Λύσεις — Ενότητα 1.8: Συστήματα Ανάφλεξης (σελ. 153-154) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 1.8: Συστήματα Ανάφλεξης

Δέκα ερωτήσεις για τα συστήματα ανάφλεξης αεροπορικών κινητήρων: τις δύο κατηγορίες ανάφλεξης (μπαταρία/μανιατό), το πλεονέκτημα του μανιατό ως αυτόνομης γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος, το πλεονέκτημα του μανιατό χαμηλής τάσης έναντι του υψηλής τάσης, τον πιο διαδεδομένο τύπο μανιατό (περιστρεφόμενου μαγνήτη), το ρόλο των πλατινών στο πρωτεύον κύκλωμα, καθώς και τους τύπους, τα μέρη και την ικανότητα μεταφοράς θερμότητας (heat range) των σπινθηριστών.

Κατηγορίες συστημάτων ανάφλεξης

Ερώτηση: Ποιες είναι οι κατηγορίες που διακρίνονται τα συστήματα ανάφλεξης;

Απάντηση:

• §1.8.1. «Τα συστήματα ανάφλεξης διακρίνονται σε αυτά που χρησιμοποιούν μπαταρία και σε αυτά που χρησιμοποιούν μανιατό (σπινθηροπαραγωγός - magneto).»

Σύνοψη: Τα συστήματα ανάφλεξης διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: σε συστήματα ανάφλεξης με μπαταρία και σε συστήματα ανάφλεξης με μανιατό (magneto).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Με μπαταρία και με μανιατό (magneto)

Σύστημα χωρίς πηγή συνεχούς ρεύματος

Ερώτηση: Ποιο από τα συστήματα ανάφλεξης δεν χρησιμοποιεί πηγή συνεχούς ρεύματος για τη λειτουργία του;

Απάντηση:

• §1.8.3. «Το μανιατό (magneto) είναι μία γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος (alternate current - ac) η οποία παράγει ηλεκτρικούς παλμούς υψηλής τάσης ... Επιπρόσθετα, το μανιατό είναι μία αυτόνομη μονάδα, εντελώς ανεξάρτητη από οποιαδήποτε άλλη ηλεκτρική πηγή.»

Σύνοψη: Το σύστημα ανάφλεξης με μανιατό δεν χρησιμοποιεί πηγή συνεχούς ρεύματος (μπαταρία) για τη λειτουργία του, αφού το ίδιο το μανιατό είναι γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος (ac) και αυτόνομη μονάδα, ανεξάρτητη από κάθε άλλη ηλεκτρική πηγή. Αντίθετα, το σύστημα ανάφλεξης με μπαταρία τροφοδοτείται από μπαταρία, δηλαδή από πηγή συνεχούς ρεύματος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Το σύστημα με μανιατό (γεννήτρια ac, αυτόνομο, χωρίς μπαταρία)

Υπεροχή μανιατό έναντι μπαταρίας (Σωστό/Λάθος)

Ερώτηση: Τα συστήματα ανάφλεξης που χρησιμοποιούν γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος για τη λειτουργία τους υπερτερούν σε σχέση με αυτά που χρησιμοποιούν μπαταρία για τη λειτουργία τους.

ΣΩΣΤΟ ❐ ΛΑΘΟΣ ❐

Απάντηση:

• §1.8.3. «Η ανάφλεξη με τη χρήση του μανιατό υπερτερεί από αυτή με μπαταρία διότι στις υψηλές ταχύτητες του κινητήρα παράγεται πιο δυνατός σπινθήρας. Επιπρόσθετα, το μανιατό είναι μία αυτόνομη μονάδα, εντελώς ανεξάρτητη από οποιαδήποτε άλλη ηλεκτρική πηγή.»

Σύνοψη: ΣΩΣΤΟ. Το βιβλίο αναφέρει ρητά ότι η ανάφλεξη με μανιατό (γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος) υπερτερεί έναντι της ανάφλεξης με μπαταρία, διότι στις υψηλές ταχύτητες του κινητήρα παράγεται πιο δυνατός σπινθήρας, ενώ το μανιατό είναι επιπλέον αυτόνομη μονάδα, ανεξάρτητη από κάθε άλλη ηλεκτρική πηγή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό — ισχυρότερος σπινθήρας σε υψηλές ταχύτητες, πλήρης αυτονομία

Πλεονέκτημα μανιατό χαμηλής τάσης

Ερώτηση: Το πλεονέκτημα ενός μανιατό χαμηλής τάσης έναντι ενός μανιατό υψηλής τάσης είναι:

Α) Η χαμηλή κατανάλωση ρεύματος και άρα η οικονομία στο καύσιμο. Β) Η υψηλή κατανάλωση ρεύματος και άρα η καλύτερη απόδοσή του. Γ) Δεν παρουσιάζει διαρροές ρεύματος στο διανομέα. Δ) Δεν παρουσιάζει διαρροές ρεύματος στην μπαταρία του συστήματος.

