Λύσεις στις 14 ερωτήσεις του κεφαλαίου: συστήματα ανάφλεξης (πλατίνες-τρανζίστορ, C.D.I., γεννήτρια Hall, D.I.S., ολοκληρωμένη διαχείριση ψεκασμού-ανάφλεξης), ηλεκτρονικά συστήματα ψεκασμού και τα υποσυστήματά τους (τροφοδοσία καυσίμου, εισαγωγή/μέτρηση αέρα, ηλεκτρονικός έλεγχος), είδη αισθητήρων.
Ερώτηση: Γιατί οι πλατίνες δημιουργούν προβλήματα στο σύστημα ανάφλεξης;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι πλατίνες δημιουργούσαν προβλήματα στη λειτουργία του συστήματος ανάφλεξης για δύο κυρίως λόγους. Πρώτον, λόγω της μάζας τους (φαινόμενο αδράνειας), στις υψηλές στροφές λειτουργίας του κινητήρα οι πλατίνες ούτε άνοιγαν ούτε έκλειναν σωστά, με αποτέλεσμα να μην μπορεί να ελεγχθεί απόλυτα η Βάση του τρανζίστορ (στα συστήματα πλατίνες-τρανζίστορ) ή το πρωτεύον πηνίο απευθείας (στα συμβατικά συστήματα). Δεύτερον, κατά το άνοιγμα και το κλείσιμο των πλατινών δημιουργείτο ηλεκτρικό τόξο (σπινθήρας) ανάμεσα στις επαφές τους, με αποτέλεσμα να μην επιτυγχάνεται «ακαριαία» διακοπή του ρεύματος, άρα μικρότερη παραγωγή υψηλής τάσης στο δευτερεύον πηνίο του πολλαπλασιαστή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια τα πλεονεκτήματα των ηλεκτρονικών συστημάτων ανάφλεξης;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα ηλεκτρονικά συστήματα ανάφλεξης, αντικαθιστώντας τους μηχανικούς μηχανισμούς (πλατίνες, φυγοκεντρικό/υποπίεσης αβάνς) με ηλεκτρονικούς αισθητήρες και γεννήτριες, πέτυχαν πολύ πιο αξιόπιστη παραγωγή σπινθήρα, ακόμα και σε υψηλές στροφές λειτουργίας (ιδίως στην ηλεκτρονική χωρητική ανάφλεξη C.D.I., όπου η υψηλή τάση παραμένει σταθερή σε όλο το φάσμα στροφών χωρίς να επηρεάζεται από επικαθίσεις στους αναφλεκτήρες). Επιπλέον, με την ηλεκτρονική ανάφλεξη ελεγχόμενη από ηλεκτρονική μονάδα (εγκέφαλο) επιτυγχάνεται πολύ ακριβέστερη ρύθμιση της προπορείας (αβάνς) του σπινθήρα σε κάθε συνθήκη λειτουργίας, κάτι που οι παλιοί μηχανικοί μηχανισμοί δεν μπορούσαν να καλύψουν με ακρίβεια σε όλες τις περιπτώσεις. Τέλος, στα συστήματα χωρίς διανομέα (D.I.S.) εξαλείφεται κάθε μηχανικό/περιστρεφόμενο μέρος, με αποτέλεσμα λιγότερο θόρυβο, ευκολότερη σχεδίαση του κινητήρα, μικρότερα (ή και ανύπαρκτα) μπουζοκαλώδια και λιγότερες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Η ηλεκτρονική μονάδα ανάφλεξης επεξεργάζεται διάφορα ηλεκτρικά σήματα για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα. Ποιες φυσικές μεταβλητές αντιπροσωπεύουν αυτά τα ηλεκτρικά σήματα;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η ηλεκτρονική μονάδα (εγκέφαλος) του συστήματος ανάφλεξης δέχεται και επεξεργάζεται σήματα από αισθητήρες που την πληροφορούν για: τις στροφές του κινητήρα (μέσω γεννήτριας επαγωγικού τύπου κοντά στην οδοντωτή στεφάνη του σφονδύλου), το φορτίο του κινητήρα (μέσω μέτρησης της υποπίεσης της πολλαπλής εισαγωγής), τη θέση της πεταλούδας του γκαζιού (μέσω αισθητήρα τύπου διακόπτη ή