Νέες Μορφές Σχεδιασμού Πετρελοιοκινητήρων

i ' *Ίγ -Β ^ Λ ^-JL- Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ Τ.Ε.Φ. ΤΜΗΜΑ ΜΗΧ/ΠΑΣ Νέες Μορφές Σχεδιασμού Πετρελοιοκινητήρων Ονομ/νυμο Σπουδαστή: Γέγιος Κωνσταντίνος Επιβλεπων Καθηγητής : Dr. Χρήστος Ιωακεψίδης Ημερομηνία: 8 / 2 / 2005 2 0 0 s

npokoyoq Παρόλο το υψηλό αρχικό κόστος, οι ττετρελαιοκινητήρες γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς λόγω της χαμηλής τιμής του πετρελαίου, του στιβαρού σχεδιασμού τους, της συμβατότητας τους με τον εξοπλισμό συντήρησης και επισκευής των βενζινοκινητήρων και της ικανότητας τους οι εκπομπές των ρύπων να βρίσκονται μέσα στα προβλεπόμενα όρια. Σκοπός της παρακάτω πτυχιακής εργασίας είναι να κατανοήσουμε την λειτουργία των κινητήρων πετρελαίου καθώ ς επίσης και να γνωρίσουμε τις νέες τεχνολογίες που τους αποτελούν. Τέλος θα θέλαμε να δούμε αυτές τις νέες τεχνολογίες να κυκλοφορούν ανάμεσά μας χωρίς περιορισμούς και δεσμεύσεις, με στόχο να γνωρίσουμε μια νέα Ευρωπαϊκή Ελλάδα στον τομέα της αυτοκίνησης.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Κ εφ ά λ α ιο 1 - Ε ΙΣ Α Γ Ω Γ Η Σελίδα 1.1 Κατηγορίες θερμικών μηχανών... 1-2 1.2 Κατηγορίες Μ.Ε.Κ... 2-5 Κεφάλαιο 2 - ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ 2.1 Ταξινόμηση των μηχανών Diesel... 6-9 2.2 Πλεονεκτήματα των κινητήρων Diesel... 9-11 2.3 Μειονεκτήματα των κινητήρων Diesel... 11-12 Κεφάλαιο 3 - Κ Υ Κ Λ Ο Σ Λ Ε ΙΤΟ Υ Ρ ΓΙΑ Σ ΠΕΤΡ ΕΛ Α ΙΟ Κ ΙΝ Η ΤΗ Ρ Α 3.1 Ειδικοί ορισμοί για την βασική λειτουργία ενός πετρελαιοκινητήρα... 13-14 3.2 Βασικά στοιχεία θερμοδυναμικής... 14-17 3.3 0 θεωρητικός κύκλος Diesel... 17-19 3.4 Τρόπος λειτουργίας πετρελαιοκινητήρα... 19-22 3.5 Θεωρητικός κύκλος λειτουργίας 2-Χρονου πετρελαιοκινητήρα... 22-23 3.6 Πραγματικός κύκλος λειτουργίας 2-Χρονου πετρελαιοκινητήρα... 23-24 3.7 Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα δίχρονης μηχανής... 24-25 3.8 Θεωρητικός κύκλος λειτουργίας 4-Χρονου πετρελαιοκινητήρα... 25-27 3.9 Πραγματικός κύκλος λειτουργίας 4-Χρονου πετρελαιοκινητήρα... 28 3.10 Εφαρμογές 2-Χρονου πετρελαιοκινητήρα... 28-29 3.11 Εφαρμογές 4-Χρονου πετρελαιοκινητήρα... 29-30 Κεφάλαιο 4 - ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ & ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Μ.Ε.Κ. 4.1 Κίνηση και αυτοκίνητο... 31-33 4.2 Προέλευση του αργού πετρελαίου... 33 4.3 Διαδικασία επεξεργασίας του πετρελαίου... 33-34 4.4 Βασικές ιδιότητες του πετρελαίου... 34-38 4.5 Εναλλακτικά καύσιμα Μ.Ε.Κ... 38-39 4.6 Βιολογικό Diesel... 39

4.7 Πιλοτική εφαρμογή χρήσης του βιοντίζελ στον ελλαδικό χώρο... 40-42 4.8 Πιλοτικό πρόγραμμα για την διείσδυση του βιοντίζελ στην Ελληνική αγορά καυσίμων... 43-45 4.9 Διερεύνηση πιθανών πρώτων υλών για παραγωγή βιοντίζελ... 45-46 4.10 Sun Diesei... 46-47 4.11 To υδρογόνο ως καύσιμο... 47-49 4.12 Εφαρμογές του υδρογόνου... 49-50 4.13 Υγραεριοκίνηση... 51 4.14 Η υγραεριοκίνηση στην Ελλάδα... 51-52 Κεφάλαιο 5 - ΣΧΕΔΙΑΣΜ ΟΣ ΘΑΛΑΜΩΝ ΚΑΥΣΗΣ 5.1 Εισαγωγή στους θαλάμους καύσεως... 53 5.2 Άμεσος ψεκασμός... 53-56 5.3 Χαρακτηριστικά του άμεσου ψεκασμού... 56-57 5.4 Έμμεσος ψεκασμός... 57-59 5.5 Έμμεσος ψεκασμός σε υβριδικό θάλαμο... 59-60 5.6 Χαρακτηριστικά του έμμεσου ψεκασμού... 60-61 5.7 Μειονεκτήματα του έμμεσου ψεκασμού... 61 Κεφάλαιο 6 - ΔΙΑΤΑΞΗ ΕΓΧΥΣΗΣ ΣΤΟ ΥΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ 6.1 Τροφοδοσία-Έγχυση καυσίμου... 62-63 6.2 Δεξαμενή καυσίμου... 63 6.3 Αρχικό φίλτρο πετρελαίου... 63 6.4 Αντλία τροφοδοσίας ή χαμηλής πίεσης... 64-65 6.5 Βασικό φίλτρο πετρελαίου... 66 6.6 Αντλία έγχυσης... 67-73 6.6.1 Βοηθητικές διατάξεις της περιστροφικής αντλίας... 73-75 6.7 Ρυθμιστή στροφών... 75-76 6.8 Εγχυτήρες... 76-78 6.9 Βοηθητικές διατάξεις εκκίνησης... 78-80 6.10 Σωλήνες τροφοδοσίας καυσίμου... 80 6.11 Σωλήνες υψηλής πίεσης... 81 Κ εφ άλαιο Τ - Σ Υ ΣΤ Η Μ Α C O M M O N R AIL 7.1 Εισαγωγή στο σύστημα Common Rail... 82-83 7.2 Ιστορική εξέλιξη του συστήματος Common Rail... 83

7.3 Δομή του συοτήματος Common Rail... 83-84 7.4 Λειτουργία του συστήματος Common Rail... 84-85 7.5 Αντλίες πετρελαίου με ηλεκτρονικό έλεγχο λειτουργίας... 85-86 7.6 Ηλεκτρονικές περιστροφικές αντλίες... 86-89 7.7 Το σύστημα EDC (Electronic Diesel Control)... 89-90 7.8 Λειτουργία εγχυτήρων... 90-92 7.9 Η BOSCH και το σύστημα ψεκασμού στους κινητήρες πετρελαίου... 92-93 7.10 Τεχνολογία αιχμής από την BOSCH για το σύστημα ψεκασμού Common Rail στους κινητήρες πετρελαίου... Κεφάλαιο 8 - ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΜΕΡΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΑ 8.1 Μηχανικά Μέρη Πετρελαιοκινητήρα... 98-115 Κεφάλαιο 9 - ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΥΠΕΡΠΛΗΡΩΣΗΣ Μ.Ε.Κ. 9.1 Βασικές αρχές... 116-117 9.2 Μηχανικοί υπερσυμπιεστές... 117-118 9.3 Στροβιλοσυμπιεστής (turbo)... 119-121 9.4 Ψύξη του παρεχόμενου αέρα (intercooler)... 122-124 9.5 Κινητήρας Turbo Diesel (TDi) άμεσου ψεκασμού... 124-125 9.6 Βασικά εξαρτήματα και διαφορές από τους συμβατικούς πετρελαιοκινητήρες... 9.7 Χαρακτηριστικά του κινητήρα TDi... 126-128 9.8 Σχηματικό διάγραμμα ελέγχου συστήματος τροφοδοσίας κινητήρα Tdi... 128-129 9.9 Αισθητήρες του συστήματος... 129-131 9.10 Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου... 131 9.11 Ενεργοποιητές... 131-133 9.12 Εφαρμογές κινητήρα TDi... 134-136 Κεφάλαιο 10 - ΟΙ ΡΥΠ Ο Ι Σ Τ Ο Υ Σ Π Ε ΤΡΕΛΑ ΙΟ Κ ΙΝ Η ΤΗ ΡΕΣ 10.1 Εισαγωγή στους ρύπους... 137-138 10.2 Καταλυτικός μετατροπέας... 138-139 10.3 Είδη καταλυτών... 139-140 10.4 Λειτουργία καταλύτη... 140-142 10.5 Είδη καταλυτών με βάση τον τρόπο κατασκευής... 142-144 10.6 Δηλητηρίαση - Καταστροφή του καταλύτη... 145 10.7 Αισθητήρας οξυγόνου ή λήπτης λάμδα... 145-146

