Λύσεις — Ενότητα 19: Κεφ.6§Α Εξωλέμβιες Μηχανές (σελ. 317) – ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 19: Κεφ.6§Α Εξωλέμβιες Μηχανές

Λύσεις στις 7 ερωτήσεις για τις εξωλέμβιες μηχανές: τοποθέτηση κινητήρα και μετάδοση κίνησης στην προπέλα, οι νέες αυστηρότερες Αμερικάνικες προδιαγραφές εκπομπών καυσαερίων από το 2008 («Σήμα 3 αστέρων»/ULTRA LOW EMISSION), τεχνολογικές εξελίξεις στον κινητήρα και στο σύστημα τροφοδοσίας (σύστημα TLDI, ηλεκτρονικός ψεκασμός), σημεία εξαγωγής καυσαερίων και συστήματα εκκίνησης (μηχανικό ή ηλεκτρικό).

Τοποθέτηση κινητήρα σε εξωλέμβια μηχανή

Ερώτηση: Περιγράψτε πώς τοποθετείται ο κινητήρας σε μια εξωλέμβια μηχανή.

Απάντηση:

• Περιγράψτε πώς τοποθετείται ο κινητήρας σε μια εξωλέμβια μηχανή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο κινητήρας σε μια εξωλέμβια μηχανή τοποθετείται όρθιος: ο στροφαλοφόρος άξονάς του βρίσκεται σε κατακόρυφη θέση, ενώ τα έμβολα, μαζί με τους κυλίνδρους τους, βρίσκονται σε οριζόντια θέση — διάταξη που στο βιβλίο περιγράφεται ως «εμβολοφόρος σε σειρά». Το γενικότερο συγκρότημα της εξωλέμβιας μηχανής είναι, επίσης, όρθιο, με το μπροστινό τμήμα του κινητήρα («καθρέφτης») να βρίσκεται στο επάνω μέρος. Ο κινητήρας εδράζεται μέσα στο συγκρότημα σε 4 ή και 5 σημεία, με ρουλεμάν ή μέταλλα, ενώ ο σφόνδυλος (βολάν) βρίσκεται συνήθως στο επάνω μέρος της μηχανής· υπάρχουν, ωστόσο, και εξαιρέσεις — για παράδειγμα η Honda χρησιμοποιεί αντίθετα τοποθετημένο βολάν, ώστε να επιτυγχάνεται χαμηλότερο κέντρο βάρους της μηχανής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Στροφαλοφόρος κατακόρυφος, έμβολα/κύλινδροι οριζόντιοι («εμβολοφόρος σε σειρά»)· έδραση σε 4-5 σημεία με ρουλεμάν/μέταλλα

Μετάδοση κίνησης στην προπέλα

Ερώτηση: Από πού φθάνει η κίνηση στην προπέλα (έλικα);

Απάντηση:

• Από πού φθάνει η κίνηση στην προπέλα (έλικα);

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η κίνηση, σε μια εξωλέμβια μηχανή, φθάνει στην προπέλα (έλικα) συνήθως από το κάτω άκρο του κατακόρυφου στροφαλοφόρου άξονα. Η μετάδοση αυτή γίνεται μέσω ενός άξονα μετάδοσης της κίνησης, ο οποίος συνδέει το κάτω άκρο του στροφαλοφόρου με την προπέλα, και ενός κιβωτίου ταχυτήτων, που παρεμβάλλεται στη διαδρομή αυτή. Σε ορισμένα μοντέλα (π.χ. SUZUKI), ο άξονας μετάδοσης της κίνησης είναι μετατοπισμένος σε σχέση με το στροφαλοφόρο άξονα, ώστε να επιτευχθεί η κατάλληλη σχεδιαστική διάταξη του συγκροτήματος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Από το κάτω άκρο του κατακόρυφου στροφαλοφόρου, μέσω άξονα μετάδοσης κίνησης και κιβωτίου ταχυτήτων

Νέες προδιαγραφές εκπομπών από το 2008 («Σήμα 3 αστέρων»)

Ερώτηση: Ποιες θα είναι οι νέες αυστηρότερες Αμερικάνικες προδιαγραφές εκπομπών καυσαερίων που θα ισχύσουν για τις εξωλέμβιες μηχανές από το 2008 και μετά;

Απάντηση:

• Ποιες θα είναι οι νέες αυστηρότερες Αμερικάνικες προδιαγραφές εκπομπών καυσαερίων που θα ισχύσουν για τις εξωλέμβιες μηχανές από το 2008 και μετά;