Απάντηση:

• §1.8.3.1. «Το μεγάλο μειονέκτημα στη χρήση του μανιατό υψηλής τάσης είναι ότι οι καλωδιώσεις και ο διανομέας δεν μπορούν να μεταφέρουν ρεύμα υψηλής τάσης στις συνθήκες μειωμένης πυκνότητας αέρα ... Το αποτέλεσμα είναι να παρουσιάζεται διαρροή ρεύματος στο διανομέα ... Η καλύτερη, όμως, λύση είναι η χρήση ενός μανιατό χαμηλής τάσης ... Το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται είναι χαμηλής τάσης και περνά από ένα μετασχηματιστή πριν τους σπινθηριστές όπου και μετατρέπεται σε ρεύμα υψηλής τάσης.»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Γ. Το βασικό πρόβλημα του μανιατό υψηλής τάσης είναι η διαρροή ρεύματος στο διανομέα σε συνθήκες μειωμένης πυκνότητας αέρα (μεγάλο ύψος πτήσης). Στο μανιατό χαμηλής τάσης, ο διανομέας μεταφέρει μόνο χαμηλή τάση (η μετατροπή σε υψηλή γίνεται μέσω μετασχηματιστή αμέσως πριν από κάθε σπινθηριστή), οπότε δεν παρουσιάζει διαρροές ρεύματος στο διανομέα. Οι επιλογές Α και Β αναφέρονται σε κατανάλωση ρεύματος, κάτι που δεν αποτελεί το πλεονέκτημα που περιγράφει το βιβλίο, ενώ η Δ είναι εννοιολογικά λανθασμένη αφού το μανιατό δεν διαθέτει μπαταρία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Γ: δεν παρουσιάζει διαρροές ρεύματος στο διανομέα

Μειονέκτημα μετασχηματιστή ανά κύλινδρο σε μανιατό χαμηλής τάσης

Ερώτηση: Θεωρείτε μειονέκτημα το γεγονός ότι ένα μανιατό χαμηλής τάσης απαιτεί τη χρήση μετασχηματιστή για κάθε κύλινδρο και αν ναι για ποιο λόγο;

Απάντηση:

• §1.8.3.1. «Αυτό έχει πηνίο μόνο με πρωτεύοντα οπλισμό του οποίου η έξοδος οδηγείται σε διανομέα με ψήκτρες. Το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται είναι χαμηλής τάσης και περνά από ένα μετασχηματιστή πριν τους σπινθηριστές όπου και μετατρέπεται σε ρεύμα υψηλής τάσης (200V έως 350V) ... Τα προβλήματα, βέβαια, παραμένουν στο τμήμα του συστήματος μετά το μετασχηματιστή που λειτουργεί υπό υψηλή τάση.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ναι, μπορεί να θεωρηθεί μειονέκτημα, γιατί η ανάγκη ενός μετασχηματιστή σε κάθε κύλινδρο σημαίνει περισσότερα εξαρτήματα στο σύστημα ανάφλεξης (μεγαλύτερο βάρος, αυξημένο κόστος κατασκευής/συντήρησης και περισσότερα σημεία πιθανής βλάβης), ενώ, όπως αναφέρει το βιβλίο, τα προβλήματα διαρροής ρεύματος δεν εξαφανίζονται εντελώς αλλά μετατοπίζονται στο μικρό πλέον τμήμα του κυκλώματος μετά το μετασχηματιστή, που εξακολουθεί να λειτουργεί υπό υψηλή τάση. Ωστόσο, το μειονέκτημα αυτό αντισταθμίζεται σημαντικά από το γεγονός ότι το μεγαλύτερο μέρος της καλωδίωσης και ο διανομέας λειτουργούν πλέον υπό χαμηλή τάση, με αποτέλεσμα πολύ μικρότερο κίνδυνο διαρροής ρεύματος και μπλακ-άουτ σε μεγάλο ύψος πτήσης — γι' αυτό και το βιβλίο το χαρακτηρίζει ως την «καλύτερη λύση».

