Βενζινοκινητήρας
Είναι μία μηχανή εσωτερικής καύσης.
Ετυμολογία[]
Η ονομασία "Βενζινοκινητήρας " σχετίζεται ετυμολογικά με την λέξη "βενζίνη ".
Εισαγωγή[]
Ο βενζινοκινητήρας είναι μηχανή εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ) στην οποία η Ισχύς παράγεται με την καύση του μίγματος βενζίνης και αέρα. Οι περισσότεροι βενζινοκινητήρες ανήκουν στην κατηγορία των παλινδρομικών μηχανών, οι πρόσφατες όμως τεχνολογικές εξελίξεις οδηγούν στο συμπέρασμα ότι ο τύπος στρεφόμενου εμβόλου ή ο τύπος στροβίλου υπερέχουν λειτουργικά από ορισμένη άποψη.
Οι βενζινοκινητήρες είναι οι πλέον διαδεδομένες μηχανές εσωτερικής καύσης. Το μέγεθος και η ισχύς τους ποικίλλουν από λιγότερο από έναν ίππο για χρήση σε μικρές φορητές συσκευές, μέχρι 35.000 ίππους για αεροπλάνα. Μολονότι οι περισσότεροι βενζινοκινητήρες χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα, αντιπροσωπεύουν λιγότερο από από το μισό του συνολικού αριθμού που είναι σε χρήση, σε παγκόσμια κλίμακα.
Ιστορία[]
Πρόδρομος του βενζινοκινητήρα θεωρείται η ατμομηχανή, που πρωτοεμφανίστηκε τον 18ο αιώνα.
Η ΜΕΚ, που ακολούθησε τον 19ο αιώνα ως βελτίωση για πολλές εφαρμογές δεν μπορεί να αποδοθεί μόνο σε έναν εφευρέτη.
Ήδη από τον 17ο αιώνα αρκετοί πειραματιστές προσπάθησαν αρχικά να χρησιμοποιήσουν θερμά καυσαέρια για να κινήσουν αντλίες.
Το 1820 στην Αγγλία ένας κινητήρας λειτουργούσε με βάση την έκρηξη μίγματος αέρα-υδρογόνου. Οι κινητήρες αυτοί ήταν βαρείς και χονδροειδείς στην κατασκευή αλλά περιείχαν πολλά βασικά στοιχεία των μετέπειτα, πιο επιτυχημένων συσκευών.
Το 1824, ο Γάλλος φυσικός Σαντί Carnot δημοσίευσε το κλασσικό πλέον σύγγραμμα "Σκέψεις πάνω στην Ωστική δύναμη της θερμότητας" στο οποίο περιέγραψε τις βασικές αρχές της θεωρίας εσωτερικής καύσης. Στα επόμενα έτη εμφανίστηκαν βελτιωμένοι τύποι, καθώς και κινητήρες στους οποίους το καύσιμο συμπιεζόταν πριν αναφλεγεί. Κανένας τους όμως δεν αποδείχθηκε ικανοποιητικός μέχρι το 1860, οπότε ο Γάλλος Ετιέν Λενουάρ παρουσίασε έναν κινητήρα με φωταέριο και με σχετικά καλή απόδοση.
Μια σημαντικότατη εξέλιξη πραγματοποιήθηκε στο Παρίσι το 1862, όταν δημοσιεύτηκε η περιγραφή του ιδανικού κύκλου λειτουργίας μιας μηχανής εσωτερικής καύσης από τον Αλφόνς Μπω ντε Ροσά, ο οποίος ήταν και ο πρώτος που διατύπωσε τις συνθήκες για την άριστη απόδοση.
Ο κινητήρας του Μπω ντε Ροσά προέβλεπε τετράχρονο κύκλο, σε αντίθεση με το δίχρονο κύκλο (είσοδος - ανάφλεξη και ισχύς - έξοδος) του Λενουάρ. Όμως στα επόμενα 14 έτη ο τετράχρονος κινητήρας έμεινε στα χαρτιά. Εμφανίστηκε ως κατασκευή του Γερμανού μηχανικού Νικολάους Otto, του οποίου η εταιρεία Otto και Λάνγκεν στο Ντόιτς είχε προηγουμένως κατασκευάσει έναν βελτιωμένο δίχρονο κινητήρα. Ο κινητήρας ήταν πολύ θορυβώδης και μικρής ισχύος, όμως η κατανάλωση καυσίμου ανα μονάδα ισχύος ήταν μικρότερη από τη ημίσεια κατανάλωση του κινητήρα του Λενουάρ, γι’αυτό και είχε εμπορική επιτυχία.
Το 1876 η εταιρεία χρησιμοποίησε το τετράχρονο κύκλο του Μπω ντε Ροσά στον σχεδιασμό ενός νέου κινητήρα. Η επιτυχία ήταν άμεση. Παρά το μεγάλο βάρος και τη μέτρια οικονομία στα επόμενα 17 χρόνια πωλήθηκαν σχεδόν 50.000 κινητήρες συνολικής ισχύος 200.000 περίπου ίππων, ενώ ακολούθησε μια ραγδαία εξελισσόμενη ποικιλία μηχανών του τύπου αυτού. Η κατασκευή του κινητήρα Otto στις ΗΠΑ ξεκίνησε το 1878, ένα έτος μετά την κατοχύρωση από τον Otto της σχετικής ευρεσιτεχνίας.
Βασικές Αρχές[]
Ταξινόμηση[]
Οι διάφοροι τύποι ΜΕΚ μπορούν να ταξινομηθούν με βάση τις μεταξύ τους ομοιότητες. Οι σπουδαιότερες ταξινομήσεις αναφέρονται
- στην τελική εφαρμογή,
- στο είδος του καυσίμου και
- στον τρόπο εισαγωγής του,
- στην ανάφλεξη,
- στη χρήση εμβόλων ή περιστροφέα,
- στη διάταξη των κυλίνδρων,
- στους χρόνους λειτουργίας,
- στο σύστημα ψύξης και τέλος
- στον τύπο και στη θέση των βαλβίδων.
