Λύσεις — Ενότητα 10: Σύστημα Παρασκευής Καυσίμου Μίγματος (σελ. 147) – ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Ενότητα 10: Σύστημα Παρασκευής Καυσίμου Μίγματος
Λύσεις στις 19 ερωτήσεις του §4.7: ποιότητα καυσίμου (βενζίνη σούπερ/αμόλυβδη), στοιχειομετρική αναλογία 14,7:1, πλούσιο/φτωχό μίγμα, λόγος λ, θερμοκρασία και ταχύτητα καύσης, τέλεια/ατελής καύση και ρυπαντές, εξαεριωτής (αρχή λειτουργίας, τύποι, συστήματα), συστήματα έγχυσης καυσίμου (μηχανικό/ηλεκτρονικό ψεκασμό, μονού και πολλαπλών σημείων) και καταλύτης (κατηγορίες, λειτουργία, δηλητηρίαση, προστασία, ανακύκλωση).
Είδη βενζίνης και χαρακτηριστικό της σούπερ
Ερώτηση: Ποια είδη βενζίνης χρησιμοποιούνται σήμερα και ποιο στοιχείο χαρακτηρίζει τη βενζίνη σούπερ;
Απάντηση:
- Ποια είδη βενζίνης χρησιμοποιούνται σήμερα και ποιο στοιχείο χαρακτηρίζει τη βενζίνη σούπερ;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στα σημερινά αυτοκίνητα η βενζίνη, που χρησιμοποιείται ως καύσιμο ύλη κατά κύριο λόγο στους βενζινοκινητήρες (ένας τύπος υδρογονάνθρακα, μίγμα εκατό περίπου τύπων υδρογονανθράκων), διαφοροποιείται σε τρία είδη: σούπερ, αμόλυβδη και σούπερ αμόλυβδη. Το στοιχείο που χαρακτηρίζει τη βενζίνη σούπερ είναι ότι περιέχει ποσότητες τετρααιθυλιούχου μολύβδου, ένα χημικό πρόσθετο που χρησιμοποιείται μόνο στα αυτοκίνητα χωρίς καταλύτη. Ο σκοπός του τετρααιθυλιούχου μολύβδου είναι να περιορίζει την κρουστική καύση (αυτανάφλεξη) του καυσίμου στις υψηλές σχέσεις συμπίεσης, δηλαδή να εμποδίζει το μίγμα να αναφλέγεται ανεξέλεγκτα μόνο του πριν τη κανονική στιγμή ανάφλεξης από το μπουζί.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σούπερ, αμόλυβδη, σούπερ αμόλυβδη· η σούπερ περιέχει τετρααιθυλιούχο μόλυβδο για περιορισμό της κρουστικής καύσης σε υψηλές σχέσεις συμπίεσης (μόνο σε αυτοκίνητα χωρίς καταλύτη)
Στοιχειομετρική αναλογία μίγματος
Ερώτηση: Τι είναι η στοιχειομετρική αναλογία μίγματος και τι τη χαρακτηρίζει;
Απάντηση:
- Τι είναι η στοιχειομετρική αναλογία μίγματος και τι τη χαρακτηρίζει;
Σύνοψη: Για να πραγματοποιηθεί τέλεια ή πλήρης καύση της βενζίνης, αυτή πρέπει να αεριοποιηθεί και να αναμιχθεί με μια ελάχιστη ποσότητα αέρα, σχηματίζοντας το κατάλληλο καύσιμο μίγμα (αέρα-βενζίνης). Η στοιχειομετρική αναλογία είναι η κατά βάρος σύνθεση αυτού του μίγματος στην τυπική, ιδανική περίπτωση: 1 μέρος βενζίνη και 14,7 μέρη αέρα, δηλαδή αναλογία αέρα-καυσίμου 14,7:1 κατά βάρος (14,7 kg αέρα προς 1 kg βενζίνης) ή, κατ' όγκο, 10.000 λίτρα αέρα προς 1 λίτρο βενζίνης. Χαρακτηριστικό της στοιχειομετρικής αναλογίας είναι ότι δεν είναι σταθερή στην πράξη, αλλά μεταβάλλεται ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα (π.χ. στην εκκίνηση ή την επιτάχυνση το μίγμα γίνεται σκόπιμα πλουσιότερο σε βενζίνη, ώστε ο κινητήρας να αποδώσει την πρόσθετη ισχύ που χρειάζεται τη δεδομένη στιγμή)· σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας, όμως, το μίγμα πρέπει να έχει ακριβώς τη στοιχειομετρική αναλογία 14,7:1, χωρίς να είναι ούτε πολύ πλούσιο ούτε πολύ φτωχό.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Στοιχειομετρική αναλογία = 14,7:1 κατά βάρος (14,7 kg αέρα / 1 kg βενζίνης)· χαρακτηριστικό: μεταβάλλεται με τις συνθήκες λειτουργίας, αλλά στην κανονική πορεία πρέπει να ισχύει ακριβώς αυτή η αναλογία
Στοιχειομετρικό, πλούσιο και φτωχό μίγμα
Ερώτηση: Σε τι διαφέρουν μεταξύ τους το στοιχειομετρικό, το πλούσιο και το φτωχό μίγμα;
Απάντηση:
- Σε τι διαφέρουν μεταξύ τους το στοιχειομετρικό, το πλούσιο και το φτωχό μίγμα;
