ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ AΜΕΣΟΥ ΨΕΚΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ

Α.Τ. Ε. Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ: ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ AΜΕΣΟΥ ΨΕΚΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ: ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΣ: ΛΙΓΓΟΣ ΧΡΗΣΤΟΣ Α.Ε.Μ : 4635 ΚΩΣΤΗΣ Ι. ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΦΡΙΤΣΑΣ ΙΩΑΝΝΗΣ Α.Ε.Μ : 4827 ΚΑΒΑΛΑ ΙΟΥΝΙΟΣ 2011

Συστήματα Άμεσου Ψεκασμού Και Νέες τεχνολογίες ΠΡΟΛΟΓΟΣ Τα τελευταία χρόνια η τεχνολογική εξέλιξη του αυτοκινήτου προχωρά με πολύ γρήγορους ρυθμούς. Οι σημαντικότεροι λόγοι για την εξέλιξη αυτή είναι η αναζήτηση νέων οικονομικότερων και φιλικότερων προς το περιβάλλον κινητήρων (με τη μικρότερη δυνατή εκπομπή ρύπων) καθώς και η συνεχής βελτιστοποίηση της απόδοσής του. Στη ραγδαία αυτή εξέλιξη συνέβαλε και η πρόοδος των ηλεκτρονικών, μέσω των οποίων αναπτύχθηκαν κι εξελίχθηκαν νέα συστήματα διαχείρισης κι ελέγχου της λειτουργίας των κινητήρων. Το σύστημα που είναι ικανό να συνεισφέρει τα μέγιστα για την επίτευξη των παραπάνω στόχων των κατασκευαστών κινητήρων, δηλ. την οικονομία, τη μείωση ρύπων στα καυσαέρια και τη βελτίωση της ισχυος, είναι το σύστημα έγχυσης άμεσου ψεκασμού, συνεπικουρούμενο απ την πρόοδο της τεχνολογίας στα ηλεκτρονικά. Λόγω της σπουδαιότητας του συγκεκριμένου συστήματος έγχυσης και λόγω προσωπικού ενδιαφέροντος για τη μελέτη του θέματος αυτού, αποφασίσαμε να επιλέξουμε το συγκεκριμένο θέμα για το παρόν πόνημα. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ε.1 Γενικά. Ε.2 Συμβατικό σύστημα τροφοδοσίας. Ε.2.1 Εξαερωτήρας Ε.2.1.1 Λειτουργία Ε.2.1.2 Περιγραφή εξαερωτή Ε.2.2 Φίλτρο αέρα Ε.2.3 Υποβοήθηση της ροής καυσίμου Ε.2.3.1 Μέσω του σιγαστήρα Ε.2.3.2 Απ ευθείας απ το κάρτερ Ε.2.3.3 Αντλίες Ε.3 Έμμεσος Ψεκασμός Ε.3.1 Γενικά. Ε.3.2 Ψεκασμός μονού σημείου (Single Point Injection) Ε.3.3 Ψεκασμός πολλαπλού σημείου (MPI : multi point injection) Ε.3.4 Τα Βασικότερα συστήματα Έμμεσου ψεκασμού καυσίμου E.4 Άμεσος Ψεκασμός Ε.4.1 Γενικά Ε.4.1.1 Λειτουργία ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ FSI (FUEL STRATIFIED INJECTION) 1.1 Γενικά 1.2 Περιγραφή του συστήματος άμεσου ψεκασμού FSI 1.2.1 Κλάδος χαμηλής πίεσης 1.2.2 Κλάδος υψηλής πίεση Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 1

1.3 Μονάδα Ελέγχου Κινητήρα (Engine Control Unit / ΕCU) 1.3.1 Γενικά 1.3.2 Λειτουργικά μέρη εγκεφάλου 1.3.2.1 Μνήμες εγκεφάλου 1.3.2.2 CAN Bus 1.4 Περιγραφή Λειτουργίας FSI 1.5 Λειτουργικά χαρακτηριστικά του FSI 1.6 Τρόποι αντιμετώπισης υψηλών επιπέδων εκπομπής οξειδίων του αζώτου 1.6.1 Επανακυκλοφορία Καυσαερίων Εξαγωγής (EGR) 1.6.1.1 Γενικά 1.6.1.2 Λειτουργία του συστήματος (EGR) 1.6.2 Σύστημα Επιλεκτικής Καταλυτικής Αναγωγής SCR (Selective Catalytic Reduction) 1.6.2.1 Γενικά 1.6.2.2 Τεχνική Ανάλυση 1.6.2.3 Λειτουργία συστήματος SCR 1.6.2.4 Πλεονεκτήματα τεχνολογίας SCR (AdBlue) έναντι ΕGR 1.6.2.5 Ανάλυση του Adblue 1.6.2.6 Πλεονεκτήματα Χρήσης AdBlue 1.7 Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα συστήματος FSI 1.8 Άμεσος ψεκασμός της Mitsubishi 1.9 Άμεσος ψεκασμός από τη Nissan 1.10 Άμεσος ψεκασμός της Toyota 1.11 Άμεσος ψεκασμός FSI της Audi 1.12 Εξέλιξη του FSI από το Group VW. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤFSI 2.1 Γενικά 2.2 Περιγραφή κινητήρα TFSI Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 2

2.2.1 Γενικά 2.2.2 Χαρακτηριστικά εξαρτήματα TFSI 2.3 Περιγραφή Λειτουργίας TFSI 2.3.1 Καταλυτικός Μετατροπέας 2.4 Υπερπληρωτές 2.4.1 Γενικά 2.4.2 Φιλοσοφία υπερσυμπιεστών 2.4.3 Είδη υπερσυμπιεστών 2.5 Πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα κινητήρα TFSI 2.6 Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 TΕΧΝΟΛΟΓΙΑ TSI (TWIN SUPERCHARGING INJECTION) 3.1 Γενικά 3.1.1 Τα κυριότερα συστήματα υπερπλήρωσης που έχουν αναπτυχθεί έως σήμερα. 3.2 Στροβιλοσυμπιεστής (turbo) 3.2.1 Λειτουγρία 3.2.2 Τουρμπίνα Μεταβλητής Γεωμετρίας 3.2.3 Δίδυμοι Υπερσυμπιεστές (Twin Turbo) 3.3 Μηνανικός Συμπιεστής ( Kompressor) 3.3.1 Γενικά 3.3.1 Τα είδη των μηχανικών υπερσυμπιεστών είναι : 3.4 Ανάλυση Μηχανικών Mερών TSI 3.5 Μονάδα του υπερσυμπιεστή καυσαερίων 3.6 Λειτουργία Συστήματος TSI 3.7 VW Golf GT 3.8 Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα συστήματος TSI 3.9 Προβλήματα και Λύσεις ΕΠΙΛΟΓΟΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 3

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΚΟΝΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εικόνα Ε.1 Εξαερωτήρας Εικόνα Ε.2 Βασικά μέρη εξαερωτήρα Εικόνα Ε.3 Λειτουργία εξαερωτήρα Εικόνα Ε.4 Βελόνα Εικόνα Ε.5 Μπάρα ψεκασμού με μία τρύπα Εικόνα Ε.6 Μπάρα ψεκασμού με δύο τρύπες Εικόνα Ε.7 Τοποθέτηση μπάρας Εικόνα Ε.8 Διατομές χωνιού Εικόνα Ε.9 Φίλτρο εξαερωτήρα Εικόνα Ε.10 Σύνδεση σιγαστήρα με δεξαμενή Εικόνα Ε.11 Άντληση καυσίμου μέσω δεξαμενής Εικόνα Ε.12 Ψεκασμός μονού σημείου Εικόνα Ε.13 Ψεκασμός πολλαπλών σημείων Εικόνα Ε.14 Ταχύτητα ψεκασμού Εικόνα Ε.15 Διπλός ψεκασμός Εικόνα Ε.16 Σχηματική διάταξη του συστήματος Κ- Jetronic Εικόνα E.17 Σχηματική διάταξη του συστήματος KΕ-Jetronic Εικόνα E.18 Το ηλεκτρονικό σύστημα ψεκασμού L-Jetronic Εικόνα Ε.19 Το ηλεκτρονικό σύστημα ψεκασμού Motronic Εικόνα Ε.20 Κινητήρας Mitsubishi V6 Εικόνα Ε.21 Διαστρωμάτωση μίγματος αέρα βενζίνης Εικόνα Ε.22 Ψεκασμός κατά την κάθοδο του εμβόλου Εικόνα Ε.23 Διπλός ψεκασμός για ψύξη θαλάμου ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εικόνα 1.1 Σύστημα άμεσου ψεκασμού βενζινοκινητήρα. Εικόνα 1.2 Σύστημα χαμηλής πίεσης Εικόνα 1.3 Μονάδα ελέγχου της αντλίας καυσίμου Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 4

