Λύσεις — Ενότητα 11: Σύστημα Ανάφλεξης (σελ. 163) – ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 11: Σύστημα Ανάφλεξης

Λύσεις στις 10 ερωτήσεις του §4.8: προορισμός και κατηγορίες του συστήματος ανάφλεξης, βασικά στοιχεία του συμβατικού συστήματος (συσσωρευτής, πολλαπλασιαστής, διανομέας, πυκνωτής, πλατίνες, μπουζί), προπορεία σπινθήρα (αβάνς) και εξωτερικός χρονισμός, κρουστική καύση (αιτίες-συνέπειες), κυριότεροι τύποι ηλεκτρονικών αναφλέξεων και χαρτογραφημένη ανάφλεξη.

Προορισμός του συστήματος ανάφλεξης

Ερώτηση: Ποιος είναι ο προορισμός του συστήματος ανάφλεξης;

Απάντηση:

• Ποιος είναι ο προορισμός του συστήματος ανάφλεξης;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Προορισμός του συστήματος ανάφλεξης ή έναυσης είναι η παραγωγή ηλεκτρικού σπινθήρα την κατάλληλη χρονική στιγμή, χωριστά για κάθε κύλινδρο του κινητήρα, ώστε να αναφλεγεί και να καεί το καύσιμο μίγμα μέσα στους κυλίνδρους, αποδίδοντας την απαιτούμενη ισχύ, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. Ο σπινθήρας δημιουργείται στους αναφλεκτήρες, ή σπινθηριστές, ή μπουζί, από υψηλή τάση που παράγει το σύστημα ανάφλεξης μέσω κατάλληλου εξοπλισμού (μπαταρία, πολλαπλασιαστής, διανομέας κ.λπ.). Η ακρίβεια αυτής της χρονικής στιγμής, χωριστά για κάθε κύλινδρο και σύμφωνα με τη σειρά ανάφλεξης του κινητήρα, είναι καθοριστική για τη σωστή καύση του μίγματος και την ομαλή, αποδοτική λειτουργία του κινητήρα σε όλες τις συνθήκες (στροφές, φορτίο).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Παραγωγή σπινθήρα την κατάλληλη στιγμή, χωριστά ανά κύλινδρο, για ανάφλεξη-καύση του μίγματος και απόδοση ισχύος

Κατηγορίες συστημάτων ανάφλεξης

Ερώτηση: Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται τα συστήματα ανάφλεξης και με βάση ποια κριτήρια;

Απάντηση:

• Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται τα συστήματα ανάφλεξης και με βάση ποια κριτήρια;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα συστήματα ανάφλεξης διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες, με κριτήριο τον τύπο του διανομέα: τα μηχανικά συστήματα και τα ηλεκτρονικά συστήματα. Το μηχανικού τύπου σύστημα ανάφλεξης διαθέτει επιπλατινωμένες επαφές (πλατίνες), οι οποίες ανοιγοκλείνουν μηχανικά με τη βοήθεια ενός εκκέντρου (κάμα) για να διακόπτουν και να επανασυνδέουν το πρωτεύον κύκλωμα χαμηλής τάσης. Το αντίστοιχο ηλεκτρονικού τύπου σύστημα διαθέτει, αντί για πλατίνες, μία γεννήτρια παλμών επαγωγικού τύπου ή βασίζεται στο φαινόμενο Hall, που αναλαμβάνει τον ίδιο ρόλο χωρίς μηχανικές επαφές. Μάλιστα, τα ηλεκτρονικά συστήματα τελευταίας γενιάς επιτυγχάνουν την ανάφλεξη χωρίς τη χρήση διανομέα, με κεντρική ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου να διαχειρίζεται πλήρως τη ρύθμιση και τη διανομή της υψηλής τάσης στα μπουζί.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: τύπος διανομέα → μηχανικά (πλατίνες) ή ηλεκτρονικά (παλμογεννήτρια επαγωγικού τύπου / Hall, ή χωρίς διανομέα)

Βασικά στοιχεία συμβατικού συστήματος ανάφλεξης

Ερώτηση: Ποια είναι τα βασικά στοιχεία ενός συμβατικού συστήματος ανάφλεξης;