Σύνοψη: Τα τρία είδη μίγματος διαφέρουν ως προς την αναλογία αέρα-καυσίμου σε σχέση με τη στοιχειομετρική αναλογία 14,7:1 κατά βάρος. Το στοιχειομετρικό μίγμα είναι το μίγμα στο οποίο η αναλογία αέρα-καυσίμου ισούται ακριβώς με 14,7:1, δηλαδή 14,7 kg αέρα προς 1 kg βενζίνης (ή κατ' όγκο 10.000 λίτρα αέρα προς 1 λίτρο βενζίνης) — δεν είναι ούτε πλούσιο ούτε φτωχό. Το πλούσιο μίγμα είναι το μίγμα που περιέχει περισσότερη βενζίνη από τη στοιχειομετρική αναλογία (δηλαδή λιγότερο αέρα σε σχέση με τη βενζίνη απ' όσο θα έπρεπε), ενώ το φτωχό μίγμα είναι το μίγμα με αναλογία βενζίνης προς αέρα μικρότερη από τη στοιχειομετρική αναλογία (δηλαδή περισσότερο αέρα σε σχέση με τη βενζίνη). Οι επιπτώσεις τους στην κατανάλωση διαφέρουν επίσης: με πλούσιο μίγμα παρουσιάζεται αυξημένη κατανάλωση καυσίμου λόγω ατελούς καύσης· με ελαφρά φτωχό μίγμα η κατανάλωση είναι μικρότερη από εκείνη του στοιχειομετρικού μίγματος· ενώ αν το μίγμα συνεχίσει να γίνεται ακόμη πιο φτωχό, η κατανάλωση αυξάνεται και πάλι, λόγω αδυναμίας ανάφλεξης του μίγματος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Στοιχειομετρικό = 14,7:1 ακριβώς· πλούσιο = περισσότερη βενζίνη από τη στοιχειομετρική αναλογία (αυξημένη κατανάλωση λόγω ατελούς καύσης)· φτωχό = λιγότερη βενζίνη (μικρότερη κατανάλωση αν είναι ελαφρά φτωχό, αλλιώς αυξημένη λόγω αδυναμίας ανάφλεξης)
Ο λόγος λ
Ερώτηση: Τι είναι ο λόγος λ;
Απάντηση:
- Τι είναι ο λόγος λ;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο λόγος λάμδα (λ), που συμβολίζεται διεθνώς με το ελληνικό γράμμα λ και προέρχεται από την ελληνική λέξη «λόγος», είναι το κλάσμα (η αναλογία) του προσδιδόμενου αέρα προς τον θεωρητικά απαιτούμενο αέρα για τη στοιχειομετρική αναλογία του μίγματος αέρα-βενζίνης: λ = προσδιδόμενος αέρας / θεωρητικά απαιτούμενος αέρας. Όταν ο λόγος λ είναι ίσος ή περίπου ίσος με τη μονάδα (λ=1), η αναλογία του μίγματος είναι η στοιχειομετρική. Όταν το μίγμα είναι πλούσιο, ο προσδιδόμενος αέρας είναι λιγότερος από τον στοιχειομετρικά απαιτούμενο, οπότε λ < 1· αντίθετα, στο φτωχό μίγμα ο προσδιδόμενος αέρας είναι περισσότερος από τον απαιτούμενο, οπότε λ > 1. Ο λόγος λ χρησιμεύει, μεταξύ άλλων, ως το μέγεθος που παρακολουθεί συνεχώς ο αισθητήρας οξυγόνου (λήπτης λάμδα) στα σύγχρονα συστήματα τροφοδοσίας, ώστε το σύστημα να διορθώνει το μίγμα και να το διατηρεί όσο το δυνατόν πιο κοντά στο λ=1, για τη σωστή λειτουργία του καταλύτη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- λ = προσδιδόμενος αέρας / θεωρητικά απαιτούμενος αέρας· λ=1 στοιχειομετρικό, λ<1 πλούσιο, λ>1 φτωχό
Θερμοκρασία καύσης
Ερώτηση: Τι είναι η θερμοκρασία καύσης;
Απάντηση:
- Τι είναι η θερμοκρασία καύσης;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Κατά την καύση, το καύσιμο μίγμα συμπιέζεται από το έμβολο στο θάλαμο καύσης· μετά την ολοκλήρωση της συμπίεσης η πίεση φθάνει τα 8 έως 15 bar και η θερμοκρασία τους 400 με 600 °C. Το μέτωπο της φλόγας ξεκινά με σχετικά μικρή ταχύτητα από τον αναφλεκτήρα (μπουζί), μετά τη δημιουργία του σπινθήρα, και φθάνει στη μέγιστη τιμή του όταν σε αυτό αναπτυχθεί, τοπικά, η μέγιστη πίεση των 30 με 40 bar και η μέγιστη θερμοκρασία. Η θερμοκρασία καύσης είναι ακριβώς αυτή η μέγιστη θερμοκρασία που αναπτύσσεται τοπικά κατά την καύση του μίγματος, η οποία φθάνει μέχρι τους 2.000 °C. Στη συνέχεια, με τη μείωση της θερμοκρασίας και της πίεσης, το μέτωπο της φλόγας εξασθενεί, λόγω της έλλειψης οξυγόνου αλλά και της επαφής με τα σχετικά ψυχρά τοιχώματα του κυλίνδρου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Θερμοκρασία καύσης = η μέγιστη θερμοκρασία που αναπτύσσεται τοπικά κατά την καύση (έως 2.000 °C), όταν επικρατεί και η μέγιστη πίεση των 30-40 bar
Παράγοντες που επηρεάζουν την καύση και την ποιότητά της
Ερώτηση: Ποιοι είναι οι παράγοντες που επηρεάζουν την καύση και ποιοι επιδρούν στην ποιότητά της;
Απάντηση:
- Ποιοι είναι οι παράγοντες που επηρεάζουν την καύση και ποιοι επιδρούν στην ποιότητά της;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η θερμική ενέργεια που χρειάζεται για να αναφλεγεί το συμπιεσμένο μίγμα μέσα στον κύλινδρο εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, οι κυριότεροι από τους οποίους είναι ο λόγος αέρα-καυσίμου, ο βαθμός συμπίεσης, η θερμοκρασία και η σχεδίαση του θαλάμου καύσης. Ξεχωριστά, οι παράμετροι που επιδρούν στην ποιότητα της καύσης είναι τρεις μεγαλύτερες κατηγορίες: το ίδιο το καύσιμο, οι λειτουργικές συνθήκες του κινητήρα (στροφές, θερμοκρασία, φορτίο, περίσσεια ή έλλειψη αέρα) και η σχεδίαση του κινητήρα (σχέση συμπίεσης, διαστάσεις και μέγεθος κυλίνδρου, σχήμα του θαλάμου καύσης). Η καύση είναι αποδοτική όταν η απόσταση διάδοσης του μετώπου της φλόγας είναι μικρή· η ανάφλεξη γίνεται στο πιο ζεστό σημείο του θαλάμου καύσης και το μέτωπο της φλόγας προχωρά προς τα ψυχρότερα τοιχώματα του κυλίνδρου, χωρίς να σχηματίζεται ενδιάμεσα άλλο μέτωπο φλόγας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Παράγοντες ανάφλεξης: λόγος αέρα-καυσίμου, βαθμός συμπίεσης, θερμοκρασία, σχεδίαση θαλάμου καύσης. Ποιότητα καύσης: καύσιμο, λειτουργικές συνθήκες κινητήρα, σχεδίαση κινητήρα
Ταχύτητα καύσης
Ερώτηση: Τι είναι η ταχύτητα καύσης;
Απάντηση:
- Τι είναι η ταχύτητα καύσης;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τη στιγμή της σπινθηροδότησης αναφλέγονται πρώτα τα μόρια του μίγματος που περιβάλλουν τον αναφλεκτήρα (μπουζί). Με την καύση τους αναπτύσσεται υψηλή θερμοκρασία, που προκαλεί τη διαδοχική ανάφλεξη των μορίων των επόμενων στρωμάτων του μίγματος, με αποτέλεσμα η καύση να επεκτείνεται προς όλες τις κατευθύνσεις με πολύ γρήγορο ρυθμό, από τον αναφλεκτήρα μέχρι τα τοιχώματα του θαλάμου καύσης. Ο ρυθμός με τον οποίο προχωρά η καύση λέγεται ταχύτητα καύσης και μετριέται σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/sec). Η τιμή της αυξάνεται με την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα και μπορεί να φθάσει από 10 μέχρι 20 μέτρα το δευτερόλεπτο. Χάρη σε αυτή τη μεγάλη ταχύτητα, η κανονική καύση γίνεται πολύ γρήγορα και μοιάζει με έκρηξη, χωρίς όμως να πάρει ποτέ τη μορφή μιας πραγματικής έκρηξης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ταχύτητα καύσης = ο ρυθμός διάδοσης της καύσης (m/sec), 10-20 m/sec, αυξάνεται με τις στροφές του κινητήρα
Τέλεια καύση και καυσαέρια ατελούς καύσης
Ερώτηση: Ποια καύση είναι τέλεια και τι είδους καυσαέρια δημιουργούνται στην αντίστοιχη ατελή;
Απάντηση:
- Ποια καύση είναι τέλεια και τι είδους καυσαέρια δημιουργούνται στην αντίστοιχη ατελή;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τέλεια είναι η καύση που είναι πλήρης, δηλαδή στην οποία ολόκληρη η ποσότητα του άνθρακα και του υδρογόνου της βενζίνης ενώνεται με το οξυγόνο του ατμοσφαιρικού αέρα, παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και νερό (H2O) με τη μορφή υδρατμών, χωρίς να παράγονται καθόλου ρυπαντές λόγω ατελούς καύσης. Για να γίνει πλήρης καύση, η βενζίνη και ο αέρας πρέπει να βρίσκονται τουλάχιστον με τη στοιχειομετρική αναλογία 14,7:1, ή να υπάρχει περισσότερος αέρας. Η τέλεια καύση, όμως, γίνεται μόνο θεωρητικά· στην πράξη η καύση είναι ατελής, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται και άλλα καυσαέρια-ρυπαντές: μια μικρή ποσότητα υδρογονανθράκων δεν προλαβαίνει να καεί και εξέρχεται ως άκαυστοι υδρογονάνθρακες (HC)· μια μικρή ποσότητα βενζίνης καίγεται μερικώς και σχηματίζει μονοξείδιο του άνθρακα (CO) αντί για διοξείδιο· στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες μέσα στο θάλαμο καύσης (μέχρι 2.000 °C) το στοιχειακό άζωτο του αέρα ενώνεται με το στοιχειακό οξυγόνο και σχηματίζονται οξείδια του αζώτου (NOx)· και, στους κινητήρες συμβατικής τεχνολογίας, παράγονται επίσης ενώσεις μολύβδου (από τον τετρααιθυλιούχο μόλυβδο της σούπερ βενζίνης) και, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε θείο, διοξείδιο του θείου (SO2).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Τέλεια καύση → CO2 + H2O· ατελής καύση (πραγματικότητα) → επιπλέον HC, CO, NOx, και σε παλαιά τεχνολογία ενώσεις μολύβδου + SO2