Οι ταξινομήσεις αυτές εξετάζονται αναλυτικότερα στην περιγραφή των διαφόρων τύπων κινητήρων.
Τύπος και διάταξη βαλβίδων[]
Οι βαλβίδες για την είσοδο και την έξοδο των αερίων μπορεί να βρίσκονται στην κεφαλή, στη μία πλευρά, στις απέναντι πλευρές του κιλύνδρου κ.ο.κ. Είναι οι λεγόμενες μυκητοειδείς βαλβίδες.
Ορισμένοι κινητήρες χρησιμοποιούν ολισθαίνουσες βαλβίδες τύπου δακτυλίου, που κινούνται στη εσωτερική επιφάνεια του κιλύνδρου.
Εφαρμογή της πίεσης[]
Ορισμένες μηχανές ισχύος χρησιμοποιούν την ίδια αρχή όσον αφορά την καύση, αλλά αξιοποιούν την πίεση από αυτήν σε διαφορετικά μηχανικά στοιχεία. Υπάρχουν, λ.χ., αεριοστρόβιλοι στους οποίους τα καυσαέρια οδηγούνται μέσα από ακροφύσια προς τα πτερύγια του στροβίλου, ωθώντας τον να περιστρέφεται. Στους κινητήρες αεριωθουμένων, εξάλλου, τα καυσαέρια ρέουν μέσα από ακροφύσιο, ενώ η δύναμη της αντίδρασης τείνει να κινήσει το ακροφύσιο προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Στους κινητήρες Βάνκελ και τους Τριδύναμους κινητήρες το καύσιμο καίγεται μέσα στον κινητήρα. Οι κινητήρες αυτοί είναι περιστροφικοί, χωρίς κυλίνδρους και έμβολα. Η πίεση των αερίων δρα πάνω σε κατάλληλα διαμορφωμένες επιφάνειες.
Σύγκριση με άλλους κινητήρες[]
Ο βενζινοκινητήρας μπορεί να οριστεί ως κινητήρας σχεδιασμένος να καίει πτητικό υγρό καύσιμο με ανάφλεξη που προκαλείται με ηλεκτρικό σπινθήρα. Η σύγκρισή του με άλλους τύπους αποκαλύπτει αρκετές ομοιότητες και διαφορές, καθώς επίσης και ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Ο ντηζελοκινητήρας και ο κινητήρας υγραερίου έχουν αρκετά κοινά σημεία με τον βενζινοκινητήρα.
Επειδή ο ντηζελοκινητήρας δεν διαθέτει αθόρυβη και στρωτή λειτουργία ή ευελιξία όπως ο βενζινοκινητήρας, βρήκε μικρή εφαρμογή στα επιβατικά αυτοκίνητα. Αντίθετα στα βαρέα οχήματα αντικατέστησε σχεδόν πλήρως τον βενζινοκινητήρα.
Ο αεριοκινητήρας έχει πολλά κοινά σημεία με τον βενζινοκινητήρα, και σε ορισμένες περιπτώσεις οι διαφορές είναι πολύ μικρές. Από πλευράς δομής, η διαφορά έγκειται κυρίως στην αντικατάσταση της βαλβίδας ανάμιξης του αερίου από τον εξαεριωτήρα (καρμπυρατέρ). Σε γενικές γραμμές, τα αέρια χαρακτηρίζονται από καλύτερες αντικροτικές ιδιότητες,επιτρέποντας ελαφρώς υψηλότερους λόγους συμπίεσης, χωρίς προβλήματα ή άλλες δυσκολίες σχετικές με την καύση.
Ο αεριοκινητήρας με Φυσικό Αέριο, φωταέριο ή άλλο σχετικό καύσιμο σε αέρια μορφή, περιορίζεται κυρίως σε σταθμούς παραγωγής ισχύος, αφού πρέπει να είναι συνδεδεμένος με τον σχετικό αγωγό. Αν όμως το καύσιμο είναι υγραέριο, η διακίνησή του μπορεί να γίνεται με ειδικές φιάλες.
Τύποι Κινητήρων[]
Τετράχρονος Κινητήρας[]
Η πιο σημαντική τεχνική για την παραγωγή ισχύος από καύση ήταν αυτή του τετράχρονου κύκλου. Στον τετράχρονο κύκλο η λειτουργία του κινητήρα αποτελείται από 4 στάδια.
- Χρόνος Εισαγωγής
Με ανοικτή την βαλβίδα εισόδου το έμβολο κατέρχεται, κατά τον χρόνο εισαγωγής. Το κενό που δημιουργείται προκαλεί αναρρόφηση μίγματος ατμών βενζίνης και αέρα.
- Χρόνος Συμπίεσης
Το μίγμα συμπιέζεται καθώς το έμβολο ανέρχεται κατά τον χρόνο συμπίεσης με κλειστές βαλβίδες. Με το τέλος του χρόνου αυτού, το μίγμα αναφλέγεται με τη βοήθεια ηλεκτρικού σπινθήρα.
- Χρόνος Ισχύος
Κατά τον χρόνο ισχύος οι βαλβίδες παραμένουν κλειστές ενώ η πίεση από την καύση πιέζει την κεφαλή του εμβόλου.
- Χρόνος Εξαγωγής
Κατα τον χρόνο εξαγωγής, το ανερχόμενο έμβολο αναγκάζει τα προϊόντα της καύσης να εξέλθουν από την ανοικτή βαλβίδα εξόδου.
