή και διανομή του καυσίμου. Ένας ενεργός δακτύλιος ελέγχου είναι αυτός που καθορίζει την ποσότητα του καυσίμου που ψεκάζεται. Ο δακτύλιος αυτός συνδέεται με τους μοχλούς του ρυθμιστή στροφών μέσω ενός σφαιρικού πείρου με αποτέλεσμα η παροχή να εξαρτάται έμμεσα και από τον αριθμό των στροφών του κινητήρα. 7.2 ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΓΧΥΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΜΕ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΑΝΤΛΙΑ Τα συστήματα έγχυσης πετρελαίου με περιστροφική αντλία αποτελούνται. Απο την περιστροφική αντλία. Το φίλτρο καυσίμου. Τις σωληνώσεις μεταφοράς καυσίμου Τα μπέκ με την βάση στήριξής τους. Το φίλτρο (κατασκευασμένο από πορώδες υλικό) απαιτείται στις αντλίες αυτές επειδή αποτελούνται από εξαρτήματα υψηλής ακριβείας και είναι κατασκευασμένες με πολύ μικρές ανοχές. 42

44 Καθαρίζει έτσι το πετρέλαιο, το οποίο χρησιμοποιείται για την λίπανση και την ψύξη της αντλίας και περιλούζει για το σκοπό αυτό όλα τα εξαρτήματά της. Υγρασία και μικρές ποσότητες; νερού βρίσκονται πάντοτε στα ρεζερβουάρ των αυτοκινήτων. Προέρχονται από την συμπύκνωση των υδρατμών που επικάθονται στα τοιχώματά τους. Το νερό επειδή είναι βαρύτερο από το πετρέλαιο ή την βενζίνη, καταλήγει στον πυθμένα της δεξαμενής. Για να απομακρύνουμε την υγρασία αυτή χρησιμοποιούμε υδατοπαγίδες που τοποθετούνται στο κύκλωμα παροχής καυσίμου. 7.3 ΜΕΡΗ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗΣ ΑΝΤΛΙΑΣ Η περιστροφική αντλία αποτελείται από: Τον κινητήριο άξονα (ΚΑ) Την πτερωτή αντλία τροφοδοσίας (ΠΑ) Το παλινδρομικό σύστημα περιστροφής για την κίνηση του εμβόλου (δίσκος με κάμες) (_Κ) Το έμβολο υψηλής πίεσης (ΕΥ) Το σύστημα μοχλών που ρυθμίζει την ποσότητα του καυσίμου (ΣΜ) Τον φυγοκεντρικό ρυθμιστή στροφών (ΦΣ) Το υδραυλικό ρυθμιστή της αρχικής έγχυσης (ΥΑ) Πρόσθετα ρυθμιστικά συστήματα Σε χαμηλή πίεση, η αντλία τροφοδοσίας αναρροφά καύσιμο από το ρεζερβουάρ με την βοήθεια της πτερωτής της (ΠΑ). Με το καύσιμο αυτό τροφοδοτεί με σταθερή ποσότητα καυσίμου το τμήμα της υψηλής πίεσης της αντλίας. Όσο πετρέλαιο δεν χρησιμοποιείται επιστρέφει μέσω βαλβίδας bypass στο ρεζερβουάρ. Υπάρχει και μια δεύτερη βαλβίδα η οποία διατηρεί σταθερή την εσωτερική πίεση στην ίδια την αντλία, ανεξάρτητα από τις στροφές. Σε υψηλή πίεση, το πετρέλαιο περνάει από μια τρύπα (οπή εκτόνωσης ) στο χώρο υψηλής πίεσης. Το έμβολο της αντλίας περιστρέφεται από τον άξονα (ΚΑ) και ταυτόχρονα παλινδρομεί. Μαζί με την περιστροφή του εμβόλου, περιστρέφεται και ο δίσκος με τις κάμες (_Κ), οι οποίες εφάπτονται στον δακτύλιο. Η κίνηση της 43