Απάντηση:

• Ποια είναι τα βασικά στοιχεία ενός συμβατικού συστήματος ανάφλεξης;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα βασικά στοιχεία ενός συμβατικού (μηχανικού) συστήματος ανάφλεξης είναι: 1) ο συσσωρευτής (μπαταρία), αποθήκη ηλεκτρικής ενέργειας· 2) ο διακόπτης ανάφλεξης (γενικός διακόπτης), που ενεργοποιείται με το κλειδί στη θέση ΟΝ· 3) ο πολλαπλασιαστής, που περιέχει το πρωτεύον και το δευτερεύον πηνίο και παράγει τη υψηλή τάση εξ επαγωγής· 4) ο διανομέας (ντιστριμπυτέρ), το βασικότερο εξάρτημα, που διακόπτει το πρωτεύον κύκλωμα με τη βοήθεια των πλατινών και διανέμει την υψηλή τάση στα μπουζί, ρυθμίζοντας την προπορεία σπινθήρα· 5) ο πυκνωτής, που προφυλάσσει τις πλατίνες από φθορά και βοηθά στην απότομη διακοπή του πρωτεύοντος· 6) ο διακόπτης χαμηλής τάσης του πρωτεύοντος πηνίου (πλατίνες), που ανοιγοκλείνει με το έκκεντρο (κάμα)· 7) οι αναφλεκτήρες ή σπινθηριστές (μπουζί), όπου παράγεται ο σπινθήρας· και 8) τα καλώδια χαμηλής και υψηλής τάσης, που συνδέουν τα εξαρτήματα του πρωτεύοντος και μεταφέρουν την υψηλή τάση στα μπουζί μέσω του διανομέα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μπαταρία, διακόπτης ανάφλεξης, πολλαπλασιαστής, διανομέας, πυκνωτής, πλατίνες, μπουζί, καλώδια χαμηλής/υψηλής τάσης

Βασικά συστήματα ηλεκτρονικής ανάφλεξης

Ερώτηση: Ποια είναι τα βασικά συστήματα της ηλεκτρονικής ανάφλεξης;

Απάντηση:

• Ποια είναι τα βασικά συστήματα της ηλεκτρονικής ανάφλεξης;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα βασικά συστήματα (τύποι) της ηλεκτρονικής ανάφλεξης είναι: 1) η ηλεκτρονική ανάφλεξη με πλατίνες και τρανζίστορ, όμοια με το συμβατικό σύστημα με πλατίνες αλλά με τρανζίστορ που αυξάνει την ένταση ρεύματος στο πρωτεύον πηνίο και επιμηκύνει τη ζωή των πλατινών· 2) η ηλεκτρονική ανάφλεξη χωρίς πλατίνες, όπου το ρόλο των πλατινών παίρνει μία παλμογεννήτρια — με γεννήτρια Hall (υψηλή απόδοση, μεγάλη αξιοπιστία και χρόνος ζωής) ή με γεννήτρια παλμών επαγωγικού τύπου· 3) η ηλεκτρονική ανάφλεξη με κεντρική μονάδα ελέγχου, όπου δεν υπάρχουν πλέον μηχανικοί μηχανισμοί προπορείας στον διανομέα, αλλά ένα παλμικό σήμα (στροφές) και ένα αναλογικό σήμα υποπίεσης (φορτίο) ρυθμίζουν ηλεκτρονικά την προπορεία· και 4) η ηλεκτρονική ανάφλεξη με κεντρική μονάδα ελέγχου χωρίς διανομέα, που διαθέτει όλα τα πλεονεκτήματα της (3) και επιπλέον δεν έχει καθόλου περιστρεφόμενα τμήματα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 1. πλατίνες+τρανζίστορ, 2) χωρίς πλατίνες (Hall/επαγωγική), 3) με κεντρική μονάδα ελέγχου, 4) με κεντρική μονάδα ελέγχου χωρίς διανομέα

Προπορεία σπινθήρα (αβάνς) — τι είναι και γιατί χρειάζεται

Ερώτηση: Τι είναι η «προπορεία σπινθήρα» και γιατί πρέπει να υπάρχει κατά τη διαδικασία της ανάφλεξης;