10.8 Κατασκευή λήτπη λάμδα... 10.9 Αρχή λειτουργίας αισθητήρα λάμδα... 10.10 Σύστημα ανακυκλοφορίας των καυσαερίων (EGR)... 10.11 Σύστημα εξαερισμού του στροφαλοφόρου... 10.12 Φίλτρα ξεχωριστών σωματιδίων (Particular Filters)... 10.13 Παγίδες καττνού αιθάλης... Πίνακας οριακών τιμών εκττομπής καυσαερίων επιβατικών πετρελαιοκίνητων οχημάτων... 146 146-148 148-150 150-151 151-153 153-154 155 Κεφάλαιο 11 - ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΛΙΠ ΑΝΣΗ Σ ΚΑΙ ΨΥΞΗΣ Μ.Ε.Κ. 11.1 Λίπανση - Συστήματα λίπανσης... 11.2 Λιπαντικά λάδια... 11.3 Πρόσθετα λαδιών... 11.4 Συνθετικά λάδια... 11.5 Συστήματα ψύξης κινητήρα... 11.6 Σύστημα ψύξης με αέρα... 11.6.1 Σύστημα ψύξης με ρεύμα αέρα λόγω κίνησης του οχήματος... 11.6.2 Σύστημα ψύξης με αέρα από φυσητήρα... 11.7 Σύστημα ψύξης με υγρό... 11.7.1 Σύστημα ψύξης με φυσική κυκλοφορία... 11.7.2 Σύστημα ψύξης με εξαναγκασμένη κυκλοφορία... 11.7.2. α Κύκλωμα προθέρμανσης του κινητήρα... 11.7.2. β Κύκλωμα νερού κανονικής θερμοκρασίας κινητήρα... 11.8 Αντλία νερού... 11.9 Ψυγείο νερού... 11.10 Τεχνικά χαρακτηριστικά ψυγείων νερού... 11.11 Θερμοστάτης κυκλώματος ψύξης με υγρό... 11.12 Ανεμιστήρας συστήματος ψύξης με υγρό... 11.13 Αντιπηκτικά υγρά συστήματος ψύξης... 156-157 157-159 159-160 160 161 161-162 162 162-163 163 164 164-165 165 166 166-167 167-168 168 168-169 170 171 Κεφάλαιο 12 - ΔΙΑΓΝΩ ΣΗ ΒΛΑΒΩ Ν ΣΕ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ Υ 12.1 Βλάβες κινητήρων πετρελαίου... ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ..

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Κ εφ αλαίο Γ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ Στην διαδικασία τταραγωγής των αυτοκινήτων έχουν χρησιμοττοιηθεί πειραματικά πολλά συστήματα (μηχανές) μετατροπής ενέργειας. Περιλαμβάνονται ηλεκτρικές, ηλιακές, ατμού και μια μεγάλη ποικιλία μηχανών εσωτερικής καύσης με κίνηση εμβόλων. Η πιο πετυχημένη λύση ήταν η χρησιμοποίηση μηχανών εσωτερικής καύσης με παλινδρομική κίνηση εμβόλων οι οποίες λειτουργούν στη βάση ενός κύκλου τεσσάρων ή δύο σταδίων (οι γνωστοί τετράχρονοι ή δίχρονοι κινητήρες αντίστοιχα). Σε μερικούς κινητήρες υψηλών επιδόσεων υπάρχει το σύστημα υπερτροφοδότησης (turbo) κατά το οποίο τα εξερχόμενα καυσαέρια περιστρέφουν μία μηχανική τουρμπίνα η οποία υπερσυμπιέζει τον εισερχόμενο αέρα στον θάλαμο καύσης, αυξάνοντας την ογκομετρική απόδοση του μίγματος αέρα-καυσίμου. Το καύσιμο είναι η βενζίνη ή το πετρέλαιο οπότε μιλάμε για κινητήρες βενζίνης ή κινητήρες πετρελαίου (diesel) αντίστοιχα. Η διαφορά του κινητήρα βενζίνης από τον κινητήρα πετρελαίου είναι ότι η ανάφλεξη του καυσίμου στον τελευταίο προκαλείται από την συμπίεση του αέρα μέσα στους κυλίνδρους και όχι από την χρήση των μπουζί. Σκοπός της παρακάτω εργασίας είναι η κατανόηση των Μηχανών Εσωτερικής Καύσεως στα επιμέρους τμήματα που τις αποτελούν καθώς επίσης και στον τρόπο λειτουργίας τους. Ας ξεκινήσουμε όμως από την αρχή. Οι πρώτες προσπάθειες για τη δημιουργία του κινητήρα βασίστηκαν στις αρχές λειτουργίας των θερμικών μηχανών. Ως θερμική μηχανή ορίζουμε τη μηχανή η οποία μετατρέπει τη θερμότητα σε μηχανική ενέργεια. Η θερμότητα μπορεί να προέρχεται από διάφορες πηγές, όπως κάρβουνο, πετρέλαιο, υγραέριο αλλά και από τον ήλιο ή από πυρηνική αντίδραση. Στην περίπτωση της καύσης, η χημική ενέργεια του καυσίμου μετατρέπεται σε θερμότητα και στη συνέχεια σε μηχανική ενέργεια: μέσω ενός εμβόλου, σε εμβολοφόρο κινητήρα, ή, μέσω ενός στροβίλου, σε αεροστρόβιλο κινητήρα.

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Ο θερμοκινητήρας που χρησιμοποιεί καύσιμο, χαρακτηρίζεται ανάλογα με το αν το εργαζόμενο μέσο ταυτίζεται με το προϊόν της καύσης ή είναι διαφορετικό από αυτό: Στην περίπτωση των μηχανών εσωτερικής καύσης ή Μ.Ε.Κ., το καύσιμο καίγεται με το κατάλληλο ποσοστό αέρα μέσα στον ίδιο τον κινητήρα και το εργαζόμενο μέσο είναι το ίδιο το καυσαέριο. Στους κινητήρες εξωτερικής καύσης, το καύσιμο καίγεται σε ιδιαίτερη συσκευή (π.χ. λέβητας), έξω από τον θερμοκινητήρα. Σε αυτήν την περίτπωση το εργαζόμενο μέσο είναι διαφορετικό από το καυσαέριο. Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανικό έργο, οι θερμοκινητήρες με καύσιμο διακρίνονται σε: παλινδρομικούς (εμβολοφόροι) και σε περιστροφικούς (στρόβιλοι). Οι κατηγορίες των κινητήρων εσωτερικής καύσης φαίνονται στο παρακάτω σχήμα που ακολουθεί: Κ ι ν τ ι τ ή ρ ε ς Ε σ ο τ ί ρ ι κ ή ς Κ α ύ σ η ς I Γ δ ι λ ι ν δ ρ ο μ ο ο ή [ ή Ε μ Ρ ο λ ο <? ό ρ ο ι J Κινηιήρ ςοκ$β{ Βανκελ iwanlcet) 1.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ Μ.Ε.Κ Οι μηχανές εσωτερικής καύσης χωρίζονται ανάλογα με το μίγμα που χρησιμοποιούν, με τον τρόπο ψύξης, με τον αριθμό των κυλίνδρων, με τον τρόπο λειτουργία τους, με τον διάταξη των κυλίνδρων, με την κίνηση των εμβόλων, και με τους χρόνους της μηχανής.

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Όταν λέμε χρόνους μηχανής εννοούμε σε πόσους χρόνους χρειάζεται η μηχανή να εκτελέσει την καύση του καυσίμου. Έτσι οι μηχανές ανάλογα με τους χρόνους διακρίνονται σε δύο περιπτώσεις. Τις δίχρονες μηχανές και τις τετράχρονες. Η δημιουργία της κινητήριας δύναμης σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης εξαρτάται από το μίγμα που εισέρχεται στον κύλινδρο. Με άλλα λόγια οι Μ.Ε.Κ χωρίζονται στους βενζινοκινητήρες και στους πετρελαιοκινητήρες ή αλλιώς στους Otto και Diesel. Οι βενζινοκινητήρες πήραν το όνομα Otto από τον δημιουργό τους τον Νικολάους Όττο, γερμανό στην καταγωγή, ο οποίος το 1877 παρουσίασε για πρώτη φορά έναν νέο για την εποχή εκείνη κινητήρα με καύσιμο την βενζίνη. Από εκείνη την στιγμή ο Οττο χάραξε την πορεία μιας ολόκληρης επιστήμης. Το επίτευγμά του ήταν το σημάδι για την ανάπτυξη της αυτοκίνησης. Σε αυτού του τύπου τους κινητήρες το καύσιμο που εισέρχεται στον κύλινδρο είναι ένα μίγμα από βενζίνη και αέρα το οποίο δημιουργείται εξωτερικά του κυλίνδρου με την βοήθεια άλλων μέσων, του καρμπιρατέρ παλιότερα και τώρα με την βοήθεια του injection. Το μίγμα εισέρχεται στον κύλινδρο από την βαλβίδα εισαγωγής. Στην συνέχεια το καύσιμο συμπιέζεται με σκοπό η καύση του μίγματος να πραγματοποιηθεί πιο γρήγορα, ενώ οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής παραμένουν κλειστές. Στην συνέχεια γίνεται η ανάφλεξη του καυσίμου με την βοήθεια ενός εξωτερικού στοιχείου το λεγόμενο αναφλεκτήρα ή μπουζί. Εδώ είναι η πρώτη φορά όπου έχουμε την παραγωγή έργου διότι η θερμική ενέργεια που έχει δημιουργηθεί μετατρέπεται σε μηχανικό έργο με την προς τα κάτω κίνηση του εμβόλου. Τέλος έχουμε την εκτόνωση των καυσαερίων μέσα από τον κύλινδρο μέσω της βαλβίδας εξαγωγής. Η παραπάνω διαδικασία ισχύει για τετράχρονους κινητήρες και μόνο. Αντίθετα οι πετρελαιοκινητήρες πήραν το όνομα τους και αυτές από τον δημιουργό τους τον Rundolf Diesel. Ο Rundolf Diesel γεννήθηκε το 1858 στο Παρίσι και (γερμανός στην καταγωγή) από μαθητής και αργότερα σπουδαστής του πολυτεχνείου του Μονάχου, έβαλε ως σκοπό της ζωής του την κατασκευή μιας απλής θερμικής μηχανής χωρίς απώλειες. Από τις παρατηρήσεις του στην αναπτυσσόμενη τότε βιομηχανία, R u d o lf D iesel (1897) κατάλαβε ότι η ατμομηχανή με τον μεγάλο όγκο