45 κάμας πάνω στον δακτύλιο προκαλεί την παλινδρομική κίνηση η οποία με την σειρά της δημιουργεί την υψηλή πίεση. Όπως περιστρέφεται το έμβολο ελευθερώνει τη μια μετά την άλλη τις εξόδους υψηλής πίεσης προς τους κυλίνδρους. Όταν επιτευχθεί η οριακή πίεση, τότε ανοίγει η βαλβίδα υψηλής πίεσης (ΕΥ) και το καύσιμο μεταφέρεται στο κατάλληλο μπεκ. Το υδραυλικό ρυθμιστικό στοιχείο αντιστοιχεί στα κλασσικά συστήματα αβάνς. Με την διάταξη αυτή καθορίζεται δηλαδή η ακριβής στιγμή έγχυσης του καυσίμου στους κυλίνδρους. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την περιστροφή του δακτυλίου μέσω του υδραυλικού εμβόλου (ΕΥ). Όταν ο δακτύλιος περιστραφεί τότε οι τροχίσκοι του δακτυλίου εφάπτονται με τις κάμες τους δίσκου και το αποτέλεσμα είναι το έμβολο να αναπτύσσει υψηλή πίεση ψεκασμού. Ο ρυθμιστής στροφών είναι ένας φυγόκεντρος ρυθμιστής που έχει την δυνατότητα ελέγχου: Των στροφών του ρελαντί (τα αντίβαρα μετακινούν μέσω του πείρου και των μοχλών το δακτυλίδι προς αριστερά έτσι ώστε να μειωθεί ο χρόνος που απαιτείται μέχρι η οπή εκτόνωσης να αποκαλυφθεί) Των μεσαίων στροφών (το δαχτυλίδι μετακινείται μόνο από τον μοχλό) Των ανωτάτων στροφών (κόφτης) (Με την περαιτέρω αύξηση των στροφών τα δύο ελατήρια συμπιέζονται μέχρι τέλους και τα αντίβαρα μετακινούν τον μοχλό με τρόπο ώστε το δακτυλίδι να κινείται προς αριστερά μειώνοντας την ποσότητα ψεκασμού) 44

46 7.4 ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΩΝ ΑΝΤΛΙΩΝ Οι περιστροφικές αντλίες έχουν τις ακόλουθες βοηθητικές διατάξεις: Θετικός έλεγχος ροπής (χρησιμοποιείται για μείωση της ποσότητας ψεκασμού στις υψηλές στροφές) Αρνητικός έλεγχος ροπής (Χρησιμοποιείται σε κινητήρες turbo για βελτίωση της σύνθεσης του μείγματος καύσης) Ψυχρή εκκίνηση (έναρξη του ψεκασμού νωρίτερα με ένα εξάρτημα που λειτουργεί αυτόματα μέσω αισθητήρα θερμοκρασίας ψυκτικού υγρού) Αύξηση των στροφών ρελαντί (Γίνεται μέσω ρυθμιστικού στοιχείου) Διακοπή λειτουργίας κινητήρα (διακόπτεται η δίοδος του πετρελαίου προς τον χώρο υψηλής πίεσης και άρα σταματά η παροχή καυσίμου και σβήνει ο κινητήρας) αντιστάθμιση πίεσης πολλαπλής εισαγωγής (ρυθμίζει την ποσότητα καυσίμου σε κινητήρες turbo σε σχέση με την πίεση υπερπλήρωσης) αντιστάθμιση ατμοσφαιρικής πίεσης (συσκευή τέτοια ώστε η κίνηση του οχήματος σε βουνά και μεγάλα υψόμετρα να μη δημιουργεί προβλήματα) Αντιστάθμιση φορτίου κινητήρα ( υδραυλική διάταξη που μετακινεί χρονικά την έναρξη του ψεκασμού σε σχέση με το στιγμιαίο φορτίο του κινητήρα). 