Απάντηση:

• Τι είναι η «προπορεία σπινθήρα» και γιατί πρέπει να υπάρχει κατά τη διαδικασία της ανάφλεξης;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η «προπορεία σπινθήρα» ή αβάνς είναι η γωνία περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα, μετρημένη πριν από το Α.Ν.Σ., στην οποία πρέπει να δίνεται ο σπινθήρας ανάφλεξης σε κάθε κύλινδρο, κατά το χρόνο της συμπίεσης. Η γωνία αυτή είναι σταθερή στις στροφές του ρελαντί και αυξάνεται μέχρι μια ορισμένη τιμή, με την αύξηση των στροφών του κινητήρα. Πρέπει να υπάρχει επειδή το καύσιμο μίγμα δεν καίγεται στιγμιαία, αλλά χρειάζεται κάποιο χρονικό διάστημα για να καεί πλήρως: αν ο σπινθήρας δινόταν ακριβώς τη στιγμή που το έμβολο βρίσκεται στο Α.Ν.Σ., η μέγιστη πίεση λόγω της καύσης θα εμφανιζόταν μόνο αργότερα, αφού το έμβολο θα είχε ήδη ξεκινήσει να κατεβαίνει προς το Κ.Ν.Σ., με αποτέλεσμα σημαντική απώλεια ισχύος. Δίνοντας τον σπινθήρα με προπορεία, εξασφαλίζεται ότι η μέγιστη πίεση της καύσης θα επιτευχθεί ακριβώς τη στιγμή που το έμβολο βρίσκεται στο Α.Ν.Σ., ώστε να αξιοποιείται πλήρως η ενέργεια της καύσης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Γωνία στροφαλοφόρου πριν το Α.Ν.Σ. στην οποία δίνεται ο σπινθήρας· χρειάζεται γιατί η καύση δεν είναι στιγμιαία — ώστε η μέγιστη πίεση να συμπίπτει με το Α.Ν.Σ.

Λανθασμένη προπορεία σπινθήρα: ενδείξεις και αιτίες

Ερώτηση: Πώς γίνεται αντιληπτή η λανθασμένη προπορεία σπινθήρα και ποιες οι αιτίες που την προκαλούν;

Απάντηση:

• Πώς γίνεται αντιληπτή η λανθασμένη προπορεία σπινθήρα και ποιες οι αιτίες που την προκαλούν;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η λανθασμένη προπορεία σπινθήρα γίνεται αντιληπτή από συγκεκριμένες ενδείξεις: τη δύσκολη εκκίνηση του κινητήρα, την εμφάνιση κρουστικής καύσης ή αυτανάφλεξης («πειράκια»), τη μη ομαλή λειτουργία του κινητήρα (ρετάρισμα), την υπερθέρμανση του κινητήρα, τις «ανάποδες στροφές» (post ignition, δηλαδή τη συνέχιση της λειτουργίας του κινητήρα και μετά τη διακοπή/σβήσιμό του), καθώς και τους κραδασμούς και τη μικρή ισχύ του κινητήρα. Η αιτία που προκαλεί αυτές τις ενδείξεις είναι η αντικανονική μεταβολή της γωνίας προπορείας σε σχέση με την προδιαγεγραμμένη από τον κατασκευαστή τιμή — μεταβολή που αποτελεί ένδειξη κάποιας βλάβης (π.χ. στον φυγοκεντρικό μηχανισμό ή στον μηχανισμό κενού/φούσκα του διανομέα) ή κακής ρύθμισης του συστήματος ανάφλεξης κατά τον εξωτερικό χρονισμό. Η αντικανονική αυτή μεταβολή αποτελεί μία από τις κύριες αιτίες κακής καύσης του μίγματος και χαμηλής απόδοσης του κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ενδείξεις: δύσκολη εκκίνηση, κρουστική καύση, ρετάρισμα, υπερθέρμανση, ανάποδες στροφές, κραδασμοί/μικρή ισχύς. Αιτία: αντικανονική μεταβολή γωνίας λόγω βλάβης/κακής ρύθμισης