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή της και τις πολύττλοκες εγκαταστάσεις της έπρεπε να αντικατασταθεί από μία άλλη θερμική μηχανή πιο απλή και πιο αποδοτική. Πριν από 112 χρόνια (1892) περίπου, η μόνη θερμική μηχανή ήταν η ατμομηχανή, που κατόρθωνε να μετατρέπει σε έργο μόνο το 10% των θερμίδων της καιγόμενης καύσιμης ύλης. Την μεγάλη σπατάλη της καύσιμης ύλης την είχε επισημάνει αρχικά ο Rundolf Diesel με ειδικές μελέτες που είχε πραγματοποιήσει. Με βάση των παραπάνω μελετών ο Diesel ύστερα από αρκετούς πειραματισμούς και σε συνεργασία δύο μεγάλων βιομηχανιών κατασκεύασε την πρώτη μονοκύλινδρη πετρελαιομηχανή. Αρχικό μειονέκτημα ήταν ότι η μηχανή αυτή παρουσίαζε ιδιόρρυθμες και ακανόνιστες εκρήξεις κατά την λειτουργία της με αποτέλεσμα την αποθάρρυνση για μαζική παραγωγή. Αυτό το μειονέκτημα είχε ως αποτέλεσμα οι βιομηχανίες να χρησιμοποιούν κινητήρες Otto δηλαδή βενζινοκινητήρες. Η π ρ ώ τη π ετρ ελα ιο μ η χ α ν ή Ο R u n d o lf D ie s e l δ ο κ ιμ ά ζει την εφ ε ύ ρ ε σ ή του Μετά από 5 χρόνια και ύστερα από εξαντλητικές δοκιμές, ο Diesel παρουσίασε μια άλλη κάθετη μονοκύλινδρη μηχανή όπου η εισαγωγή του πετρελαίου γινόταν με αέρα πίεσης 55 atm. Με βάρος που άγγιζε τους 4,5 tn και με δύναμη 25 HP = 18.6425 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 με σκοπό την χρησιμοποίησή τους στα πλοία (1910) και στα αυτοκίνητα (1924).

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 5 Η τελειοποίηση του πετρελαιοκινητήρα πραγματοποιήθηκε μετά από το 1930 όταν η γερμανική εταιρεία Bosch κατασκεύασε την αντλία εγχύσεως. Μετά από τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο η εξέλιξη της πετρελαιομηχανής πέρασε μέσα από διάφορα στάδια ούτως ώστε να φτάσει στην σημερινή εποχή. Τέλος πρέπει να τονίσουμε ότι στον Rundolf Diesel χορηγήθηκε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας αριθ. 67207 "μέθοδος εργασίας και σχέδιο για τις μηχανές καύσεως". Το πρώτο αυτοκίνητο με κινητήρα πετρελαίου ήταν ένα φορτηγό με άμεση έγχυση που κατασκευάστηκε από την γερμανική εταιρεία MAN τον Δεκέμβριο του 1924 και παρουσιάστηκε στην Έκθεση Μηχανών του Βερολίνου, Μετά από αυτή την εξέλιξη ακολούθησαν και άλλες αυτοβιομηχανίες. Η Mercedes-Benz ήταν η εταιρεία η οποία κατασκεύασε το πρώτο πετρελαιοκίνητο όχημα το οποίο διέθετε θέσεις για 4 ή 5 επιβάτες. Το 1 π ετρ ελα ιο κίν η το φ ο ρ τη γό αττό την εταιρεία MAN Το 1 π ετρ ελα ιο κ ίν η το αυ το κίνη το μεταφοράς ατόμων από την MERCEDES-BENZ

Κεφάλαιο 2 - Χαρακτηριστικά Πετρελαιοκινητήρων Κεφαλαίο Τ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ 2.7 Τ Α Ξ ΙΝ Ο Μ Η Σ Η Τ Ω Ν Μ Η Χ Α Ν Ω Ν D IE S E L Οι διάφοροι τύποι μηχανών Diesel ταξινομούνται ανάλογα με ορισμένα χαρακτηριστικά τους στις εξής κατηγορίες: 1. Α νάλογα μ ε το μέγισ το αριθμό στροφώ ν που ανατπύσσουν ανά λεπτό διακρίνονται σε αργόστροφες που φτάνουν τις 350 r.p m., σε μεσαίων στροφών που φτάνουν τις 1200 τ.ρ.πι. και σε πολύστροφες που φτάνουν τις 5000 r.p.m. 2. Α ν άλογα μ ε την ισχύ που ανατπύσσουν στις κανονικές στροφές διακρίνονται σε: σε μικρής ισχύος μηχανές που αποδίδουν μέχρι 25 Ηρ/ανά κύλινδρο, σε μεσαίας ισχύος μηχανές που αποδίδουν 25 ~ 200 Ηρ/ανά κύλινδρο και σε μεγάλης ισχύος μηχανές που αποδίδουν πάνω από 200Ηρ/ανά κύλινδρο 3. Α ν άλογα με τον αριθμό τω ν κυλίνδρω ν διακρίνονται σε μονοκύλινδρες και πολυκύλινδρες. Οι μηχανές με 1, 2 και 3 κυλίνδρους χρησιμοποιούνται κυρίως σε αγροτικές εφαρμογές. Οι μηχανές με 3, 4, 5, 6, 8 και 12 κυλίνδρους βρίσκουν εφαρμογή στα αυτοκίνητα, στα αγροτικά και χωματουργικά μηχανήματα, στα τραίνα και στα μικρά θαλάσσια μέσα. Αντίστοιχα οι κινητήρες με 12, 16, 20 και 24 κυλίνδρους χρησιμοποιούνται στις ηλεκτρογεννήτριες και στα μεγάλα πλοία ή υποβρύχια. 4. Α νάλογα μ ε τον αριθμό τω ν χ ρ ό ν ω ν του κύκλου λειτουργία ς διακρίνονται σε δίχρονες και τετράχρονες. Οι δίχρονες μηχανές βρίσκουν εφαρμογή στα τραίνα, στα πλοία, στις ηλεκτρογεννήτριες και σε μικρό αριθμό σε αυτοκίνητων μηχανημάτων. Οι τετράχρονες μηχανές χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα και στα περισσότερα μηχανήματα. 5. Α νάλογα μ ε την διάταξη τω ν κυλίνδρω ν διακρίνονται στις εξής κατηγορίες:

Κεφάλαιο 2 - Χαρακτηριστικά Πετρελαιοκινητήρων Μηχανές σειράς. Έχουν μέχρι 12 κατακόρυφους κυλίνδρους σε γραμμή και είναι οι ττιο συνηθισμένοι στις εφαρμογές. 4 κύαινδρος κινητήρας σε σειρά Μηχανές τύπου «V». Οι κύλινδροι βρίσκονται υπό γωνία 45, 50, 55, 60, 90. Με την διάταξη αυτή γίνεται πιο ανθεκτικός ο κορμός της μηχανής ενώ συγχρόνως ελαττώνεται ο όγκος και το μήκος της. 6 κύλινδρος κινητήρας σε σχήμα «V» Μηχανές επίπεδες (Boxer). Έχουν τους κυλίνδρους στην μια πλευρά ή σε γωνία 180. Αυτού του τύπου οι κινητήρες διαθέτουν τέλεια συμμετρία έχοντας ως αποτέλεσμα το καλύτερο ζύγισμα του αυτοκινήτου. Τέτοιου τύπου κινητήρες τοποθετούνται σε αυτοκίνητα κυρίως όμως σε φορτηγά και σε λεωφορεία λόγω του μικρού ύψους 4 κύλινδρος επίπεδος κινητήρας

Κεφάλαιο 2 - Χαρακτηριστικά Πετρελαιοκινητήρων Μηχανές αστεροειδείς. Έχουν τους κυλίνδρους στις ακτίνες ενός κύκλου, στο κέντρο του οποίου βρίσκεται ο στροφαλοφόρος άξονας. Λόγω του μικρού όγκου τους, του μικρού ύψους τους και των άλλων πλεονεκτημάτων τους χρησιμοποιούνται στην κίνηση μεγάλων ηλεκτρογεννητριών ενώ παλιότερα χρησιμοποιούνταν και στην κίνηση αεροπλάνων (Β Παγκόσμιος Πόλεμος) 6 κύλινδρος αστεροειδής κινητήρας r- Μηχανές με ειδική διάταξη των κυλίνδρων. Οι μηχανές αυτού του τύπου έχουν τους κυλίνδρους τους σε σχήμα «X», «W» και «Δ» και χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου ο χώρος είναι περιορισμένος. 6. Α ν άλογα μ ε την κίνησ η του εμβόλου ή εμβόλω ν στην φάση της εκτονώσεως οι κινητήρες Diesel διακρίνονται: σε μηχανές απλής ενέργειας, σε μηχανές διπλής ενέργειας και σε μηχανές αντίθετων εμβόλων Μηχανές απλής ενέργειας. Είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι κινητήρες όπου το πετρέλαιο καίγεται στο χώρο καύσης που βρίσκεται πάνω από το έμβολο. Το έμβολο κατά την εκτόνωσή του κινείται προς τον στροφαλοφόρο τον οποίο περιστρέφει μέσω του διωστήρα. Μηχανές διπλής ενέργειας. Είναι ειδικές μηχανές στις οποίες η καύση πραγματοποιείτε πότε από τη μία άκρη του εμβόλου και πότε από την άλλη. Έχουν πολύπλοκη κατασκευή, είναι μεγάλες και αργόστροφες και χρησιμοποιούνται κυρίως στα πλοία.