Δίχρονος Κινητήρας[]
Αναπτύχθηκε το 1878. Σε αυτόν οι χρόνοι εισαγωγής, συμπίεσης, ισχύος και εξαγωγής συντελούνται μόνο σε μία περιστροφή του στροφαλοφόρου. Στον δίχρονο κινητήρα το μίγμα οδηγείται στον κύλινδρο μέσα από περιμετρικές θυρίδες με τη βοήθεια περιστροφικού φυσητήρα. Τα καυσαέρια περνούν μέσα από μυκητοειδείς βαλβίδες που βρίσκονται πάνω στην κεφαλή του κυλίνδρου.
Το 1891 παρουσιάστηκε μια απλουστευμένη παραλλαγή του δίχρονου κινητήρα, με προσυμπίεση στον στροφαλοθάλαμο για την προώθηση του νωπού μίγματος στον κύλινδρο.
Κινητήρας αντίθετων εμβόλων[]
Έχει δύο έμβολα που κινούνται αντίθετα μέσα στον ίδιο κύλινδρο και δύο ομάδες θυρίδων κατάλληλα διατεταγμένες, ώστε η μία από αυτές να καλύπτεται και να αποκαλύπτεται από το ένα έμβολο, ενώ η άλλη να ελέγχεται από το άλλο έμβολο.
Ο σχεδιασμός των αντίθετων εμβόλων έχει δύο βασικά πλεονεκτήματα:οι μάζες που παλινδρομούν κινούνται σε αντίθετες διευθύνσεις ζυγοσταθμίζοντας έτσι τον κινητήρα.Επιπλέον δε χρειάζονται οι μυκητοειδείς βαλβίδες που είναι απαραίτητες σε κινητήρες με μονόδρομη σάρωση.
Περιστροφικός κινητήρας Βάνκελ[]
Ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης με περιστροφικό έμβολο, που αναπτύχθηκε στη Γερμανία, είναι διαφορετικός σε δομή από τους συμβατικούς κινητήρες με παλινδρομικά έμβολα. Ο κινητήρας επινοήθηκε από τον Φέλιξ Βάνκελ και η κατασκευή του άρχισε το 1956. Αντί για έμβολα ο κινητήρας Βάνκελ έχει έναν τροχιακό ρότορα, ισόπλευρο και περίπου τριγωνικό, που στρέφεται μέσα σε έναν κλειστό θάλαμο, ενώ οι τρεις κορυφές του εφάπτονται συνεχώς πάνω στην εσωτερική επιφάνεια του κελύφους.
Μεταξύ του ρότορα και του κελύφους σχηματίζονται τρεις ημισεληνοειδείς θάλαμοι, ο όγκος των οποίων μεταβάλλεται με την κίνηση του ρότορα.
Ο όγκος αυτός μεγιστοποιείται όταν η πλευρά του ρότορα που σχηματίζει τον θάλαμο είναι παράλληλη προς τη δευτερεύουσα διάμετρο του κελύφους, ενώ ελαχιστοποιείται όταν η ίδια πλευρά του ρότορα καθορίζουν το σχήμα των θαλάμων καύσης και τον λόγο συμπίεσης.
Το καύσιμο μίγμα, προερχόμενο από έναν εξαεριωτήρα, εισέρχεται στους θαλάμους καύσης από μια θυρίδα εισαγωγής σε μία από τις ακραίες πλάκες του κελύφους. Σε μία από τις επίπεδες πλευρές του κελύφους σχηματίζεται μια θυρίδα εξαγωγής. Ο σπινθηριστής βρίσκεται σε εσοχή που επικοινωνεί με τους θαλάμους μέσα από ένα στένωμα, στην απέναντι πλευρά του κελύφους. Βασικό πρόβλημα στο σχεδιασμό είναι η στεγανοποίηση στις κορυφές και τις παρειές του ρότορα.
Τα κυριότερα πλεονεκτήματα του κινητήρα Βάνκελ είναι ο μικρός χώρος και το μικρό βάρος ανα μονάδα ισχύος, η στρωτή, χωρίς κραδασμούς αθόρυβη λειτουργία του καθώς και το χαμηλό κόστος κατασκευής του, αποτέλεσμα της μηχανικής του απλότητας. Η απουσία αδρανειακών δυνάμεων από τα μέρη που παλινδρομούν και η κατάργηση των μυκητοειδών βαλβίδων επιτρέπουν λειτουργία σε πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες από ό,τι στους παλινδρομικούς κινητήρες. Η εισαγωγή νωπού μίγματος καυσίμων και η εξαγωγή των καυσαερίων είναι αποτελεσματικότερες, γιατί οι θυρίδες του ανοιγοκλείνουν ταχύτερα από ό,τι με μυκητοειδείς βαλβίδες, ενώ η ροή μέσα από αυτές είναι σχεδόν συνεχής. Η οικονομία σε καύσιμο είναι εφάμιλλη με εκείνη στις συμβατικές μηχανές, επιτρέποντας αθόρυβη καύση και μεγαλύτερη ποικιλία καυσίμων. Η μικρότερη μάζα και η χαμηλότερη θέση του κέντρου βάρους καθιστούν τον κινητήρα αυτόν ασφαλέστερο για αυτοκίνητα. Τα κινούμενα μέρη ενός κινητήρα Βάνκελ ανέρχονται στο ένα τρίτο περίπου από ό,τι σε τυπικό εξακύλινδρο κινητήρα.
Τριδύναμος (Tri-Dyne) περιστροφικός κινητήρας[]
Ο κινητήρας αυτός, βρετανικής επινόησης αποτελείται από τρείς ρότορες, έναν για ισχύ, έναν για την καύση και έναν που λειτουργεί ως βαλβίδα φραγής. Ο πρώτος στρέφεται αντίστροφα από τον ρότορα της καύσης και τη βαλβίδα φραγής. Έχει τρεις λοβούς που εφαρμόζουν στους δύο άλλους ρότορες και συγκεκριμένα αντίστοιχα κοιλώματα της περιφέρειάς τους.
Τα κοιλώματα του ρότορα ισχύος σχηματίζουν τους θάλαμους καύσης. Οι ρότορες δεν αγγίζουν ο ένας τον άλλο, αλλά αλληλεπιδρούν έτσι ώστε να συνδέουν διαδοχικά τα κοιλώματα αυτά με τους σωλήνες εισαγωγής και εξαγωγής και να τα απομονώνουν κατά τη καύση.Λόγω της μεγάλης ταχύτητας λειτουργίας δεν απαιτείται απόλυτη στεγανοποίηση των κοιλωμάτων. Δύο σπινθηριστές είναι προσαρμοσμένοι πάνω στο κέλυφος σε τέτοια θέση ώστε να επικοινωνούν με τα κοιλώματα του ρότορα καύσης τη στιγμή του σπινθήρα.
Το πλεονέκτημα του κινητήρα αυτού σε σχέση με τον κινητήρα Βάνκελ έγκειται στο ότι δεν χρειάζεται τη στεγανοποίηση που απαιτεί ο τελευταίος και η οποία περιορίζει την ταχύτητα λειτουργίας και δυσχεραίνει τη λίπανση.
αεριοστρόβιλος[]
Πολλές από τις ατέλειες του παλινδρομικού κινητήρα οφείλονται στην ασυνεχή κίνηση και την περιοδική καύση. Η βασική αρχή του αεριοστρόβιλου ήταν γνωστή από πολύ παλαιά. Χαρακτηριστικό παράδειγμα ο στρόβιλος του Ήρωνα του Αλεξανδρέα, περίπου στους χρόνους του Χριστού. Ουσιαστική όμως εξέλιξη του αεριοστρόβιλου έγινε μόλις τον 20ό αιώνα.
Ο αεριοστρόβιλος είναι μια απλή μονάδα παραγωγής ισχύος. Ένας συμπιεστής τροφοδοτεί συνεχώς με αέρα - σε πίεση τριπλάσια και εξαπλάσια περίπου της ατμοσφαιρικής - έναν θάλαμο καύσης μέσα στον οποίο ψεκάζεται καύσιμο. Τα καυσαέρια εκτονώνονται, στη συνέχεια κινώντας τον κατάλληλο στρόβιλο. Οι ρότορες του συμπιεστή και του στροβίλου μπορεί να βρίσκονται πάνω στον ίδιο άξονα. Η ισχύς που αναπτύσσεται πέρα από εκείνη για την κίνησή του συμπιεστή είναι ωφέλιμη ισχύς του κινητήρα.
Ο κινητήρας ελεύθερου εμβόλου[]
Στον κινητήρα αυτόν τα έμβολα δε συνδέονται στη ίδια άτρακτο, όπως σε ένα συμβατικό κινητήρα. Αντίθετα, τα καυσαέρια μεταδίδουν την ισχύ τους σε έναν στρόβιλο. Κατασκευασμένος αρχικά ως αεροσυμπιεστής, ο κινητήρας αυτός χρησιμοποιήθηκε συστηματικά για πρώτη φορά από τους Γερμανούς κατά τον Β’ Παγκόσμιο πόλεμο για την εκτόξευση τορπιλλών. Το προς καύση μίγμα αναφλέγεται από τη θερμότητα της συμπίεσης και όχι από σπινθηριστή.
Λειτουργία του Κινητήρα[]
Δομή[]
Εκτός από το είδος του κύκλου (δίχρονο ή τετράχρονο), η κυριότερη δομική διαφορά ανάμεσα σε κινητήρες αυτοκινήτων, αεροσκαφών, θαλάσσης ή στάσιμους κινητήρες έγκειται στον τρόπο έδρασής τους. Όταν χρησιμοποιούνται συμπλέκτης και κιβώτιο ταχυτήτων, όπως στα αυτοκίνητα, ο κινητήρας αποτελεί μια αυτόνομη μονάδα ισχύος.
Η γενική περιγραφή της κατασκευής του κινητήρα που ακολουθεί δείχνει τα κυριότερα μέρη του και εισάγει την ονοματολογία τους. Ως βασικός τύπος χρησιμοποιείται ο τετράχρονος κινητήρας αυτοκινήτου.
Σώμα κυλίνδρων[]
Το κύριο δομικό στοιχείο των κινητήρων είναι το σώμα κυλίνδρων. Το σώμα αυτό αποτελεί τον σκελετό και ταυτόχρονα φέρει την πλάκα με την οποία ο κινητήρας στηρίζεται στο πλαίσιο. Στις ναυτικές μηχανές ή στις στάσιμες μονάδες παραγωγής ισχύος, ο κινητήρας τοποθετείται πάνω σε κατάλληλη βάση. Το σώμα των κυλίνδρων είναι συνήθως από χυτοσίδηρο. Ο στροφαλοθάλαμος σχηματίζεται από το κάτω μέρος του σώματος και από την ελαιολεκάνη, που περικλείει το κάτω μέρος του κινητήρα και χρησιμεύει ως δεξαμενή του λιπαντικού ελαίου.
Η διάταξη των κυλίνδρων είναι δύο ειδών - κατακόρυφη ή ευθύγραμμη ή σχήματος V.
- Ο ευθύγραμμος κινητήρας έχει μια σειρά κυλίνδρων τοποθετημένων κατακόρυφα και ευθυγραμμισμένων με τους τριβείς του στροφαλοφόρου.
- Ο κινητήρας τύπου V έχει δύο σειρές κυλίνδρων, οι λαξονες των οποίων σχηματίζουν μεταξύ τους γωνία 60 ή 90 μοιρών. Οι κινητήρες V-8 (οκτώ κύλινδροι) είναι συνήθως 90 μοιρών. Ορισμένοι μικροί εξακύλινδροι κινητήρες αεροπλάνων, τέλος, έχουν οριζόντιους και αντίθετα τοποθετημένους κυλίνδρους.