Εικόνα 1.4 Ηλεκτρική αντλία καυσίμου Εικόνα 1.5 Ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης συστήματος χαμηλής πίεσης (σημείο 1) Εικόνα 1.6 Σύστημα υψηλής πίεσης Εικόνα 1.7 Αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης 1.4 ltr 66 kw και 1.6 ltr 85 Kw Εικόνα 1.8 Αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης 2.0 ltr 110 kw και 2.0 ltr 147 kw Εικόνα 1.9 Ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης συστήματος υψηλής πίεσης (σημείο 1) Εικόνα 1.10 Εγχυτήρες καυσίμου υψηλής πίεσης (σημείο 1) Εικόνα 1.11 Εγχυτήρας υψηλής πίεσης Εικόνα 1.12 Μονάδα Ελέγχου Κινητήρα (ECU) Εικόνα 1.13 Μετατροπέας CANbus Εικόνα 1.14 Μεταβλητός Αυλός Εισαγωγής Δύο Σταδίων Εικόνα 1.15 Διασκορπισμός του καυσίμου Εικόνα 1.16 Στρωματοποιημένη καύση Εικόνα 1.17 Προανάφλεξη (πυράκια) Εικόνα 1.18 Καταλύτης DeNOx Εικόνα 1.19 Σύστημα επανακυκλοφορίας καυσαερίων εξαγωγής (EGR) Εικόνα 1.20 Τεχνολογία SCR της Mercedes Εικόνα 1.21 Λειτουργία του συστήματος SCR Εικόνα 1.22 Μέρη συστήματος SCR Εικόνα 1.23 Δεξαμενή AdBlue κάτω από το πλαίσιο Εικόνα 1.24 Σύστημα SCR στην E-200 Εικόνα 1.25 Σύστημα Άμεσου Ψεκασμού Mitsubishi Εικόνα 1.26 Κινιτήρας Nissan Maxima άμεσου ψεκασμού Εικόνα 1.27 Κινητήρας D4 της Toyota Εικόνα 1.28 Βενζινοκινητήρας Audi R8 V10 Εικόνα 1.29 Ειδική γεωμετρία θαλάμου καύσης GDI Εικόνα 1.30 Ομογενοποιημένο μείγμα Εικόνα 1.31 Στρωματοποιημένο μείγμα Εικόνα 1.32 FSI VW Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 5

Εικόνα 1.33 Διάγραμμα ελέγχου εκπομπής ρύπων σε κινητήρα FSI. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Εικόνα 2.1 Κινητήρας TFSI V6 Εικόνα 2.2 Τομή κινητήρα TFSI 2.0cc Εικόνα 2.3 Στροφαλοφόρος Άξονας με Φλάντζες ρουλεμάν Εικόνα 2.4 (α) Κορμός Κινητήρα (β) Έμβολο Eικόνα 2.5 Κινητήρας TFSI V6 Εικόνα 2.6 Πολλαπλή εξαγωγή TFSI Εικόνα 2.7 Σύστημα Χαμηλής Πίεσης Εικόνα 2.8 Μονάδα Ελέγχου της Αντλίας Καυσίμου J538 Εικόνα 2.9 Σύστημα Υψηλής Πίεσης Εικόνα 2.10 Αντλία Υψηλής Πίεσης Εικόνα 2.11Κίνηση Αντλίας από Εκκεντροφόρο Εικόνα 2.12 Αντλία Υψηλής Πίεσης 2.0cc TFSI Εικόνα 2.13 Γραναζωτή Αντλία Χαμηλής Πίεσης Εικόνα 2.14 Καταλυτικός μετατροπέας Εικόνα 2.15 Στροβιλοσυμπιεστής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Εικόνα 3.1 Ροή του αέρα στον TSI Εικόνα 3.2 Στροβiλοσυμπιεστής (turbo) Εικόνα 3.3 Λειτουργία συστήματος τούρμπο Εικόνα 3.4 Τουρμπίνα Μεταβλητής Γεωμετρίας Εικόνα 3.5 Σύνδεση Twin Turbo σε σειρά Εικόνα 3.6 Παράλληλη Twin Turbo σύνδεση Εικόνα 3.7 Μηχανικός Συμπιεστής ( Kompressor) Εικόνα 3.8 Υπερσυμπιεστής με λοβούς (Roots) Εικόνα 3.9 Υπερσυμπιεστής TVS Εικόνα 3.10 Μηχανικός υπερσυμπιεστής Comprex Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 6

Εικόνα 3.11 Κυλινδροκεφαλή TSI Εικόνα 3.12 Εκκεντροφόροι και περίβλημα εκκεντροφόρων Εικόνα 3.13 Βαλβίδα Εκτόνωσης (Wastegate) Εικόνα 3.14 Βασικά μέρη κινητήρα TSI Εικόνα 3.15 Διάγραμμα κυκλοφορίας αέρα στο ψυγείο Εικόνα 3.16 Αερόψυκτο ψυγείo Εικόνα 3.17 Διάγραμμα Σύστημα ψύξεως Εικόνα 3.18 Μονάδα του υπερσυμπιεστή καυσαερίων Εικόνα 3.19 Πολλαπλή εισαγωγής σε τομή Εικόνα 3.20 Διάγραμμα λειτουργίας του TSI Εικόνα 3.21Μπλε : Περιοχή λειτουργίας μηχανικού υπερσυμπιεστή, Γαλάζιο: Μεταβατική περιοχή, Πράσινο: Περιοχή λειτουργίας turbo Εικόνα 3.22 Τμήματα του βενζινοκινητήρα TSI Εικόνα 3.23 Ο πρώτος κινητήρας της Porsche Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 7

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ξεκινώντας την αναφορά μας στα συστήματα άμεσου ψεκασμού και των νέων τεχνολογιών, κάνουμε στην εισαγωγή μια ιστορική αναδρομή στο παλιό σύστημα εισαγωγής αέρα (εξαερωτήρας), αναλύοντάς το. Αμέσως μετά αναφερόμαστε στον έμμεσο ψεκασμό, στους τρόπους με τους οποίους επιτυγχάνεται, στη λειτουργία του και στα βασικότερα συστήματα έμμεσου ψεκασμού (K-jetronic, KE-jetronic, L-jetronic, Motronic). Τελειώνοντας κάνουμε μια μικρή εισαγωγή στον άμεσο ψεκασμό, στην φιλοσοφία του και την λειτουργία του. Στο 1 ο κεφάλαιο περιγράφουμε την τεχνολογική εξέλιξη έγχυσης καυσίμου (FSI Fuel Stratified Injection) στους σύγχρονους κινητήρες. Έτσι, παραθέτουμε τα διάφορα μηχανικά και ηλεκτρονικά μέρη από τα οποία αποτελείται και στο τέλος σημειώνουμε τα πλεονεκτήματα μειονεκτήματα του συστήματος αυτού, παρουσιάζοντας επίσης μερικούς κινητήρες διάφορων εταιριών άμεσου ψεκασμού. Στο 2 ο κεφάλαιο μιλάμε για την εξέλιξη του συστήματος άμεσου ψεκασμού FSI στο νέο κινητήρα TFSI (Turbo Fuel Stratified Injection). Η αναφορά μας αυτή περιλαμβάνει την ανάλυση του συστήματος αυτού, την περιγραφή της λειτουργίας του, την ενσωμάτωση του turbo η οποία είναι και η βασική διαφορά. Στο τελευταίο κεφάλαιο της πτυχιακής μας εργασίας θα παρουσιάσουμε την τελευταία εξέλιξη του άμεσου ψεκασμού που είναι η τεχνολογία TSI (Twin Supercharger Injection). Η σκέψη και φιλοσοφία της τεχνολογικής ανάπτυξης αυτής είναι η υψηλή απόδοση της ισχύος σε συνδυασμό με την χαμηλή κατανάλωση και τους χαμηλούς ρύπους και τις δυνατότητες που παρέχει. Αυτό επετεύχθη με το πάντρεμα του στροβιλοσυμπιεστή και του μηχανικού υπερσυμπιεστή. Όλα τα παραπάνω εξηγούνται αναλυτικά στις επόμενες σελίδες του κεφαλαίου. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 8

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ε.1 Γενικά Ο κύριος σκοπός του συστήματος ψεκασμού είναι να τροφοδοτήσουμε τη μηχανή όπως και στο καρμπυρατέρ μ ένα μίγμα αέρα και βενζίνης. Η αναλογία καυσίμου-αέρα πρέπει να είναι η κατάλληλη, ώστε η καύση που πραγματοποιείται να καλύπτει όλες τις φάσεις λειτουργίας του κινητήρα. Οι βασικές απαιτήσεις από ένα τέτοιο σύστημα είναι: Η χαμηλή κατανάλωση καυσίμου. Η ελαχιστοποίηση των εκπεμπόμενων ρύπων. Η δυνατότητα αύξησης της απόδοσης του κινητήρα σε όλες τις φάσεις λειτουργίας του. Ε.2 Συμβατικό σύστημα τροφοδοσίας Ε.2.1 Εξαερωτήρας Λέγεται και καρμπυρατέρ (εικόνα Ε.1). Από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 άρχισε σταδιακά να αντικαθίσταται από τα ηλεκτρονικά συστήματα ψεκασμού (injection) και πλέον έχει εκτοπιστεί εντελώς από τους σύγχρονους κινητήρες, κυρίως εξαιτίας της αδυναμίας του να ρυθμίζει με ακρίβεια το συντελεστή «λ», του λόγου της χρησιμοποιούμενης ποσότητας αέρα προς τη θεωρητικά ελάχιστη απαιτούμενη, για την πλήρη καύση μιας συγκεκριμένης ποσότητας καυσίμου. Εικόνα Ε.1 Εξαερωτήρας Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 9