Κεφάλαιο 2 - Χαρακτηριστικά Πετρελαιοκινητήρων r Μηχανές αντίθετων εμβόλων. Αυτού του τύττου οι μηχανές είναι δίχρονες και έχουν το χώρο καύσεως στο μέσο του κάθε κυλίνδρου. Τα έμβολα κινούνται αντίθετα και περιστρέφουν δύο στροφαλοφόρους άξονες που βρίσκονται στα άκρα τους. 7. Α ν άλογα μ ε τον τρόπο ψ ύξεω ς διακρίνονται σε υδρόψυκτες και αερόψυκτες. 8. Α ν άλογα μ ε το ν τρόπο εισ α γω γή ς του αέρα στους κυλίνδρους διακρίνονται σε μηχανές φυσικής ροής και σε μηχανές υπερπληρώσεως. Στις μηχανές φυσικής ροής ο αέρας εισέρχεται με ατμοσφαιρική πίεση σε κάθε κύλινδρο για να συμπληρώσει το κενό που δημιουργείται όταν το έμβολο κινείται προς το Κ.Ν.Σ. Στις μηχανές υπερπληρώσεως ο αέρας εισέρχεται σε κάθε κύλινδρο με πίεση προκαλούμενη από μια χαρακτηριστική αντλία 9. Α ν άλογα με την ανάφ λεξη του κα υσίμο υ διακρίνονται σε μηχανές θοπιί- Diesel και σε μηχανές Diesel. Στις μηχανές SeiOi-Diesel η ανάφλεξη του πετρελαίου γίνεται από την υπέρθερμη πυροκεφαλή του χώρου καύσεως των κυλίνδρων. Αντίθετα στις μηχανές Diesel ή Super Diesel (παλιά ονομασία των σημερινών Diesel) το καύσιμο αυτοαναφλέγεται από την υψηλή θερμοκρασία του συμπιεσμένου στον κύλινδρο αέρα. 2.2 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ DIESEL Η χρησιμοποίηση ενός κινητήρα Diesel έναντι ενός κινητήρα Otto σε κάποια εφαρμογή αποτελεί ένα ιδανικό δρόμο και αυτό διότι οι κινητήρες Diesel παρουσιάζουν αρκετά πλεονεκτήματα. Παράλληλα όμως με τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν έχουν και διάφορα μειονεκτήματα τα οποία δυσκολεύουν ή καθιστούν αδύνατη τη χρησιμοποίησή τους σε ορισμένες εφαρμογές. Τα π λεο νεκτήμα τα των μηχανών Diesel έναντι των βενζινοκινητήρων είναι τα ακόλουθα: 1. Καλύτερος βαθμός απόδοσης - Μεγαλύτερη οικονομία καυσίμου Η μηχανή Diesel μετατρέπει ποσοστό 32% περίπου της θερμικής ενέργειας του πετρελαίου σε πραγματική ισχύ, ενώ η βενζινομηχανή ποσοστό 24% περίπου. Ο μεγαλύτερος αυτός θερμικός βαθμός αποδόσεως του κινητήρα Diesel οφείλεται κυρίως στην υψηλή συμπίεση του αέρα στους κυλίνδρους του, στην

Κεφάλαιο 2 - Χαρακτηριστικά Πετρελαιοκινητήρων καλύτερη καύση του ττετρελαίου, στο μεγαλύτερο ειδικό βάρος του πετρελαίου και στην σχετικά μεγαλύτερη θερμογόνο δύναμη του πετρελαίου, (ειδικό βάρος πετρελαίου Diesel = 0,80 ~ 0,86 και της βενζίνης = 0,70 ~ 0,76, θερμ, ικανότητα Diesel 9000 ~ 11000 Kcal/kg και της βενζίνης 10000 ~ 11000 Kcal/kg) Με τον καλύτερο βαθμό απόδοσης ο κινητήρας Diesel πετυχαίνει μια κατανάλωση καυσίμου μικρότερη κατά 20% από την αντίστοιχη κατανάλωση μιας βενζινομηχανής της ίδιας ισχύος. Το ποσοστό αυτό και η χαμηλότερη τιμή του πετρελαίου σε ορισμένες χώρες καθιστούν τον κινητήρα Diesel ως την πιο οικονομική και συμφέρουσα λύση έναντι ενός βενζινοκινητήρα. 2. Μεγαλύτερη ασφάλεια πυρκαγιάς Το πετρέλαιο που χρησιμοποιούν οι κινητήρες Diesel σαν καύσιμη ύλη έχει λιγότερα τπητικά συστατικά και για το λόγο αυτό αναφλέγεται πιο δύσκολά έναντι της βενζίνης. Η δύσκολη αυτή ανάφλεξη έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη ασφάλεια από πυρκαγιά στην μεταφορά, στην αποθήκευση, και στην συντήρηση ή επισκευή του συστήματος τροφοδοσίας των μηχανών. 3. Μικρότερη μόλυνση της ατμόσφαιρας Τα καυσαέρια που εξέρχονται στο περιβάλλον από την εξάτμιση των μηχανών Diesel είναι λιγότερο δηλητηριώδη από τα καυσαέρια των βενζινοκινητήρων. Το πιο σημαντικό σημείο στους κινητήρες Diesel είναι η καλή ρύθμιση του κινητήρα με αποτέλεσμα να έχουμε όσο το δυνατό καλύτερη καύση και αυτό διότι η καύση πραγματοποιείτε με περίσσεια οξυγόνου. Αντίθετα στους κινητήρες βενζίνης η καύση τις περισσότερες φορές είναι ατελής λόγω του πλουσίου μίγματος αέρα-βενζίνης με αποτέλεσμα την έξοδο άκαυστων υδρογονανθράκων. 4. Μεγάλη ροπή στρέψεως σε μικρό αριθμό στροφών Οι κινητήρες Diesel παράγουν την μεγαλύτερη ροπή στρέψεως στις μεσαίες στροφές περίπου (π.χ VW Golf 3 1.9 Tdi - Mmax = 240 Νττι / 1900 τ.ρ.πι). Το πλεονέκτημα αυτό έχει ως αποτέλεσμα να προσδίδει στους κινητήρες των αυτοκινήτων και των μηχανημάτων ισχυρό «τράβηγμα» και μικρή κατανάλωση καυσίμου λόγω της συχνότερης κινήσεως με μεσαίες ταχύτητες. 5. Μεγάλη αξιοπιστία στην λειτουργία Οι κινητήρες Diesel που χρησιμοποιούνται στις διάφορες εφαρμογές και ιδίως στα αυτοκίνητα είναι πιο αξιόπιστες από τους βενζινοκινητήρες, είναι πιο ανθεκτικές στην μακρόχρονη λειτουργία τους και δεν απαιτούν συχνή συντήρηση.

Κεφάλαιο 2 - Χαρακτηριστικά Πετρελαιοκινητήρων 11 6. Μικρότερος εττηρεασμός αϊτό την υγρασία Η λειτουργία των μηχανών Diesel δεν εττηρεάζεται από το νερό και την υγρασία γιατί δεν διαθέτει ηλεκτρικά μέρη. Το πλεονέκτημα αυτό δίνει την δυνατότητα χρησιμοποίησης του κινητήρα Diesel ακόμη και μέσα στο νερό χωρίς διακοπή. Αντίθετα το σύστημα ανάφλεξης του βενζινοκινητήρα επηρεάζεται από το νερό και την υγρασία με αποτέλεσμα την απότομη διακοπή της λειτουργίας τους. 7. Μεγαλύτερη αυτονομία καυσίμου Τα πετρελαιοκίνητα αυτοκίνητα διανύουν περισσότερα χιλιόμετρα με τα λίτρα καυσίμου που έχουν στο ντεπόζιτό τους από ότι τα αντίστοιχα που κινούνται με βενζινοκινητήρες. Αυτό οφείλεται στην μικρή κατανάλωση των πετρελαιοκινητήρων ανά χιλιόμετρο διαδρομής. 8. Μικρότερο κόστος συντήρησης Το κόστος συντήρησης των πετρελαιοκινητήρων είναι αισθητά πιο μικρό από ότι ενός βενζινοκινητήρα της ίδιας ισχύος. Π.χ. το σύστημα τροφοδοσίας του κινητήρα Diesel είναι κατασκευασμένο με μεγαλύτερη ακρίβεια και δεν απαιτεί συχνή συντήρηση. Αντίθετα στους βενζινοκινητήρες το κόστος συντήρησης είναι υψηλότερο και αυτό οφείλεται στην συχνή αντικατάσταση των αναφλεκτήρων και στα παλιότερα αυτοκίνητα και στην αντικατάσταση των πλατινών. Το κόστος συντήρησης προκύπτει στο ότι ο πετρελαιοκινητήρας καταπονείται λιγότερο έναντι του βενζινοκινητήρα και αυτό διότι λειτουργεί πάντα με μικρό αριθμό στροφών με αποτέλεσμα να κινείται πάντα μέσα στα όρια της ροπής στρέψεως. 2.3 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ DIESEL Τα μειονεκτήματα των μηχανών Diesel έναντι των βενζινοκινητήρων είναι τα ακόλουθα: I. Μικρότερη σχέση ισχύος / κυβισμού Σήμερα οι περισσότερες βενζινομηχανές αποδίδουν από 60 ~ 65 Ps / ανά λίτρο κυβισμού ενώ οι πετρελαιομηχανές χωρίς υπερπλήρωση αποδίδουν από 36 ~ 40 Ps / ανά λίτρο κυβισμού. Η κάλυψη αυτής της διαφοράς γίνεται με την αύξηση του κυβισμού του κινητήρα ή με την αύξηση των διαστάσεων των κυλίνδρων ή με την αύξηση του αριθμού των κυλίνδρων. Πάντως και στις δύο περιπτώσεις έχουμε αύξηση του βάρους όλου του κινητήρα.