Σε χώρο κατα μήκος του σώματος των κυλίνδρων βρίσκεται ο Εκκεντροφόρος Άξονας, που ενεργοποιεί τις βαλβίδες. Κατάλληλη διάταξη συνδέει τον εκκεντροφόρο με τον στροφαλοφόρο άξονα. Το κωνοειδές κέλυφος που περικλείει τον σφόνδυλο και στον οποίο προσαρμόζεται το κιβώτιο ταχυτήτων σχηματίζεται στο πίσω άκρο του σώματος. Γύρω από τους κυλίνδρους διαμορφώνονται κατάλληλοι χώροι για την κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού.
Θάλαμος καύσης[]
Ο όγκος του θαλάμου καύσης σε σχέση προς τον όγκο εκτόπισης του εμβόλου καθορίζει τον λόγο συμπίεσης του κινητήρα.
Ο όγκος εκτόπισης του εμβόλου είναι αυτός που σαρώνεται σε μία διαδρομή. Ο λόγος του μεγαλύτερου δυνατού όγκου – με το έμβολο στο χαμηλότερο σημείο του- προς τον μικρότερο δυνατό όγκο - με το έμβολο στο ανώτερο σημείο - ονομάζεται λόγος συμπίεσης. Ο λόγος συμπίεσης είναι ο σημαντικότερος παράγοντας από τον οποίο εξαρτάται η θεωρητική απόδοση του κύκλου του κινητήρα. Ένας τρόπος για την αύξηση της απόδοσης του κινητήρα είναι η αύξηση του λόγου συμπίεσης, πράγμα που επιδιώκεται τελευταία στα αυτοκίνητα.
Έμβολα[]
Τα έμβολα έχουν μορφή ανεστραμμένου κυπέλλου και είναι από χάλυβα ή κράμα αλουμινίου. Το άνω άκρο τους (κεφαλή) σχηματίζει την κατώτερη επιφάνεια του θαλάμου καύσης και δέχεται τη δύναμη από τα καυσαέρια. Η εξωτερική επιφάνεια εφαρμόζει στο εσωτερικό του κυλίνδρου, ενώ ειδικοί δακτύλιοι, τοποθετημένοι σε αύλακες της επιφάνειας αυτής, στεγανοποιούν τον υπερκείμενο χώρο.
Σε ειδικές ενισχυμένες υποδοχές στα πλευρά του εμβόλου προσαρμόζεται πείρος από σκληρυμένο χάλυβα, που διαπερνά το ένα άκρο του διωστήρα.
Διωστήρας και Στροφαλοφόρος Άξονας[]
Ο κατασκευασμένος από σφυρήλατο χάλυβα διωστήρας συνδέει το έμβολο με τον αντίστοιχο στρόφαλο της ατράκτου, μετατρέποντας έτσι την Παλινδρομική Κίνηση του εμβόλου σε Περιστροφική Κίνηση του στροφάλου.
Κάθε διωστήρας στον ευθύγραμμο κινητήρα, ή κάθε ζεύγος διωστήρων στον κινητήρα τύπου V, συνδέεται με έναν στρόφαλο της ατράκτου.
Κάθε στρόφαλος αποτελείται από έναν πείρο, που συνδέεται με τον αντίστοιχο διωστήρα και από δύο ακτινικές μάζες, εκατέρωθεν του στροφαλοφόρου άξονα, που στρέφονται γύρω από κύριους τριβείς, ή τριβείς βάσης. Η θέση κάθε στρόφαλου κατα μήκος του στροφαλοφόρου εξαρτάται από τη σειρά ανάφλεξης των κυλίνδρων. Η σειρά ανάφλεξης υπαγορεύεται από την ανάγκη κατανομής των ώσεων έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται οι κραδασμοί. Η τυπική σειρά ανάφλεξης κατα τον τετρακύλινδρο κινητήρα είναι 1-3-2-4 και για τον εξακύλινδρο 1-5-3-6-2-4, που δείχνει την πρακτική της εναλλαγής διαδοχικών ώσεων. Η ευστάθεια του στροφαλοφόρου βελτιώνεται με την προσθήκη αντιβάρων.
Ο σχεδιασμός του στροφαλοφόρου καθορίζει και το μήκος διαδρομής του εμβόλου. Ο λόγος της διαδρομής του εμβόλου προς τη διάμετρο του κυλίνδρου αποτελεί σημαντική παράμετρο σχεδιασμού. Στα πρώτα χρόνια του αυτοκινήτου, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούσαν τιμές μεταξύ 1 και 1.5. Καθώς όμως οι ταχύτητες αύξαναν και έγινε αντιληπτό ότι οι απώλειες λόγω τριβών μεγάλωναν με την Παλινδρομική Κίνηση των εμβόλων, παρά με την ταχύτητα περιστροφής του στροφαλοφόρου, η διαδρομή του εμβόλου μίκραινε και σε ορισμένες περιπτώσεις έφθασε να γίνει κατά 20% μικρότερη της διαμέτρου του.
Βαλβίδες, ωστήρια] και ζύγωθρα[]
Στον κινητήρα με βαλβίδες στην κεφαλή, τα ωστήρια που συνδέονται με τα αντίστοιχα έκκεντρα κινούνται κατακόρυφα μέχρι να συναντήσουν τα ζύγωθρα, που είναι πάνω στην κεφαλή των κυλίνδρων. Τα τελευταία συνδέονται στο άλλο άκρο τους με τα στελέχη των βαλβίδων και μεταδίδουν σε αυτές την κίνηση από το αντίστοιχο έκκεντρο. Ανάμεσα στο στέλεχος και στο ζύγωθρο προβλέπεται διάκενο, για το κατάλληλο κλείσιμο των βαλβίδων, όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία του κινητήρα.