Για ν αναφλεγούν τα υγρά καύσιμα πρέπει να φτάσουν στο θάλαμο καύσης σε πολύ μικρά σταγονίδια (σαν ατμός) και μάλιστα αναμεμιγμένα με τον αέρα σ' ορισμένη αναλογία. Οι δύο αυτές λειτουργίες, η εξαέρωση και η μίξη, γίνονται απ τον εξαερωτή. Το απλούστερο καρμπυρατέρ αποτελείται απ τον αγωγό Venturi (1), την μπάρα ψεκασμού (3) και την βελόνα (4). Η είσοδος του υγρού καύσιμου γίνεται από την άκρη της μπάρας (2) (εικόνα Ε.2). Εικόνα Ε.2 Βασικά μέρη εξαερωτήρα Ε.2.1.1 Λειτουργία Με ανοικτή τη θυρίδα εισαγωγής, η υποπίεση του κάρτερ (7) αναρροφά αέρα. Στο στενό σημείο του Venturi ο αέρας (5) επιταχύνεται και η πίεση πέφτει. Η διαφορά πίεσης μεταξύ δεξαμενής και χωνιού "σπρώχνει" το καύσιμο από την τρύπα της μπάρας, που στην συνέχεια "αναμιγνύεται" με τον αέρα (6) (εικόνα Ε.3). Στους δίχρονους κινητήρες η αδράνεια του ταχύτατα εισερχόμενου αέρα σταθεροποιεί την ροή και στον υπόλοιπο χρόνο που η θυρίδα εισαγωγής είναι κλειστή κι έτσι έχουμε συνεχή ψεκασμό και σταθερό μίγμα σ' όλο τον κύκλο. Στους τετράχρονους υπάρχει μία μικρή υστέρηση ανάμεσα σε δύο διαδοχικές φάσεις αναρρόφησης, αλλά αυτή δεν επηρεάζει την ομαλή τροφοδοσία. Εικόνα Ε.3 Λειτουργία εξαερωτήρα Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 10

Ε.2.1.2 Περιγραφή εξαερωτή Βελόνα Η βελόνα ρυθμίζει την ποσότητα του καυσίμου(εικόνα Ε.4). Βιδώνοντας (κλείνοντας) τη βελόνα περιορίζεται το άνοιγμα της μπάρας και διέρχεται λιγότερο καύσιμο.το μίγμα γίνεται "πτωχότερο". Ξεβιδώνοντας (ανοίγοντας) τη βελόνα, αυξάνεται η ποσότητα του καύσιμου. Εικόνα Ε.4 Βελόνα Το μίγμα γίνεται "πλουσιότερο". Όλα αυτά αναφέρονται σε μία σταθερή ποσότητα εισερχόμενου αέρα. Η βελόνα πρέπει να είναι μυτερή και ίσια, να εφαρμόζει καλά για στεγανότητα και να έχει λεπτό σπείρωμα για ευκολία ρυθμίσεων (εικόνα Ε.4). Μπάρα ψεκασμού Μπάρα με μια τρύπα (εικόνα Ε.5) : Εικόνα Ε.5 Μπάρα ψεκασμού με μία τρύπα 1. Η τρύπα ακριβώς στην κάτω θέση = καλύτερη ροή. 2. Η τρύπα στην άνω θέση = χειρότερη ροή. 3. Η τρύπα στο πλάι = μέση ροή Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 11

Μπάρα με δύο τρύπες (εικόνα Ε.6) : Εικόνα Ε.6 Μπάρα ψεκασμού με δύο τρύπες 4. Οι τρύπες σε οριζόντια θέση (καλύτερη θέση). 5. Οι τρύπες σε κατακόρυφη θέση. Από την επάνω τρύπα δεν εξέρχεται καύσιμο. 6. Οι τρύπες σε τυχαία θέση. Και στις τρείς θέσεις η συνολική ροή είναι πολύ καλή. Αγωγός Venturi Η ποσότητα του αέρα που εισρέει στο κάρτερ εξαρτάται από την ικανότητα άντλησης του κινητήρα κι από τη διατομή του χωνιού. Στο στενό Αγωγό Venturi ο αέρας επιταχύνεται περισσότερο κι αυξάνεται η αναρροφητική ικανότητα. Η ποσότητα εξαρτάται και σε μικρότερο βαθμό από το σχήμα. Αλλά από το στενότερο Venturi θα περάσει μικρότερη ποσότητα αέρα και κατ' ακολουθία και μικρότερη ποσότητα καυσίμου, αν θέλουμε να διατηρήσουμε την ίδια αναλογία μίγματος. Η ισχύς του κινητήρα θα μειωθεί. Στον ίδιο κινητήρα λοιπόν έχουμε δύο δυνατότητες: Να μεγαλώσουμε τη διατομή του Venturi για ν αυξήσουμε την ποσότητα του μίγματος (την ισχύ), με μειονέκτημα την αδυναμία ταχείας ροής και ικανοποιητικής αναρροφήσεως του καύσιμου, ή Να μικρύνουμε τη διατομή για οικονομία και βελτιωμένη ροή - αναρρόφηση - με ταυτόχρονη μείωση της ισχύος. Η γωνία της εισόδου του αγωγού Venturi ως προς την τροχιά ψεκασμού πρέπει να είναι τέτοια, ώστε να μην μεταβάλλεται η ποσότητα του εισερχόμενου αέρα από την μεταβολή της ταχύτητας πτήσης. Ευτυχώς οι κατασκευαστές έχουν βρει την ιδανική αυτή γωνία. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 12

Εικόνα Ε.7 Τοποθέτηση μπάρας A: Η μπάρα ψεκασμού διαπερνά όλο τον αγωγό Venturi. B: Η μπάρα ψεκασμού δεν διαπερνά τον αγωγό Venturi. Ανάλογα με την ύπαρξη (ή το πάχος) της μπάρας μεταβάλλεται και η ωφέλιμη διατομή του χωνιού (εικόνα Ε.8). Εικόνα Ε.8 Διατομές χωνιού 1. Χωνί με παράλληλες πλευρές 2. Χωνί με καμπύλες πλευρές (σχήμα κανονικού venturi) 3. Χωνί με πρόσθετο στραγγαλιστή σε σχήμα κανονικού venturi Ε.2.2 Φίλτρο αέρα Οι κινητήρες μας δεν φθείρονται περισσότερο απ τη λειτουργία, αλλά απ τη σκόνη που μπαίνει και καταστρέφει τα πάντα. Υπάρχουν ειδικά φίλτρα (εικόνα Ε.9) που προστατεύουν την είσοδο του καρμπυρατέρ και συνιστώνται κυρίως σε όσους περνούν από χωμάτινους διαδρόμους. Εικόνα Ε.9 Φίλτρο εξαερωτήρα Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 13

Μόνο μειονέκτημα του φίλτρου είναι ότι κόβει και την ταχύτητα και την ποσότητα του αέρα, μειώνοντας την ισχύ. Ε.2.3 Υποβοήθηση της ροής καυσίμου Η ικανότητα άντλησης καύσιμου ενός κινητήρα είναι ορισμένη. Είναι λογικό ότι όταν το μοντέλο εκτελεί άνοδο, η στάθμη του καύσιμου θα είναι πολύ χαμηλότερα απ το καρμπυρατέρ και η διαφορά πίεσης ίσως να μην είναι αρκετή ν αντισταθμίσει την υψομετρική διαφορά. Επίσης, όταν το μοντέλο εκτελεί ακροβατικούς ελιγμούς, η φυγόκεντρος δυσκολεύει τη σωστή τροφοδοσία. Και στις δύο αυτές περιπτώσεις η ποσότητα του καύσιμου που θα φθάσει στο καρμπυρατέρ θα είναι μικρότερη απ τη ζητούμενη. Πρέπει να βρεθεί τρόπος να υποβοηθείται η ροή του καυσίμου. Εδώ πρέπει να ξεκαθαρίσουμε μία πλάνη: Η πίεση και η άντληση δεν αυξάνουν άμεσα την ισχύ του κινητήρα. Δίνουν όμως τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε ένα φαρδύτερο καρμπυρατέρ απ το οποίο περνάει μεγαλύτερη ποσότητα μίγματος, το οποίο είναι τελικά υπεύθυνο για την αύξηση της ισχύος. Ε.2.3.1 Μέσω του σιγαστήρα Ο συνηθέστερος τρόπος είναι να συνδέσουμε το σιγαστήρα (ή την πίπα) και τη δεξαμενή, μ ένα σωληνάκι (2) (εικόνα Ε.10). Εικόνα Ε.10 Σύνδεση σιγαστήρα με δεξαμενή Τα αέρια της καύσης, στραγγαλιζόμενα στο θάλαμο της εξάτμισης παρέχουν μία συνεχή πίεση στη δεξαμενή, ελαφρώς μεγαλύτερη απ την ατμοσφαιρική, που σπρώχνει το καύσιμο προς το καρμπυρατέρ. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 14