Ρόλος και αρχή λειτουργίας του εξαεριωτή
Ερώτηση: Ποιος είναι ο ρόλος του εξαεριωτή και ποια η αρχή λειτουργίας του;
Απάντηση:
- Ποιος είναι ο ρόλος του εξαεριωτή και ποια η αρχή λειτουργίας του;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο ρόλος του εξαεριωτή (καρμπυρατέρ) είναι η εξαερίωση της βενζίνης, ώστε αυτή να αναμιχθεί καλύτερα με τον αέρα και να δημιουργηθεί το κατάλληλο καύσιμο μίγμα προς τους κυλίνδρους του κινητήρα. Η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στην ταχύτητα που αναπτύσσει ο αέρας λόγω της υποπίεσης που δημιουργεί το έμβολο κατά το χρόνο εισαγωγής του καυσίμου στον κύλινδρο. Η ταχύτητα αυτή του αέρα επαυξάνεται μέσα στον εξαεριωτή, λόγω της διαμόρφωσης του σωλήνα βεντούρι (σύμφωνα με τη Φυσική, η μείωση της διατομής -στένωση- ενός σωλήνα κατά τη ροή ενός ρευστού δημιουργεί αύξηση της ταχύτητας ροής και ταυτόχρονη μείωση της πίεσης του ρευστού). Έτσι δημιουργείται επιπλέον υποπίεση που παρασύρει τη βενζίνη: αυτή, εισρέοντας στον εξαεριωτή, συναντά πρώτα το δοχείο σταθερής στάθμης, και η διαφορά πίεσης που δημιουργείται την αναγκάζει να φθάσει, μέσω σωληνώσεων, μέχρι το βεντούρι, όπου -λόγω της ταχύτητας του αέρα- εξαερώνεται καθώς αναμιγνύεται μαζί του. Το μίγμα αέρα-βενζίνης διοχετεύεται στη συνέχεια, με μεγάλη ταχύτητα, μέσω της πολλαπλής εισαγωγής, στους κυλίνδρους, με την πεταλούδα (στην έξοδο του εξαεριωτή) να ανοιγοκλείνει και να ρυθμίζει τη διατομή της διόδου του μίγματος ανάλογα με το φορτίο και την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ρόλος: εξαερίωση βενζίνης + ανάμιξη με αέρα. Αρχή λειτουργίας: υποπίεση εμβόλου → επαύξηση ταχύτητας αέρα στο βεντούρι (στένωση) → επιπλέον υποπίεση παρασύρει τη βενζίνη από το δοχείο σταθερής στάθμης
Βασικοί τύποι εξαεριωτών
Ερώτηση: Ποιοι είναι οι βασικοί τύποι εξαεριωτών;
Απάντηση:
- Ποιοι είναι οι βασικοί τύποι εξαεριωτών;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στους διάφορους βενζινοκινητήρες, ανάλογα με το είδος και τον αριθμό των βεντούρι που έχουν και την πορεία του καύσιμου μίγματος, παρουσιάζονται τέσσερις βασικοί τύποι εξαεριωτών (καρμπυρατέρ). Πρώτος τύπος είναι ο εξαεριωτής με κάθετη ροή καυσίμου, δεύτερος ο εξαεριωτής με οριζόντια ροή καυσίμου, τρίτος ο εξαεριωτής με διπλό βεντούρι, και τέταρτος ο εξαεριωτής μεταβλητής ροής ή σταθερής υποπίεσης. Ο κάθε τύπος έχει τη δική του κατασκευαστική μορφή, ανάλογη με τον κινητήρα στον οποίο πρόκειται να χρησιμοποιηθεί, και όλοι βασίζονται στην ίδια γενική αρχή λειτουργίας, αν και παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία. Ο εξαεριωτής μεταβλητής ροής ή σταθερής υποπίεσης χρησιμοποιείται κυρίως στις μοτοσυκλέτες μικρού κυβισμού και είναι ο πλέον διαδεδομένος σήμερα, αφού στα αυτοκίνητα η χρήση των ηλεκτρονικών συστημάτων τροφοδοσίας επεκτείνεται συνεχώς, στη θέση του κλασικού εξαεριωτή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 4 βασικοί τύποι: κάθετης ροής, οριζόντιας ροής, διπλού βεντούρι, μεταβλητής ροής/σταθερής υποπίεσης (ο πλέον διαδεδομένος σήμερα, κυρίως σε μοτοσυκλέτες)
Συστήματα του εξαεριωτή
Ερώτηση: Ποια συστήματα περιλαμβάνει ο εξαεριωτής;
Απάντηση:
- Ποια συστήματα περιλαμβάνει ο εξαεριωτής;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένας σύγχρονος εξαεριωτής διαθέτει, για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα σε όλες τις συνθήκες οδήγησης, τέσσερα βασικά συστήματα. Πρώτο είναι το σύστημα κανονικής πορείας με μερική ή πλήρη ισχύ του κινητήρα, το οποίο τροφοδοτεί τον κινητήρα με καύσιμο κατά την ομαλή πορεία (σταθερή ταχύτητα) του αυτοκινήτου. Δεύτερο είναι το σύστημα βραδυπορίας (ρελαντί), που τροφοδοτεί τον κινητήρα με καύσιμο όταν αυτός λειτουργεί στις χαμηλές στροφές, με την πεταλούδα σχεδόν κλειστή. Τρίτο είναι το σύστημα στιγμιαίας επιτάχυνσης, που παρέχει πρόσθετη ποσότητα καυσίμου τη στιγμή της επιτάχυνσης του αυτοκινήτου, όταν στιγμιαία χρειάζεται πλούσιο μίγμα. Τέταρτο είναι το σύστημα ψυχρής εκκίνησης, που τροφοδοτεί τον κινητήρα με πλούσιο μίγμα καυσίμου και αυξάνει τις στροφές του κατά την εκκίνηση, με την πεταλούδα του αέρα (τσοκ) να κλείνει κατά την ψυχρή εκκίνηση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 4 συστήματα: κανονικής πορείας (μερική/πλήρη ισχύ), βραδυπορίας (ρελαντί), στιγμιαίας επιτάχυνσης, ψυχρής εκκίνησης (τσοκ)
Συστήματα έγχυσης - πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Ερώτηση: Τι είναι τα συστήματα έγχυσης και ποια τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους;
Απάντηση:
- Τι είναι τα συστήματα έγχυσης και ποια τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα συστήματα έγχυσης (ψεκασμού) είναι εναλλακτικά συστήματα τροφοδοσίας του εξαεριωτή, στα οποία η βενζίνη ψεκάζεται στην πολλαπλή εισαγωγής, ή ακριβώς πριν από τη βαλβίδα εισαγωγής, ή κατευθείαν μέσα στον κύλινδρο, σε πολύ λεπτό καταμερισμό. Ο κύλινδρος αναρροφά ελεύθερα αέρα και, την κατάλληλη στιγμή, η απαιτούμενη ποσότητα καυσίμου ψεκάζεται με υψηλή πίεση, με την έναυση να γίνεται και πάλι με αναφλεκτήρα. Συγκρίνοντάς τα με τους παλαιότερους εξαεριωτές, τα πλεονεκτήματα των συστημάτων έγχυσης είναι: ομοιόμορφο μίγμα αέρα-καυσίμου σε κάθε κύλινδρο, ακριβής σχέση αέρα-καυσίμου σε κάθε περιοχή στροφών λειτουργίας, συνεχείς διορθώσεις του μίγματος, διακοπή της παροχής καυσίμου για μειωμένες εκπομπές καυσαερίων σε διάφορες καταστάσεις (π.χ. κατά το φρενάρισμα), μειωμένη ειδική κατανάλωση καυσίμου (οικονομία), μεγαλύτερη απόδοση ισχύος του κινητήρα, μεγαλύτερη ροπή στις χαμηλές στροφές, άμεση απόκριση της πεταλούδας του γκαζιού (μικρότερη διαδρομή του μίγματος), βελτιωμένη ψυχρή εκκίνηση και προθέρμανση, και χαμηλότερες εκπομπές καυσαερίων. Τα μειονεκτήματά τους είναι το υψηλό κόστος κατασκευής και συντήρησης, και το μεγαλύτερο βάρος σε σχέση με τον εξαεριωτή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Έγχυση: ψεκασμός βενζίνης με πίεση (πολλαπλή/βαλβίδα εισαγωγής/κύλινδρο). Πλεονεκτήματα: ομοιόμορφο μίγμα, ακρίβεια, οικονομία, ισχύς/ροπή, απόκριση, χαμηλότερες εκπομπές. Μειονεκτήματα: υψηλό κόστος, μεγαλύτερο βάρος
Σύγχρονα συστήματα τροφοδοσίας
Ερώτηση: Ποια είναι τα σύγχρονα συστήματα τροφοδοσίας;
Απάντηση:
- Ποια είναι τα σύγχρονα συστήματα τροφοδοσίας;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στα επιβατικά αυτοκίνητα παραγωγής, τα συστήματα έγχυσης άρχισαν να εφαρμόζονται σε ευρεία κλίμακα στη δεκαετία του '90, όταν οι απαιτήσεις της τεχνολογίας και οι ολοένα αυστηρότερες προδιαγραφές των χωρών για μειωμένες εκπομπές ρύπων οδήγησαν τους κατασκευαστές στα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα συστήματα έγχυσης. Τα σύγχρονα συστήματα τροφοδοσίας που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι, κατά βάση, δύο: το σύστημα μηχανικής έγχυσης, στο οποίο η ποσότητα του καυσίμου ελέγχεται από την πίεση (παροχή) καυσίμου στα μπεκ και όχι με αυξομείωση του χρόνου ψεκασμού· και το σύστημα ηλεκτρονικά ελεγχόμενης έγχυσης, το οποίο μπορεί να είναι σύστημα μονού σημείου (ένας εγχυτήρας-μπεκ για όλους τους κυλίνδρους) ή σύστημα πολλαπλών σημείων (ένας εγχυτήρας-μπεκ για κάθε κύλινδρο). Μεταξύ αυτών των βασικών συστημάτων υπάρχουν διάφορες ονομασίες και παραλλαγές από τις διάφορες εταιρίες, με διαφορές που οφείλονται συνήθως στις αλλαγές των αισθητήρων και μετρητών ροής αέρα, και όχι στο σύστημα τροφοδοσίας που, ουσιαστικά, είναι το ίδιο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 2 βασικά σύγχρονα συστήματα: μηχανική έγχυση (πίεση στα μπεκ) και ηλεκτρονικά ελεγχόμενη έγχυση (μονού σημείου ή πολλαπλών σημείων)