Κεφάλαιο 2 - Χαρακτηριστικά Πετρελαιοκινητήρων 2. Μικρότερη σχέση βάρους / ισχύος Αξιοσημείωτο είναι ότι στον κινητήρα πετρελαίου η αναλογία βάρους / ισχύος είναι της τάξεως του 2,8~3 Kg/Ps έναντι του βενζινοκινητήρα όπου είναι 1,3 Kg/Ps. 3. Μικρότερος αριθμός στροφών Οι κινητήρες Diesel αγγίζουν τις 5000 τ.ρ,πι έναντι των βενζινοκινητήρων που αγγίζουν και τις 8000 r.p.m. Αυτό το μειονέκτημα έχει σαν αποτέλεσμα οι κινητήρες βενζίνης να αναπτύσσουν ταχύτητα μεγαλύτερη κατά 20 Κπι/h από τους αντίστοιχους πετρελαιοκινητήρες. 4. Μεγαλύτερο κόστος κατασκευής Οι κινητήρες Diesel είναι ακριβότερες κατά 50 ~ 80 % από τις αντίστοιχες της ίδιας ισχύος κινητήρες βενζίνης. Οι λόγοι που οφείλονται σε αυτήν την αύξηση της τιμής επικεντρώνεται κυρίως στο μεγάλο βάρος της, στην κατασκευή μεγάλου αριθμού εξαρτημάτων από ειδικά κράματα καθώς επίσης και στην μεγάλη ακρίβεια επεξεργασίας των μερών της. 5. Μικρότερη ταχύτητα και επιτάχυνση Τα πετρελαιοκίνητα αυτοκίνητα είναι πιο αργά από τα αντίστοιχα της ίδιας ισχύος βενζινοκίνητα πράγμα το οποίο οφείλεται στον μικρό αριθμό στροφών ανά λεπτό. Σε μικρές διαδρομές η διαφορά αυτή γίνεται αισθητή ενώ σε μεγάλες διαδρομές η διαφορά αυτή τείνει να αγγίξει τις τιμές ενός βενζινοκινητήρα. Αυτό οφείλεται στο ότι κινούμαστε με μια μέση ωριαία ταχύτητα. Τέλος και η επιτάχυνση των πετρελαιοκίνητων αυτοκίνητων υστερεί από την αντίστοιχη των βενζινοκινητήρων. Η διαφορά αυτή όμως στα φορτηγά δεν είναι αισθητή εξαιτίας του μεγάλου φορτίου τους. 6. Οσμή του πετρελαίου Το πετρέλαιο καθώς εξάγεται από τον κινητήρα έχει μια παράξενη οσμή η οποία οφείλεται κατά κύριο λόγο στην περιεκτικότητα του θείου. Η οσμή αυτή είναι ιδιαίτερα αισθητή σε αυτοκίνητα όπου δεν πραγματοποιούνται τα προγραμματισμένα service. 7. Θόρυβος - Κραδασμοί της μηχανής Η λειτουργία των κινητήρων βενζίνης είναι πιο ομαλή με αποτέλεσμα να παράγουν τον λιγότερο δυνατό θόρυβο. Από την άλλη οι πετρελαιοκινητήρες δημιουργούν ισχυρό θόρυβο και μεταδίδουν κραδασμούς. Η αιτία αυτή καθιστά την οδήγηση ενός πετρελαιοκίνητου οχήματος πιο κουραστική.

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα Κεφαλαίο Τ ΚΥΚΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΑ 3.1 ΕΙΔΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΒΑΣΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΕΝΟΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΑ Στο σημείο αυτό παρατίθενται ορισμοί μεγεθών, χαρακτηριστικών για τη λειτουργία των κινητήρων πετρελαίου. Κάποια από τα μεγέθη που χρησιμοποιούνται στους ορισμούς θα αναλυθούν στις παραγράφους που ακολουθούν. Έργο (work): παράγεται όταν μία δύναμη, η οποία εξασκείται σε ένα σώμα, μετατοπίζει το σημείο εφαρμογής της. Το έργο αυτό είναι ίσο με το γινόμενο της αριθμητικής τιμής της δύναμης επί την απόσταση που μετακινήθηκε το σημείο εφαρμογής της. Συνήθης μονάδα μέτρησης έργου είναι το Joule (J). Ε νέργεια (energy): αποτελεί μία αυθαίρετη και αφηρημένη έννοια και μπορεί να οριστεί ως η ικανότητα ενός συστήματος να παράγει έργο. i»' Ισχύς (power): ονομάζεται το έργο που παράγεται σε μία μονάδα χρόνου, κατά τη διάρκεια μιας μεταβολής. Συνήθεις μονάδες ισχύος είναι το Watt (Joule/sec) και ο ίππος (hp). ^ Θ εω ρητική ισ χύς (theoretical pow er): είναι η ισχύς που θα απέδιδε ο κινητήρας στην περίπτωση που το σύνολο της θερμικής ενέργειας του καυσίμου μετατρεπόταν έργο. r- Ενδεικνυόμενη ισ χύς (In dicated horsepow er): είναι η ισχύς που αποδίδεται στο έμβολο από την καύση του καύσιμου μείγματος. > Ισχύς πέδησης (brake horsepow er): είναι η ισχύς που αποδίδεται στο στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα. Συχνά ονομάζεται και πραγματική ισχύς. Η διαφορά της από την ενδεικνυόμενη ισχύ ονομάζεται ισχύς τριβών και αποτελεί την ισχύ που καταναλώνεται λόγω μηχανικών απωλειών στον κινητήρα.

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα 1 4 Δ ιαδρομή εμβολισμού (stroke): η συνολική αττόσταση που διανύει το έμβολο κατά τη διάρκεια ενός από τους χρόνους λειτουργίας. ir Κ υλινδρισμός: υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας το εμβαδόν της εγκάρσιας τομής του κυλίνδρου με τη διαδρομή εμβολισμού. Μετριέται σε μονάδες όγκου. Για την εύρεση του κυλινδρισμού του κινητήρα απαιτείται ο πολλαπλασιασμός του κυλινδρισμού του ενός κυλίνδρου επί το συνολικό αριθμό των κυλίνδρων. > Λ ό γο ς συμπ ίεσης (com pression ratio): αποτελεί το λόγο του όγκου του κυλίνδρου όταν το έμβολο βρίσκεται στο Άνω Νεκρό Σημείο προς τον όγκο του κυλίνδρου όταν το έμβολο βρίσκεται στο Κάτω Νεκρό Σημείο. Η υψηλή τιμή λόγου συμπίεσης οδηγεί σε υψηλή ισχύ του κινητήρα. > Θ ερμικός βαθμ ό ς α π ό δοσ ης (therm al efficiency): είναι ο λόγος της ισχύος που αποδίδεται από τον κινητήρα προς τη θερμική ισχύ που είναι σε θέση να προσφέρει το χρησιμοποιούμενο καύσιμο. ^ Μ ηχανικός βαθμ ό ς απ όδοσ ης (m ech anical efficiency): είναι ο λόγος της ισχύος πέδησης προς την ενδεικνυόμενη ισχύ και δείχνει το ποσοστό της παραγόμενης στους κυλίνδρους ισχύος που αποδίδεται στο στροφαλοφόρο άξονα. Ο γκομετρικός β α θμ ό ς α π όδοσ ης (volum etric efficiency): είναι ο λόγος του όγκου του καύσιμου μείγματος (σε ατμοσ(ραιρική πίεση) που καίγεται στους κυλίνδρους προς τον κυλινδρισμό του κινητήρα. Ειδική κα τανάλω ση καυσίμου: ορίζεται ως ο λόγος της ποσότητας καυσίμου που καταναλώνεται κατά τη διάρκεια μίας κυκλικής μεταβολής ενός συστήματος και της ισχύος που παράγεται από το σύστημα κατά την ίδια μεταβολή. Αποτελεί κριτήριο της οικονομικής λειτουργίας ενός θερμοκινητήρα. > Λ ό γο ς αέρα - καυσίμου: ονομάζεται ο λόγος της ποσότητας του αέρα προς την ποσότητα καυσίμου, που αναμειγνύονται κατά την καύση. 3.2 ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ Οι παρακάτω ορισμοί της θερμοδυναμικής παρατίθονται με σκοπό την κατανόηση του κύκλου λειτουργίας των κινητήρων πετρελαίου (Diesel).

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα 15 Ενεργό μέσο: η ποσότητα της ύλης πάνω στην οποία εκτελούνται διάφορες διεργασίες, όπως ένα αέριο, το οποίο συμπιέζουμε ή ένα υγρό το οποίο θερμαίνουμε. Στις μηχανές εσωτερικής καύσης, για παράδειγμα, το ενεργό μέσο είναι το μείγμα αέρα - καυσίμου. Θ ερμοδυναμικό σύστημα: πρόκειται για τμήμα του σύμπαντος, το οποίο μπορεί να μελετηθεί ξεχωριστά από τον υπόλοιπο περιβάλλοντα κόσμο. Όταν αυτό περιλαμβάνει σταθερή ποσότητα μάζας καλείται κλειστό σύστημα, ενώ όταν αυτό περικλείεται εντός χώρου καθορισμένων ορίων (όγκου), μέσω των οποίων ρέει μάζα καλείται ανοικτό σύστημα Π εριβάλλον: Οτιδήποτε βρίσκεται εκτός των ορίων του κινητήρα. Ορίζεται σαν το περιβάλλον και επηρεάζεται άμεσα από μεταβολές που πραγματοποιούνται μέσα στον κινητήρα. Εσωτερική ενέργεια: χαρακτηρίζει την κατάσταση στο εσωτερικό ενός σώματος, δηλαδή στα δομικά στοιχεία που το αποτελούν, όπως τα μόρια και τα άτομα. Τα μόρια ενός σώματος ταλαντώνονται γύρω από τη θέση τους και ασκούν το ένα στο άλλο δυνάμεις έλξης και άπωσης λόγω τωη ηλεκτρομαγνητικών πεδίων που τα περιβάλλει. Η εσωτερική ενέργεια αυξάνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία που δέχεται ένα σώμα. Ενθαλπία: είναι μια ιδιότητα ενός ρευστού (και της ύλης κατ επέκταση) και ορίζεται σαν το άθροισμα της ειδικής εσωτερικής ενέργειας υ, ενός ρευστού, και του γινομένου της πίεσης και του ειδικού όγκου του, ρν. Ιδανικό αέριο: η κατάσταση ενός ιδανικού αερίου είναι καθορισμένη όταν είναι γνωστά δύο από τα ακόλουθα μεγέθη του: πίεση ρ απόλυτη θερμοκρασία Τ και ο όγκος V που αυτό καταλαμβάνει. Τα ιδανικά αέρια υπακούουν σε απλούς νόμους και επαληθεύουν τη σχέση (εξίσωση της κατάστασής τους) pv = nrt, όπου η είναι ο αριθμός των γραμμομορίων του ιδανικού αερίου και R ένας σταθερός αριθμός, ανεξάρτητος από το είδος του αερίου. Πρέπει να τονίσουμε ότι απόλυτα ιδανικά αέρια δεν υπάρχουν στη φύση. Αυτά αποτελούν μία επινόηση των ερευνητών, ώστε να περιγραφούν και να μελετηθούν καλύτερα τα πραγματικά αέρια. "Ενα πραγματικό αέριο πλησιάζει την ιδανική κατάσταση όταν βρίσκεται μακριά από τις συνθήκες υγροποίησής του, δηλαδή όταν βρίσκεται σε μικρές πιέσεις και μεγάλες θερμοκρασίες.