Αυτό δεν είναι εφικτό, αν ο σιγαστήρας είναι ανοικτός και από μπροστά (διαμπερής). Η θέση απ' όπου παίρνουμε πίεση απ τον κοινό σιγαστήρα έχει ορισθεί απ τον κατασκευαστή, ενώ στην περίπτωση της πίπας, υπάρχουν περισσότερες επιλογές. Είναι ευνόητο ότι το σύστημα δεξαμενής και σωλήνων δεν πρέπει να έχει άλλο άνοιγμα. Αν υπάρχει και σωληνάκι υπερχείλισης (3), αυτό πρέπει να σφραγίζεται για την πτήση μ ένα ξυλαράκι ή βίδα. Ε.2.3.2 Απ ευθείας απ το κάρτερ Το κάρτερ παρέχει μεγάλη πίεση. Πολλοί κινητήρες δεσμών ταχύτητας (speed) και αερομαχιών (combat), εκμεταλλεύονται αυτή τη δυνατότητα συνδέοντας το κάρτερ με τη δεξαμενή μ ένα απλό σωληνάκι. Το μειονέκτημα όμως είναι ότι η μεγάλη αυτή πίεση είναι ανεξέλεγκτη, δηλαδή δεν μπορούμε να τη μετριάσουμε και η ρύθμιση της βελόνας είναι πολύ κρίσιμη. Ο κινητήρας πρέπει να λειτουργεί αναγκαστικά σε μια ταχύτητα, όπως συμβαίνει αναγκαστικά στα control line. Ε.2.3.3 Αντλίες Μπορούμε επίσης να τραβήξουμε καύσιμο απ τη δεξαμενή με μια απ τις πολλές αντλίες που υπάρχουν γι' αυτό το σκοπό (εικόνα Ε.11). Εικόνα Ε.11 Άντληση καυσίμου μέσω δεξαμενής Οι διαφραγματικές αντλίες έχουν ρύθμιση με την οποία θεωρητικά μπορούμε να ελέγξουμε την πίεση που φθάνει στην δεξαμενή. Άλλες αντλίες και αντλούν και σπρώχνουν το καύσιμο. Πιο σύνθετες αντλίες ρυθμίζουν αυτόματα την παροχή πίεσης - καύσιμου, ανάλογα με την περιοχή των στροφών που λειτουργεί ο κινητήρας, ιδίως στο ρελαντί. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 15

Ε.3 Έμμεσος Ψεκασμός Ε.3.1 Γενικά Έμμεσο ψεκασμό ονομάζουμε τη διαδικασία την οποία το καύσιμο ψεκάζεται σ ένα ή περισσότερα σημεία στην πολλαπλή εισαγωγής αέρα, λειτουργεί σε χαμηλότερες πιέσεις και οι ψεκαστήρες - injectors μπορούν να ενεργοποιούνται ταυτόχρονα και χωρίς συγχρονισμό με τον κύκλο του κινητήρα. Η Bosch έχει αναμφισβήτητα χαράξει το δρόμο στον ψεκασμό καυσίμων και αρχικά στις μοτοσικλέτες το σύστημα ψεκασμού ήταν σε ανεξάρτητη μονάδα απ το σύστημα ανάφλεξης. Όπως θα δούμε αργότερα, όταν ενσωματώθηκαν μεταξύ τους τα δυο συστήματα, ο όρος για τον έλεγχο έγινε: Διαχείριση κινητήρα (engine management). Μερικά από τα συστήματα που θ αναπτύξουμε έχουν σχέση με ξεχωριστές μονάδες (ανάφλεξη από ψεκασμό) και μερικά είναι τμήματα ψεκασμού καυσίμου μιας ολοκληρωμένης μονάδας διαχείρισης κινητήρα. Ε.3.2 Ψεκασμός μονού σημείου (Single Point Injection) Τα συστήματα ψεκασμού ενός σημείου (εικόνα Ε.12) χρησιμοποιούν μια μονάδα κεντρικής ανάμιξης καυσίμου, όπως τα καρμπυρατέρ, μαζί με μια βαλβίδα ψεκαστήρα η οποία ελέγχεται με ηλεκτρονικό τρόπο. Μερικά συστήματα SPI έχουν μόνο ένα ψεκαστήρα (σε μικρούς εξακύλινδρους και οκτακύλινδρους κινητήρες, χρειάζονται δυο ψεκαστήρες). Ο ψεκαστήρας ή οι ψεκαστήρες, οι οποίοι βρίσκονται μέσα σ ένα κουτί που αντιστοιχεί με το σώμα του καρμπυρατέρ, μ εντολή απ τον υπολογιστή ψεκάζουν το καύσιμο, μέσα σε μια ουσιαστικά συμβατική πολλαπλή εισαγωγή. Το πλεονέκτημα του SPI 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 μ ένα ακριβές σύστημα μέτρησης καυσίμου μέσω του ψεκαστήρα ή (ψεκαστήρων). Ο χρόνος Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 16

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 απ τον μικροϋπολογιστή. Εικόνα Ε.12 Ψεκασμός μονού σημείου Ο μικροϋπολογιστής δέχεται ηλεκτρικά σήματα από αισθητήρες οι οποίοι εποπτεύουν τις διάφορες συνθήκες λειτουργίας. Αποτιμά τις πληροφορίες απ τους αισθητήρες και με βάση αυτές στέλνει σήματα στους ψεκαστήρες καυσίμου, ελέγχοντας τους παλμούς λειτουργίας και διακοπής λειτουργίας. Όταν ο κινητήρας είναι κρύος, κατά τη 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 στο μονό ψεκασμό και στον πολλαπλό είναι ότι ο μονός ψεκάζει πριν απ την πεταλούδα γκαζιού γι 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 την παροχή ενός σημείου παρέχοντας ακριβή ποσότητα καυσίμου σε κάθε κύλινδρο, με αποτέλεσμα να ελαττωθούν τα προβλήματα που προκαλούνται απ το σχήμα της πολλαπλής εισαγωγής. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 17

Ε.3.3 Ψεκασμός πολλαπλού σημείου (MPI : multi point injection) Η διαφορά σε σχέση με τον ψεκασμό μονού σημείου είναι ότι το μίγμα προετοιμάζεται έξω από τον χώρο καύσης και είναι αναγκαστικά ομοιογενές. Το σύστημα πολλαπλού σημείου αποτελείται από ψεκαστήρες οι οποίοι βρίσκονται στο πλάι της εισαγωγής του κάθε κυλίνδρου (εικόνα Ε.13). Εικόνα Ε.13 Ψεκασμός πολλαπλών σημείων Το καύσιμο ψεκάζεται κατά διαστήματα που διαρκούν λιγότερο από χιλιοστά του δευτερολέπτου και υπό πίεση που δεν ξεπερνά τα 3 με 4 bar. (εικόνα Ε.14). Εικόνα Ε.14 Ταχύτητα ψεκασμού Οι ψεκαστήρες σε σύστημα ψεκασμού πολλών σημείων μπορεί να λειτουργήσουν με παλμούς διέγερσης με αρκετούς διαφορετικούς τρόπους : Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 18

Με ταυτόχρονο (διπλό) ψεκασμό (Dual Injector System) : Το σύστημα αυτό διαθέτει δύο μπεκ ανά κύλινδρο που ψεκάζουν καύσιμο σε δύο ανεξάρτητους αυλούς πριν από κάθε βαλβίδα εισαγωγής οι οποίοι λαμβάνουν παλμούς λειτουργίας όλοι μαζί (εικόνα Ε.15). Εικόνα Ε.15 Διπλός ψεκασμός 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 σ έναv 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 (1-3 - 4-2). Από την ιδιότητα αυτή προκύπτει και η ονομασία σε σειρά ψεκασμός. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 19

Ε.3.4 Τα Βασικότερα συστήματα Έμμεσου ψεκασμού καυσίμου Αναφερόμαστε στα γνωστότερα έμμεσα συστήματα έγχυσης καυσίμου (INJECTION) με βάση τη μέθοδο ελέγχου της δόσης καυσίμου στους εγχυτήρες. Συγκεκριμένα αναλύονται περιληπτικά τα συστήματα K-Jetronic, KE-Jetronic, L-Jetronic και Motronic. Κ- Jetronic Το K-Jetronic (εικόνα Ε.16) είναι μια έμμεση και συνεχής διαδικασία κατά την οποία ο ψεκασμός πραγματοποιείται στην είσοδο του κάθε κυλίνδρου. Εικόνα Ε.16 Σχηματική διάταξη του συστήματος Κ- Jetronic 1. Δεξαμενή καυσίμων 14. Ρυθμιστής πίεσης 2. Ηλεκτρική αντλία βενζίνης 15. Πεταλούδα γκαζιού 3. Ρελέ ηλεκτρικής αντλίας βενζίνης 16. Σωλήνα διόδου για άφορτη 4. Κλειδί ανάφλεξης Λειτουργία 5. Συσσωρευτής 17. Ρυθμιστής στροφών ρελαντί 6. Φίλτρο 18. Ρυθμιστής CO 7. Κατανεμητής 19. Μπεκ ψυχρής εκκίνησης 8. Σωλήνας καυσίμων προς στο μπεκ 20. Σωλήνας βενζίνης για το μπεκ 9. Εγχυτήρας (μπεκ) Ψυχρής εκκίνησης 10. Μοχλός διαφράγματος 21. Θερμικός χρονοδιακόπτης 11. Διάφραγμα 22. Θερμότητα σωλήνα διόδου 12. Πολλαπλή εισαγωγή 23. Βηματικό μοτέρ 13. Σημείο στο οποίο ο μοχλός 24. Βαλβίδα πρόσθετου αέρα Διαφράγματος ταλαντώνεται 25. Ρυθμιστής θερμής λειτουργίας Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 20