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Περισσότερα εξαρτήματα/βάρος/κόστος ανά κύλινδρο, αλλά τα προβλήματα υψηλής τάσης περιορίζονται σε πολύ μικρό τμήμα του κυκλώματος

Πιο διαδεδομένος τύπος μανιατό

Ερώτηση: Ποιος τύπος μανιατό είναι ο πιο διαδεδομένος στους αεροπορικούς κινητήρες;

Απάντηση:

• §1.8.3.1. «Το μανιατό περιστρεφόμενου μαγνήτη (Rotating magnet magneto) είναι το πιο διαδεδομένο στις αεροπορικές χρήσεις.»

Σύνοψη: Ο πιο διαδεδομένος τύπος μανιατό στους αεροπορικούς κινητήρες είναι το μανιατό περιστρεφόμενου μαγνήτη (Rotating magnet magneto), στο οποίο υπάρχουν σταθερά πηνία και περιστρεφόμενοι μαγνήτες (συνήθως τετράπολοι).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μανιατό περιστρεφόμενου μαγνήτη (Rotating magnet magneto)

Λόγος ύπαρξης πλατινών

Ερώτηση: Ποιος είναι ο λόγος ύπαρξης των πλατινών σε ένα σύστημα ανάφλεξης;

Απάντηση:

• §1.8.4.2. «Ρόλος τους είναι να κλείνουν και να ανοίγουν το κύκλωμα του πρωτεύοντος οπλισμού του πηνίου ώστε να επιτυγχάνεται η δημιουργία και η κατάρρευση του μαγνητικού πεδίου, αντίστοιχα.»

Σύνοψη: Ο ρόλος των πλατινών είναι να ανοίγουν και να κλείνουν το κύκλωμα του πρωτεύοντος οπλισμού του πηνίου, ώστε να επιτυγχάνεται η δημιουργία και η απότομη κατάρρευση του μαγνητικού πεδίου· η απότομη αυτή κατάρρευση είναι που προκαλεί την ανάπτυξη υψηλής τάσης στο δευτερεύον πηνίο και άρα την παραγωγή του σπινθήρα. Οι πλατίνες ρυθμίζονται ώστε να ανοίγουν στη θέση όπου η μαγνητική ροή στον πυρήνα του πηνίου είναι μέγιστη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ανοιγοκλείνουν το πρωτεύον κύκλωμα → δημιουργία/κατάρρευση μαγνητικού πεδίου → παραγωγή υψηλής τάσης

Τύποι και μέρη σπινθηριστών

Ερώτηση: Αναφέρατε τους τύπους των σπινθηριστών και τα βασικά μέρη, από τα οποία αυτοί αποτελούνται.

Απάντηση:

• §1.8.6. «Οι σπινθηριστές των αεροπορικών κινητήρων αποτελούνται, βασικά, από τρία κύρια τμήματα: τα ηλεκτρόδια, το μονωτήρα και το κέλυφος (ή σώμα).» «Ενδεικτικά αναφέρονται: α) οι σπινθηριστές αντίστασης ... β) οι σπινθηριστές με άκρα από κράμα ιριδίου ... γ) οι σπινθηριστές λεπτού σύρματος (Ine-wire) ... και δ) οι σπινθηριστές με προεκτεταμένο πυρήνα ηλεκτροδίου.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι σπινθηριστές διακρίνονται σε τέσσερις βασικούς τύπους: α) σπινθηριστές αντίστασης (resistor-type), που μειώνουν τα επίπεδα διάβρωσης και υπερθέρμανσης των ηλεκτροδίων· β) σπινθηριστές με άκρα από κράμα ιριδίου, που εξασφαλίζουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής· γ) σπινθηριστές λεπτού σύρματος (fine-wire) με κεντρικό ηλεκτρόδιο από πλατίνα και περιφερειακά ηλεκτρόδια από πλατίνα ή ιρίδιο, που εξασφαλίζουν μέγιστη αγωγιμότητα και μεγάλη αντοχή στη διάβρωση· και δ) σπινθηριστές με προεκτεταμένο πυρήνα ηλεκτροδίου, που χρησιμοποιούνται σε κινητήρες με συχνές κατακαθίσεις μολύβδου και παρέχουν ισχυρό σπινθήρα σε αυτές τις συνθήκες. Ανεξάρτητα από τον τύπο, κάθε σπινθηριστής αποτελείται βασικά από τρία μέρη: τα ηλεκτρόδια (συνήθως από κράμα νικελίου-χαλκού), το μονωτήρα (από κεραμικό υλικό) και το κέλυφος ή σώμα (από επιμεταλλωμένο χάλυβα, με σπείρωμα που βιδώνει στον κύλινδρο).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 4 τύποι (αντίστασης, ιριδίου, λεπτού σύρματος, προεκτεταμένου πυρήνα) · 3 μέρη (ηλεκτρόδια, μονωτήρας, κέλυφος)