ποτενσιόμετρου), τη θερμοκρασία του κινητήρα (μέσω θερμίστορ τύπου NTC κοντά στον θερμοστάτη) και την τάση της μπαταρίας (απευθείας από αυτήν). Οι φυσικές μεταβλητές που αντιπροσωπεύουν λοιπόν αυτά τα ηλεκτρικά σήματα είναι: στροφές, φορτίο (υποπίεση), γωνία/θέση πεταλούδας, θερμοκρασία κινητήρα και τάση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Σχεδιάστε το ηλεκτρικό κύκλωμα της ηλεκτρονικής ανάφλεξης με τρανζίστορ και πλατίνες.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το κύκλωμα (σχήμα 9.1 του βιβλίου) περιλαμβάνει, με τη σειρά που συνδέονται λειτουργικά: τη μπαταρία (1) και τον διακόπτη ανάφλεξης (2), μια αντίσταση φορτίου/προαντίσταση (3) με παράλληλο διακόπτη αύξησης τάσης εκκίνησης (4), τον πολλαπλασιαστή (5) με το πρωτεύον πηνίο L1 και το δευτερεύον πηνίο L2, τις πλατίνες (6) που ανοιγοκλείνουν από το έκκεντρο (7) του διανομέα (8), και τον αναφλεκτήρα/μπουζί (9). Στο ηλεκτρονικό κομμάτι του κυκλώματος υπάρχει το τρανζίστορ (10), του οποίου η Βάση (Β) συνδέεται μέσω αντιστάσεων R1-R2 στις πλατίνες, ενώ το ρεύμα του πρωτεύοντος πηνίου διαρρέει το τρανζίστορ μέσω Συλλέκτη (C) - Πομπού (Ε): όσο οι πλατίνες είναι κλειστές, η Βάση ενεργοποιείται και επιτρέπει τη ροή του ρεύματος ελέγχου Ic από το πρωτεύον πηνίο μέσω του τρανζίστορ· όταν οι πλατίνες ανοίξουν, το τρανζίστορ διακόπτει το ρεύμα, παράγοντας υψηλή τάση στο δευτερεύον πηνίο L2, η οποία οδηγείται στο μπουζί μέσω του διανομέα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιο εξάρτημα του συστήματος ανάφλεξης αντικατέστησε η γεννήτρια Hall και σε ποιο φαινόμενο βασίζεται η λειτουργία της;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η γεννήτρια Hall αντικατέστησε τις πλατίνες στο σύστημα ανάφλεξης, οι οποίες δημιουργούσαν προβλήματα λόγω μάζας/αδράνειας στις υψηλές στροφές και λόγω ηλεκτρικού τόξου κατά το άνοιγμα/κλείσιμό τους. Η γεννήτρια Hall είναι τοποθετημένη μέσα στο σώμα του διανομέα και παράγει την τάση που χρειάζεται για τον ηλεκτρονικό έλεγχο της Βάσης του τρανζίστορ, χωρίς τα προβλήματα των πλατινών. Η λειτουργία της βασίζεται στο φαινόμενο Hall: ένα πτερύγιο περιστρέφεται ανάμεσα σε έναν μαγνήτη και έναν ημιαγωγό (διάκενο)· όταν το πτερύγιο διακόπτει το μαγνητικό πεδίο, παράγεται μια χαρακτηριστική τάση εξόδου (τετραγωνικής μορφής) στον ημιαγωγό, η οποία χρησιμοποιείται ως σήμα ελέγχου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες είναι οι βασικές λειτουργικές διαφορές ανάμεσα σε μία γεννήτρια Hall και σε μία επαγωγική γεννήτρια παλμών;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Και οι δύο τύποι γεννητριών (σχήμα 9.2 του βιβλίου) είναι τοποθετημένες μέσα στο σώμα του διανομέα και παράγουν τάση για τον ηλεκτρονικό έλεγχο της Βάσης του τρανζίστορ, χαρακτηρίζοντας μάλιστα και τον τύπο της ηλεκτρονικής ανάφλεξης. Η βασική τους λειτουργική διαφορά βρίσκεται στην αρχή λειτουργίας τους: η επαγωγική