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα 16 Κ α τάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας: ένα αέριο βρίσκεται σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας όταν σε κάθε σημείο του τα μεγέθη πίεση, θερμοκρασία και πυκνότητα έχουν, το καθέν ξεχωριστά, την ίδια - χρονικά αμετάβλητη - τιμή. Ισοθερμοκρασιακή μεταβολή: ισοθερμοκρασιακή ή ισόθερμη ονομάζεται η μεταβολή της κατάστασης μίας ποσότητας ιδανικού αερίου, με την οποία μεταβάλλεται η πίεση και ο όγκος της ποσότητας του αερίου ενώ, παράλληλα, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή. Ισ οβαρής μεταβολή: ισοβαρής ονομάζεται η μεταβολή της κατάστασης μίας ποσότητας ιδανικού αερίου, με την οποία μεταβάλλεται η θερμοκρασία και ο όγκος της ποσότητας του αερίου ενώ η πίεση παραμένει σταθερή. Ισόχω ρη μεταβολή: ισόχωρη ονομάζεται η μεταβολή της κατάστασης μίας ποσότητας ιδανικού αερίου, με την οποία μεταβάλλεται η πίεση και η θερμοκρασία της ποσότητας του αερίου ενώ ο όγκος παραμένει σταθερός. Α διαβατική μεταβολή: αδιαβατική ονομάζεται η μεταβολή της κατάστασης μίας ποσότητας ιδανικού αερίου πραγματοποιείται καμία ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του αερίου και του περιβάλλοντός του. Κυκλική μεταβολή: κυκλική μεταβολή ονομάζεται μία συνεχής, κλειστή μεταβολή που αποτελείται από επί μέρους μεταβολές και στην οποία η αρχική και η τελική κατάσταση του αερίου ταυτίζονται. Θ ερμότητα: αποτελεί μία ειδική μορφή μεταφοράς ενέργειας η οποία εμφανίζεται όταν, για κάποιο λόγο, υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ενός συστήματος και του περιβάλλοντός του. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η θερμότητα δε θεωρείται ότι αποθηκεύεται μέσα στο σύστημα και άρα είναι λάθος να λέμε ότι ένα σώμα έχει θερμότητα. Το σώμα έχει θερμοκρασία και υπόκειται σε θερμοκρασιακές διαφορές. Η θερμοκρασία αποτελεί ένδειξη της ενεργειακής κατάστασης του σώματος. νόμος της Θ ερμοδυναμικής: η ενέργεια μεταφέρεται και μετασχηματίζεται, αλλά δε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται.

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα 17 2 ^ νόμος της Θ ερ μοδυναμικής: είναι αδύνατη η λειτουργία μίας μηχανής που θα λειτουργεί με βάση κυκλική διαδικασία και η μόνη της εργασία θα είναι η μεταφορά ποσού θερμότητας από ένα ψυχρό σώμα σε ένα θερμότερο. Εντροπ ία: Η εντροπία αποτελεί ιδιότητα του εργαζόμενου μέσου και στην πράξη αντιπροσωπεύει την κατάσταση της αταξίας ενός συστήματος και χρησιμοποιείται στη διατύπωση του δεύτερου θερμοδυναμικού αξιώματος. 3.3 Ο ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ DIESEL Ο κύκλος diesel είναι η διαδικασία καύσης του πετρελαίου σε μια μηχανή εσωτερικής καύσεως στην οποία το κάψιμο του καυσίμου δεν προκαλείται από αναφλεκτήρες όπως στον Κύκλο Otto αλλά από την θερμότητα που παράγεται κατά την συμπίεση του καυσίμου-αέρος μίγματος. Στον κύκλο Otto τα καύσιμα και ο αέρας αναμιγνύονται έξω από τον κύλινδρο και σύρονται σε αυτόν μέσω της βαλβίδας εισαγωγής. Το μίγμα συμπιέζεται έπειτα, και αναφλέγεται στον σωστό χρόνο με την βοήθεια των αναφλεκτήρων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η θερμότητα να πραγματοποιείται σε έναν σταθερό όγκο, με σκοπό έτσι η πίεση και η θερμοκρασία να αυξάνονται εντυπωσιακά. Στον κύκλο Diesel (σχήμα 1) μόνο ο ατμοσφαιρικός αέρας σύρεται μέσα στον κύλινδρο και συμπιέζεται. Το καύσιμο εγχέεται έπειτα άμεσα στον κύλινδρο με έναν εγχυτήρα υψηλής πίεσης όταν το έμβολο βρεθεί στον Α.Ν.Σ. Το πετρέλαιο σαν καύσιμο είναι παχύτερο και καίγεται σχετικά πιο αργά από την βενζίνη. Αυτή η «αργοπορία» έχει ως συνέπεια οι κινητήρες diesel να χάνουν ποσοστό ενέργειας, ενέργεια που ο κύκλος Otto συλλαμβάνει. Στη μηχανή diesel, ο αέρας συμπιέζεται αδιαβατικά (σημείο «a») με μια αναλογία συμπίεσης χαρακτηριστικά μεταξύ 15 και 20. Αυτή η συμπίεση αυξάνει την θερμοκρασία μέσα στον κύλινδρο με σκοπό η τιμή της να είναι μεγαλύτερη από την τιμή της θερμοκρασίας ανάφλεξης του πετρελαίου πράγμα το οποίο πραγματοποιείτε με την έγχυσή του από τους εγχυτήρες (σημείο «ό») μόλις έχει συμπιεστεί όλος ο ατμοσφαιρικός αέρας. Σε αυτό το σημείο μέσα στον κύλινδρο επικρατεί ένα μίγμα αέρα-πετρελαίου το οποίο αυταναφλέγεται λόγω της υψηλής θερμοκρασίας.

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα Πρέπει να τονίσουμε ότι καταβάλλεται προσπάθεια με σκοπό ο ψεκασμός να γίνεται με τέτοιο τρόπο ούτως ώστε κατά την διάρκεια της καύσης του πετρελαίου (σημείο «ό», «ο») η πίεση να παραμένει σταθερή σε όλον τον κύλινδρο. Ο ψεκασμός του πετρελαίου καθώς επίσης και η καύση του τελειώνουν στο σημείο «ο». Αξιοσημείωτο είναι να τονίσουμε ότι κατά την καύση του πετρελαίου απελευθερώνεται θερμότητα (Qi) η οποία θερμαίνει με την σειρά της το εσωτερικό του κυλίνδρου σε υψηλές θερμοκρασίες. Στην συνέχεια το έμβολο κινείται αδιαβατικά προς το Κ.Ν.Σ. (σημείο «ά»). Σε αυτόν τον χρόνο έχουμε την παραγωγή κινητήριου έργου του κινητήρα. Όταν πλέον το έμβολο έχει φθάσει στο Κ.Ν.Σ. τότε ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής και ακολουθεί υπό σταθερό όγκο η απότομη τπώση της πιέσεως του εξερχόμενου περιεχομένου του κυλίνδρου. Κατά την εξαγωγή των καυσαερίων εξάγεται και θερμότητα (Q2). Τέλος στο σημείο «a» το εσωτερικό του κυλίνδρου είναι πάλι γεμάτο από ατμοσφαιρικό αέρα έτοιμο να επαναλάβει την παραπάνω κυκλική διαδικασία. Τέλος, τον παραπάνω κύκλο μπορούμε να τον εκφράσουμε με συντομία ως εξής: Σημείο «a», «b» Ισεντροπική συμπίεση που ξεκινάει από το Κ.Ν.Σ. Σημείο «ό», *ο» -> Ισοβαρή καύση με προοδευτικό ψεκασμό του πετρελαίου στο εσωτερικό του κυλίνδρου. Σημείο «ο», «ύ» Αδιαβατική (ισεντροπική) εκτόνοοση έως το Κ.Ν.Σ.