Η μέτρηση του καυσίμου γίνεται με μηχανικό τρόπο και το καύσιμο ψεκάζεται από τους εγχυτήρες που ανοίγουν ανάλογα με την επικρατούσα πίεση στη γραμμή διανομής καυσίμου. KΕ- Jetronic Το KΕ-Jetronic (εικόνα Ε.17) στηρίζεται στο μηχανικό K-Jetronic. Η διαφορά του είναι ότι το KΕ-Jetronic διαθέτει ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, που συλλέγει και επεξεργάζεται ένα πλήθος δεδομένων, παρέχοντας έτσι τη δυνατότητα ελέγχου της ποσότητας έγχυσης. Εικόνα E.17 Σχηματική διάταξη του συστήματος KΕ-Jetronic 1. Ρεζερβουάρ 9. Πολλαπλή εισαγωγής 2. Ηλεκτραντλία 10. Ψυχρό μπέκ. 3. Αποταμιευτής καυσίμου 11. Θερμοχρονοδιακόπτης 4. Φίλτρο καυσίμου 12. Πεταλούδα γκαζιού 5. Ρυθμιστής πίεσης συστήματος 13. Διακόπτης πεταλούδας γκαζιού 6. Μετρητής ποσότητας αέρα 14. Κλαπέ πρόσθετου αέρα 6a. Δίσκος μέτρησης αέρα 15. Αισθητήρας θερμοκρασίας κινητήρα 6b. Ποτενσιόμετρο 16. Κεντρική μονάδα ελέγχου 7. Κατανεμητής καυσίμου 17. Ηλεκτροϋδραυλικός ρυθμιστής πίεσης 7a. Ρυθμιστικό έμβολο 18. Αισθητήρας (Lambda) 7b. Ρυθμιστική. ακμή 19. Διανομέας 7c. Άνω θάλαμος 20. Ρελέ 7d. Κάτω θάλαμος 21. Διακόπτης εκκίνησης έγχυσης 8. Βαλβίδα έγχυσης (μπέκ) 22. Μπαταρία Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 21

L-Jetronic Συστήματα Άμεσου Ψεκασμού και Νέες Τεχνολογίες Το L-Jetronic (εικόνα Ε.18) είναι μια έμμεση διαδικασία κατά την οποία ο ψεκασμός πραγματοποιείται στην είσοδο του κάθε κυλίνδρου. Ο υπολογισμός του καυσίμου γίνεται από ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου με βάση τις πληροφορίες που συλλέγονται σ αυτή, σχετικά με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. Επίσης οι εγχυτήρες δεν ανοίγουν με βάση την πίεση στον αγωγό διανομής, αλλά με βάση τους παλμούς ανάφλεξης, εξασφαλίζοντας έτσι μια διακοπτόμενη έγχυση. Εικόνα E.18 Το ηλεκτρονικό σύστημα ψεκασμού L-Jetronic 1. Ρεζερβουάρ 12. Μετρητής ποσότητας αέρα 2. Ηλεκτραντλία καυσίμου 13. Ρελέ 3. Φίλτρο καυσίμου 14. Αισθητήρας Lambda 4. Αγωγοί διανομής καύσιμου 15. Αισθητήρας θερμοκρασίας κινητήρα 5. Ρυθμιστής πίεσης συστήματος 16. Θερμοχρονοδιακόπτης 6. Μονάδα ελέγχου 17. Ντιστριμπιτέρ 7. Εγχυτήρες (μπέκ) 18. Βαλβίδα (κλαπέ) πρόσθετου αέρα 8. Βαλβίδα ψυχρής εκκίνησης 19. Κοχλίας ρύθμισης μίγματος ρελαντί 9. Κοχλίας ρύθμισης στροφών ρελαντί 20. Μπαταρία 10. Διακόπτης πεταλούδας γκαζιού 21. Διακόπτης εκκίνησης 11. Πεταλούδα επιταχυντή Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 22

Motronic Συστήματα Άμεσου Ψεκασμού και Νέες Τεχνολογίες Το Motronic (εικόνα Ε.19) στηρίζεται στο μηχανικό L-Jetronic. Η διαφορά του είναι ότι το Motronic είναι ένας συνδυασμός της ηλεκτρονικής έγχυσης με την ηλεκτρονική ανάφλεξη. Η επιφόρτιση της μονάδας ελέγχου ψεκασμού με το χρονισμό της ανάφλεξης βελτιώνει τις συνθήκες καύσης, προσαρμόζοντας τους χρόνους ανάφλεξης στις εκάστοτε συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. Εικόνα Ε.19 Το ηλεκτρονικό σύστημα ψεκασμού Motronic Ε.4 Άμεσος Ψεκασμός Ε.4.1 Γενικά Λίγο πριν το τέλος του 20ού αιώνα, έκαναν την εμφάνισή τους και οι πρώτες νομοθεσίες για τον περιορισμό των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα. Κι ενώ τα ηλεκτρικά και τα υβριδικά αυτοκίνητα και οι ενεργειακές κυψέλες δεν έχουν ακόμα πείσει ότι μπορούν να αντικαταστήσουν τον κινητήρα εσωτερικής καύσης, ο τελευταίος είναι και πάλι ο πρωταγωνιστής της άμεσης λύσης στο δύσκολο πρόβλημα λύση, η οποία έρχεται από την Ιαπωνία. Μιλάμε για την τεχνολογία άμεσου ψεκασμού βενζίνης. Πρωτοπόρος σ αυτή την τεχνολογία είναι η Mitsubishi, η οποία έχει χρησιμοποιήσει βενζινοκινητήρες άμεσου ψεκασμού σε πολλά, μαζικά παραγόμενα, μοντέλα Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 23

της (Carisma, Paxero, κ.ά.). Τη Mitsubishi ακολούθησαν γρήγορα κι άλλοι Ιάπωνες κατασκευαστές, όπως η Nissan και η Toyota. Πάντως, σύμφωνα με τη Mitsubishi, οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού πλεονεκτούν έναντι όχι μόνο των συμβατικών κινητήρων, αλλά κι άλλων νέων και πιο εξωτικών τεχνολογιών (εικόνα Ε.20). Εικόνα Ε.20 Κινητήρας Mitsubishi V6 Ο λόγος είναι ότι, σε σχέση με τους συμβατικούς κινητήρες, εκπέμπουν λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα κατά τη λειτουργία τους. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι το προϊόν τέλειας καύσης και η εκπεμπόμενη ποσότητά του είναι ευθέως ανάλογη με το καύσιμο που καίγεται. Αν καταφέρουμε να παραγάγουμε το ίδιο αποτέλεσμα καταναλώνοντας λιγότερο καύσιμο, τότε έχουμε αυτόματα μειώσει και το εκπεμπόμενο διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό σημαίνει αύξηση της θερμοδυναμικής απόδοσης. Κατά τα άλλα, οι μέθοδοι παραγωγής και ανακύκλωσης είναι ακριβώς οι ίδιες με τις μέχρι σήμερα γνωστές. Ένα άλλο πολύ βασικό πλεονέκτημα είναι ότι η τιμή ενός αυτοκινήτου με κινητήρα άμεσου ψεκασμού βρίσκεται στα ίδια επίπεδα με την τιμή ενός συμβατικού. Ωστόσο υπάρχουν τεχνικά προβλήματα, που η αντιμετώπιση τους είναι ακόμη σε εξελισσόμενη έρευνα. Οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού στις χαμηλές στροφές ρυπαίνουν με τα ΝΟχ. Τα NOx σχηματίζονται στις περιοχές υψηλής θερμοκρασίας εντός της καιόμενης ζώνης, με την προυπόθεση ότι υπάρχει και η απαραίτητη ποσότητα οξυγόνου. Στη συνέχεια, κατά τη φάση της αποτόνωσης, ορισμένες αντιδράσεις που συμμετέχουν στο σχηματισμό των Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 24

NOx παγώνουν λόγω της πτώσης της θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα το καυσαέριο της εξαγωγής να περιέχει συγκεντρώσεις NOx αρκετά μεγαλύτερες από ότι θα περιέχει στη χημική ισορροπία. Ένα ακόμα πρόβλημα που παρατηρείται και είναι εξίσου σημαντικό είναι η κακή λίπανση και κακή ψύξη των βαλβίδων εισαγωγής. Στους κινητήρες FSI οι βαλβίδες εισαγωγής και κυρίως το πίσω μέρος τους κρατάνε κατάλοιπα της καύσης, διότι το μείγμα ψεκάζεται απευθείας στον κύλινδρο. Δηλαδή από τις βαλβίδες εισαγωγής διέρχεται μόνο ξηρός αέρας με αποτέλεσμα να έχουμε αύξηση θερμοκρασίας. Ε.4.1.1 Λειτουργία Το μυστικό για την πραγματοποίηση των παραπάνω βρίσκεται στη δυνατότητα του κινητήρα άμεσου ψεκασμού βενζίνης να λειτουργεί με δύο διαφορετικά προγράμματα ψεκασμού, ανάλογα με τις συνθήκες οδήγησης. «Πρόγραμμα Φτωχού Μίγματος» (Ultra-Lean Combustion Mode). Χρησιμοποιείται στο ρελαντί κάτω από κανονικές συνθήκες οδήγησης, με σταθερή ταχύτητα και χωρίς ξαφνικές επιταχύνσεις. Το καύσιμο ψεκάζεται σε μικρή ποσότητα μέσα στον κύλινδρο, στα τελευταία στάδια του χρόνου συμπίεσης πριν την ανάφλεξη. Έτσι, σχηματίζεται πολύ κοντά στο μπουζί ένα ομοιογενές, πολύ φτωχό μίγμα (αναλογία 40:1, όταν το στοιχειομετρικό μίγμα, δηλαδή το ιδανικό μίγμα αέρα/βενζίνης προκειμένου η καύση σε ένα μοτέρ βενζίνης να είναι τέλεια, είναι 14,7:1 κι ένας συμβατικός κινητήρας δεν μπορεί να λειτουργήσει με μίγμα φτωχότερο από 22:1), κατάλληλο για καύση. Ειδικές τεχνικές όπως μια ελικοειδή περιστρεφόμενη ριπή καυσίμου χρησιμοποιούνται για τον καλύτερο σχηματισμό του μίγματος. Η κεφαλή του εμβόλου έχει καμπύλη διαμόρφωσης, που προκαλεί το στροβιλισμό του μίγματος γύρω από άξονα κάθετο στον άξονα του κυλίνδρου (εικόνα Ε.21). Οι αυλοί εισαγωγής είναι σχεδόν κατακόρυφοι κι ευθύγραμμοι ενισχύοντας το ρεύμα του αέρα εισαγωγής. Το καύσιμο ψεκάζεται από ειδικά μπεκ υψηλής πίεσης και στροβιλισμού μέσα στον κύλινδρο και σε μεγάλη απόσταση από το μπουζί. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 25

Εικόνα Ε.21 Διαστρωμάτωση μίγματος αέρα βενζίνης Στη συνέχεια, αναμιγνύεται με τον αέρα που στροβιλίζεται με τον τρόπο που είπαμε προηγουμένως, χάρη στην ειδική διαμόρφωση της κεφαλής του εμβόλου. Με όλα αυτά γίνεται δυνατή η λειτουργία του κινητήρα με πολύ φτωχό μίγμα επιτυγχάνοντας θερμοδυναμική απόδοση στα επίπεδα υπερτροφοδοτούμενου κινητήρα ντίζελ. «Πρόγραμμα Υψηλής Απόδοσης» (Superior Output Mode). Χρησιμοποιείται κατά την επιτάχυνση και σε συνθήκες πλήρους φορτίου (π.χ. οδήγηση σε ανηφόρα με φορτωμένο αυτοκίνητο ή με τέρμα γκάζι και ταχύτητα που πλησιάζει την τελική). Σ αυτό το πρόγραμμα, το καύσιμο ψεκάζεται όταν το έμβολο κινείται ακόμα προς τα κάτω, κατά το χρόνο εισαγωγής (εικόνα Ε.22) Εικόνα Ε.22 Ψεκασμός κατά την κάθοδο του εμβόλου Έτσι, σχηματίζεται ένα ομοιογενές στοιχειομετρικό ή και πλούσιο μίγμα, όπως και στους συμβατικούς κινητήρες μόνο που εδώ η απόδοση είναι Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 26

καλύτερη, χάρη στα ειδικά σχεδιαστικά χαρακτηριστικά του κινητήρα άμεσου ψεκασμού που αναφέραμε παραπάνω, αλλά και στους λόγους που εξηγούνται στη συνέχεια. Το καύσιμο ψεκάζεται απευθείας μέσα στον κύλινδρο κατά το χρόνο εισαγωγής κι εξατμίζεται, ψύχοντας έτσι τον εισερχόμενο αέρα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη συστολή του εισερχόμενου αέρα και τη δημιουργία χώρου για να εισέλθει κι άλλος αέρας στον κύλινδρο (εικόνα Ε.23). Εικόνα Ε.23 Διπλός ψεκασμός για ψύξη θαλάμου Έχουμε, δηλαδή, καλύτερη πλήρωση του κυλίνδρου με αέρα. Η ψύξη του αέρα εισαγωγής περιορίζει το φαινόμενο της προανάφλεξης, που επίσης μειώνει την απόδοση των συμβατικών κινητήρων, στους οποίους το φαινόμενο είναι έντονο κατά την επιτάχυνση, κυρίως λόγω της συγκέντρωσης υγρού καυσίμου στα τοιχώματα των θυρίδων εισαγωγής. Κάτι τέτοιο δεν μπορεί να συμβεί στον κινητήρα άμεσου ψεκασμού, αφού το καύσιμο ψεκάζεται απευθείας μέσα στον κύλινδρο, ενώ η ψύξη του αέρα εισαγωγής μειώνει, όπως εξηγήσαμε πριν, ακόμα περισσότερο τον κίνδυνο προανάφλεξης. Στο επόμενο κεφάλαιο θα παρουσιάσουμε αναλυτικά τα τρία κύρια συστήματα της τεχνολογίας του άμεσου ψεκασμού, τα οποία είναι το σύστημα FSI, TSI και το Multi air της Fiat. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 27

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ FSI (FUEL STRATIFIED INJECTION) 1.1 Γενικά Οι περισσότεροι κατασκευαστές αυτοκινήτων προσανατολίζονται εδώ και αρκετά χρόνια σε διάφορες λύσεις εξοικονόμησης ενέργειας με μειωμένες εκπομπές ρύπων. Μερικές απ αυτές είναι η μείωση του βάρους, τα εναλλακτικά καύσιμα ή η συνεχής εξέλιξη των υβριδικών οχημάτων και των ενεργειακών κυψελών (fuel cell). H τεχνολογική εξέλιξη στα σύγχρονα αυτοκίνητα επιτρέπει τον ηλεκτρονικό πλέον έλεγχο των περισσότερων συστημάτων, καθώς αυτός αποτελεί την πιο πρακτική, οικονομική κι αποδοτική λύση. Μια από τις σημαντικότερες εφαρμογές της ηλεκτρονικής στη σημερινή τετράτροχη πραγματικότητα αφορά στο σύστημα ψεκασμού και το σύστημα ανάφλεξης του κινητήρα. H τεχνολογία άμεσου ψεκασμού (εικόνα 1.1) εφαρμόζεται ευρέως σε πετρελαιοκινητήρες πλοίων, αλλά και σε όλους τους σύγχρονους diesel κινητήρες με την "κωδική" ονομασία common rail. Ωστόσο, πρακτικά κυρίως προβλήματα όπως ο καθορισμός με ακρίβεια της ποσότητας και της χρονικής στιγμής ψεκασμού του μείγματος, επιβράδυναν χρονικά την εφαρμογή ενός τέτοιου συστήματος σε βενζινοκινητήρες, αν και η θεωρία υπάρχει εδώ και πολλές δεκαετίες. Στα προβλήματα αυτά τη λύση έδωσε ο βελτιωμένος ηλεκτρονικός έλεγχος με ακρίβεια χιλιοστών του δευτερολέπτου. Εικόνα 1.1 Σύστημα άμεσου ψεκασμού βενζινοκινητήρα. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 28

Ο παραδοσιακός εξαερωτήρας (καρμπιρατέρ) έχει αντικατασταθεί (αν και κυκλοφορούν ακόμα αρκετές χιλιάδες αυτοκίνητα παλαιάς τεχνολογίας) εδώ και αρκετά χρόνια, αφού ο ψεκασμός του μείγματος ελέγχεται πλέον ηλεκτρονικά. Αρχικά είχαν εμφανιστεί τα συστήματα έμμεσου ψεκασμού μονού σημείου (SPI: Single Point Injection), για να εξελιχθούν μετέπειτα τα συστήματα ψεκασμού πολλαπλών σημείων (MPI: Multi Point Injection), με τα οποία εξοπλίζονται οι περισσότεροι σύγχρονοι κινητήρες. Οι βασικότερες διαφορές ανάμεσα στα συστήματα GDI (Gasoline Direct Injection), τα οποία εξοπλίζουν κινητήρες diesel και βενζινοκινητήρες, αφορούν στην πίεση και στην περιοχή ψεκασμού του καυσίμου. Στους βενζινοκινητήρες, ο ψεκασμός πραγματοποιείται με μεγαλύτερη πίεση απευθείας στο θάλαμο καύσης, ενώ σε ορισμένους κινητήρες diesel στον προθάλαμο. Η πίεση ψεκασμού στους κινητήρες diesel είναι συνήθως η διπλάσια απ τους βενζινοκινητήρες, αν και υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες ξεπερνά ακόμα και τα 1.000bar. Την αρχή στους κινητήρες άμεσου ψεκασμού πριν 12 χρόνια την κάνανε κυρίως δύο Ιαπωνικές εταιρίες, η Mitsubishi και η Toyota. 1.2 Περιγραφή του συστήματος άμεσου ψεκασμού FSI Το σύστημα άμεσου ψεκασμού FSI αποτελείται από δύο κλάδους. Της χαμηλής πίεσης και της υψηλής πίεσης. Παρακάτω θ αναλύσουμε και θα περιγράψουμε τους δύο αυτούς κλάδους και τα εξαρτήματά τους. 1.2.1 Κλάδος χαμηλής πίεσης Το σύστημα χαμηλής πίεσης διατηρεί την πίεση του καυσίμου μεταξύ 0,5 και 5 bar. Η πίεση αυξάνεται στα 6,5 bar για κρύες και ζεστές εκκινήσεις του κινητήρα. Όταν αυξάνεται στις κρύες εκκινήσεις επιτυγχάνεται καλύτερο μείγμα. Το σύστημα χαμηλής πίεσης περιλαμβάνει τα εξής εξαρτήματα (εικόνα 1.2) : 1. Μονάδα ελέγχου της αντλίας καυσίμου 2. Δεξαμενή καυσίμου Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 29