Σύνοψη: Οι νέες, αυστηρότερες Αμερικάνικες προδιαγραφές που θα ισχύσουν για τις εξωλέμβιες μηχανές από το 2008 και μετά αφορούν το σύστημα βαθμονόμησης εκπομπών καυσαερίων της Πολιτείας της Καλιφόρνιας, με βάση «σήματα αστέρων». Μέχρι και το 2007 ίσχυε το «Σήμα 2 αστέρων» (VERY LOW EMISSION) — το πρότυπο που κάλυπταν, για παράδειγμα, οι δίχρονες εξωλέμβιες μηχανές με τεχνολογία άμεσου ψεκασμού χαμηλής πίεσης (TLDI) κατασκευαστών όπως η TOHATSU. Από το 2008 και μετά, όμως, θα ισχύσει το αυστηρότερο «Σήμα 3 αστέρων» (ULTRA LOW EMISSION) — δηλαδή ένα επίπεδο ακόμη πιο περιορισμένων επιτρεπόμενων εκπομπών καυσαερίων σε σχέση με το προηγούμενο «Σήμα 2 αστέρων». Αυτές οι νέες, αυστηρότερες προδιαγραφές (μαζί με το γενικότερο πλαίσιο του «ΕΡΑ 2006 STANDARD») είναι που έχουν υποχρεώσει τους κατασκευαστές εξωλέμβιων μηχανών να στρέφονται όλο και περισσότερο από τη 2χρονη στην 4χρονη τεχνολογία, ώστε να επιτυγχάνονται τα απαιτούμενα χαμηλότερα επίπεδα εκπομπών ρύπων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Από το 2008: «Σήμα 3 αστέρων» (ULTRA LOW EMISSION) — αυστηρότερο από το «Σήμα 2 αστέρων» (VERY LOW EMISSION) που ίσχυε μέχρι το 2007

Τεχνολογικές εξελίξεις στον κινητήρα των εξωλέμβιων μηχανών

Ερώτηση: Να αναφέρετε, συνοπτικά, ποιες τεχνολογικές εξελίξεις έχουν παρουσιαστεί στο χώρο των εξωλέμβιων μηχανών και αφορούν ειδικότερα τον κινητήρα τους;

Απάντηση:

• Να αναφέρετε, συνοπτικά, ποιες τεχνολογικές εξελίξεις έχουν παρουσιαστεί στο χώρο των εξωλέμβιων μηχανών και αφορούν ειδικότερα τον κινητήρα τους;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στο χώρο των εξωλέμβιων μηχανών έχουν παρουσιαστεί σημαντικές τεχνολογικές εξελίξεις που αφορούν ειδικότερα τον ίδιο τον κινητήρα. Πρώτον, λόγω των αυστηρότερων προδιαγραφών εκπομπών καυσαερίων (ΕΡΑ 2006 STANDARD και το σύστημα «σημάτων αστέρων» της Καλιφόρνιας), οι κατασκευαστές στρέφονται όλο και περισσότερο από τη 2χρονη στη 4χρονη τεχνολογία, που προσφέρει, μεταξύ άλλων, μικρότερη στάθμη θορύβου και κραδασμών, ειδικά στις χαμηλές στροφές. Δεύτερον, μεταφέρονται στις εξωλέμβιες επιτυχημένες τεχνολογίες από το χώρο των αυτοκινήτων, όπως ο ηλεκτρονικός ψεκασμός καυσίμου ή ο πολυβάλβιδος σχεδιασμός, με αποτέλεσμα σαφώς χαμηλότερες εκπομπές καυσαερίων και την οριστική απόσυρση των συμβατικών βενζινοκινητήρων με καρμπυρατέρ και πλατίνες. Τρίτον, εφαρμόζονται καθαρά μηχανολογικές βελτιώσεις: αντικραδασμικοί άξονες, ειδικά διαμορφωμένα συστήματα εξαγωγής και σιγαστήρες (με επιλεκτική έξοδο καυσαερίων, σε ορισμένες περιπτώσεις, μέσα από το «μάτι» της προπέλας), η τεχνολογία DOHC με δύο επικεφαλής εκκεντροφόρους και 16 βαλβίδες σε 4-κύλινδρους 4-χρονους κινητήρες (σχεδόν κανόνας στις κατηγορίες περίπου 2000 cc), βαλβίδες με επίστρωση νατρίου και έδρες από κράμα αλουμινίου για αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες, ελαφρύτεροι-κενοί εκκεντροφόροι για μικρότερο βάρος, δύο σταδίων μεικτό σύστημα κίνησης εκκεντροφόρων (γρανάζια + αλυσίδα), καθώς και μεγάλου μήκους, υδρόψυκτες πολλαπλές εισαγωγής από ελαφρύ κράμα αλουμινίου, που βοηθούν στην ομαλή εισαγωγή αέρα, στη μείωση του θορύβου και στη διατήρηση της ροπής στις χαμηλές και μεσαίες στροφές.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μετάβαση 2χρονης→4χρονης τεχνολογίας, μεταφορά τεχνολογιών αυτοκινήτου (ψεκασμός, πολυβάλβιδος), DOHC 16 βαλβίδων, αντικραδασμικοί άξονες, ειδικά συστήματα εξαγωγής/σιγαστήρες, ελαφρύτεροι εκκεντροφόροι, υδρόψυκτες πολλαπλές εισαγωγής