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα Σημείο «ά» Ισόχωρη αφαίρεση θερμότητας στο Κ.Ν.Σ. Γνωρίζουμε όμως ότι ο θερμικός βαθμός απόδοσης του κύκλου Diesel ισούται με: Πβ =1 1. 1, φ" -1 κ φ -1 όπου: X ^ αδιαβατικός εκθέτης V, ε -> βαθμός συμπίεσης πετρελαιοκινητήρα = 2 φ -) βαθμός ψεκασμού (φ 3.4 ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΑ Η λειτουργία ενός πετρελαιοκινητήρα βασίζεται στον κύκλο λειτουργίας Diesel. Λειτουργεί με τις ίδιες φάσεις ενός βενζινοκινητήρα δηλαδή; ^ Εισαγωγή < Συμπίεση Ανάφλεξη - Καύση και Εκτόνωση ζ' Εξαγωγή Καυσαερίων Ο πετρελαιοκινητήρας παρουσιάζει όμως ορισμένες διαφορές σε σχέση με τον βενζινοκινητήρα οι οποίες επικεντρώνονται στα εξής σημεία: Στον βενζινοκινητήρα εισάγεται μέσα στον κύλινδρο ένα μίγμα αέρακαυσίμου και πετυχαίνουμε την καύση του μέσω των αναφλεκτήρων (μπουζί) έναντι του πετρελαιοκινητήρα όπου έχουμε μόνο εισαγωγή του αέρα μέσα στον κύλινδρο, στην συνέχεια έχουμε την συμπίεσή του και

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα 20 έπειτα την έγχυση του πετρελαίου μέσω των εγχυτήρων. Η ανάφλεξη γίνεται ακαριαία λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης που επικρατεί. Ο λόγος συμπίεσης που ανατπύσσει ένας βενζινοκινητήρας κυμαίνεται από 8:1 έως 12:1. Αντίθετα σε έναν πετρελαιοκινητήρα ο λόγος αυτός αγγίζει τις τιμές 14:1 έως 25:1. Από την υψηλή πίεση του αέρα αυξάνεται η ισχύς του κινητήρα και από την υψηλή θερμοκρασία αυτοαναφλέγεται το πετρέλαιο ακαριαία. Ο υψηλότερος λόγος συμπίεσης σημαίνει και καλύτερο βαθμό απόδοσης. Το μίγμα αέρα-καυσίμου στον βενζινοκινητήρα δημιουργείται με την βοήθεια εξωτερικών μέσων (π.χ. εξαερωτήρα) έναντι στον πετρελαιοκινητήρα όπου έχουμε τον άμεσο ή έμμεσο ψεκασμό του πετρελαίου. Η μηχανή Diesel έχει μεγαλύτερο βάρος από την βενζινομηχανή της ίδιας ισχύος. Αυτό οφείλεται στην αναγκαία αύξηση του κυβισμού της μηχανής Diesel και στην μεγαλύτερη αντοχή των μερών της λόγω των υψηλών πιέσεων και θερμοκρασιών. Αξιοσημείωτο είναι ότι στον κινητήρα πετρελαίου η αναλογία βάρους / ισχύος είναι της τάξεως του 2,8~3 Kg/Ps έναντι του βενζινοκινητήρα όπου είναι 1,3 Kg/Ps. Η μηχανή Diesel φτάνει σε αριθμό στροφών ανά λετπό ίσο με τα 5/8 περίπου της βενζινομηχανής. Αυτή η διαφορά οφείλεται κυρίως στην μικρή μέση ταχύτητα των εμβόλων την μηχανής Diesel. Σε περίπτωση αύξησης της μέσης αυτής ταχύτητας για μεγάλο χρονικό διάστημα παρατηρείται υπερφόρτιση των κινητών μερών της και τελικά θραύση από την μεγάλη τιμή της ροπής αδράνειας. Όπως έχουμε αναφέρει και παραπάνω οι κινητήρες εσωτερικής καύσης διακρίνονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με τον αριθμό των φάσεων ή χρόνων που χρειάζονται ούτως ώστε να μετατρέψουνε την καύσιμη ύλη σε καυσαέρια. Έτσι με αυτόν τον διαχωρισμό καταλήγουμε στις κάτωθι κατηγορίες: -- Δίχρονος κινητήρας (2 stroke) ^ Τετράχρονος κινητήρας (4 stroke)

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα 21 Ο τρόπος λειτουργίας είναι διαφορετικός σε κάθε μία περίπτωση. Επιγραμματικά μπορούμε να θυμίσουμε ότι όταν ένα αέριο συμπιέζεται βάση του νόμου του C harle η θερμοκρασία του αυξάνεται. Οι κινητήρες πετρελαίου λειτουργούν με την παραπάνω συνθήκη με σκοπό να πετυχαίνουν την ανάφλεξη του μίγματος. Πιο συγκεκριμένα ο ατμοσφαιρικός αέρας εισέρχεται μέσα στον κύλινδρο και συμπιέζεται με την κίνηση του εμβόλου προς το Α.Ν.Σ. Πρέπει να τονίζουμε ότι η αναλογία συμπίεσης του πετρελαιοκινητήρα είναι πολύ πιο υψηλή έναντι ενός βενζινοκινητήρα. Εν συντομία στον πετρελαιοκινητήρα το καύσιμο ψεκάζεται στον θάλαμο καύσης με υψηλή πίεση μέσω ενός ακροφυσίου και αναμιγνύεται με τον ζεστό και υψηλής πίεσης αέρα. Το προκύτπον μίγμα αναφλέγεται ακαριαίος και οδηγεί το έμβολο σε κίνηση προς το Κ.Ν.Σ. Έτσι με αυτόν τον τρόπο έχουμε την δημιουργία μιας κάθετης δύναμης. Ο διωστήρας του εμβόλου με την σειρά του μεταφέρει αυτήν την κάθετη δύναμη στο στροφαλοφόρο άξονα σημείο στο οποίο ο πετρελαιοκινητήρας δέχεται υψηλές καταπονήσεις. Στην συνέχεια το έμβολο με την κίνησή του προς το Α.Ν.Σ. ωθεί το μίγμα προς την έξοδό του είτε από θυρίδες ή από τις βαλβίδες εξαγωγής. Ο δίχρονος πετρελαιοκινητήρας βρίσκει εφαρμογή σε τομείς όπου είναι αναγκαία η παραγωγή υψηλής ισχύος. Η δομή του δίχρονου πετρελαιοκινητήρα είναι ότι στη κορυφή του κυλίνδρου έχει χαρακτηριστικά δύο ή τέσσερις βαλβίδες εξαγωγής όπου όλες ανοίγουν συγχρόνως. Επίσης στην κορυφή του κυλίνδρου υπάρχει ο εγχυτήρας (μπεκ) του καυσίμου. Το έμβολο είναι επιμηκυμένο, όπως σε μια δίχρονη μηχανή βενζίνης, έτσι ώστε μπορεί να ενεργήσει ως βαλβίδα εισαγωγής. Την στιγμή που το έμβολο βρίσκεται στο κάτω νεκρό σημείο (Κ.Ν.Σ.) ανοίγουν οι θυρίδες για την εισαγωγή αέρα. Ο αέρας εισαγωγής εισέρχεται μέσα στον κύλινδρο με την βοήθεια ενός στροβιλοσυμπιεστή ή ενός υπερπληρωτή. Η λειτουργία του δίχρονου πετρελαιοκινητήρα παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον και είναι αξιοσημείωτο να την αναφέρουμε. Οι φάσεις λειτουργίας του πραγματοποιούνται σε 2 χρόνους και ολοκληρώνονται σε μια περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα (360 ). Ο κύκλος λειτουργίας του περιλαμβάνει όμοιες περίπου φάσεις με αυτόν του βενζινοκινητήρα δηλαδή: Εισαγωγή ατμοσφαιρικού αέρα Συμπίεση ατμοσφαιρικού αέρα Ψεκασμό - Καύση πετρελαίου & Εκτόνωση

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα ^ Εξαγωγή καυσαερίων Η εξέλιξη των φάσεων και των φαινομένων είναι παρόμοια με αυτή των δίχρονων βενζινοκινητήρων. Επικρατούν όμως και ορισμένες διαφορές τις οποίες συναντούμε κυρίως στα εξής σημεία: Η εισαγωγή του αέρα μέσα στον κύλινδρο πραγματοποιείτε με την βοήθεια περιφερειακών θυρίδων οι οποίες είναι τοποθετημένες λίγο πριν από το Κ.Ν.Σ. Η εισαγωγή του αέρα γίνεται με την βοήθεια αντλίας σάρωσης με αποτέλεσμα η πίεση να ξεπερνάει την αριθμητική τιμή της ατμοσφαιρικής (1 bar). > Η εξαγωγή των καυσαερίων πραγματοποιείτε από βαλβίδες εξαγωγής όπου ανοίγουν και κλείνουν γρηγορότερα και οι οποίες είναι τοποθετημένες στην κορυφή του κυλίνδρου. Η σάρωση των καυσαερίων του κυλίνδρου είναι πιο αποτελεσματική διότι ο αέρας που εισέρχεται μέσα στον κύλινδρο με υψηλή πίεση ξεκινάει από το Κ.Ν.Σ. και φθάνει στο Α.Ν.Σ. Η λίπανση του κινητήρα πραγματοποιείτε με την βοήθεια αντλίας πίεσης Ρύθμιση των βαλβίδων εξαγωγής καθώς επίσης στην προπορεία ψεκασμού του πετρελαίου. 3.5 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ 2-ΧΡΟΝΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΑ 1. ΦΑΣΗ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ Καθώς το έμβολο κινείται προς το Κ.Ν.Σ. ανοίγουν οι θυρίδες εισαγωγής του αέρα. Ο αέρας εισέρχεται μέσα στον κύλινδρο με την βοήθεια ενός στροβιλοσυμπιεστή ή ενός υπερπληρωτή μέχρ( ότου τα καυσαέρια που βρίσκονται μέσα στον κύλινδρο να εξαχθούν πλήρως. Οι βαλβίδες εξαγωγής οι οποίες είναι ανοικτές αρχίζουν να κλείνουν με την κίνηση του εμβόλου προς το Α.Ν.Σ. με σκοπό να επιτύχουμε την συμπίεση του αέρα με αποτέλεσμα η θερμοκρασία του να αγγίζει τους 500-600 C.