Η βαλβίδα εισαγωγής πρέπει να είναι ανοικτή όταν το έμβολο κατέρχεται κατά τον χρόνο εισαγωγής και η βαλβίδα εξαγωγής να είναι ανοιχτή όταν το έμβολο ανέρχεται κατα τον χρόνο εξαγωγής. Θα φαινόταν φυσικό επομένως το ανοιγοκλείσιμο να γίνεται στα κατάλληλα άνω και κάτω νεκρά σημεία. Ο χρόνος όμως για το ανοιγοκλείσιμο των βαλβίδων καθώς και η υψηλή ταχύτητα στην έναρξη και τη λήξη της ροής των αερίων απαιτούν οι διαδικασίες του ανοίγματος να προηγούνατι ελαφρώς του άνω νεκρού σημείου, ενώ οι αντίστοιχες του κλεισίματος να έπονται του κάτω νεκρού σημείου. Έτσι, οι φάσεις ανοίγματος γίνονται ενωρίτερα και οι αντίστοιχες του κλεισίματος καθυστερούν λίγο, ώστε με κατάλληλη διαμόρφωση το έκκεντρο να επιτρέπει προοδευτικό αρχικό άνοιγμα και το τελικό κλείσιμο. Άλλος λόγος που επιβάλλει το πρωθύστερο του ανοίγματος και κλεισίματος είναι η αρτιότερη πλήρωση και εκκένωση των κυλίνδρων.
Εκκεντροφόρος Άξονας[]
Ο Εκκεντροφόρος Άξονας που ανοιγοκλείνει τις βαλβίδες παίρνει κίνηση από τον στροφαλοφόρο. Το ανοιγοκλείσιμο των βαλβίδων συμπληρώνεται σε μια περιστροφή του εκκεντροφόρου.
Σφόνδυλος[]
Σε κάθε παλινδρομικό κινητήρα η ροπή (δύναμη περιστροφής) εξασκείται διακεκομμένα κάθε φορά που γίνεται κάπου έναυση. Στα ενδιάμεσα διαστήματα, το ανερχόμενο κατα τη συμπίεση έμβολο και η αντίσταση του φορτίου ασκούν αρνητική ροπή. Η εναλλάξ επιτάχυνση από τις ώσεις ισχύος και στη συνέχεια η επιβράδυνση που οφείλεται στη συμπίεση, έχουν ως αποτέλεσμα ανομοιόμορφη περιστροφή. Ο ρόλος του σφονδύλου που είναι προσαρμοσμένος στο άκρο του στροφαλοφόρου, είναι να εξουδετερώνει την ανομοιομορφία της κίνησης. Ο σφόνδυλος είναι ένας βαρύς χυτοσίδηρος τροχός. Η μάζα του έχει αρκετή αδρανειακή ορμή, ώστε να ανθίσταται στις μεταβολές της ταχύτητας περιστροφής του, αναγκάζοντας έτσι τον στροφαλοφόρο να στρέφεται με σταθερή ταχύτητα.
Τριβείς[]
Ο στροφαλοφόρος άξονας έχει επιφάνειες τριβής σε κάθε πείρο του στροφάλου και στα έδρανα. Τα έδρανα υπόκεινται σε μεγάλα φορτία λόγω των δυνάμεων που ασκούνται από τα έμβολα καθώς και λόγω του βάρους του στροφαλοφόρου και του σφονδύλου. Ένα πολύ μικρό διάκενο ανάμεσα στις επιφάνειες τριβής επιτρέπει την παρουσία ενός λεπτού στρώματος από λιπαντικό έλαιο.
Σύστημα ανάφλεξης[]
Τα ηλεκτρικά συστήματα ανάφλεξης είναι μαγνητικά ή συστήματα συσσωρευτή και πηνίου. Το μαγνητικό σύστημα είναι αυτοδύναμο και χρειάζεται μόνο τους σπινθηριστές και την καλωδίωση, ενώ το σύστημα συσσωρευτή και πηνίου συνεπάγεται χρήση πολλών εξαρτημάτων. Το κύκλωμα περιλαμβάνει τον συσσωρευτή, ένας πόλος του οποίου γειώνεται, ενώ ο άλλος οδηγεί μέσω διακόπτη στην πρωτεύουσα περιέλιξη του πηνίου και σε έναν αυτόματο διακόπτη.
Ο σπινθηριστής λειτουργεί κάτω από αντίξοες συνθήκες.Είναι εκτεθειμένος στις υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις του θαλάμου καύσης καθώς και στις ρυπαντικές ιδιότητες των προϊόντων της καύσης. Απαιτεί επομένως μεγαλύτερη συντήρηση και είναι συνήθως το πλέον βραχύβιο εξάρτημα του βενζινοκινητήρα.
Το σύστημα έναυσης με πυκνωτή παρέχει σπινθήρα με μεγάλη ένταση, καθιστώντας έτσι ευκολότερη την έναυση ενός ψυχρού ή υπερπληρωμένου με καύσιμο κυλίνδρου. Συνεχίζει να προκαλεί σπινθήρα ακόμη και όταν στα ηλεκτρόδιά του σπινθηριστή υπάρχουν αποθέσεις ή έχει μεγαλώσει το διάκενο.
Άλλα πλεονεκτήματα είναι ο μεγαλύτερος χρόνος ζωής του σπινθηριστή, καλύτερη έναυση για μεγαλύτερη περιοχή ταχυτήτων και μεγαλύτερη αντοχή στην υγρασία.
Το μαγνητικό σύστημα είναι μια γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος με μόνιμο μαγνήτη, για τη λειτουργία των σπινθηριστών. Το σύστημα αυτό απαιτεί μόνο σπινθηριστές, καλώδια και διακόπτες.
Εξαερωτήρας[]
Ο εξαεριωτής της βενζίνης είναι διάταξη που εισάγει καύσιμο σε ρεύμα αέρα, καθώς αυτός εισρέει στον κινητήρα. Ο πλωτήρας, που ενεργοποιεί την βαλβίδα, διατηρεί τη στάθμη της βενζίνης σε κατάλληλο επίπεδο.