Επιλογή τύπου σπινθηριστή και αυταναφλέξεις (Σωστό/Λάθος)

Ερώτηση: Η σωστή επιλογή του τύπου ενός σπινθηριστή συμβάλλει στη μείωση των αυταναφλέξεων μέσα στον κύλινδρο.

ΣΩΣΤΟ ❐ ΛΑΘΟΣ ❐

Απάντηση:

• §1.8.6. «Ένας σπινθηριστής πρέπει να είναι τόσο θερμός ώστε να λειτουργεί κανονικά ακόμα και όταν στον κύλινδρο υπάρχουν κατακαθήσεις, ενώ πρέπει να είναι τόσο ψυχρός ώστε να μη δημιουργεί συνθήκες αυτανάφλεξης.»

Σύνοψη: ΣΩΣΤΟ. Η ικανότητα μεταφοράς θερμότητας (heat range) ενός σπινθηριστή πρέπει να είναι κατάλληλα επιλεγμένη: ο σπινθηριστής πρέπει να είναι αρκετά θερμός για να αποφεύγει τις κατακαθίσεις, αλλά αρκετά ψυχρός ώστε να μη δημιουργεί συνθήκες αυτανάφλεξης. Επομένως, η σωστή επιλογή του τύπου (και άρα του heat range) του σπινθηριστή συμβάλλει άμεσα στη μείωση του κινδύνου αυταναφλέξεων μέσα στον κύλινδρο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό — σωστό heat range αποτρέπει την αυτανάφλεξη

Σκοπός μικρών ανοχών σπειρωμάτων σπινθηριστή

Ερώτηση: Οι μικρές κατασκευαστικές ανοχές των σπειρωμάτων των σπινθηριστών έχουν σαν σκοπό:

Α) Την αποφυγή της διαρροής μείγματος αέρα καυσίμου. Β) Την αυξημένη απαγωγή θερμότητας από την κεφαλή του κυλίνδρου προς το περιβάλλον. Γ) Την αποφυγή διαρροής καυσαερίων από τον κύλινδρο στο περιβάλλον. Δ) Την αυξημένη αγωγιμότητα του σπινθηριστή με το σύστημα ανάφλεξης.

Απάντηση:

• §1.8.6. «Τα σπειρώματά του εξασφαλίζουν με τις πολύ μικρές κατασκευαστικές ανοχές τους την αποφυγή διαρροής καυσαερίων από τον κύλινδρο μέσω του σπινθηριστή. Σε αυτό συνεισφέρει και η τοποθέτηση παρεμβυσμάτων μεταξύ κελύφους - μονωτήρα και μονωτήρα - κεντρικού ηλεκτροδίου.»

Σύνοψη: Σωστή απάντηση: Γ. Οι πολύ μικρές κατασκευαστικές ανοχές του σπειρώματος του κελύφους στοχεύουν στην αποφυγή διαρροής καυσαερίων από τον κύλινδρο μέσω του σπινθηριστή προς το περιβάλλον (μαζί με τα παρεμβύσματα κελύφους-μονωτήρα και μονωτήρα-ηλεκτροδίου). Δεν σχετίζονται με διαρροή μείγματος αέρα-καυσίμου προς τα έξω (επιλογή Α, που περιγράφει διαφορετικό, ανύπαρκτο πρόβλημα), ούτε με απαγωγή θερμότητας προς το περιβάλλον (Β, που είναι το αντίστροφο του επιθυμητού) ούτε με αγωγιμότητα του σπινθηριστή με το σύστημα ανάφλεξης (Δ).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Γ: αποφυγή διαρροής καυσαερίων από τον κύλινδρο