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα 2. ΦΑΣΗ ΠΑΡΑΓΩ ΓΗ Σ ΕΡΓΟ Υ Με την κίνηση του εμβόλου προς το Α.Ν.Σ. ο εισερχόμενος αέρας συμπιέζεται μέχρις ότου το έμβολο βρεθεί στο Α.Ν.Σ. όπου ψεκάζεται το πετρέλαιο μέσω ενός εγχυτήρα (μπεκ). Το πετρέλαιο με την είσοδό του μέσα στον κύλινδρο αυτοαναφλέγεται λόγω της υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας που επικρατεί. Η πίεση της ανάφλεξης του πετρελαίου έχει ως αποτέλεσμα να ωθήσει το έμβολο προς το Κ.Ν.Σ. Καθώς το έμβολο κινείται στο Κ.Ν.Σ. οι βαλβίδες εξαγωγής αρχίζουν να ανοίγουν με σκοπό την απομάκρυνση των καυσαερίων από τον κύλινδρο. Καθώς το έμβολο βρίσκεται στο Κ.Ν.Σ. ο κύκλος επαναλαμβάνεται με το βήμα 1. 3.6 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ 2-ΧΡΟΝΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΑ Στην περίπτωση του δίχρονου πετρελαιοκινητήρα το πραγματικό διάγραμμα του κύκλου λειτουργίας διαφέρει σημαντικά από το θεωρητικό. Στο Σχήμα 2 φαίνονται οι θέσεις του εμβόλου κατά την πραγματική λειτουργία του κινητήρα και στο Σχήμα 3 το πραγματικό διάγραμμα λειτουργίας ρ-ν σε σύγκριση με το θεωρητικό.

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα Σχήμα 3 3.7 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ - ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΔΙΧΡΟΝΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ Τα πλεονεκτήματα της δίχρονης πετρελαιομηχανής είναι τα ακόλουθα: 1. Η δίχρονη μηχανή έχει κυβισμό ίσο με Υ2 του κυβισμού της τετράχρονης της ίδιας ισχύος. Ο μικρότερος κυβισμός δηλώνει μικρότερο βάρος και χαμηλότερο κόστος 2. Η ισχύς της είναι θεωρητικά διπλάσια από εκείνης της τετράχρονης του ιδίου κυβισμού, ενώ στην πραγματικότητα είναι μεγαλύτερη κατά 75% ~ 80% περίπου. 3. Το μήκος του στροφαλοφόρου άξονα της δίχρονης είναι μικρότερο της τετράχρονης με τον ίδιο αριθμό κυλίνδρων. Αυτό σημαίνει καλύτερη ζυγοστάθμιση και ευκολία ε(ραρμογής της σε περιορισμένο χώρο Τα κύρια μειονεκτήματα της δίχρονης πετρελαιομηχανής από την τετράχρονης είναι τα εξής: 1. Η χαμηλή απόδοση στις πολλές στροφές λόγω του κακού καθορισμού και της ελλιπούς πλερώσεως των κυλίνδρων με αέρα. Η κατανάλοοση καυσίμου ανά ώρα είναι σχετικά μεγαλύτερη

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα 3. Η ψύξη της με το ψυκτικό υγρό και το λάδι είναι πιο επιμελημένη με αποτέλεσμα την αύξηση του κόστους. 3.8 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ 4-ΧΡΟΝΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΤΗΡΑ Όπως έχουμε αναφέρει και παραπάνω οι χρόνοι λειτουργίας ενός πετρελαιοκινητήρα είναι η εισαγωγή του ατμοσφαιρικού αέρα, η συμπίεσή του, ο ψεκασμός και η εκτόνωση και η εξαγωγή των καυσαερίων. 1. Αναρρόφηση - Εισανωνή αέρα Στον 1 χρόνο η βαλβίδα εισαγωγής ανοίγει προ του Α.Ν.Σ. και κλείνει όταν το έμβολο βρίσκεται μετά το Κ.Ν.Σ. Κατά την προς τα κάτω κίνηση του εμβόλου αναρροφάτε φιλτραρισμένος αέρας ο οποίος διέρχεται από την ανοικτή βαλβίδα εισαγωγής με πίεση μικρότερη της ατμοσφαιρικής πράγμα το οποίο Οφείλεται στον στραγγαλισμό από το στόμιο της βαλβίδας εισαγωγής. Ταυτόχρονα ο αέρας παίρνει θερμότητα από τις βαλβίδες, το έμβολο και τα τοιχώματα του κυλίνδρου. Ο πετρελαιοκινητήρας λειτουργεί πάντοτε με περίσσεια αέρα ούτως ώστε να πραγματοποιηθεί έπειτα μία καύση πλήρης και χωρίς καπνό. Αξιοσημείωτο είναι να τονίσουμε ότι ο καινούργιος εισερχόμενος αέρας βοηθάει στον καθαρισμό του κυλίνδρου από τα καυσαέρια του προηγούμενου κύκλου. Βαλβίδα Εισαγωγής ΣτροφαΑοφόρο^ Άξονας Ί * ( ί 1 ^ Χ ρ ό ν ο ς Αναρρόφηση - Εισαγωγή Αέρα

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος ΛΕΐτουργίας ΠετρΕλαιοκινητήρα 2. Συυπίεση Αέοα Στο 2 χρόνο το έμβολο κινείται από το Κ.Ν.Σ. προς το Α.Ν.Σ. Η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει προοδευτικά και ο παγιδευμένος αέρα συμπιέζεται. Οι τιμές συμπίεσής του κυμαίνονται από 30 bar ~ 50 bar με αποτέλεσμα ο αέρας να θερμαίνεται μέχρις ότου τους 600 C ~ 900 C με σκοπό την αυτοανάφλεξη του εισερχόμενου πετρελαίου. Τέλος πρέπει να τονίσουμε ότι ένα ποσό θερμότητας από τον συμπιεσμένο αέρα διαφεύγει από τα τοιχώματα του κυλίνδρου και για αυτό το λόγο έχουμε πολυτροπική μεταβολή. 2 ^ Χ ρ ό ν ο ς Αναρρόφηση - Εισαγωγή Αέρα 3. Ψεκασυόο - Καύση πετρελαίου & Εκτόνωση Προς το τέλος της συμπίεσης δηλαδή όταν το έμβολο βρίσκεται προς το Α.Ν.Σ. ψεκάζεται το καύσιμο υπό μορφή λετπών σταγονιδίων. Μεταξύ της έναρξης της παροχής της δοσομετρικής αντλίας και της πραγματικής έναρξης έγχυσης στον εγχυτήρα παρέχεται ένας καθορισμένος μικρός χρόνος λόγω της αναγκαίας αύξησης της πίεσης, της διαστολής των σωλήνων έγχυσης και της αδράνειας των κινητών μερών. Ο χρόνος αυτός ονομάζεται καθυστέρηση έγχυσης και δίνεται κυρίως σε μοίρες στροφάλου. Η έγχυση στον πετρελαιοκινητήρα γίνεται έτσι ώστε η κύρια ποσότητα καυσίμου να φθάσει στον κύλινδρο αφού το πρώτο τμήμα του καυσίμου έχει αναφλεχθεί. Ο χρόνος ο οποίος παρέχεται την στιγμή της έγχυσης μέχρι την αυτανάφλεξη καλείται

Κεφάλαιο 3 - Κύκλος Λειτουργίας Πετρελαιοκινητήρα καθυστέρηση ανάφλεξης και κυμαίνεται περίπου στο 1/1000 sec. Εάν όμως το καύσιμο είναι πολύ εύφλεκτο τότε ο χρόνος αυτός μειώνεται. Το μέτρο για την ευφλεξιμότητα του καυσίμου είναι ο Καύση μίγματος αριθμός κετανίου (CaZ). Το κετάνιο είναι ένας εύφλεκτος υδρογονάνθρακας στον οποίο δίνεται ο αριθμός κετανίου 100 και είναι μέτρο για την ευφλεξιμότητα. Η «α» μεθυλοναφθαλίνη η οποία είναι μια ένωση υδρογονανθράκων είναι πολύ αδρανής στην ανάφλεξη και παίρνει τον αριθμό 0. Με την ανάμιξη των δύο αυτών υδρογονανθράκων μπορούν να παραχθούν όλοι οι αριθμοί κετανίου από το 0 ~ 100. Ο αριθμός κετανίου είναι μεγαλύτερος όταν το καύσιμου είναι πιο εύφλεκτο. Επομένως το καύσιμο που έχει Ψ ε κ α σ μ ό - Κ α ύ σ η π ετρ ελα ίο υ & αναμιχθεί με τον θερμό και συμπιεσμένο Ε κ τό νω σ η αέρα δημιουργεί την ανάφλεξή του. Η πίεση από την καύση, η οποία ανέρχεται από 65 bar ~ 90 bar ωθεί το έμβολο προς τα κάτω. Κατά την κίνηση αυτή διακόπτεται η έγχυση του καυσίμου και μειώνεται ομαλά η πίεση που επικρατεί στο εσωτερικό του κυλίνδρου λόγω της αυξήσεως του όγκου του. 4. Ε^ανωνή Καυσαερίων Περίπου στο τέλος της εκτονώσεως και προτού το έμβολο φτάσει στο Κ.Ν.Σ. ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής και βγαίνουν τα καυσαέρια στην ατμόσφαιρα. Η πίεση στον κύλινδρο κατεβαίνει απότομα στα 3 bar ~ 4 bar και στην συνέχεια μειώνεται προοδευτικά έως το 1 bar. Το έμβολο πλέον ανεβαίνει στο Α.Ν.Σ. για τον καθαρισμό του κυλίνδρου από τα καυσαέρια και για την προετοιμασία του επόμενου κύκλου λειτουργίας. Βαλβίδα εξα γω γής Εξερχόμενα. /Καυσαέρια 4 ^ Χ ρ ό ν ο ς Ε ία ν ω ν ή Κ α υ σ α εο ίω ν