γεννήτρια παλμών παράγει τάση από επαγωγή, καθώς ένα περιστρεφόμενο έκκεντρο (σκανδαλιστής) πλησιάζει/απομακρύνεται από πηνίο τυλιγμένο γύρω από μαγνήτη, με αποτέλεσμα η τάση εξόδου να έχει μορφή σχεδόν ημιτονοειδούς κύματος (κορυφή τη στιγμή μέγιστης μεταβολής της απόστασης)· η γεννήτρια Hall, αντίθετα, παράγει τάση εξόδου με τη μορφή σχεδόν τετραγωνικού παλμού (ON/OFF), καθώς ένα πτερύγιο διακόπτει περιοδικά το μαγνητικό πεδίο ανάμεσα σε μαγνήτη και ημιαγωγό — κάτι που δίνει πιο ευκρινές, ακριβές σήμα χρονισμού, ανεξάρτητο από τις στροφές λειτουργίας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποιες είναι οι βασικές διαφορές και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει το σύστημα ολοκληρωμένης ανάφλεξης, σε σχέση με οποιοδήποτε άλλο σύστημα ανάφλεξης;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η βασική διαφορά του ολοκληρωμένου συστήματος διαχείρισης ψεκασμού-ανάφλεξης από όλα τα προηγούμενα συστήματα ανάφλεξης είναι ότι ο έλεγχος του συστήματος ανάφλεξης ΚΑΙ ο έλεγχος του συστήματος ψεκασμού γίνονται μαζί, από την ίδια ηλεκτρονική μονάδα (εγκέφαλο), αντί να λειτουργούν ως δύο ξεχωριστά, ασύνδετα συστήματα. Αυτό δίνει σημαντικά πλεονεκτήματα: η ίδια μονάδα μπορεί να συντονίζει ταυτόχρονα την ακριβή ποσότητα ψεκαζόμενου καυσίμου και το ακριβές σημείο (χρονισμό) ανάφλεξης σε κάθε φάση λειτουργίας του κινητήρα (ρελαντί, μερικό/πλήρες φορτίο, προθέρμανση), κάτι αδύνατο όταν τα δύο συστήματα λειτουργούν ανεξάρτητα. Έτσι επιτυγχάνεται καλύτερος συνδυασμός οικονομίας καυσίμου, απόδοσης και -σε συνδυασμό συχνά με τριοδικό καταλύτη- συμμόρφωση με τις πιο αυστηρές προδιαγραφές της νομοθεσίας για τους ρύπους των καυσαερίων.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Σχεδιάστε το μπλοκ διάγραμμα της ολοκληρωμένης ανάφλεξης.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το μπλοκ διάγραμμα ενός ολοκληρωμένου συστήματος διαχείρισης ψεκασμού-ανάφλεξης (σχήμα 9.9 του βιβλίου δείχνει ένα πλήρες ηλεκτρολογικό διάγραμμα, με τον πίνακα 9.1 να καταγράφει τα εξαρτήματα) οργανώνεται γύρω από την κεντρική ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ECU (Α35): στην είσοδό της συνδέονται όλοι οι αισθητήρες του συστήματος (θερμοκρασία νερού Β24, θερμοκρασία εισαγωγής αέρα Β25, ταχύτητα Β33, προανάφλεξη Β69, οξυγόνο Β72, στροφές Β75, υποπίεση/MAP Β83, θέση πεταλούδας Β147) και η μπαταρία (30/31) μέσω του διακόπτη ανάφλεξης (15)· στην έξοδό της συνδέονται οι ενεργοποιητές (εγχυτήρες Υ3, βαλβίδα ρύθμισης ρελαντί Υ99, βαλβίδα κάνιστρου Υ104, πολλαπλασιαστής Τ1, αντλία καυσίμου Μ12, αντίσταση προθέρμανσης R9), καθώς και η λυχνία αυτοδιάγνωσης (Η63) και η μπρίζα σύνδεσης συσκευής διάγνωσης (Χ1). Έτσι σχηματικά: Αισθητήρες → Ηλεκτρονική Μονάδα Ελέγχου (ECU) → Ενεργοποιητές (ψεκασμός + ανάφλεξη μαζί).