Ο αέρας που εισρέει προσπερνά τη βαλβίδα ρύθμισης της παροχής- τύπου πεταλούδας- και προωθείται προς τους κυλίνδρους.
Κατά τη διέλευσή του από τον λαιμό του σωλήνα βεντούρι, ο αέρας επιταχύνεται, δημιουργώντας υποπίεση και προκαλώντας έτσι την έγχυση καυσίμου από τον αναβλυστήρα.
Ψεκασμός καυσίμου[]
Συστήματα με ψεκασμό βενζίνης, στα οποία το καύσιμο προωθείται με αντλία και ψεκάζεται κατ' ευθείαν στον κύλινδρο, είχαν χρησιμοποιηθεί σε μηχανές αεροπλάνων πριν από τον Β' Παγκόσμιο πόλεμο. Η απόδοση των κινητήρων αυτών ήταν εξαιρετική, αλλά το μεγάλο κόστος τους, σε σχέση με τον κινητήρα με εξαερωτήρα, περιόρισε τη διάδοσή τους. Ένα σύγχρονο σύστημα ψεκασμού μπορεί να αποτελείται από μια απλή αντλία με ανάλογο σύστημα διανομής ή από πολλαπλές αντλίες.
Τα κυριότερα πλεονεκτήματα ψεκασμού της βενζίνης είναι:
- οικονομία καυσίμου λόγω ακριβέστερης αναλογίας καυσίμου προς αέρα ,
- περισσότερη ισχύς λόγω της μη θέρμανσης του καυσίμου,
- αποφυγή τυχόν στερεών αποθέσεων και, τέλος,
- πιο ομοιόμορφη και άμεση τροφοδοσία καύσιμου μίγματος στους κυλίνδρους.
Υπερτροφοδότης[]
Ο βαθμός πλήρωσης με αέρα σε έναν κινητήρα αυτοκινήτου φθάνει στο μέγιστο - λίγο παραπάνω από 80% - όταν η ταχύτητα του είναι η μισή περίπου της μέγιστης δυνατής, ενώ μειώνεται σημαντικά σε μεγαλύτερες ταχύτητες. Η μείωση αυτή του εισαγόμενου αέρα, με την αύξηση της ταχύτητας, έχει ως αποτέλεσμα ανάλογες μεταβολές στη ροπή στρέψης στον στροφαλοφόρο άξονα. Έτσι η ισχύς φθάνει σε μια μέγιστη τιμή καθώς η ταχύτητα του κινητήρα αυξάνει.
Σε ταχύτητες πάνω από την οριακή, η ανά κύκλο τροφοδοσία με αέρα ελαττώνεται τόσο γρήγορα ώστε η αποδιδόμενη ισχύς να είναι μικρότερη από τη αντίστοιχη σε χαμηλότερες ταχύτητες. Η ανικανότητα του κινητήρα να δεχθεί την απαραίτητη ποσότητα αέρα στις υψηλές ταχύτητες περιορίζει την απόδοσή του.
Το μειονέκτημα αυτό παρακάμπτεται με τη βοήθεια του λεγόμενου υπερτροφοδότη, δηλαδή μιας αεραντλίας, ή ενός φυσητήρα που αυξάνει την πίεση του αέρα ο οποίος εισέρχεται στους κυλίνδρους, επομένως και την ποσότητά του.
Ο φυσητήρας του υπερτροφοδότη μπορεί να συνδεθεί με τον στροφαλοφόρο. Ο στροβιλοτροφοδότης χρησιμοποιεί έναν αεριοστρόβιλο, που λειτουργεί με τα καυσαέρια, για να κινήσει έναν φυγοκεντρικό φυσητήρα. Ο κινητήρας με υπερτροφοδότη αποκτά μεγαλύτερη ισχύ και λειτουργεί με μεγαλύτερη οικονομία καυσίμου. Οι κινητήρες των αεροπλάνων υπερτροφοδοτούνται συνήθως και με κοινούς φυσητήρες και με στροβιλοτροφοδότες, για να εξασφαλίζουν ομαλή λειτουργία στα μεγάλα ύψη.
Μηχανολογικό Σύστημα Ψύξης[]
Οι κύλινδροι των ΜΕΚ χρειάζονται ψύξη. Οι περισσότεροι βενζινοκινητήρες είναι υγρόψυκτοι. Το υγρό κυκλοφορεί γύρω από τους κυλίνδρους απάγοντας θερμότητα, την οποία αποδίδει στο ψυγείο του κινητήρα. Το κύκλωμα περιλαμβάνει συνήθως θερμοστάτη για να κρατά τη θερμοκρασία στα χιτώνια των κυλίνδρων σταθερή. Στο σύστημα ψύξης επικρατεί συνήθως υπερπίεση για να ανυψώνει το σημείο ζέσης του ψυκτικού μέσου, έτσι ώστε το τελευταίο να διατηρείται σε υγρή κατάσταση και να διευκολύνεται η μεταφορά θερμότητας στο ψυγείο.
Ορισμένοι κινητήρες, κυρίως αεροπλάνων καθώς και μικρών μονάδων, όπως χορτοκοπτικές ή τα αλυσοπρίονα, είναι αερόψυκτοι. Η ψύξη με αέρα επιτυγχάνεται με τη διαμόρφωση λεπτών πτερυγίων στις εξωτερικές επιφάνειες των κυλίνδρων. Ο αέρας κυκλοφορεί ανάμεσα στα πτερύγια με τη βοήθεια φυσητήρων ή ανεμιστήρων. Οι κινητήρες των ελικοφόρων αεροπλάνων προσφέρονται ιδιαίτερα για ψύξη με αέρα από τις έλικες.
Μηχανολογικό Σύστημα Λίπανσης[]
Η λίπανση, που αποσκοπεί στη μείωση των τριβών, επιτυγχάνεται με παρεμβολή ενός υμένα ελαίου ανάμεσα στα τριβόμενα εξαρτήματα. Σημαντικό ρόλο στην συμπεριφορά των λιπαντικών ελαίων διαδραματίζει το ιξώδες, που όπως είναι γνωστό εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία.