Τεχνολογικές εξελίξεις στο σύστημα τροφοδοσίας των εξωλέμβιων μηχανών

Ερώτηση: Να αναφέρετε, συνοπτικά, ποιες τεχνολογικές εξελίξεις έχουν παρουσιαστεί στο χώρο των εξωλέμβιων μηχανών και αφορούν ειδικότερα το σύστημα τροφοδοσίας του κινητήρα τους;

Απάντηση:

• Να αναφέρετε, συνοπτικά, ποιες τεχνολογικές εξελίξεις έχουν παρουσιαστεί στο χώρο των εξωλέμβιων μηχανών και αφορούν ειδικότερα το σύστημα τροφοδοσίας του κινητήρα τους;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Όσον αφορά ειδικότερα το σύστημα τροφοδοσίας του κινητήρα, οι σημαντικότερες τεχνολογικές εξελίξεις στις εξωλέμβιες μηχανές είναι οι εξής. Στις δίχρονες εξωλέμβιες μηχανές, κατασκευαστές όπως η TOHATSU υιοθέτησαν την τεχνολογία του άμεσου ψεκασμού χαμηλής πίεσης, με το σύστημα TLDI (Two Stroke Low Pressure Direct Injection), το οποίο διαθέτει δύο αισθητήρες ανίχνευσης της θέσης της πεταλούδας του γκαζιού, εξασφαλίζοντας ακριβή ροή αέρα και τη μεγαλύτερη δυνατή αποδοτικότητα του καυσίμου, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τις εκπομπές καυσαερίων. Το σύστημα αυτό εξασφαλίζει εύκολες εκκινήσεις σε όλες τις καιρικές συνθήκες, ομαλή λειτουργία στο ρελαντί χωρίς κραδασμούς και άμεση απόκριση στη μετάβαση από χαμηλές σε υψηλές στροφές, σε σύγκριση με μοντέλα που έχουν καρμπυρατέρ αντί για σύστημα ψεκασμού· επιπλέον, μειώνει την κατανάλωση καυσίμου έως και 71% και την κατανάλωση λαδιού έως και 30%, ανάλογα με τις στροφές λειτουργίας, ενώ κατασκευαστικά ένας 2χρονος κινητήρας τύπου TLDI είναι σημαντικά ελαφρύτερος (περίπου 15-24%, ανάλογα με την ιπποδύναμη) από τον αντίστοιχο 4χρονο. Στις μηχανές με ηλεκτρονικό ψεκασμό καυσίμου, το σύστημα τροφοδοσίας εξελίχθηκε σε μια πλήρη γραμμή αποτελούμενη από τη γραμμή χαμηλής πίεσης (δοχείο καυσίμου, φίλτρο, χειροκίνητη και ηλεκτρονική αντλία), το διαχωριστή ατμών καυσίμου, την αντλία και το φίλτρο καυσίμου υψηλής πίεσης, το ρυθμιστή πίεσης, το σωλήνα παροχής (φλογέρα) και τα μπεκ, με μια ηλεκτρονική μονάδα (εγκέφαλος) να ελέγχει ταυτόχρονα τον ψεκασμό και την ανάφλεξη, βάσει σημάτων από αισθητήρες που περιγράφουν την κατάσταση λειτουργίας του κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δίχρονες: σύστημα TLDI (άμεσος ψεκασμός χαμηλής πίεσης) → -71% κατανάλωση καυσίμου, -30% λαδιού, -15/-24% βάρος· Ηλεκτρονικός ψεκασμός: πλήρης γραμμή υψηλής/χαμηλής πίεσης με ενιαία ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ψεκασμού-ανάφλεξης

