Λύσεις — Ενότητα 16: Βασικά εξαρτήματα μηχανών diesel (σελ. 245) – ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 16: Βασικά εξαρτήματα μηχανών diesel

Λύσεις στις 3 ερωτήσεις της §5.3 (Κεφ.5, Ενότητα 2): το μέγεθος των βαλβίδων εισαγωγής/εξαγωγής σε μηχανές diesel με και χωρίς υπερπλήρωση, οι λόγοι για τους οποίους οι μηχανές diesel είναι πιο ογκώδεις και βαριές από τις αντίστοιχες βενζινομηχανές, και η σχέση μετάδοσης του εκκεντροφόρου άξονα προς τον στροφαλοφόρο στις δίχρονες (1:1) και στις τετράχρονες (1:2) μηχανές diesel.

Μέγεθος βαλβίδων εισαγωγής/εξαγωγής όταν διαφέρουν

Ερώτηση: Όταν οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής σε μια μηχανή δεν είναι ίδιες σε μέγεθος, ποια είναι της εισαγωγής και ποια της εξαγωγής;

Απάντηση:

• Όταν οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής σε μια μηχανή δεν είναι ίδιες σε μέγεθος, ποια είναι της εισαγωγής και ποια της εξαγωγής;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Όταν οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής μιας μηχανής δεν είναι ίδιες σε μέγεθος, αυτό συμβαίνει στις τετράχρονες μηχανές χωρίς υπερπλήρωση: σε αυτή την περίπτωση, η βαλβίδα εισαγωγής είναι μεγαλύτερη σε μέγεθος από τη βαλβίδα εξαγωγής, προκειμένου να είναι δυνατή η εισαγωγή περισσότερου αέρα στον κύλινδρο — αφού, χωρίς υπερπλήρωση, η ίδια η αναρρόφηση της μηχανής είναι υπεύθυνη για την πλήρωση του κυλίνδρου με αέρα, οπότε μια μεγαλύτερη βαλβίδα εισαγωγής βοηθά να εισέλθει επαρκής ποσότητα αέρα στο διάστημα που αυτή παραμένει ανοικτή. Αντίθετα, σε ανάλογες μηχανές με υπερπλήρωση, το μέγεθος των δύο βαλβίδων (εισαγωγής και εξαγωγής) είναι το ίδιο, αφού την εισαγωγή του αέρα στον κύλινδρο, σε αυτή την περίπτωση, την αναλαμβάνει ο συμπιεστής (υπερσυμπιεστής) και όχι μόνο η βαλβίδα εισαγωγής. Πέρα από αυτή τη διαφορά μεγέθους στις μηχανές χωρίς υπερπλήρωση, ως προς τη μορφή, τον τρόπο λειτουργίας και τη συναρμογή τους, δεν υπάρχουν άλλες διαφορές ανάμεσα στους δύο τύπους βαλβίδων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χωρίς υπερπλήρωση: βαλβίδα εισαγωγής ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ (περισσότερος αέρας) — Με υπερπλήρωση: ίδιο μέγεθος (φροντίζει ο συμπιεστής)

Γιατί οι μηχανές diesel είναι πιο ογκώδεις

Ερώτηση: Γιατί οι μηχανές diesel είναι πιο ογκώδεις από τις αντίστοιχες βενζινομηχανές;

Απάντηση:

