Λύσεις — Ενότητα 07: §4.4 Πολυκύλινδροι κινητήρες (σελ. 102) – ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 07: §4.4 Πολυκύλινδροι κινητήρες

Λύσεις στις 3 ερωτήσεις της §4.4: σκοπός των πολλών κυλίνδρων (συγκέντρωση ισχύος, ζυγοστάθμιση, ομοιομορφία περιστροφής, εκκίνηση), όφελος των πολλών σειρών κυλίνδρων (V/W/Η/αστέρος) στη μείωση μάζας, και ο σκοπός της σειράς ανάφλεξης (καλύτερη ζυγοστάθμιση, σύνδεση με το σύστημα ανάφλεξης).

Τι επιδιώκεται με τους πολλούς κυλίνδρους

Ερώτηση: Τι επιδιώκεται με τους πολλούς κυλίνδρους σε έναν κινητήρα;

Απάντηση:

• Τι επιδιώκεται με τους πολλούς κυλίνδρους σε έναν κινητήρα;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Με τους πολλούς κυλίνδρους σε έναν κινητήρα επιδιώκονται τέσσερα κύρια οφέλη. Πρώτον, η επίτευξη της απαιτούμενης ισχύος με κυλίνδρους μικρότερων διαστάσεων, οπότε έχουμε καλύτερη συγκέντρωση ισχύος, δηλαδή περισσότερη ισχύ ανά μονάδα όγκου εμβολισμού και μικρότερη μάζα κινητήρα ανά μονάδα ισχύος. Δεύτερον, η ευκολότερη ζυγοστάθμιση των αδρανειακών δυνάμεων και ροπών που αναπτύσσονται από την παλινδρομική κίνηση των εμβόλων — με περισσότερα, μικρότερα έμβολα που κινούνται σε διαφορετικές φάσεις, οι αδρανειακές δυνάμεις μπορούν να αλληλοεξουδετερωθούν πιο αποτελεσματικά. Τρίτον, η καλύτερη ομοιομορφία περιστροφής, δηλαδή μικρότερες μεταβολές της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα μέσα σε έναν κύκλο λειτουργίας — αφού περισσότερες, επικαλυπτόμενες φάσεις εκτόνωσης δίνουν μια πιο «στρωτή», συνεχή απόδοση ροπής στον άξονα, αντί για απότομες εναλλαγές ισχυρών ωθήσεων και νεκρών χρόνων. Τέταρτον, γενικά η ευκολότερη εκκίνηση του κινητήρα, αφού σε κάθε στιγμή κάποιος κύλινδρος βρίσκεται πιο κοντά στη φάση εκτόνωσης, διευκολύνοντας το «πιάσιμο» της λειτουργίας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• α) Καλύτερη συγκέντρωση ισχύος (μικρότεροι κύλινδροι) β) ευκολότερη ζυγοστάθμιση αδρανειακών δυνάμεων/ροπών γ) καλύτερη ομοιομορφία περιστροφής δ) ευκολότερη εκκίνηση

Τι επιτυγχάνεται με τις πολλές σειρές κυλίνδρων

Ερώτηση: Τι επιτυγχάνεται με τις πολλές σειρές κυλίνδρων;

Απάντηση:

• Τι επιτυγχάνεται με τις πολλές σειρές κυλίνδρων;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Με τη χρησιμοποίηση περισσότερων σειρών κυλίνδρων —διατάξεις όπως V, W, Η, αστέρος κ.λπ., αντί μιας απλής σειράς «εν σειρά»— επιτυγχάνεται ακόμη μεγαλύτερη μείωση της μάζας του κινητήρα σε σχέση με έναν αντίστοιχο κινητήρα «εν σειρά» της ίδιας ισχύος. Αυτό συμβαίνει επειδή ορισμένα ιδιαίτερα βαριά τμήματα του κινητήρα, όπως ο στροφαλοφόρος άξονας και ο στροφαλοθάλαμος, δεν χρειάζεται να «επιμηκύνονται» απεριόριστα για να χωρέσουν όλο και περισσότερους κυλίνδρους σε μία μόνο ευθεία σειρά· αντίθετα, εξυπηρετούν ταυτόχρονα περισσότερους κυλίνδρους (τοποθετημένους σε δύο, τρεις ή περισσότερες σειρές γύρω από τον ίδιο άξονα) και, κατά συνέπεια, μεγαλύτερη συνολική ισχύ, χωρίς η μάζα τους να αυξάνεται ανάλογα. Με άλλα λόγια, το «βάρος» των πιο βαριών εξαρτημάτων του κινητήρα μοιράζεται σε περισσότερους κυλίνδρους/μεγαλύτερη ισχύ, με αποτέλεσμα καλύτερο λόγο ισχύος προς μάζα απ' όσο θα προέκυπτε από μία μόνο, πολύ μακρόστενη σειρά κυλίνδρων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Πολλές σειρές (V/W/Η/αστέρος) → μεγαλύτερη μείωση μάζας, αφού βαριά τμήματα (στροφαλοφόρος, στροφαλοθάλαμος) εξυπηρετούν περισσότερους κυλίνδρους/ισχύ χωρίς ανάλογη αύξηση βάρους

Ο σκοπός της σειράς ανάφλεξης

Ερώτηση: Τι επιδιώκεται με τη σειρά ανάφλεξης στους πολυκύλινδρους κινητήρες;

Απάντηση:

• Τι επιδιώκεται με τη σειρά ανάφλεξης στους πολυκύλινδρους κινητήρες;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σειρά ανάφλεξης στους πολυκύλινδρους κινητήρες είναι η σειρά των κυλίνδρων στους οποίους γίνεται η ανάφλεξη του καυσίμου. Με αυτή τη σειρά επιδιώκεται η καλύτερη δυνατή ζυγοστάθμιση του κινητήρα κατά τη λειτουργία του: αφού κάθε ανάφλεξη-εκτόνωση προκαλεί μια απότομη ώθηση στο αντίστοιχο έμβολο και μεταβίβαση φορτίου/ροπής στον στροφαλοφόρο άξονα, η κατάλληλη επιλογή της σειράς με την οποία αναφλέγονται διαδοχικά οι κύλινδροι εξασφαλίζει ότι αυτές οι ωθήσεις κατανέμονται όσο πιο ομοιόμορφα γίνεται μέσα σε έναν πλήρη κύκλο λειτουργίας, αντί να «συσσωρεύονται» σε διαδοχικούς, γειτονικούς κυλίνδρους. Έτσι επιτυγχάνεται μικρότερη καταπόνηση και λιγότεροι κραδασμοί στον στροφαλοφόρο άξονα και τα έδρανά του, ομαλότερη περιστροφή και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του κινητήρα. Η σειρά ανάφλεξης συνδέεται άμεσα με το σύστημα ανάφλεξης του κινητήρα (§4.8), αφού αυτό είναι υπεύθυνο να στέλνει το σπινθήρα στον κατάλληλο κύλινδρο τη κατάλληλη στιγμή, ώστε να τηρείται η προκαθορισμένη σειρά — π.χ. 1,3,4,2 σε τετράκυλινδρο «εν σειρά» ή 1,8,4,3,6,5,7,2 σε V-8.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σειρά ανάφλεξης = σειρά κυλίνδρων που αναφλέγονται → επιδίωξη: καλύτερη ζυγοστάθμιση κινητήρα (λιγότεροι κραδασμοί, ομαλή περιστροφή), συνδέεται με το σύστημα ανάφλεξης