Το σύστημα λίπανσης τροφοδοτείται από την ελαιολεκάνη που βρίσκεται στη χαμηλότερη στάθμη του κινητήρα. Το Λιπαντικό Υγρό προωθείται με αντλία συνήθως οδοντωτή, υπό πίεση, σε σύστημα αγωγών ή διαύλων.
Το Λιπαντικό Έλαιο προωθείται υπό πίεση στον στροφαλοφόρο και στους κύριους τριβείς του. Οι στρόφαλοι φέρουν ειδικές οπές που διευκολύνουν να φθάσει το έλαιο μέχρι τον πείρο κάθε στροφάλου. Καθώς το έλαιο εξέρχεται από τις οπές των στροφάλων εκτινάσσεται και διαβρέχει τα τοιχώματα των κυλίνδρων, τα έκκεντρα και τα έμβολα, φθάνοντας μέχρι και τους πείρους των διωστήρων. Πρόσθετα ανοίγματα στα στελέχη των εκκέντρων τροφοδοτούν με έλαιο τους υδραυλικούς μηχανισμούς ανύψωσης των ωστηρίων των βαλβίδων, αν υπάρχουν. Η πίεση του ελαίου στους υδραυλικούς αυτούς ανυψωτές διατηρείται στην επιθυμητή στάθμη με ρυθμιστικές βαλβίδες.
Μηχανολογικό Σύστημα Εξαγωγής[]
Τα καυσαέρια περνούν μέσα από τον σιγαστήρα που περιορίζει τις ηχητικές ταλαντώσεις. Ο σιγαστήρας αποσβένει τις ταλαντώσεις αυτές έτσι ώστε τα καυσαέρια να εξέρχονται σχετικά ομαλά και χωρίς μεγάλο θόρυβο.
Οι συνηθέστεροι σήμερα σιγαστήρες χρησιμοποιούν θαλάμους συντονισμού που επικοινωνούν με τους χώρους διέλευσης των καυσαερίων.
Από κάθε θάλαμο ξεκινούν ταλαντώσεις σε συχνότητα που καθορίζεται από τις διαστάσεις του.Οι ταλαντώσεις αυτές εξουδετερώνουν ή απορροφούν τις ταλαντώσεις του διερχόμενου ρεύματος των καυσαερίων, που έχουν την ίδια περίπου συχνότητα.
Αρκετοί τέτοιοι θάλαμοι, ένας για κάθε μία από τις επικρατέστερες συχνότητες στο ρεύμα των καυσαερίων μειώνουν αποτελεσματικά τον θόρυβο.
Στο σύστημα εξαγωγής προστίθενται συχνά συσκευές ελέγχου των καυσαερίων, με σκοπό τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Μέσα στο σιγαστήρα τοποθετούνται κατάλληλοι καταλύτες (υλικά που διευκολύνουν επιλεκτικά επιθυμητές χημικές αντιδράσεις), έτσι ώστε να μειώνεται η εκπομπή άκαυστων υδρογονανθράκων ή μονοξειδίου του άνθρακα.
Απόδοση[]
Ένα μέγεθος, που ονομάζεται μέση πίεση πέδησης λαμβάνεται με πολλαπλασιασμό της μέσης πίεσης ενός κινητήρα επί την μηχανικήν του απόδοση.Πρόκειται για έναν δείκτη που χρησιμοποιείται συχνά και εκφράζει την ικανότητα του κινητήρα να αναπτύξει χρήσιμη πίεση στους κυλίνδρους και επομένως να αποδώσει ισχύ.
Εφαρμογές[]
Είναι δυνατόν να κατασκευαστούν βενζινοκινητήρες για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις οποιασδήποτε μονάδας παραγωγής ισχύος. Σε ορισμένες περιπτώσεις,όμως, ηλεκτροκινητήρες ή άλλα είδη μηχανών παρουσιάζουν ορισμένα πλεονεκτήματα. Οι σημαντικές εφαρμογές για τις οποίες ο βενζινοκινητήρας υπερτερεί ίσως των άλλων βρίσκονται στον χώρο των επιβατικών αυτοκινήτων, των μικρών φορτηγών και λεωφορείων, των αεροσκαφών, των εξωλέμβιων και των μικρών εσωλέμβιων ναυτικών μηχανών, καθώς και των αντλητικών συγκροτημάτων μέσης ισχύος.
Οι κινητήρες των αυτοκινήτων ποικίλλουν σε αριθμό κυλίνδρων και ιπποδύναμη από μικρούς τετρακύλινδρους κινητήρες με ιπποδύναμη μικρότερη από 100 ίππους έως κινητήρες των 8.000 και πλέον κυβικών εκατοστομέτρων με ιπποδύναμη μεγαλύτερη από 400 ίππους. Οι κινητήρες αυτοί ικανοποιούν τις ανάγκες της αυτοκινητοβιομηχανίας σε τέτοιο βαθμό ώστε μέχρι προ τινος, τουλάχιστον, δεν είχαν κανέναν συναγωνισμό.
Υποσημειώσεις[]
Εσωτερική Αρθρογραφία[]
Βιβλιογραφία[]
Ιστογραφία[]
 Κίνδυνοι Χρήσης
|
|---|
|
Αν και θα βρείτε εξακριβωμένες πληροφορίες "Οι πληροφορίες αυτές μπορεί πρόσφατα Πρέπει να λάβετε υπ' όψη ότι Επίσης, |
- Μην κάνετε χρήση του περιεχομένου της παρούσας εγκυκλοπαίδειας
αν διαφωνείτε με όσα αναγράφονται σε αυτήν
- Όχι, στις διαφημίσεις που περιέχουν απαράδεκτο περιεχόμενο (άσεμνες εικόνες, ροζ αγγελίες κλπ.)