Σημεία εξαγωγής καυσαερίων σε εξωλέμβια μηχανή

Ερώτηση: Ποια είναι τα σημεία εξαγωγής των καυσαερίων σε μια εξωλέμβια μηχανή;

Απάντηση:

• Ποια είναι τα σημεία εξαγωγής των καυσαερίων σε μια εξωλέμβια μηχανή;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα σημεία εξαγωγής των καυσαερίων σε μια εξωλέμβια μηχανή διαφέρουν ανάλογα με τις στροφές λειτουργίας του κινητήρα, καθώς το σύστημα εξαγωγής έχει σχεδιαστεί ώστε να επιτυγχάνεται η πιο αθόρυβη δυνατή λειτουργία. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε στροφές από το ρελαντί προς τις μεσαίες, τα καυσαέρια εξέρχονται αρχικά από την περιοχή παράκαμψης, μέσω μιας βαλβίδας τύπου by-pass που βρίσκεται στο εμπρόσθιο μέρος του άξονα μετάδοσης της κίνησης, και στη συνέχεια συνεχίζουν από κάτω από τον κινητήρα, μέσω της ανακουφιστικής εξόδου καυσαερίων (οπής εξαγωγής). Στις μεσαίες προς υψηλές στροφές, αντίθετα, μόνο ένα μικρό μέρος των καυσαερίων ακολουθεί την ίδια αυτή πορεία μέσω της βαλβίδας by-pass, ενώ ο κύριος όγκος τους εξέρχεται πλέον από τον αγωγό εξαγωγής καυσαερίων και μέσα από την προπέλα — δηλαδή μέσα από το «μάτι» της προπέλας, μια λύση που εφαρμόζεται σε αρκετά μοντέλα εξωλέμβιων μηχανών προκειμένου να μειωθεί περαιτέρω ο θόρυβος λειτουργίας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ρελαντί→μεσαίες: βαλβίδα by-pass στον άξονα μετάδοσης → οπή εξαγωγής κάτω από τον κινητήρα· Μεσαίες→υψηλές: κύριος όγκος από τον αγωγό εξαγωγής και μέσα από το «μάτι» της προπέλας

Συστήματα εκκίνησης εξωλέμβιας μηχανής

Ερώτηση: Με ποια συστήματα επιτυγχάνεται η εκκίνηση μιας εξωλέμβιας μηχανής;

Απάντηση:

• Με ποια συστήματα επιτυγχάνεται η εκκίνηση μιας εξωλέμβιας μηχανής;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η εκκίνηση μιας εξωλέμβιας μηχανής επιτυγχάνεται με δύο διαφορετικά συστήματα, ανάλογα με το μέγεθος και την ισχύ του κινητήρα (ο κατάλογος κινητήρων των περισσότερων κατασκευαστών κυμαίνεται από 50 έως 2200 c.c. περίπου, με ισχύ από 1 έως και 130 ίππους). Στους μικρότερους κινητήρες, η εκκίνηση γίνεται μηχανικά: με απότομο τράβηγμα (ξετύλιγμα) ενός σχοινιού, το οποίο είναι ήδη τυλιγμένο πάνω από το σφόνδυλο (βολάν) μέσα σε ένα τύμπανο, μέσω ενός μηχανισμού περιτύλιξης — το απότομο αυτό τράβηγμα κάνει το βολάν της μηχανής να περιστραφεί, με αποτέλεσμα να ενεργοποιείται ο μηχανισμός της ανάφλεξης και να ξεκινά ο κινητήρας. Οι περισσότεροι, όμως, κινητήρες ισχύος άνω των 5 ή 6 ίππων διαθέτουν ηλεκτρικό εκκινητήρα (μίζα), ο οποίος, σε αρκετές περιπτώσεις, παρουσιάζει πολύ λίγες διαφορές σε σχέση με το αντίστοιχο σύστημα εκκίνησης ενός αυτοκινήτου, λειτουργώντας με τη βοήθεια μπαταρίας, ρελέ μίζας και ηλεκτροκινητήρα (μίζας) που περιστρέφει το βολάν μέσω πλανητικού γραναζιού.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Μικροί κινητήρες: μηχανικό σχοινί/τύμπανο περιτύλιξης· κινητήρες >5-6 ίππων: ηλεκτρικός εκκινητήρας (μίζα), όπως στα αυτοκίνητα