Είδη ηλεκτρονικού ψεκασμού
Ερώτηση: Ποια είδη ηλεκτρονικού ψεκασμού χρησιμοποιούνται;
Απάντηση:
- Ποια είδη ηλεκτρονικού ψεκασμού χρησιμοποιούνται;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στον ηλεκτρονικό ψεκασμό υπάρχουν δύο βασικά συστήματα ανάλογα με τον τρόπο ψεκασμού: τα συστήματα μονού σημείου (μονός ψεκασμός), όπου υπάρχει ένα κεντρικό μπεκ για όλους τους κυλίνδρους, το οποίο ψεκάζει πριν από την πεταλούδα του γκαζιού· και τα συστήματα πολλαπλών σημείων (πολλαπλός ψεκασμός), όπου υπάρχει ένα μπεκ για κάθε κύλινδρο, το οποίο ψεκάζει μετά την πεταλούδα, στην πολλαπλή εισαγωγής και μάλιστα κοντά στη βαλβίδα εισαγωγής. Εκτός από αυτή τη διάκριση με βάση τον τρόπο ψεκασμού, τα ηλεκτρονικά συστήματα ψεκασμού διακρίνονται και σε: απλά ηλεκτρονικά συστήματα ψεκασμού, όπου υπάρχει μια ξεχωριστή ηλεκτρονική μονάδα για τον έλεγχο του ψεκασμού και μια ξεχωριστή για την ανάφλεξη· και συνδυασμένα συστήματα ανάφλεξης και ψεκασμού, όπου μια ενιαία ηλεκτρονική μονάδα ελέγχει τόσο την ανάφλεξη όσο και τον ψεκασμό. Επειδή δεν υπάρχουν σημαντικές λειτουργικές διαφορές μεταξύ μονού και πολλαπλού ψεκασμού, τα εξαρτήματα ενός τυπικού συστήματος μονού ψεκασμού αντιστοιχούν παράλληλα και σε ένα σύστημα πολλαπλού ψεκασμού.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κατά ψεκασμό: μονού σημείου (ένα κεντρικό μπεκ, πριν την πεταλούδα) και πολλαπλών σημείων (μπεκ ανά κύλινδρο, μετά την πεταλούδα). Κατά μονάδα ελέγχου: απλά (ξεχωριστή μονάδα ψεκασμού/ανάφλεξης) και συνδυασμένα (μία μονάδα και για τα δύο)
Τι είναι ο καταλύτης, λειτουργία και προορισμός
Ερώτηση: Τι είναι ο καταλύτης, πώς λειτουργεί και ποιο προορισμό έχει;
Απάντηση:
- Τι είναι ο καταλύτης, πώς λειτουργεί και ποιο προορισμό έχει;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στη Χημεία, καταλύτης είναι ένα στοιχείο που με την παρουσία του βοηθά στην πραγματοποίηση μιας χημικής αντίδρασης, χωρίς ο ίδιος να συμμετέχει σε αυτή. Στα αυτοκίνητα, ο όρος «καταλύτης» επικράτησε να προσδιορίζει όλο το εξάρτημα του καταλυτικού μετατροπέα των καυσαερίων, δηλαδή τη συσκευή που τοποθετείται στο σύστημα εξαγωγής καυσαερίων των βενζινοκινητήρων αλλά και των πετρελαιοκινητήρων, στο σωλήνα της εξάτμισης, κοντά στην πολλαπλή εξαγωγής των καυσαερίων και πριν το σιγαστήρα (σιλανσιέ). Ο προορισμός του καταλύτη είναι η μετατροπή των εκπεμπόμενων ρυπαντών σε αβλαβή, για την ατμόσφαιρα, αέρια. Η μετατροπή αυτή πραγματοποιείται μέσα από χημικές αντιδράσεις που γίνονται στο εσωτερικό του καταλύτη: το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) μετατρέπεται σε διοξείδιο (CO2), οι άκαυστοι υδρογονάνθρακες (HC) μετατρέπονται σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και υδρατμούς (H2O), και τα οξείδια του αζώτου (NOx) μετατρέπονται σε ατμοσφαιρικό άζωτο (N2) και οξυγόνο (O2). Πιο συγκεκριμένα, στον τριοδικό καταλύτη το CO και οι HC οξειδώνονται με την παρουσία οξυγόνου, ενώ τα NOx ανάγονται σε στοιχειακό άζωτο και ελεύθερο οξυγόνο, το οποίο μαζί με το οξυγόνο του αέρα συμμετέχει στις οξειδώσεις CO και HC.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Καταλύτης = συσκευή στο σύστημα εξαγωγής που μετατρέπει CO→CO2, HC→CO2+H2O, NOx→N2+O2 μέσω χημικών αντιδράσεων· προορισμός: μετατροπή ρυπαντών σε αβλαβή αέρια
Κατηγορίες καταλυτών
Ερώτηση: Περιγράψτε τις διάφορες κατηγορίες των καταλυτών.