3. Ηλεκτρική αντλία μεταφοράς καυσίμου 4. Φίλτρο καυσίμου με περιορισμό πίεσης (ανοίγει περίπου στα 6,8 bar) 5. Αισθητήρας χαμηλής πίεσης καυσίμου Εικόνα 1.2 Σύστημα χαμηλής πίεσης Μονάδα ελέγχου της αντλίας καυσίμου Η μονάδα ελέγχου βρίσκεται πάνω στο κάλυμμα της αντλίας καυσίμου. Ρυθμίζει την πίεση στον κλάδο χαμηλής πίεσης στα 0,5 5 bar και η πίεση αυξάνεται στα 6,5 bar στις κρύες εκκινήσεις. Αν η μονάδα ελέγχου χαλάσει, ο κινητήρας δεν θα παίρνει μπροστά (εικόνα 1.3). Εικόνα 1.3 Μονάδα ελέγχου της αντλίας καυσίμου Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 30

Ηλεκτρική αντλία καυσίμου Η ηλεκτρική αντλία βιδώνεται στο ρεζερβουάρ κι ελέγχει, μ ένα μετρητή, την ποσότητα του καυσίμου που θα σταλεί στον κινητήρα (εικόνα 1.4). Η στιγμιαία πίεση του καυσίμου μετριέται απ το ρυθμιστή πίεσης καυσίμου και αποστέλλεται στη μονάδα ελέγχου του κινητήρα. Εάν αυτή η πίεση αποκλίνει από την πίεση αναφοράς που ορίζεται από τον κατασκευαστή, τότε η μονάδα ελέγχου του κινητήρα στέλνει ένα σήμα PWM (συχνότητας 20 Hz) στην αντλία καυσίμου έτσι, ώστε να ρυθμίσει αυτή με τη σειρά της την πίεση του καυσίμου σύμφωνα με τις απαιτήσεις του κατασκευαστή. Εικόνα 1.4 Ηλεκτρική αντλία καυσίμου Ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης συστήματος χαμηλής πίεσης Η ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης (εικόνα 1.5) είναι συνδεδεμένη με τη γραμμή παροχής της αντλίας υψηλής πίεσης του καυσίμου. Μετράει την πίεση του καυσίμου, στο σύστημα χαμηλής πίεσης καυσίμου, και στέλνει ένα μήνυμα προς την μονάδα ελέγχου κινητήρα. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 31

Εικόνα 1.5 Ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης συστήματος χαμηλής πίεσης (σημείο 1) 1.2.2 Κλάδος υψηλής πίεση Το σύστημα υψηλής πίεσης διατηρεί την πίεση του καυσίμου στα 30 110 bar. Τα εξαρτήματα του συστήματος υψηλής πίεσης είναι τα εξής (εικόνα 1.6) : 1. Αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης 2. Ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης. 3. Αγωγός καυσίμου 4. Περιοριστική βαλβίδα πίεσης (Ανοίγει περίπου στα 120 bar) 5. Αισθητήρας πίεσης καυσίμου 6. Εγχυτήρες καυσίμου Μπεκ Εικόνα 1.6 Σύστημα υψηλής πίεσης Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 32

Αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης Οι αντλίες καυσίμου υψηλής πίεσης, για τις διάφορες σειρές κινητήρων, είναι πανομοιότυπες τόσο στη λειτουργία τους όσο και στην εσωτερική κατασκευή τους. Ωστόσο, η εξωτερική κατασκευή, μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το χώρο κατασκευής που είναι διαθέσιμος σε κάθε κινητήρα. Αυτές τις διαφορές θα αναφέρουμε στη συνέχεια. Για κινητήρα 1.4 ltr 66 kw και 1.6 ltr 85 Kw Στην πρώτη αντλία καυσίμου, η γραμμή της υψηλής πίεσης είναι κατασκευασμένη από μέταλλο και η γραμμή της χαμηλής πίεσης από καουτσούκ. Η γραμμή υψηλής πίεσης είναι μόνιμα βιδωμένη ενώ η γραμμή χαμηλής πίεσης ρυθμίζεται από ένα σφιγκτήρα ο οποίος πιέζεται από ένα ελατήριο (εικόνα 1.7).. Εικόνα 1.7 Αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης 1.4 ltr 66 kw και 1.6 ltr 85 Kw 1. Σύνδεση καυσίμου υψηλής πίεσης 2. Σύνδεση καυσίμου χαμηλής πίεσης 3. Καπάκι καλύμματος 4. Ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης Για κινητήρα 2.0 ltr 110 kw και 2.0 ltr 147 kw Στην δεύτερη αντλία καυσίμου και οι δύο γραμμές, υψηλής και χαμηλής πίεσης, είναι βιδωμένες πάνω στο σώμα της αντλίας. Τέλος το καπάκι του καλύμματος περιέχει μια βαλβίδα εξαέρωσης η οποία απαιτείται μόνον κατά την παραγωγή της (εικόνα 1.8). Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 33

Εικόνα 1.8 Αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης 2.0 ltr 110 kw και 2.0 ltr 147 kw 1. Σύνδεση καυσίμου υψηλής πίεσης 2. Σύνδεση καυσίμου χαμηλής πίεσης 3. Καπάκι καλύμματος 4. Ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης 5. Βαλβίδα εξαέρωσης Ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης συστήματος υψηλής πίεσης Η ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης (εικόνα 1.9) βρίσκεται στο κάτω τμήμα της πολλαπλής εισαγωγής και βιδώνεται στον αγωγό του καυσίμου. Μετράει την πίεση που υπάρχει στον αγωγό του καυσίμου, στο σύστημα χαμηλής πίεσης, και στέλνει ένα μήνυμα προς την μονάδα ελέγχου του κινητήρα. Εικόνα 1.9 Ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης συστήματος υψηλής πίεσης (σημείο 1) Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 34

Εγχυτήρες καυσίμου - Μπεκ Οι εγχυτήρες υψηλής πίεσης (εικόνα 1.10) είναι τοποθετημένοι στην κυλινδροκεφαλή και ψεκάζουν το καύσιμο σε υψηλή πίεση απευθείας στον κύλινδρο. Εικόνα 1.10 Εγχυτήρες καυσίμου υψηλής πίεσης (σημείο 1) Στη εικόνα 1.11 φαίνονται τα επιμέρους μέρη των εγχυτήρων υψηλής πίεσης (εικόνα 1.11). Εικόνα 1.11 Εγχυτήρας υψηλής πίεσης Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 35

1. Σήτα κατακράτησης σωματιδίων 2. Σωληνοειδές πηνίο 3. Μαγνητική βαλβίδα οπλισμού βελόνας 4. Τεφλόν δακτυλίου στεγανοποίησης 5. Οπή εξόδου καυσίμου 1.3 Μονάδα Ελέγχου Κινητήρα (Engine Control Unit / ΕCU) 1.3.1 Γενικά Πρόκειται για μια ολοκληρωμένη μονάδα ηλεκτρονικού υπολογιστή η οποία, στα σύγχρονα αυτοκίνητα και φορτηγά, χρησιμοποιείται για τον έλεγχο όλων των λειτουργιών του ηλεκτρικού συστήματος αλλά και άλλων υποσυστημάτων του οχήματος (εικόνα 1.12). Εικόνα 1.12 Μονάδα Ελέγχου Κινητήρα (ECU) Ο μονάδα ελέγχου έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να ελέγχει κάθε σύστημα πάνω στο αυτοκίνητο. Τα πρώτα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου του κινητήρα αποτελούνταν από αρκετά ξεχωριστά ηλεκτρονικά συστήματα έλεγχου, σήμερα όμως υπάρχει μια τάση να χρησιμοποιείται ένα και μόνο ένα ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου, το οποίο είναι ο εγκέφαλος. 1.3.2 Λειτουργικά μέρη εγκεφάλου Ο εγκέφαλος αποτελείται από ένα ή περισσότερα τυπωμένα κυκλώματα (πλακέτες) όπου ένας κεντρικός μικροεπεξεργαστής / (CPU) (μικροελεγκτής), ο Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 36