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Πώς λειτουργεί το σύστημα της ολοκληρωμένης συνδυασμένης ανάφλεξης-τροφοδοσίας Motronic;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το Motronic είναι η ονομασία που έδωσε η Bosch στα δικά της συστήματα ολοκληρωμένης διαχείρισης ψεκασμού-ανάφλεξης (με εκδόσεις όπως το Μ.1.3., ανάλογα με τις απαιτήσεις κάθε κινητήρα). Λειτουργεί με μία ενιαία ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου που δέχεται σήματα από όλους τους αισθητήρες του κινητήρα (στροφές, φορτίο/υποπίεση, θέση πεταλούδας, θερμοκρασία, οξυγόνο καυσαερίων κ.ά.) και, μέσα από το ενσωματωμένο λογισμικό της, υπολογίζει ταυτόχρονα τόσο την ακριβή ποσότητα καυσίμου που πρέπει να ψεκαστεί σε κάθε κύλινδρο (ελέγχοντας τον χρόνο ανοίγματος των εγχυτήρων) όσο και το ακριβές σημείο (χρονισμό) της ανάφλεξης, σε κάθε φάση λειτουργίας του κινητήρα (ρελαντί, μερικό/πλήρες φορτίο, προθέρμανση). Ο συνδυασμένος αυτός έλεγχος, συχνά με τριοδικό καταλύτη, επιτρέπει την τήρηση αυστηρών προδιαγραφών ρύπων με παράλληλα καλή απόδοση και οικονομία καυσίμου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια είναι τα υποσυστήματα ενός συστήματος ηλεκτρονικού ψεκασμού;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα σύστημα ηλεκτρονικού ψεκασμού χωρίζεται σε τρία υποσυστήματα: (α) το υποσύστημα τροφοδοσίας καυσίμου, που περιλαμβάνει τη δεξαμενή, την αντλία, τις σωληνώσεις, το φίλτρο, τον ρυθμιστή πίεσης και τους εγχυτήρες (μπεκ) καυσίμου· (β) το υποσύστημα εισαγωγής και μέτρησης του αέρα, που περιλαμβάνει το φίλτρο αέρα, τον μετρητή αέρα, τη βαλβίδα πρόσθετου αέρα, το σώμα της πεταλούδας γκαζιού και την πολλαπλή εισαγωγής· και (γ) το υποσύστημα ηλεκτρονικού ελέγχου, το οποίο με τη σειρά του χωρίζεται σε τρία επιμέρους μέρη: τους αισθητήρες (Sensors), την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU) και τους ενεργοποιητές (Actuators).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Από ποια εξαρτήματα αποτελείται το σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το υποσύστημα τροφοδοσίας καυσίμου αποτελείται από τα εξής εξαρτήματα: τη δεξαμενή καυσίμου (ρεζερβουάρ) με τις δύο βαλβίδες ασφαλείας (υπερπίεσης/υποπίεσης) και τις δύο σωληνώσεις (εξόδου/επιστροφής καυσίμου)· την αντλία καυσίμου, ηλεκτρική, τύπου σειράς ή δεξαμενής, με βαλβίδα αντεπιστροφής και ανακουφιστική βαλβίδα ασφαλείας (~5 Bar)· τις σωληνώσεις καυσίμου, ανθεκτικές σε πίεση, φλόγα και στρεπτικές δυνάμεις· το φίλτρο καυσίμου, που συγκρατεί ακαθαρσίες και προστατεύει τους ψεκαστήρες· τον ρυθμιστή πίεσης καυσίμου, που διατηρεί σταθερή πίεση (~2,5-3,0 bar)· και τους εγχυτήρες (μπεκ) ψεκασμού, μηχανικά ή ηλεκτρικά ελεγχόμενους, που ψεκάζουν το καύσιμο στους κυλίνδρους. Στα συστήματα με πολλαπλό ψεκασμό υπάρχει επιπλέον διακλαδωτήρας, ενώ ορισμένα συστήματα (K-Jetronic) διαθέτουν και συσσωρευτή πίεσης καυσίμου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Από ποια εξαρτήματα αποτελείται