7.5 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ Οι ηλεκτρονικές περιστροφικές αντλίες είναι αντλίες που στη βασική τους δομή δεν διαφέρουν απο τις μηχανικές, ενώ τα ρυθμιστικά εξαρτήματα είναι ηλεκτρικά και ενεργοποιούνται μέσω αισθητήρων και ηλεκτρονικών μονάδων. Τα συστήματα αυτά χαρακτηρίζονται ως αντλίες πετρελαίου με ηλεκτρονικό έλεγχο λειτουργίας (EDC- Electronic Diesel Control). Πλεονέκτημα του ηλεκτρονικού συστήματος ελέγχου έναντι των μηχανικών συστημάτων, αποτελεί η δυνατότητα σύνδεσης με ένα μεγάλο αριθμό ηλεκτρονικών συστημάτων ελέγχου. Έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μεγάλη γκάμα δυνατοτήτων και ρύθμιση παραμέτρων που με τα μηχανικά είναι αδύνατο. Ενσωματώνονται στο σύστημα λειτουργίες δηλαδή όπως το σύστημα αυτόματου ελέγχου ταχύτητας, η αύξηση των στροφών του ρελαντί όταν λειτούργει ο κλιματισμός κ.τ.λ. Οι επιπλέον δυνατότητες των περιστροφικών αντλιών με ηλεκτρονικό έλεγχο είναι: Ηλεκτρονικός έλεγχος της θερμοκρασίας, προκειμένου να καθοριστούν ηποσότητα του ψεκαζόμενου καυσίμου και ο περιορισμός της ποσότηταςεκκίνησης (αντικαθιστά τον φυγόκεντρο ρυθμιστή ποσότητας καυσίμουτων μηχανικών συστημάτων) Έλεγχος ρελαντί ανεξάρτητα από το εκάστοτε φορτίο Ηλεκτρονικός έλεγχος αρχής ψεκασμού (αντιστοιχεί στα συστήματα αβανς και λειτουργεί παρόμοια με την υδραυλική διάταξη χρονισμού) Έλεγχος ταχύτητας οχήματος Έλεγχος ανακύκλωσης καυσαερίων (με μια βαλβίδα που ενεργοποιείται 45

47 ηλεκτρικά και ελευθερώνει την κατάλληλη στιγμή το άνοιγμα ενός αγωγού από την εξάτμιση προς την πολλαπλής εισαγωγής) Ηλεκτρονικό πεντάλ γκαζιού, χωρίς μηχανικά μέρη μετάδοσης της κίνησης του. Δυνατότητα ηλεκτρονικής διάγνωσης βλαβών (κύκλωμα αναγνωρίζει τις βλάβες και τις καταγράφει στον εγκέφαλο) Τα συστήματα EDC αποτελούνται από τρία υποσυστήματα: Τους αισθητήρες Τη μονάδα ελέγχου (ηλεκτρονικός εγκέφαλος) Τους ενεργοποιητές (ρυθμιστικά εξαρτήματα) O εγκέφαλος βρίσκεται στον χώρο των επιβατών και η λειτουργία του είναι να ενημερώνεται για το φορτίο του κινητήρα, τον αριθμό στροφών, την θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού, το υψόμετρο και να δίνει εντολές στους ενεργοποιητές, οι οποίοι με την σειρά τους προβαίνουν στις διάφορες απαραίτητες ρυθμίσεις, προκειμένου να εξασφαλιστεί η βέλτιστη λειτουργία της Ντιζελομηχανής. Από την χρονική στιγμή έναρξης ψεκασμού εξαρτώνται η ομαλή λειτουργία του κινητήρα, ο θόρυβος του κινητήρα, η κατανάλωση καυσίμου και η δημιουργία καπνού. Επομένως είναι απαραίτητο να δίνεται συνεχώς στον ηλεκτρονικό εγκέφαλο σήμα που να καθορίζει με ακρίβεια την στιγμή έναρξης του ψεκασμού. Το