Απάντηση:
- Περιγράψτε τις διάφορες κατηγορίες των καταλυτών.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι καταλύτες κατηγοριοποιούνται με δύο διαφορετικά κριτήρια. Πρώτο κριτήριο είναι ο τρόπος λειτουργίας τους, με βάση τον οποίο χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: τους διοδικούς ή οξειδωτικούς καταλύτες, που ονομάζονται έτσι επειδή οξειδώνουν μόνο δύο ρυπαντές, το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και τους άκαυστους υδρογονάνθρακες (HC)· και τους τριοδικούς καταλύτες, που φέρουν αυτή την ονομασία επειδή μετατρέπουν σε μη ρυπαίνουσες ουσίες τρεις ρυπαντές, δηλαδή τους ίδιους που οξειδώνουν και οι διοδικοί, και επιπλέον τα οξείδια του αζώτου (NOx). Δεύτερο κριτήριο είναι ο τρόπος κατασκευής τους, με βάση τον οποίο οι καταλύτες (είτε διοδικοί είτε τριοδικοί) χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: τους καταλύτες με αντικαθιστώμενα σφαιρίδια (πελλέτες), τους κεραμικούς καταλύτες (ή καταλύτες με κεραμικό μονόλιθο), και τους μεταλλικούς καταλύτες (ή καταλύτες με μεταλλικό μονόλιθο). Τα ευρύτερα χρησιμοποιούμενα καταλυτικά υλικά, ανεξάρτητα από την κατηγορία, είναι ορισμένα ευγενή μέταλλα, όπως το ρόδιο (Rh), το παλλάδιο (Pd) και ο λευκόχρυσος/πλατίνα (Pt).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κατά λειτουργία: διοδικοί/οξειδωτικοί (CO, HC) και τριοδικοί (CO, HC, NOx). Κατά κατασκευή: με πελλέτες, κεραμικοί (μονόλιθος) και μεταλλικοί (μονόλιθος) — υλικά: Rh, Pd, Pt
Δηλητηρίαση του καταλύτη
Ερώτηση: Τι είναι η δηλητηρίαση του καταλύτη;
Απάντηση:
- Τι είναι η δηλητηρίαση του καταλύτη;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Δηλητηρίαση του καταλύτη είναι η σταδιακή μείωση της απόδοσής του, όσον αφορά στην ικανότητά του να μετατρέπει τους ρυπαντές των καυσαερίων σε αβλαβείς ουσίες. Η δηλητηρίαση οφείλεται στην εναπόθεση, επάνω στην ενεργή επιφάνεια του καταλύτη, ξένων στοιχείων, όπως είναι ο μόλυβδος, το θείο και ο φώσφορος -στοιχεία που εμπεριέχονται στα λιπαντικά και σε ορισμένα είδη ή ποιότητες καυσίμων. Δύο συγκεκριμένες αιτίες αναφέρονται στη θεωρία: η κατανάλωση λαδιού του κινητήρα προκαλεί «βούλωμα» του καταλύτη, καθώς το λιπαντικό επικάθεται στη μετωπική επιφάνειά του, αυξάνει την αντίθλιψη των καυσαερίων και μειώνει την ενεργή επιφάνειά του· ενώ η εισαγωγή άκαυστης βενζίνης στον καταλύτη δημιουργεί σοβαρά προβλήματα που οδηγούν στην καταστροφή του -έχει διαπιστωθεί ότι η λειτουργία του καταλύτη με ένα βραχυκυκλωμένο αναφλεκτήρα (μπουζί) επί 5 λεπτά είναι αρκετή για να τον καταστρέψει πλήρως.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Δηλητηρίαση = σταδιακή μείωση απόδοσης καταλύτη από εναπόθεση μολύβδου/θείου/φωσφόρου στην ενεργή επιφάνεια — π.χ. κατανάλωση λαδιού («βούλωμα») ή άκαυστη βενζίνη στον καταλύτη
Μέτρα προστασίας του καταλύτη
Ερώτηση: Ποια μέτρα πρέπει να λαμβάνονται για την προστασία του καταλύτη;
Απάντηση:
- Ποια μέτρα πρέπει να λαμβάνονται για την προστασία του καταλύτη;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Προκειμένου να αποφευχθούν ορισμένες ανεπανόρθωτες βλάβες του καταλύτη, οι κατασκευαστές προτείνουν στους οδηγούς και στους μηχανικούς συντήρησης σειρά μέτρων προστασίας: να μη χρησιμοποιείται άλλη βενζίνη εκτός από αμόλυβδη· αν το αυτοκίνητο δεν παίρνει εμπρός, να μην επιχειρείται εκκίνηση με τη μίζα περισσότερο από τρεις φορές· να μην πιέζεται ο επιταχυντής (γκάζι) κατά την προθέρμανση του κινητήρα σε κρύο ξεκίνημα· αν μετά το πλύσιμο το αυτοκίνητο δεν παίρνει εμπρός, να ελέγχονται/στεγνώνονται οι συνδέσεις του ηλεκτρικού/ηλεκτρονικού κυκλώματος πριν γίνει νέα προσπάθεια· να μη σπρώχνεται ή ρυμουλκείται το αυτοκίνητο για να πάρει εμπρός· να μη σβήνεται ο κινητήρας με το κλειδί όταν λειτουργεί σε υψηλές στροφές· να μη χρησιμοποιούνται πρόσθετα καυσίμου (additives) που δεν προτείνονται από τον κατασκευαστή· να μην οδηγείται το αυτοκίνητο αν καίει λάδι· να μην ελέγχεται η ύπαρξη σπινθήρα αφαιρώντας μπουζοκαλώδιο από κάποιο κύλινδρο· να αποφεύγονται παρατεταμένες μετρήσεις συμπίεσης του κινητήρα· να μη λειτουργεί ο κινητήρας με το ρεζερβουάρ σχεδόν άδειο (κακή ανάφλεξη, πρόσθετο φορτίο στον καταλύτη)· και να αποφεύγεται το παρκάρισμα πάνω από ξερά χόρτα, λόγω κινδύνου πυρκαγιάς από τον υπέρθερμο καταλύτη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μέτρα προστασίας: μόνο αμόλυβδη, όχι μίζα >3 φορές, όχι γκάζι σε κρύο ξεκίνημα, όχι σπρώξιμο/ρυμούλκηση για εκκίνηση, όχι σβήσιμο σε υψηλές στροφές, όχι μη εγκεκριμένα additives, όχι οδήγηση με κάψιμο λαδιού, όχι έλεγχος σπινθήρα με αφαίρεση μπουζοκαλωδίου, όχι παρατεταμένες μετρήσεις συμπίεσης, όχι λειτουργία με άδειο ρεζερβουάρ, όχι παρκάρισμα σε ξερά χόρτα
Περισυλλογή και ανακύκλωση καταλυτών
Ερώτηση: Γιατί πρέπει να περισυλλέγονται και να ανακυκλώνονται οι καταλύτες;
Απάντηση:
- Γιατί πρέπει να περισυλλέγονται και να ανακυκλώνονται οι καταλύτες;
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι καταλύτες πρέπει να περισυλλέγονται και να ανακυκλώνονται για δύο βασικές κατηγορίες λόγων. Για οικολογικούς λόγους, γίνονται προσπάθειες περισυλλογής και αποθήκευσης των παλιών καταλυτών, ώστε να μην απορρίπτονται ανεξέλεγκτα, αφού περιέχουν στοιχεία που έχουν καταστεί τοξικά απόβλητα και χρειάζονται ειδική διαχείριση/αδρανοποίηση. Για οικονομικούς λόγους, γίνεται προσπάθεια ανακύκλωσής τους με ανάκτηση των ευγενών μετάλλων (πλατίνα, παλλάδιο, ρόδιο) που περιέχονται στους μεταλλικούς καταλύτες -μέταλλα με σημαντική οικονομική αξία, που μπορούν να πουληθούν σε εργοστάσια κατασκευής καταλυτικών συστημάτων για να επαναχρησιμοποιηθούν. Η ανάγκη αυτή γίνεται ακόμη πιο πιεστική επειδή η αντικατάσταση των παλαιών καταλυτών με νέους είναι υποχρεωτική μετά το πέρας της διάρκειας ζωής τους, που είναι από 100.000 μέχρι 150.000 χιλιόμετρα -δηλαδή παράγεται συνεχώς μεγάλος όγκος παλαιών καταλυτών προς διαχείριση. Για το λόγο αυτό θεσπίζονται και εφαρμόζονται ειδικά προγράμματα ανακύκλωσης, με κίνητρα (φορολογικά, οικονομικά, διευκολύνσεις κυκλοφορίας) στους κατόχους αυτοκινήτων, ώστε οι ανενεργοί καταλύτες να συγκεντρώνονται από τα συνεργεία, να παραδίνονται σε ειδικό φορέα και να προωθούνται σε εργοστάσια ανακύκλωσης, όπου διαχωρίζονται τα ευγενή μέταλλα, ενώ τα υπόλοιπα τμήματα αδρανοποιούνται με μεθόδους αδρανοποίησης τοξικών αποβλήτων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Οικολογικοί λόγοι: αποφυγή τοξικών αποβλήτων. Οικονομικοί λόγοι: ανάκτηση ευγενών μετάλλων (Pt, Pd, Rh) από μεταλλικούς καταλύτες, για επαναχρησιμοποίηση· υποχρεωτική αντικατάσταση μετά 100.000-150.000 χλμ