οποίος στις περισσότερες περιπτώσεις είναι τεχνολογίας 32-bit και «τρέχει» στα 20ΜΗz, διαβάζει και ελέγχει μέσω κατάλληλης εξωτερικής αρτηρίας (bus) δεδομένων αλλά και απευθείας σύνδεσης, τα διάφορα υποσυστήματα του αυτοκινήτου. Στα σύγχρονα επιβατικά και φορτηγά οχήματα, το καθιερωμένο εξωτερικό bus είναι το CAN. Τα ηλεκτρικά σήματα από τους αισθητήρες μετατρέπονται στην είσοδο τους σε ψηφιακά ώστε η CPU να έχει την δυνατότητα να τα επεξεργασθεί. Αφού τελικά ο εγκέφαλος επεξεργασθεί τα δεδομένα η τελική του εντολή μετατρέπεται κατά την έξοδο από ψηφιακή και πάλι σε αναλογική μορφή -δηλ. σε σήματα τάσης- ώστε να ενεργοποιηθούν για παράδειγμα οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες του συστήματος ψεκασμού. Οι αριθμητικοί υπολογισμοί εκτελούνται σε συνδυασμό με πολύπλοκα αλγοριθμικά προγράμματα τα οποία υπάρχουν στη μνήμη. Η τελευταία αποτελείται από τρία βασικά στοιχεία, τις μνήμες RAM, ROM και PROM. 1.3.2.1 Μνήμες εγκεφάλου Οι τύποι ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μνήμης πού χρησιμοποιούνται σε εγκεφάλους αυτοκινήτου είναι: ROM (Read Only Memory) (μνήμη μόνο για ανάγνωση). Χρησιμοποιείται ως μνήμη προγράμματος. Εδώ έχουν αποθηκευθεί μόνιμα πληροφορίες ενώ η συγκεκριμένη μνήμη επικοινωνεί απευθείας με το πρόγραμμα ελέγχου. RAM (Random Access Memory) (μνήμη τυχαίας προσπέλασης). Η RAM αποθηκεύει προσωρινά τα δεδομένα εισόδου -από τους αισθητήρες- και εξόδου πριν αρχίσει το πρόγραμμα ελέγχου. Όταν τροφοδοτείται μέσω του διακόπτη ανάφλεξης, θα χάσει τα δεδομένα, όταν ο διακόπτης τεθεί στη θέση κλειστό (off). Μια μορφή της RAM είναι η KAM (Keep Alive Memory). Αυτή παίρνει ρεύμα από την μπαταρία, παρακάμπτοντας το διακόπτη ανάφλεξης κι έτσι χάνει τα δεδομένα της μόνο όταν αποσυνδεθεί ή αδειάσει τελείως η μπαταρία. PROM (Programmable ROM) (προγραμματιζόμενη μνήμη μόνο για ανάγνωση). Εκτός από το απαραίτητο βασικό λογισμικό, περιέχει ειδικές πληροφορίες που αφορούν αυτό ακριβώς το αυτοκίνητο, στο οποίο είναι τοποθετημένος ο εγκέφαλος. Αυτές οι πληροφορίες μπορεί να Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 37

χρησιμοποιηθούν πχ για να πληροφορούν τον μικροελεγκτή για τον ηλεκτρικό εξοπλισμό του συγκεκριμένου αυτοκινήτου. Επίσης, η PROM περιέχει το λεγόμενο χάρτη, δηλαδή τον πίνακα με την επιθυμητή σχέση στροφών κινητήρα - προπορείας ανάφλεξης (αβάνς) - ποσότητας εγχυόμενου καυσίμου. Σε πολλές περιπτώσεις το ηλεκτρονικό κύκλωμα του εγκεφάλου παραμένει το ίδιο σε πολλά μοντέλα του ίδιου κατασκευαστή, διαφοροποιώντας μόνο την PROM. Συχνά, εκείνο το τμήμα της PROM το οποίο δεν αφορά το βασικό λογισμικό συνδέεται σε ειδική υποδοχή, ώστε να μπορεί να τροποποιείται (πχ για αγωνιστική χρήση). EEPROM (Electrically Erasable PROM) και NVRAM (Non Volatile RAM). Επιτρέπουν την αλλαγή των πληροφοριών που περιέχουν από τον κεντρικό μικροελεγκτή και δεν χάνουν τα δεδομένα όταν απωλεστεί η τροφοδοσία τους. Μερικοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν αυτόν τον τύπο μνήμης για ν αποθηκεύσουν πληροφορίες που αφορούν τα διανυθέντα χιλιόμετρα, αριθμό κυκλοφορίας κ.α. 1.3.2.2 CAN Bus O CAN bus είναι ένας σειριακός ψηφιακός τρόπος σύνδεσης του εγκεφάλου με τα υποσυστήματα του αυτοκινήτου, ο οποίος χρησιμοποιεί μόλις 2 καλώδια (εικόνα 1.13). Εικόνα 1.13 Μετατροπέας CANbus Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 38

Πάνω σ αυτά τα 2 καλώδια είναι συνδεδεδεμένα τα περιφερειακά με σύνδεση συμβατή με CAN bus, όπως έξυπνοι αισθητήρες, μονάδα ηλεκτρονικής ανάφλεξης, υποσύστημα ABS, ενσωματωμένος υπολογιστής ταξιδιού, ελεγκτές φώτων. Εκεί συνδέεται και η διαγνωστική υποδοχή (φίσα), μέσω της οποίας το διαγνωστικό μηχάνημα του συνεργείου μπορεί να πάρει πληροφορίες για την κατάσταση του οχήματος και να εντοπίσει τη βλάβη. Έτσι, τα αναλογικά περιφερειακά μπορούν να διαθέτουν δικό τους μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό και μικροελεγκτή, πχ έξυπνοι αισθητήρες και ηλεκτρομηχανικοί ενεργοποιητές (actuators), ώστε οι καλωδιώσεις προς τον εγκέφαλο να είναι καθαρά ψηφιακές. Αυτή η φιλοσοφία απλοποιεί αισθητά την καλωδίωση δίνοντας ταυτόχρονα δυνατότητα για σύνθετες λειτουργίες, ενώ διευκολύνει τη διάγνωση βλαβών. 1.4 Περιγραφή Λειτουργίας FSI Με την τεχνολογία FSI, το καύσιμο ψεκάζεται απευθείας μέσα στο θάλαμο καύσης. Το μπεκ ρυθμίζει την ποσότητα του καυσίμου που ψεκάζεται, με ακρίβεια χιλιοστών του δευτερολέπτου. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ψεκασμού, το καύσιμο που εξαερώνεται ψύχει σε μεγάλο βαθμό το φορτίο πλήρωσης των κυλίνδρων. Αυτό συμβάλλει στη βελτίωση της πλήρωσης των κυλίνδρων, με αποτέλεσμα την αντίστοιχη αύξηση της ισχύος του κινητήρα. Επιπλέον, χάρης στο φαινόμενο της ψύξης, μειώνεται η τάση του κινητήρα για κρούσεις. Αυτή η μείωση των κρούσεων σημαίνει ότι η σχέση συμπίεσης των κινητήρων FSI μπορεί να ρυθμιστεί αρκετά πιο υψηλά, συγκριτικά με κινητήρες που διαθέτουν συμβατικά συστήματα ψεκασμού. Οι κινητήρες της οικογένειας FSI είναι εξοπλισμένοι με μεταβλητό αυλό εισαγωγής δύο σταδίων (εικόνα 1.14). Η ρύθμιση που ευνοεί την ισχύ (επιλέγεται το «κοντό μήκος αυλού») στις υψηλές στροφές, συμβάλλει στην ανάπτυξη μεγάλης ισχύος από τους κινητήρες αυτούς. Στις χαμηλές στροφές, αντίθετα, επιλέγεται το «μεγάλο μήκος αυλού» αυξάνοντας τη μέγιστη ροπή κατά περισσότερο από 15%. Με τη βοήθεια ενός συστήματος θυρίδων στο κανάλι εισαγωγής, η ροή μέσα στον κύλινδρο μπορεί να ρυθμίζεται ιδανικά. Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 39

Εικόνα 1.14 Μεταβλητός Αυλός Εισαγωγής Δύο Σταδίων Στη λειτουργία του μερικού φορτίου, μια έντονη ροή διασφαλίζει χαμηλή κατανάλωση καυσίμου και χαμηλές τιμές εκπομπών καυσαερίων. Στο πλήρες φορτίο, ο αέρας αναρροφάται με τις ελάχιστες δυνατές απώλειες, και έτσι αυξάνεται η ροπή και η ισχύς. 1.5 Λειτουργικά χαρακτηριστικά του FSI 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. Εικόνα 1.15 Διασκορπισμός του καυσίμου Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 40

Το πρώτο και κύριο 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 (εικόνα 1.15). 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. Για την ακρίβεια, με λ=0,85-0,95 για συνθήκες μέγιστης ισχύος, 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. 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 μείγμα θεωρείται φτωχό με λ>1,5, και είναι πρακτικά μη αναφλέξιμο για λ>1,7-2), κάνοντας στρωματοποιημένο ψεκασμό ή στρωματοποιημένη καύση (Stratified Charge) (εικόνα 1.16). Εικόνα 1.16 Στρωματοποιημένη καύση Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 41

Κινητήρες που δούλευαν με φτωχό μείγμα (lean burn engines) υπήρχαν και παλαιότερα, αλλά με τη στρωματοποιημένη καύση (στην οποία βοήθησε πολύ η σύγχρονη τεχνολογία, όπως τα ο ηλεκτρονικός επιταχυντής) η λειτουργία τους έγινε πολύ πιο αποδοτική. Η στρωματοποίηση, χρησιμοποιήθηκε για να δουλέψουν οι κινητήρες με λ=10 ήταν η ανισομερής κατανομή του καυσίμου στο θάλαμο καύσης έτσι, ώστε το μείγμα κοντά στην ακίδα του μπουζί να είναι στοιχειομετρικό (άρα να μπορεί ν 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 μείγμα 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 άλλον τρόπο. 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 μείγμα 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 μείγματος. Εικόνα 1.17 Προανάφλεξη (πυράκια) Καφρίτσας Ιωάννης Λίγγος Χρήστος Σελίδα 42