σήμα αυτό δίνεται από ένα αισθητήρα που βρίσκεται μέσα στο μπεκ και αναγνωρίζει την κίνηση της βελόνας του. Η περιστροφική αντλία με ακτινωτή διάταξη, είναι μια αντλία με ηλεκτρονικό έλεγχο λειτουργίας και δυνατότητα δημιουργίας πιέσεων ψεκασμού μέχρι 1600 BAR. Στα συστήματα αυτά αντί για κεντρικό έμβολο υπάρχουν ζεύγη εμβόλων υψηλής πίεσης σε ακτινωτή διάταξη. Περιέχει και μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα η οποία ρυθμίζει τόσο την πλήρωση των κυλίνδρων όσο και την αρχή του ψεκασμού. Ο δακτύλιος σε αυτά τα συστήματα δεν έχει μορφή δίσκου αλλά δακτυλιδιού και _ΕΝ περιστρέφεται αλλά είναι σταθερός. Στις καμπύλες του δακτυλίου ολισθαίνουν τροχίσκοι που βρίσκονται στα άκρα των εμβόλων και περιστρέφονται μαζί με τον άξονα (συμπιέζοντας το καύσιμο και το οδηγούν στα μπεκ). 8. ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ COMMON-RAIL Το σύστημα Common-Rail, μοιάζει με τον ψεκασμό 4ων σημείων που συνανστάται σε βενζινοκινητήρες. Αποτελείται από τα παρακάτω κυκλώματα: Κύκλωμα χαμηλής πίεσης (περιλαμβάνει: γραναζωτή αντλία χαμηλής πίεσης- φίλτρο καυσίμου ψύκτη καυσίμου σωληνώσεις χαμηλής πίεσης) 46

48 Κύκλωμα υψηλής πίεσης (περιλαμβάνει: εμβολοφόρο αντλία υψηλής πίεσης σωληνώσεις υψηλής πίεσης διακλαδωτήρα Raill ψεκαστήρες ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα Ηλεκτρονικό κύκλωμα ελέγχου (περιλαμβάνει: ηλεκτρονικό εγκέφαλο - αισθητήρες ηλεκτρονικές βαλβίδες αισθητήρα πίεσης διακλαδωτήραrail) Στα πλεονεκτήματα του διακλαδωτήρα Common Raill συγκαταλέγονται η δυνατότητα υψηλών πιέσεων ψεκασμού, οι μεταβλητές πιέσεις ψεκασμού ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα, η αρχή ψεκασμού καθορίζεται από τον εγκέφαλο, η δυνατότητα προγραμματισμού της μονάδας ψεκασμού και η ευκολία τοποθέτησης σε διαφορετικούς κινητήρες. Σύστημα Common Rail Στο σύστημα αντλίας μπέκ, τα μπεκ (ειδικής κατασκευής) περιλαμβάνουν το έμβολο υψηλής πίεσης και την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Το έμβολο της υψηλής πίεσης ενεργοποιείται από ένα φαρδύ έκκεντρο. Οι βασικές διαφορές των κινητήρων turbo diesel άμεσου ψεκασμού σε σχέση με τους συμβατικούς πετρελαιοκινητήρες TDI είναι: Οι εγχυτήρες ρίχνουν το καύσιμο με μορφή σταγονιδίων και το ψεκάζουν μέσα στο θάλαμο καύσης και όχι στον προθάλαμο. Το αποτέλεσμα είναι να έχουμε μεγαλύτερη ισχύς και μειωμένους ρύπους σε σχέση με τους συμβατικούς. Ο υπερσυμπιεστής χρησιμοποιεί τα καυσαέρια για να αυξήσει την πίεση του εισερχόμενου αέρα χωρίς να εμφανίζεται το φαινόμενο της καθυστέρησης αύξησης στροφών του υπερσυμπιεστή. 47