HOT PISTONS 1o ΓΕΛ Κέρκυρας Επιστημονικά επιτεύγματα- Τεχνολογική πρόοδος Θέμα: Κινητήρες εσωτερικής καύσεως Μέλη: Λυκαύγης Ανδρέας Μακρής Σπύρος Τάτσης Κων/νος

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Κινητήρες εσωτερικής καύσης ,ένα μεγάλο κεφάλαιο στα τεχνολογικά επιτεύγματα του 20 ου και 21 αιώνα .Όλα άρχισαν από τους κορμούς των δέντρων όπου οι αρχαίοι πρόγονοι μας μετέφεραν πάνω σε αυτούς διάφορα αντικείμενα μεγάλου βάρους αυτό είχε ως αποτέλεσμα την ταχύτητα και την πιο ξεκούραστη εργασία των εργατών μετά ανακαλύφθηκε ο τροχός και χρησιμοποιούνταν σε κάρα άμαξες , ποδήλατα στην μεταγενέστερη εποχή .Περίπου στον 19 αιώνα έγιναν τα πρώτα μεγάλα βήματα τα οποία ήταν τα ατμοκίνητα τρίκυκλα τα τρένα και τα καράβια ,τα οποία λειτουργούσαν ως εξής ένα καζάνι με νερό έβραζε και η πίεση του ατμού έτεινε σε λειτουργία τα γρανάζια του αμαξιού , τρένου ,πλοίου να κινηθούν .Και τέλος στον 20 αιώνα ο HENRYFORDέκανε την μεγάλη κίνηση κατασκευάζοντας το t το πρώτο αμάξι με κινητήρας εσωτερικής καύσης παρόλα αυτά έναν αιώνα και οι κινητήρες ακόμα βελτιώνονται σε όλους τους τομείς πχ δίχρονοι ,τετράχρονοι ,κινητήρεςdiesel.Επίσης οι κινητήρες έγιναν πολλές φορές αντικείμενο ανταγωνιστικότητας πχ η Ferrari με την Lamborghini ,οι δυο κατασκευαστές έκαναν τα πάντα για να είναι ο ένας καλύτερος από τον άλλο και έτσι από τρακτέρ έφτασαν στο σημείο να έχουν τα από το πιο γρήγορα αμάξια στον κόσμο .Γενικά ο κόσμος θα ήταν αγνώριστος άμα δεν υπήρχαν οι κινητήρες οι οποίοι μέσω του αμαξώματος της επιλογής μας γίνονται οι καθημερινοί μας σύμμαχοι

ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Ο τετράχρονος έχει δύο τουλάχιστον βαλβίδες, μία βαλβίδα εισαγωγής και μία εξαγωγής. Αυτές συνήθως βρίσκονται στην κεφαλή του κυλίνδρου. Οι βαλβίδες είναι χρονισμένες μηχανικά με τον στρόφαλο, απ' όπου παίρνουν εντολή να ανοίξουν και να κλείσουν την κατάλληλη στιγμή.   ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Οι τετράχρονοι κινητήρες εσωτερικής καύσης με καύσιμο βενζίνη έχουν τέσσερις φάσεις λειτουργίας («χρόνους»): Εισαγωγή. Το καύσιμο μείγμα εισέρχεται στο θάλαμο καύσης από την ανοιχτή βαλβίδα εισαγωγής Συμπίεση. Το έμβολο κινείται προς το άνω νεκρό σημείο και συμπιέζει το καύσιμο μείγμα Ανάφλεξη. Η ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας, σε συνδυασμό με τον ηλεκτρικό σπινθήρα που δίνεται από το μπουζί , προκαλούν την ανάφλεξη του καύσιμου μείγματος. Καύση / Εκτόνωση. Το μείγμα καίγεται και εκτονώνεται, πιέζοντας το έμβολο προς το κάτω νεκρό σημείο, παράγοντας ωφέλιμο έργο Εξαγωγή. Το έμβολο, που λόγω της πίεσης των αερίων της καύσης έχει φτάσει στο κάτω νεκρό σημείο, λόγω της αδράνειας του συστήματος έμβολο-στροφαλοφόρος-σφόνδυλος, αρχίζει να κινείται προς τα άνω, σπρώχνοντας τα αέρια προς την ανοιχτή βαλβίδα εξαγωγής. Έτσι τα προϊόντα της καύσης εξέρχονται από το θάλαμο καύσης.

ΔΙΧΡΟΝΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Ο δίχρονος κινητήρας δεν έχει βαλβίδες. Αλλά αντίστοιχα ανοίγματα στα τοιχώματα του κυλίνδρου, τις γνωστές πόρτες, που ανοιγοκλείνουν με το πέρασμα του εμβόλου. Σ' αυτές βασίζεται και γλυτώνει δύο χρόνους. Ο κινητήρας γυρίζει με εξωτερική βοήθεια και το έμβολο ανεβαίνει. Η πίεση στην βάση πέφτει και αναρροφάται μίγμα από την ανοικτή βαλβίδα. ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Το έμβολο αρχίζει να κατεβαίνει .Η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει .Το μείγμα στην βάση συμπιέζεται. Το έμβολο έχει φθάσει στο κατώτατο σημείο και έχει αποκαλύψει τις δύο πόρτες της bypass και εξαγωγής .Λόγω της διαφοράς πίεσης, το μίγμα ανεβαίνει από τον πλάγιο διάδρομο μεταφοράς και εισχωρεί στον ελεύθερο χώρο του κυλίνδρου, επάνω από το έμβολο. Επειδή είναι ανοικτή η πόρτα εξαγωγής, μικρό μέρος του μίγματος αρχίζει να εξέρχεται. Ο στρόφαλος συνεχίζει την περιστροφή του και το έμβολο ανεβαίνει κλείνοντας την πόρτα εισαγωγής και την πόρτα εξαγωγής και στο υπόλοιπο της διαδρομής του συμπιέζει το μίγμα. Πλησιάζοντας το ανώτατο σημείο της διαδρομής το μίγμα αναφλέγεται. Τα αέρια εκτονώνονται και σπρώχνουν το έμβολο προς τα κάτω. Από το σημείο αυτό ο κινητήρας έχει εκκινήσει και μπορεί να επαναλάβει μόνος του τον επόμενο κύκλο με την προϋπόθεση φυσικά ότι όλοι οι άλλοι παράγοντες είναι σωστά ρυθμισμένοι. Καθώς το έμβολο κατέρχεται σε κάποιο σημείο ανοίγει η πόρτα εξαγωγής και τα καυσαέρια αρχίζουν τα εξέρχονται. Η μεγάλη πίεση που εξασκούσαν στο έμβολο μειώνεται. Σε ελάχιστο χρόνο αργότερα ανοίγει η πόρτα μεταφοράς, αλλά τώρα το φρέσκο μίγμα θα καταλάβει μόνο τον χώρο που ελευθερώνουν τα καυσαέρια, και θα αναμιχθεί με την ποσότητα των καυσαερίων που μένει στον κύλινδρο.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΑΡΑΠΛΕΥΡΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΑΡΑΠΛΕΥΡΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τα παράπλευρα συστήματα είναι τα συστήματα τα οποία βοηθούν τον κινητήρα να λειτούργησε και είναι απαραίτητα .Δηλαδή το καρμπυρατέρ εγχέει το καύσιμο στον θάλαμο καύσης και έτσι ο κινητήρας λειτουργεί , επίσης τα ηλεκτρικά συστήματα είναι επίσης παρά πολύ σημαντικά πχ. το πηνίο παράγει ρεύμα και μέσω της καλωδίωσης το στέλνει στον ανορθωτή ο οποίο φροντίσει το ρεύμα να πάει στην μπαταρία σε μια σταθερή τάση από εκεί ξανά μέσω της καλωδίωσης το στέλνει στον πολλαπλασιαστή ο όποιος θα δώσει ρεύμα στο μπουζί για να δημιουργήσει τον σπινθήρα και να γίνει η καύση και ταυτόχρονα στην μίζα η οποία θα θέση σε λειτουργία του κινητήρα γυρνώντας τον στρόφαλο και στέλνοντας το πιστόνι πάνω για να κάνει τον κύκλο του .Παρόλα αυτά ο κινητήρας πρέπει να διατηρήσει μια σταθερή θερμοκρασία και για αυτό τον λόγο υπάρχει το σύστημα ψύξης που ανάλογα το σύστημα του αερόψυκτο η υδρόψυκτο θα φροντίσει ο κινητήρα να μην υπερθερμανθεί και να διατηρήσει μια σταθερή θερμοκρασία.

ΠΑΡΑΠΛΕΥΡΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΜΠΑΤΑΡΙΑ Μπαταρία είναι μια σταθερή πηγή ενεργείας η οποία είναι απαραίτητη για να τροφοδοτεί με σταθερή τάση ρεύματος το ηλεκτρικό κύκλωμα. ΔΥΝΑΜΟ Η ΠΗΝΙΑ Τα πηνία είναι μια περιέλιξη χαλκού σε έναν σταθερό πυρήνα και όπως ο κινητήρας γυρνά ένα βολάν με μαγνήτες δημιουργεί μαγνητικό πεδίο και παράγει ρεύμα. ΑΣΦΑΛΕΙΩΘΗΚΗ Η ασφαλειοθήκη είναι ένα κουτί που περιέχει ασφάλειες του κάθε κυκλώματος ξεχωριστά και αν δημιουργηθεί μεγαλύτερο φορτίο τάσης από το επιτρεπόμενο τότε καίγονται με αποτέλεσμα να αποφευχθούν βραχυκυκλώματα στο κύκλωμα. ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Η ΚΑΛΩΔΙΩΣΗ Εγκατάσταση ή καλωδίωση είναι τα καλώδια τα οποία μεταφέρουν το ηλεκτρικό ρεύμα σε όλα τα συστήματα (abs,μίζα, κόρνα, φώτα υαλοκαθαριστήρες κτλ) που παράγεται από το δυναμό και μεταφέρετε από την μπαταρία και προστατεύεται από τις ασφάλειες. ΑΝΟΡΘΩΤΗΣ Ανορθωτής είναι το εξάρτημα που μετατρέπει την υψηλή τάση του δυναμό σε σταθερή τάση για να φορτίζει την μπαταρία και να συντηρεί την μπαταρία.

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΜΙΖΑ Μίζα είναι ένας ηλεκτρικός κινητήρας που παίρνει ρεύμα από την μπαταρία για να γυρίσει τον κινητήρα στην αρχή. Αποτελείται και αυτή από ένα πηνίο που περιστρέφεται σε μαγνήτες και δημιουργεί το δικό της ηλεκτρικό φορτίο γυρνώντας τον κινητήρα και βοηθώντας τον να πάρει μπροστά. ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΤΗΣ Ο πολλαπλασιαστής είναι ένα εξάρτημα του συστήματος ανάφλεξης, που αποτελείτε από 2 πηνία και η δουλεία που κάνει είναι να μετατρέπει το ρεύμα που πηγαίνει στα μπουζί, από 12v σε πολλές χιλιάδες volt.Το ρεύμα που εξέρχεται από το πολλαπλασιαστή , πηγαίνει μέσω του μπουζοκαλώδίου στον διανομέα και από κει στο μπουζί .Αυτό γίνονταν στα παλιά συστήματα .Στα σύγχρονα συστήματα ο διανομέας καταργείται και η διανομή γίνεται ηλεκτρονικά .Έτσι οι πολλαπλασιαστές μίκρυναν σε μέγεθος και έτσι βρίσκονται πιο κοντά στο μπουζί .Στις μέρες μας ο κάθε κύλινδρος έχει από έναν πολλαπλασιαστή σε αντίθεση με τα παλιά συστήματα μου είχαν έναν μεγάλο. ΕΓΚΕΦΑΛΟΣ Ο εγκέφαλος είναι μια πλακέτα με μικροϋπολογιστές, που είναι υπεύθυνοι για τη λειτουργία του κινητήρα. Ο εγκέφαλος λαμβάνει πληροφορίες από τον αισθητήρα λάμδα "λ", από τις στροφές του κινητήρα, τη θερμοκρασία του, την πυκνότητα του αέρα εισαγωγής, το καύσιμο και ρυθμίζει αναλόγως την πεταλούδα εισαγωγής. ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΤΟ ΚΑΡΜΠΥΡΑΤΕΡ Το καρμπυρατέρ είναι ένα σύστημα το οποίο συμβάλει στην τροφοδοσία του κινητήρα ρίχνοντας του βενζίνη (η όποια έρχεται από το ντεπόζιτο μέσω βαρύτητας ή με μία αντλία στα καινούργια μοντέλα που το όποιο φιλτράρεται στο καρμπυρατέρ) και αέρα (με το πολύτιμο οξυγόνο που είναι απαραίτητο για την καύση) που έχει έρθει φιλτραρισμένο από το φίλτρο αέρος για να μην εισέρχονται σκόνες , βρομιές και υγρά στον κινητήρα με αποτέλεσμα να τον κολλήσουν. Μετά το μείγμα κατευθύνεται από την εισαγωγή στον θάλαμο καύσεως και με την βοήθεια του μπούζι το οποίο δημιουργεί σπινθήρα ανά τακτά χρονικά διαστήματα δημιουργώντας έκρηξη και έτσι βοηθά το πιστόνι να κατέβει κάτω και με τα αντίβαρα του να ξανά ανέβει πάνω και να κάνει τον κύκλο του. Το καρμπυρατέρ ενεργοποιείται με μια ντίζα* απλώς, από το γκάζι πατώντας το πεντάλ στα αμάξια και στα δίκυκλα γυρνώντας το κόκκαλο του γκαζιού τραβώντας την ντίζα. Όταν τραβάμε την ντίζα τότε ενεργοποιούμαι ένα κλαπέτο το όποιο αφήνει τον αέρα και την βενζίνη να εισέρθουν μέσω της εισαγωγής στον θάλαμο καύσεως ο οποίος βρίσκετε μεταξύ κυλίνδρου και κεφαλής και γίνεται η καύση με την βοήθεια του μπουζί.