Τι είναι ο εξωτερικός χρονισμός

Ερώτηση: Τι είναι ο εξωτερικός χρονισμός;

Απάντηση:

• Τι είναι ο εξωτερικός χρονισμός;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο εξωτερικός χρονισμός του κινητήρα είναι η διαδικασία ρύθμισης της γωνίας της προπορείας σπινθήρα (αβάνς), σύμφωνα με την προδιαγεγραμμένη από τον κατασκευαστή γωνία. Ο όρος διακρίνεται από τον εσωτερικό χρονισμό, που είναι ο συγχρονισμός μεταξύ του εκκεντροφόρου και του στροφαλοφόρου άξονα (δηλαδή η σωστή σχετική θέση εκκεντροφόρου-στροφαλοφόρου, ώστε οι βαλβίδες να ανοιγοκλείνουν στη σωστή στιγμή σε σχέση με τη θέση του εμβόλου). Ο εξωτερικός χρονισμός, αντίθετα, αφορά αποκλειστικά τη ρύθμιση της χρονικής στιγμής παραγωγής του σπινθήρα ανάφλεξης, ώστε αυτή να συμφωνεί με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή για κάθε συνθήκη λειτουργίας του κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ρύθμιση της γωνίας προπορείας σπινθήρα σύμφωνα με την προδιαγεγραμμένη από τον κατασκευαστή γωνία (διαφέρει από τον εσωτερικό χρονισμό εκκεντροφόρου-στροφαλοφόρου)

Κρουστική καύση: τι είναι, σε τι οφείλεται, συνέπειες

Ερώτηση: Τι είναι η κρουστική καύση, σε τι οφείλεται και τι συνέπειες έχει στον κινητήρα;

Απάντηση:

• Τι είναι η κρουστική καύση, σε τι οφείλεται και τι συνέπειες έχει στον κινητήρα;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η κρουστική καύση είναι η πολύ ταχεία και έντονη καύση ενός καυσίμου, με τρόπο που μοιάζει με έκρηξη. Στους κινητήρες εσωτερικής καύσης, ενώ η καύση του μίγματος βενζίνης-αέρα αρχίζει κανονικά από τον αναφλεκτήρα και εξαπλώνεται κανονικά, ξαφνικά η εξάπλωση αυτή αυξάνεται απότομα μέχρι που παίρνει τη μορφή έκρηξης, προκαλώντας ακαριαία καύση όλου του καυσίμου που μέχρι τη στιγμή εκείνη είχε παραμείνει άκαυστο· η καύση αυτή συνοδεύεται από κτύπους που ακούγονται ευκρινώς έξω από τον κινητήρα και μοιάζουν με μεταλλικούς κτύπους (το φαινόμενο ονομάζεται «πειράκια»). Οφείλεται στην ταχύτερη μετάδοση της φλόγας μέσα στο καύσιμο μίγμα πέρα από κάποιο κρίσιμο όριο, το οποίο εξαρτάται από: το φορτίο του κινητήρα (μεγάλο φορτίο → «πειράκια»), τον τύπο της βενζίνης (χαμηλός βαθμός οκτανίων), τη σχέση συμπίεσης (μεγαλύτερη λόγω μη εγκεκριμένων μετατροπών), τη μορφή του θαλάμου καύσης και την ανομοιόμορφη κατανομή του μίγματος, την κακή ψύξη των κυλίνδρων, και την άκαιρη στιγμή της ανάφλεξης λόγω εσφαλμένης ρύθμισης του αβάνς (περισσότερη από την κανονική προπορεία). Οι συνέπειές της στον κινητήρα είναι: η υπερθέρμανσή του, η πτώση της απόδοσής του, η κόπωση των εξαρτημάτων του (εμβόλων, διωστήρων, βαλβίδων, χιτωνίων), η μερική ή ολική καταστροφή τους (π.χ. τρύπημα εμβόλου), η αυξημένη κατανάλωση καυσίμου και η αυξημένη ποσότητα ρυπαντών στα καυσαέρια.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Πολύ ταχεία καύση σαν έκρηξη («πειράκια»)· αιτίες: φορτίο, χαμηλά οκτάνια, αυξημένη συμπίεση, θάλαμος καύσης, κακή ψύξη, λάθος αβάνς· συνέπειες: υπερθέρμανση, πτώση απόδοσης, φθορά/καταστροφή εξαρτημάτων, αυξημένη κατανάλωση/ρύπανση