• Γιατί οι μηχανές diesel είναι πιο ογκώδεις από τις αντίστοιχες βενζινομηχανές;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι μηχανές diesel είναι πιο ογκώδεις και πιο βαριές από τις αντίστοιχες βενζινομηχανές επειδή τα φορτία που αναπτύσσονται κατά τη λειτουργία τους είναι πολύ μεγαλύτερα από αυτά των βενζινομηχανών: η θερμοκρασία μέσα στο θάλαμο καύσης μιας μηχανής diesel φθάνει τους 2.500 °C, ενώ η αναπτυσσόμενη πίεση κατά την καύση φθάνει τα 100 bar σε μηχανή χωρίς υπερπλήρωση και τα 140 bar σε μηχανή με υπερπλήρωση — τιμές σαφώς μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες μιας βενζινομηχανής. Για να μπορούν τα εξαρτήματα να αντέξουν αυτά τα μεγαλύτερα θερμικά και μηχανικά φορτία, κατασκευάζονται πιο στιβαρά, ενισχυμένα και, συνεπώς, πιο ογκώδη: η κυλινδροκεφαλή είναι πιο πολύπλοκη και στιβαρή, το έμβολο είναι σαφώς πιο ενισχυμένο, ο διωστήρας και ο στροφαλοφόρος άξονας είναι πιο στιβαροί, οι βαλβίδες είναι πιο ογκώδεις με μακρύτερο στέλεχος, ενώ και το εμπρός μέρος της μηχανής (όπου βρίσκεται ο μηχανισμός μετάδοσης κίνησης προς τον εκκεντροφόρο) είναι συνήθως πιο ογκώδες, αφού εκεί υπάρχει ένας περισσότερο πολύπλοκος μηχανισμός μετάδοσης της κίνησης. Συνολικά, λοιπόν, ο μεγαλύτερος όγκος και βάρος των μηχανών diesel είναι άμεση συνέπεια της ανάγκης να «αντέξουν» τις πολύ μεγαλύτερες πιέσεις και δυνάμεις που αναπτύσσονται σε αυτές σε σχέση με τις βενζινομηχανές.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μεγαλύτερα φορτία/πιέσεις (έως 100-140 bar, 2.500°C) → πιο στιβαρά, ενισχυμένα εξαρτήματα (κυλινδροκεφαλή, έμβολο, διωστήρας, στροφαλοφόρος, βαλβίδες) → μεγαλύτερος όγκος/βάρος

Σχέση μετάδοσης εκκεντροφόρου-στροφαλοφόρου σε δίχρονες/τετράχρονες diesel

Ερώτηση: Πόση είναι η σχέση μετάδοσης του εκκεντροφόρου στις δίχρονες και πόση στις τετράχρονες μηχανές diesel;

Απάντηση:

• Πόση είναι η σχέση μετάδοσης του εκκεντροφόρου στις δίχρονες και πόση στις τετράχρονες μηχανές diesel;

Σύνοψη: Ο εκκεντροφόρος άξονας μιας μηχανής diesel παίρνει κίνηση απευθείας από τον στροφαλοφόρο άξονα, μέσω μιας σειράς οδοντωτών τροχών (γραναζιών) ή αλυσίδας. Η σχέση μετάδοσης ανάμεσα στους δύο άξονες διαφέρει ανάλογα με τον κύκλο λειτουργίας της μηχανής: σε μια τετράχρονη μηχανή diesel, ο εκκεντροφόρος άξονας περιστρέφεται με ταχύτητα που είναι ίση με τη μισή εκείνης του στροφαλοφόρου άξονα, δηλαδή η σχέση μετάδοσης είναι 1:2 (μία πλήρη περιστροφή του εκκεντροφόρου για κάθε δύο πλήρεις περιστροφές του στροφαλοφόρου) — αυτό συμβαίνει επειδή, στον τετράχρονο κύκλο, κάθε βαλβίδα ανοίγει και κλείνει μία μόνο φορά σε κάθε δύο περιστροφές του στροφαλοφόρου (τέσσερις χρόνοι σε δύο περιστροφές), οπότε ο εκκεντροφόρος πρέπει να κάνει μία μόνο περιστροφή στο ίδιο διάστημα. Αντίθετα, σε μια δίχρονη μηχανή diesel, η ταχύτητα του εκκεντροφόρου και του στροφαλοφόρου άξονα είναι ίδια, δηλαδή η σχέση μετάδοσης είναι 1:1 — αφού στη δίχρονη μηχανή ολόκληρος ο κύκλος λειτουργίας (και άρα το άνοιγμα-κλείσιμο κάθε βαλβίδας) συμπληρώνεται σε μία μόνο περιστροφή του στροφαλοφόρου, οπότε ο εκκεντροφόρος πρέπει να περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Τετράχρονη μηχανή diesel: σχέση μετάδοσης 1:2 (εκκεντροφόρος = μισή ταχύτητα στροφαλοφόρου) — Δίχρονη μηχανή diesel: σχέση μετάδοσης 1:1 (ίδια ταχύτητα)