Έχουν περάσει περισσότερα από 112 χρόνια από την στιγμή που κατατέθηκε, με αυτό τον κωδικό, στο γερμανικό γραφείο κατοχύρωσης ευρεσιτεχνιών, η πατέντα του Rudolph Diesel σχετικά με ένα νέο τύπο θερμικού κινητήρα – αυτόανάφλεξης- που χρησιμοποιούσε ως καύσιμο το πετρέλαιο. Η λειτουργία των βενζινοκινητήρων ήταν ήδη γνωστή, από το 1886, χάρη στο NicolasOtto. Ωστόσο, ήταν πολύ νωρίς για να αντιληφθεί κανείς πως οι κινητήρες diesel θα είχαν, αν όχι μεγαλύτερη, ισάξια σημασία καθώς σε αυτές βασίστηκε η βαριά -και όχι μόνο- βιομηχανία. Ας κλείσουμε όμως την παρένθεση, όταν ένα χρόνο αργότερα, εν έτη 1893, η ιδέα του γερμανού μηχανικού πέρασε από το λευκό χαρτί στην πραγματικότητα.... INJECTION Το injection είναι ένας σύγχρονος τρόπος εισαγωγής του καυσίμου στον κινητήρα ελέγχεται από δικό του εγκέφαλο που παίρνει πληροφορίες και παραμέτρους από διαφόρους αισθητήρες (πίεσης εισαγωγής αέρος , θερμοκρασία κινητήρα ,αισθητήρας LAMDA καυσαερίων , αισθητήρα θέσεως γαζιού) με αποτέλεσμα να έχει καλύτερη καύση, οικονομία καυσίμου και λιγότερους ρύπους μονοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Το injection είναι μια αναβάθμιση του καρμπυρατέρ. Έχουν περάσει περισσότερα από 112 χρόνια από την στιγμή που κατατέθηκε, με αυτό τον κωδικό, στο γερμανικό γραφείο κατοχύρωσης ευρεσιτεχνιών, η πατέντα του Rudolph Diesel σχετικά με ένα νέο τύπο θερμικού κινητήρα – αυτόανάφλεξης- που χρησιμοποιούσε ως καύσιμο το πετρέλαιο. Η λειτουργία των βενζινοκινητήρων ήταν ήδη γνωστή, από το 1886, χάρη στο NicolasOtto. Ωστόσο, ήταν πολύ νωρίς για να αντιληφθεί κανείς πως οι κινητήρες diesel θα είχαν, αν όχι μεγαλύτερη, ισάξια σημασία καθώς σε αυτές βασίστηκε η βαριά -και όχι μόνο- βιομηχανία. Ας κλείσουμε όμως την παρένθεση, όταν ένα χρόνο αργότερα, εν έτη 1893, η ιδέα του γερμανού μηχανικού πέρασε από το λευκό χαρτί στην πραγματικότητα....

ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ DIESEL Το χρονικό των diesel 1892: O Rudolph Diesel καταθέτει την πατέντα 1893: Κατασκευή του πρώτου diesel κινητήρα 1924: Πρώτο πετρελαιοκίνητο φορτηγό (ΜΑΝ) 1936: Το πρώτο πετρελαιοκίνητο επιβατικό (Mercedes-Benz) 1962: Πρώτη περιστροφική αντλία διανομής πετρελαίου 1977: Turbo diesel κινητήρας (Mercedes-Benz 300SD) 1986: Ηλεκτρονικά ελεγχόμενο σύστημα ψεκασμού (Bosch EDC) 1988: Άμεσος ψεκασμός σε diesel (Fiat Croma) 1989: Υπερτροφοδοτούμενος diesel άμεσου ψεκασμού (Volkswagen) 1994: Εμφάνιση του συστήματος EUI (Electronic Unit Injector) 1997: Σύστημα common rail (Magneti Marelli) 2000: Αυτοκαθαριζόμενο φίλτρο (Peugeot 607) 2001: Πιεζοηλεκτρικό μπεκ (Siemens) 2003: Φίλτρο NOx (Toyota D-CAT)

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ DIESEL 1η φάση-εισαγωγής: Το έμβολο ακολουθεί καθοδική πορεία δημιουργώντας υποπίεση. Όση ώρα η βαλβίδα εισαγωγής παραμένει ανοικτή ο θάλαμος καύσης γεμίζει με ατμοσφαιρικό αέρα που μπορεί να περιέχει και καυσαέρια αν υπάρχει σύστημα επανακυκλοφορίας. 2η φάση-συμπίεσης: Την στιγμή που όλες οι βαλβίδες κλείνουν, το πιστόνι κινείται προς τα πάνω μέχρι να φτάσει στο άνω νεκρό σημείο. Η αυξημένη συμπίεση (25-55bar) προκαλεί την αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα (600-9000C) η οποία είναι σχεδόν η διπλάσια από τη θερμοκρασία αυτανάφλεξης του καυσίμου. 3η φάση-ανάφλεξη & εκτόνωση: Προς το τέλος του χρόνου συμπίεσης πραγματοποιούνται οι ψεκασμοί του καυσίμου στην μορφή ατμών οι οποίοι αναμειγνύονται με το θερμό αέρα. Τότε αυτοαναφλέγονται σε πύρινο περιβάλλον που φτάνει τους 2.5000C και σε πίεση μπορεί να αγγίξει και τα 100bar. Από τη στιγμή που θα ψεκαστεί το καύσιμο, μέχρι την ανάφλεξη του, υπάρχει καθυστέρηση της αυτανάφλεξης που διαρκεί 0,5-2 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Για αυτό στα πρόσφατα συστήματα πραγματοποιείται από πριν ένας μικροψεκασμός που μειώνει και το χαρακτηριστικό κροτάλισμα των κινητήρων diesel. 4η φάση-εξαγωγή: Όταν η φάση εκτόνωσης πλησιάζει στην ολοκλήρωση της και αφού το πιστόνι έχει αρχίσει να ξανανεβαίνει ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής ώστε να βγουν τα καυσαέρια. Η πίεση μειώνεται απότομα στα 3-4bar και προοδευτικά αγγίζει την ατμοσφαιρική και η βαλβίδα εξαγωγής κλείνει με ένα μικρό βαθμό επικάλυψης με τις εισαγωγής (συνήθως 20 μοίρες). ΠΛΕΟΝΕΚΤΙΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ DIESEL Ο κινητήρας ντίζελ είναι πολύ πιο αποτελεσματικός και προτιμείται σε σύγκριση με τη μηχανή βενζίνης και αυτό οφείλεται στους ακόλουθους λόγους: Οι σύγχρονοι κινητήρες ντίζελ έχουν ξεπεράσει τα μειονεκτήματα των προηγούμενων μοντέλων στον θόρυβο αλλά και το κόστος συντήρησης. Τώρα είναι ήσυχα και απαιτούν λιγότερη συντήρηση σε σχέση με τους κινητήρες φυσικού αερίου παρόμοιου μεγέθους. Είναι πιο στιβαρό και αξιόπιστο. Δεν υπάρχουν μπουζί ως το καύσιμο αναφλέγεται αυτόματα-. Η απουσία των μπουζί ή τα καλώδια μπουζί μειώνει το κόστος συντήρησης. Κόστος καυσίμου ανά παραγόμενη κιλοβατώρα είναι 30 με 50 τοις εκατό χαμηλότερο από εκείνο των κινητήρων φυσικού αερίου.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