Κυριότεροι τύποι ηλεκτρονικών αναφλέξεων

Ερώτηση: Ποιοι είναι οι κυριότεροι τύποι ηλεκτρονικών αναφλέξεων;

Απάντηση:

• Ποιοι είναι οι κυριότεροι τύποι ηλεκτρονικών αναφλέξεων;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι κυριότεροι τύποι ηλεκτρονικών αναφλέξεων είναι τέσσερις: 1) η ηλεκτρονική ανάφλεξη με πλατίνες και τρανζίστορ, όμοια με το συμβατικό σύστημα με πλατίνες, αλλά με πρόσθετο τρανζίστορ που αυξάνει την ένταση ρεύματος στο πρωτεύον πηνίο και τη διάρκεια ζωής των πλατινών· 2) η ηλεκτρονική ανάφλεξη χωρίς πλατίνες, όπου τον ρόλο των πλατινών αναλαμβάνει μία παλμογεννήτρια — με γεννήτρια Hall (υψηλής απόδοσης, μεγάλης αξιοπιστίας) ή με γεννήτρια παλμών επαγωγικού τύπου· 3) η ηλεκτρονική ανάφλεξη με κεντρική μονάδα ελέγχου, όπου η προπορεία ρυθμίζεται ηλεκτρονικά μέσω παλμικού σήματος στροφών και αναλογικού σήματος φορτίου (υποπίεσης), χωρίς μηχανικούς μηχανισμούς προπορείας στον διανομέα· και 4) η ηλεκτρονική ανάφλεξη με κεντρική μονάδα ελέγχου χωρίς διανομέα, που διατηρεί όλα τα πλεονεκτήματα του τύπου (3) και επιπλέον δεν έχει καθόλου περιστρεφόμενα μηχανικά τμήματα, μειώνοντας ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και θόρυβο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 1. με πλατίνες+τρανζίστορ, 2) χωρίς πλατίνες (Hall ή επαγωγική παλμογεννήτρια), 3) με κεντρική μονάδα ελέγχου, 4) με κεντρική μονάδα ελέγχου χωρίς διανομέα

Χαρτογραφημένη ανάφλεξη

Ερώτηση: Τι είναι η χαρτογραφημένη ανάφλεξη;

Απάντηση:

• Τι είναι η χαρτογραφημένη ανάφλεξη;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η χαρτογραφημένη (ή προγραμματισμένη) ανάφλεξη είναι η ηλεκτρονική ανάφλεξη με κεντρική μονάδα ελέγχου, στην οποία η γωνία προπορείας σπινθηροδότησης δεν καθορίζεται από μηχανικούς μηχανισμούς, αλλά από ένα τρισδιάστατο διάγραμμα (χάρτη), στο οποίο αντιστοιχίζεται η κατάλληλη τιμή της γωνίας προπορείας σε σχέση με τις στροφές και το φορτίο του κινητήρα. Οι χάρτες αυτοί είναι αποθηκευμένοι στη μνήμη της ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου (ECU) και επιλέγονται κατά τη σχεδίαση και δοκιμή των κινητήρων στο εργοστάσιο κατασκευής τους, ώστε να καλύπτουν τις απαιτήσεις της βέλτιστης λειτουργίας του κινητήρα κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες στροφών και φορτίου — προσφέροντας πολύ ακριβέστερη και πιο ολοκληρωμένη ρύθμιση της προπορείας σε σχέση με τους μηχανικούς (φυγοκεντρικούς και υποπίεσης) μηχανισμούς προπορείας των παλαιότερων συστημάτων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Γωνία προπορείας καθοριζόμενη από τρισδιάστατο χάρτη στροφών-φορτίου, αποθηκευμένο στη μνήμη της ηλεκτρονικής μονάδας ελέγχου (ECU), επιλεγμένο εργοστασιακά για βέλτιστη λειτουργία