το σύστημα εισαγωγής και μέτρησης αέρα;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το υποσύστημα εισαγωγής και μέτρησης του αέρα αποτελείται από: το φίλτρο αέρα, που καθαρίζει τον εισερχόμενο ατμοσφαιρικό αέρα από σκόνη/σωματίδια και προστατεύει τους κυλίνδρους· τον μετρητή ροής αέρα, που μετρά με ακρίβεια την ποσότητα του εισερχόμενου αέρα (τύποι: όγκου με πτερύγιο ή κωνικό, πίεσης/υποπίεσης τύπου MAP, μάζας με θερμαινόμενο σύρμα, ή ροής με στροβιλισμό/Vortex)· τη βαλβίδα πρόσθετου αέρα, που επιτρέπει είσοδο αέρα παρακάμπτοντας την πεταλούδα κατά την κρύα εκκίνηση, αυξάνοντας τις στροφές ρελαντί· το σώμα της πεταλούδας γκαζιού, που ρυθμίζει την ποσότητα εισερχόμενου αέρα, με τον αισθητήρα θέσης πεταλούδας· και την πολλαπλή εισαγωγή (θάλαμο εισαγωγής αέρα), που αποσβένει την παλμική κίνηση του εισερχόμενου αέρα, ενσωματωμένος ή ξεχωριστός, ή και μεταβλητού μήκους στα πιο εξελιγμένα συστήματα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Από ποια συστήματα αποτελείται ένα ηλεκτρονικά ελεγχόμενο σύστημα;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Κάθε «ηλεκτρονικό» σύστημα (όπως το ηλεκτρονικά ελεγχόμενο σύστημα ψεκασμού) μπορεί να χωριστεί σε τρία υποσυστήματα, ανάλογα με τη λειτουργία του καθενός: το 1ο υποσύστημα είναι οι αισθητήρες (Sensors), δηλαδή όλα εκείνα τα εξαρτήματα που «πληροφορούν» την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (εγκέφαλο) για κάποιο μέγεθος —π.χ. θερμοκρασία, πίεση, στροφές—, συνήθως υπό μορφή τάσης ή παλμού· το 2ο υποσύστημα είναι η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (ECU), σκοπός της οποίας είναι να επεξεργάζεται τα εισερχόμενα σήματα από τους αισθητήρες και, μέσα από ειδικά προγράμματα, να δίνει εντολή (να στέλνει σήματα) στους ενεργοποιητές να εκτελέσουν κάποια διαδικασία· και το 3ο υποσύστημα είναι οι ενεργοποιητές (Actuators), δηλαδή τα εξαρτήματα που δέχονται εντολές (σήματα) προκειμένου να ελέγξουν ή να ρυθμίσουν κάποιο μέγεθος —π.χ. ψεκαστήρες (μπεκ), βηματικοί κινητήρες.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Αναφέρατε είδη αισθητήρων στον ηλεκτρονικό ψεκασμό.
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στον ηλεκτρονικό ψεκασμό χρησιμοποιούνται, μεταξύ άλλων, τα εξής είδη αισθητήρων: αισθητήρας θέσης πεταλούδας γκαζιού (τύπου διακόπτη, ποτενσιόμετρου ή μικτού), αισθητήρας θερμοκρασίας ψυκτικού υγρού/κινητήρα, αισθητήρας θερμοκρασίας εισερχόμενου αέρα, μετρητής ροής αέρα (όγκου με πτερύγιο ή κωνικός, πίεσης τύπου MAP, μάζας με θερμαινόμενο σύρμα, ή τύπου Vortex με στροβιλισμό), αισθητήρας οξυγόνου καυσαερίων (αισθητήρας λ), αισθητήρας στροφών κινητήρα, καθώς και αισθητήρας θερμοκρασίας καυσίμου. Αυτοί οι αισθητήρες πληροφορούν συνεχώς την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου (εγκέφαλο) για την ακριβέστερη δυνατή ρύθμιση της αναλογίας του μείγματος καυσίμου-αέρα.
Κριτήρια αξιολόγησης: