DIESEL PART ΙII

Ξεκινώντας από τη χαμηλή πίεση

Από τα προηγούμενα μέρη της σειράς μας, δύο νομίζω πως ήταν τα κύρια δεδομένα που θα σας έχουν μείνει: πρώτον, πως η σωστή και αποδοτική καύση του πετρελαίου θέλει ...μαεστρία και δεύτερον, πως τα bar της πίεσης είναι πολλά, πάρα πολλά! Φτάνουμε λοιπόν σήμερα στο σημείο να ψάξουμε πως στο καλό τα δημιουργούμε αυτά τα τερατώδη bar. Ξεκινάμε από το «θέσφατο» πως η απλή (και φτηνή) παραδοσιακή ηλεκτρική αντλία καυσίμου, την οποία ακούμε από την μεριά του ρεζερβουάρ όταν γυρνάμε το διακόπτη της μίζας στη πρώτη σκάλα, από μόνη της «δεν κάνει»: απορρίπτεται από τα αποδυτήρια, αφού δεν μπορεί να έχει την ισχύ που θα μεταφέρει στο ρευστό την, μεταφρασμένη σε πίεση και παροχή, ενέργεια. Η λύση που μένει είναι η εξής μία: μηχανική αντλία καυσίμου.

Αλλά για να το πάρουμε απο την αρχή «τεχνολογικά», μια φορά και ένα καιρό η λύση που είχε υιοθετηθεί ήταν ο ψεκασμός του εν λόγω καυσίμου μέσω παλμών πεπιεσμένου αέρα, μέθοδος που δεν περπάτησε μακριά αφού θέματα στεγανότητας και κακής ποιότητας ανάμιξης ήταν πανταχού παρόντα. Η καθιέρωση των μηχανικών αντλιών για να φτάσει το πετρέλαιο με ενδεδειγμένη πίεση στα μπεκ ήταν η λύση του γρίφου, αλλά αλήθεια τι ακριβώς εννοούμε όταν μιλάμε για «μηχανική» αντλία? Εννοούμε πως παίρνουν κίνηση από τον κινητήρα και κατά κανόνα από τον εκκεντροφόρο. Φυσικά και πολύ σωστά θα πείτε «ρε μπάρμπα αφού και ο εκκεντροφόρος από τον στρόφαλο παίρνει κίνηση» και φυσικά και θα έχετε δίκιο, απλά λόγω της χωροταξίας και της παραδοσιακής θέσης των μηχανικών αντλιών πετρελαίου πιο κοντά στην κεφαλή του μοτέρ, έχει επικρατήσει να θεωρούμε τον εκκεντροφόρο ως «κινητήρια πηγή», παρά τον στρόφαλο. Σε κάθε περίπτωση όμως, αφού μιλάμε για «προσκόλληση» της αντλίας στο χώρο του κινητήρα, πως φτάνει και κάνει νωρίτερα όλη αυτήν την διαδρομή από το ντεπόζιτο (δηλαδή πιο πίσω και χαμηλότερα) στην μηχανική αντλία το καύσιμο?

Εδώ υπεύθυνο είναι το λεγόμενο κύκλωμα «χαμηλής πίεσης» τροφοδοσίας πετρελαίου, μαέστρος του οποίου είναι ακριβώς αυτή η μικρότερη -και αδύναμη για να πάρει όλο το βάρος μόνη της- αντλία που αναφέραμε πιο πάνω, η ηλεκτρική δίπλα / πάνω / μέσα στο ντεπόζιτο. Δουλειά της είναι να σπρώχνει το καύσιμο στην είσοδο της κύριας μηχανικής αντλίας μπροστά, έτσι ώστε όταν η δεύτερη το παραλαμβάνει για να του ανεβάσει την πίεση (πολύ) περαιτέρω, αυτή να έχει να ξεκινήσει την δουλειά από μία συμπαθητική αρχική πίεση και όχι από το «μηδέν». Ουσιαστικά δηλαδή, και σε σχέση με την κύρια μηχανική αντλία πετρελαίου, η «βοηθητική» του κυκλώματος χαμηλής πίεσης αποτελεί έναν κυκλοφορητή που πρέπει να υπερνικήσει τις συνολικές ρευστομηχναικές απώλειες της ροής στο κομμάτι του κυκλώματος τροφοδοσίας από το ρεζερβουάρ μέχρι την είσοδο της μηχανικής αντλίας.

Η βοηθητική αντλία αφενός δεν είναι πάντα ηλεκτρική και αφετέρου πίσω στο ντεπόζιτο: σε πολλες εφαρμογές είναι και αυτή εμπρός στον κινητήρα, σε ένα κοινό σώμα με την κύρια αντλία και απλά «τραβάει» το καύσιμο από το ντεπόζιτο μέχρι το στόμιο εισόδου της κύριας. Σε αυτή τη διάταξη μιλάμε δηλαδή για μηχανικού τύπου αντλίες και για την κύρια και για την βοηθητική, αφού και οι δύο από τον εκκεντροφόρο / στρόφαλο παίρνουν κίνηση. Η βοηθητική μηχανικού τύπου αντλία χαμηλής πίεσης λειτουργεί με εμβολάκι και διάφραγμα που παλινδρομεί μέσω ε­λα­τη­ρί­ου ε­πα­να­φοράς. Πιο ε­ξε­λιγ­μέ­νες θεωρούνται οι α­ντλί­ες με δι­πλό διά­φραγ­μα (βλ. δυνατότητα με­γα­λύ­τε­ρης πίεσης, αλ­λά και αξιοπιστίας). Πολλές διατάξεις diesel διαθέτουν ταυτόχρονα και τους δύο τύπους βοηθητικών (ή «προτροφοδοσίας» όπως συχνά απαντώνται στην βιβλιογραφία) αντλιών, δηλαδή το κύκλωμα τροφοδοσίας έχει συνολικά τρεις αντλίες: την ηλεκτρική βοηθητική στο ντεπόζιτο, την μηχανική βοηθητική εμπρός, πρόσωπο με την κύρια και φυσικά την κύρια. Σε αυτήν την triplex διάταξη, οι δύο βοηθητικές μοιράζονται την άνοδο της πίεσης στο κύκλωμα χαμηλής.

Και με τον καθαρισμό του πετρελαίου από τη γνωστή στερεά μούργα σωματιδίων, τι γίνεται? Φίλτρο πετρελαίου είναι το όνομα μου και δουλειά μου είναι να σας προστατέψω από πρατηριούχους ελευθέρων ηθών και βυτία αμφιλεγόμενης υγιεινής. Στην κλασική διάταξη, με την κύρια και βοηθητική «σιαμαίες», με­τα­ξύ των δύο αντλιών είναι που πα­ρεμ­βάλ­λε­ται συ­νή­θως το (κύριο) φίλ­τρο του πε­τρε­λαί­ου. Αυτό δεν διαφέρει ιδιαίτερα α­πό ένα αντίστοιχο βεν­ζι­νο­κι­νη­τή­ρα (αν και τα τελευταία χρόνια έχουν παρουσιαστεί και βαρβάτα «ενεργά» φίλτρα πετρελαίου με έμφαση στην κατακράτηση νερού και με κλειστό βρόγχο ελέγχου τους, θα τα δούμε σε επόμενη συνέχεια, όταν θα δούμε τις πλεόν πρόσφατες εξελίξεις στους diesel). Υπάρχουν συγκεκριμένες νόρμες (και ISO) για την κατακράτηση σωματιδίων που μπορεί να ξεκινάνε από προαπαιτούμενο ποσοστό κατακράτησης της τάξεως του 85%, ποσοστό το οποίο μπορεί να φτάσει και το 99% στα πιο αυστηρά του, ενώ για την κατακράτηση νερού τα ποσοστά παίζουν χαλαρά στο 90-95%. Α­νά­λο­γα με την φορά της ρο­ής του πε­τρε­λαί­ου μέσα τους, τα φίλτρα πετρελαίου τώρα μπορούν να χωριστούν σε «κα­θέ­του ρο­ής» (α­νο­δι­κά ή κα­θο­δι­κά) ή στα πιο συ­νη­θι­σμέ­να «cross flow» φίλ­τρα (έ­ξο­δος του καυ­σί­μου α­πέ­να­ντι α­πό την εί­σο­δο). Μιλήσαμε αμέσως πριν για το «κύριο» φίλτρο πετρελαίου, άρα ήδη υποπτεύεται κανείς πως, όπως και στην περίπτωση των αντλιών, υπάρχει και «βοηθητικό» ή «προκαταρκτικό». Αυ­τό εί­ναι μι­κρότερο φίλ­τρο από το κύριο και βρίσκεται είτε α­μέ­σως με­τά το ρε­ζερ­βουάρ (αν δεν υπάρχει επιπλέον ηλεκτρική βοηθητική στο ντεπόζιτο), είτε μέσα στο ντεπόζιτο, στην αναρρόφηση της ηλεκτρικής αντλίας (στη περίπτωση που αυτή υφίσταται), αλλά σε κάθε περίπτωση πριν τις δύο α­ντλί­ες του μηχανοστασίου: έ­χει κα­θα­ρά επικουρικό ρό­λο, κα­τα­κρα­τώντας μό­νο με­γά­λες σχετικά σταγό­νες νε­ρού και κόκ­κους σω­μα­τι­δί­ων με­γά­λης δια­μέτρου.

Ήδη έχουμε αναφέρει την ύπαρξη νερού στο πετρέλαιο δύο φορές σήμερα ως «κακό» και όχι τυχαία: η  παρουσία νερού / υδάτινου διαλύματος στο πε­τρέ­λαιο, λό­γω των με­γά­λων πιέ­σε­ων που α­να­πτύσ­σο­νται στη γραμ­μή τρο­φο­δο­σί­ας, μπο­ρεί να α­πο­βεί κα­τα­στρο­φι­κή στέλνοντας στον αγύριστο τις α­ντλί­ες και τα μπεκ. Ένα βασικό λειτουργικό χα­ρα­κτη­ρι­στι­κό των μη­χα­νι­κών α­ντλιών βεν­ζί­νης εί­ναι η με­τα­βλη­τή πα­ρο­χή τους ανάλογα με το ρυθμό περιστροφής τους, κάτι που ται­ριά­ζει απόλυτα με τα γενικά χα­ρα­κτη­ρι­στι­κά λει­τουρ­γί­ας του πε­τρε­λαιο­κι­νη­τή­ρα που είδαμε αναλυτικά σε όλες τις προηγούμενες συνέχειες. Εξαιτίας αυτού του γεγονότος, υπάρχει η δυ­να­τό­τη­τα ε­λέγχου της πο­σό­τη­τας που μπο­ρεί να πα­ρέ­χει η α­ντλί­α σε σχέ­ση με τις α­παι­τούμε­νες κά­θε φο­ρά α­νά­γκες του κι­νη­τή­ρα. Πριν περάσουμε -τον επόμενο μήνα- στα πλέον σύγχρονα common rail συστήματα, που όλο και περισσότερο ακούτε τα τελευταία χρόνια, θα πρέ­πει οπωσδήποτε να δούμε πρώτα τα συ­στή­μα­τα τρο­φο­δο­σί­ας υ­ψη­λής πί­ε­σης «με α­ντλί­α σε σει­ρά» συν­δε­δε­μέ­νη στο κύ­κλω­μα, διάταξη που όχι μόνο κυ­ριάρ­χησε στους diesel για δεκαετίες, αλλά χρη­σι­μο­ποιείται ακό­μη σε πιο low end εφαρμογές.

Κάν’ το σειριακά: μη­χα­νι­κές α­ντλί­ες σε σει­ρά

Παραδοσιακά ο πιο κοινός τύπος αντλίας πετρελαίου είναι (αν και σε λίγα χρόνια θα λέμε «ήταν») οι «μηχανικές σε σειρά» (κλασικοί κατασκευαστές του είδους είναι η Bosch και η Lucas). Όπως ίσως ήδη καταλάβατε από την ονομασία τους, έχουν ένα βασικό μειονέκτημα: κάθε κύλινδρος του κινητήρα (και εδώ γενικώς δεν μιλάμε για μονοκύλινδρα μοτέρ!) απαιτεί την δικιά του ξεχωριστή αντλία, δηλαδή πρέπει να διαθέτουμε π.χ. τέσσερα τέτοια υποσυστήματα για ένα τετρακύλινδρο μοτέρ. Βασική ιδέα πίσω από την διάταξη, είναι πως κά­θε μπεκ να τρο­φο­δο­τείται α­πό τη δι­κή του γραμ­μή καυ­σί­μου και επομένως και με την ανά πάσα στιγμή κα­τάλ­λη­λη πί­εση στο καθένα (πείτε το “uncommon rail” για την ώρα, αν σας βολεύει!). Φαινομενικά η λειτουργία μιας τέτοιας αντλίας είναι απλή, αλλά τα φαινόμενα απατούν: πρό­κει­ται για έ­ναν υ­δραυ­λι­κό κύ­λιν­δρο με έμβολο που πα­λιν­δρομεί μέ­σα-έ­ξω, α­κο­λου­θώ­ντας το πε­ρί­γραμ­μα της πε­ρι­φέ­ρειας ενός έκ­κε­ντρου συγκεκριμένων για κάθε εφαρμογή γεωμετρικών χαρακτηριστικών. Και ενώ η σταθερή αυτή δια­δρο­μή του εμ­βό­λου στο ε­σω­τε­ρι­κό της α­ντλί­ας δεν αλλάζει, η πα­ρο­χή καυσίμου μπο­ρεί να μεταβάλλεται ε­ξαι­τί­ας της ει­δι­κής διαμόρ­φω­σης του εν λόγω εμ­βό­λου το οποίο δια­θέ­τει ε­γκο­πές, ώ­στε κα­τά την προς τα πά­νω κί­νη­σή του να α­πο­κα­λύ­πτει μία θυ­ρί­δα ε­ξα­γω­γής α­πό ό­που και α­πο­βάλ­λε­ται το ε­πι­πλέ­ον καύ­σι­μο. Οι ε­γκο­πές αυτές έ­χουν ε­λι­κο­ει­δή χάρα­ξη και όχι γραμμική, κάτι που σημαίνει πως καθώς πε­ριστρέφεται το έμβολο γύ­ρω α­πό τον ά­ξο­νά του κα­τά με­ρικές μοί­ρες, κά­θε φο­ρά θα α­πο­κα­λύ­πτεται η προαναφερθείσα θυ­ρί­δα ε­ξα­γω­γής του πλε­ο­νά­ζο­ντος καυ­σί­μου σε δια­φο­ρε­τι­κό ση­μεί­ο της δια­δρο­μής του. Για να το πούμε πιο απλά, α­κό­μα και αν μιλάμε για ί­διες στρο­φές πε­ρι­στρο­φής του κι­νη­τή­ρα, η πα­ρο­χή και η πί­ε­ση του καυ­σί­μου που ο­δη­γεί­ται στο μπεκ μπο­ρεί να διαφέρει. Όπως αναφέραμε πεταχτά και πιο πάνω, αυ­τό εί­ναι όχι μόνο επιθυμητό σε έναν diesel, αλλά και α­πα­ραί­τη­το, α­φού για έ­να συ­γκε­κρι­μέ­νο ρυθ­μό πε­ρι­στρο­φής οι α­νά­γκες σε καύ­σι­μο δεν εί­ναι πάντα ί­διες αλ­λά ε­ξαρ­τώ­νται α­πό το φορ­τί­ο του κι­νη­τή­ρα (πρα­κτι­κά α­πό το πό­σο πα­τά­με το πε­ντάλ του γκα­ζιού, αφού θυμίζουμε πως ασχέτως της απουσίας πεταλούδας στην εισαγωγή, το φορτίο ερμηνεύεται σε παροχή καυσίμου). Π.χ. ενώ με 3000rpm και τρί­τη σχέ­ση στο κι­βώ­τιο, σε ε­πί­πε­δο δρό­μο, α­πλά θα πατάτε λίγο το γκά­ζι για να δια­τη­ρήσε­τε τα­χύ­τη­τα 75km/h, σε α­νη­φο­ρι­κό δρό­μο θα χρεια­στεί να πατά­τε το δεξί πεντάλ παραπάνω για να μπορέσετε να δια­τη­ρή­σε­τε τα ί­δια χι­λιό­με­τρα. Σε αυτά τα δύο σενάρια λοιπόν, πα­ρά τις ίδιες στρο­φές στον κι­νη­τή­ρα, οι α­νά­γκες του σε καύ­σι­μο δεν εί­ναι οι ί­διες.

Αν πάτε τη σκέψη σας ένα βήμα παραπέρα, θα συνειδητοποιήσετε πως αυ­τός ο τύ­πος α­ντλί­ας πετρελαίου φέρνει πολύ σε τρόπο λειτουργίας στον ί­διο τον κι­νη­τή­ρα: έχουμε έμβολο, το οποίο α­νε­βο­κα­τε­βαί­νει αναπτύσσοντας πί­ε­ση όπως ακριβώς και το έμ­βο­λο στο θά­λα­μο καύ­σης. Κα­θώς οι στρο­φές του κι­νη­τή­ρα ανεβαίνουν (και μα­ζί τους και οι α­νά­γκες σε καύ­σι­μο όπως είδαμε), το έμ­βολο της α­ντλί­ας κι­νεί­ται ό­λο και γρη­γο­ρό­τε­ρα ώ­στε να πα­ρέ­χει πί­ε­ση για τους α­πα­ραί­τη­τους και όλο και συχνότερους πλέον χρονικά ψε­κα­σμούς του μπεκ. Κα­θώς ό­μως ο δια­θέ­σι­μος χρό­νος για ψε­κα­σμό ο­λο­έ­να και μειώ­νε­ται με την ά­νο­δο των στρο­φών (βλ. Part I), α­κό­μα και αν το έμ­βο­λο της α­ντλί­ας εί­ναι γεωμετρικά σε θέ­ση που ε­ξα­σφα­λί­ζει μέ­γι­στη πα­ρο­χή μέσω των σχετικών θυρίδων, από κάποιο σημείο και μετά ε­ξα­ντλού­νται οι ρευστομηχανικές ι­κα­νό­τη­τες της α­ντλί­ας και από εκεί και πάνω ο κι­νη­τή­ρας δεν μπο­ρεί να α­πο­δώ­σει. Και τι θα γίνει αν κλείσει η γραμμή επιστροφής α­πό την κα­τάλ­λη­λη θέ­ση του εμ­βό­λου της α­ντλί­ας? Η δημιουργούμενη αύ­ξη­ση της πί­ε­σης μπορεί να έ­χει ως συ­νέπεια διαρ­ρο­ή και στη χειρότερη περίπτωση το «αλητήριο» αυτό καύ­σι­μο που διέρευσε βολτάρει στο χώ­ρο του κι­νη­τή­ρα, (βλ. χοντρό πρόβλημα λόγω κιν­δύ­νου α­νά­φλε­ξης στο μηχανοστάσιο). Αλ­λά α­κό­μα κι αν η διαρ­ρο­ή περιοριστεί στο ε­σω­τε­ρι­κό της α­ντλί­ας, τό­τε λογικό είναι να χά­νε­ται ο α­κρι­βής έ­λεγ­χος της πο­σό­τη­τας του καυ­σί­μου που ψε­κά­ζε­ται στον κύ­λιν­δρο: αυτό επιφέρει ένα κάρο πιθανά σενάρια δυσλειτουργίας, από α­πώ­λεια ι­σχύ­ος μέ­χρι α­δυ­να­μί­α αυ­τα­νά­φλε­ξης του μίγματος. Η εν λόγω διατάξη αντλιών έχει και άλλα μειο­νε­κτή­μα­τα, ε­κτός αυτών που μόλις περιγράψαμε, αλλά και της απαίτησης ξεχωριστής α­ντλί­ας σε κά­θε μπεκ: μη αμελητέα εί­ναι και η κα­τα­πό­νη­ση του εκ­κε­ντρο­φό­ρου που, ε­κτός α­πό τις βαλ­βί­δες που ήδη ενεργοποιεί, κα­λεί­ται επιπλέον να κι­νεί και τα έμ­βο­λα των επιμέρους α­ντλιών. Αθροιστικά τα κι­νού­με­να μη­χα­νι­κά μέρη εί­ναι μπόλικα, οπότε α­να­πτύσ­σο­νται ανάλογες α­δρα­νεια­κές δυ­νά­μεις που συ­νε­πά­γο­νται απώλεια ενέργειας μέσω τριβών. Ο όγκος της όλης διάταξης επίσης δεν είναι μικρός και καταλαμβάνει γενναίο μέρος του μηχανοστασίου.

Αντλία ala ντιστριμπιτέρ...

...ή αλλιώς ας μιλήσουμε για τις «περιστροφικές αντλίες πετρελαίου». Το πρώτο και κύριο πλεονέκτημα τους είναι ότι απαιτείται μόνο μία τέτοια σε κάθε πολυκύλινδρο μοτέρ diesel, γι’ αυτό και ονομάζονται άλλωστε «α­ντλί­ες-δια­νο­μείς» («distributor pumps»): η αρ­χή λει­τουρ­γί­ας τους βα­σί­ζε­ται στην πε­ρι­στρο­φι­κή κί­νη­ση ε­νός κε­ντρικού στε­λέ­χους, όπου κα­τά την πε­ρι­στρο­φή του εν λόγω στε­λέ­χους δυο κι­νη­τά έμ­βο­λα ε­κτελούν πα­λιν­δρο­μι­κή κί­νη­ση κα­θώς βρί­σκο­νται σε ε­πα­φή με το ε­σω­τε­ρι­κό μέ­ρος του κε­λύ­φους, που έ­χει α­νά­γλυ­φο σχή­μα με λο­βούς. Και σε αυτήν την κατηγορία η κί­νη­ση με­τα­δί­δε­ται μηχανικά α­πό τον εκ­κε­ντρο­φό­ρο, με το καύ­σι­μο να διο­χε­τεύ­ε­ται στα μπεκ α­πό τις κα­τάλ­λη­λες ο­πές που βρίσκονται στο κέ­λυ­φος της α­ντλί­ας. Φυσικά, εφόσον εδώ έχουμε να κάνουμε με μια και μόνο α­ντλί­α για ό­λα τα μπεκ, οι ο­πές δια­φυ­γής του πε­τρε­λαί­ου στο κέ­λυ­φος τις αντλί­ας εί­ναι πε­ρισ­σό­τε­ρες α­πό μια και ί­σες στον α­ριθ­μό με το πλή­θος των μπεκ. Το επιπλέον πλε­ο­νέ­κτη­μα αυτών των α­ντλιών εί­ναι το μι­κρό τους κό­στος συ­γκριτι­κά με το αντίστοιχο αθροιστικό κόστος της διάταξης α­ντλιών σε σει­ρά που α­να­φέρ­θη­κε προ­η­γου­μέ­νως, ε­νώ σε αντίθεση με τις τελευταίες κα­τα­λαμ­βάνουν αναλογικά πο­λύ μι­κρό­τε­ρο ό­γκο και εί­ναι α­πλού­στε­ρες στην κα­τα­σκευ­ή. Επίσης, τα κι­νού­με­να μη­χα­νι­κά μέ­ρη εί­ναι λι­γό­τε­ρα συνολικά και λό­γω πε­ρι­στρο­φής δεν α­να­πτύσσο­νται τό­σο με­γά­λες α­δρα­νεια­κές δυ­νά­μεις. Όλα ανθηρά και ρόδινα λοιπόν με αυτή τη κατηγορία αντλίων πετρελαίου? Όχι βέβαια, αυτό δεν ισχύει ποτέ και πουθενά! Ένα με­γά­λο τους μειο­νέ­κτη­μα εί­ναι ό­τι δεν μπο­ρούν να α­να­πτύ­ξουν με­γά­λες πιέ­σεις χω­ρίς να υ­πάρ­ξουν προ­βλή­μα­τα διαρ­ρο­ών και τέ­τοιου τύ­που α­ντλί­ες πρωτοχρη­σι­μο­ποι­ή­θη­καν σε πε­τρε­λαιο­κι­νη­τή­ρες ά­με­σου ψε­κα­σμού μόλις κάποια χρόνια πριν, όταν βελ­τιώ­θη­κε η α­ξιο­πι­στί­α τους σε λει­τουρ­γί­α υ­πό πιο υ­ψη­λές πιέ­σεις.

Επόμενη διαδρομή: από την αντλία στο μπεκ

Όσο παντοδύναμη και να είναι μία αντλία πετρελαίου απο πλευράς χαρακτηριστικών πίεσης και παροχής, από μόνη της δεν αρκεί για να καλύψει όλα τα τερτίπια και τα πιθανά προβλήματα που α­ντι­με­τω­πί­ζουν γενικώς οι πε­τρε­λαιο­κι­νη­τή­ρες και που είδαμε διεξοδικά τους προηγούμενους μήνες. Ε­ξί­σου ση­μα­ντι­κά εί­ναι και ό­λα τα επιμέρους στοι­χεί­α του κυκλώματος που πα­ρεμ­βάλ­λο­νται με­τα­ξύ της (όποιας) α­ντλί­ας και των μπεκ ψεκασμού, αφού η γραμ­μή τρο­φο­δο­σί­ας («rail») του κά­θε κυ­λίν­δρου θα πρέ­πει να ε­ξα­σφα­λί­ζει συ­νε­χή τρο­φο­δο­σί­α κατά τα προβλεπόμενα χω­ρίς αυ­ξο­μειώ­σεις στην πα­ρο­χή ή την πί­ε­ση, που θα έθεταν την λειτουργία όλου του μοτέρ σε καθεστώς αβεβαιότητας. Σε έ­να τυ­πι­κό τε­τρά­χρο­νο (όπως θα δούμε σε ειδικό παράρτημα αργότερα υπάρχουν και δίχρονοι, και μάλιστα τέτοιοι είναι κατά βάση η πελώριοι ναυτικοί!) κι­νη­τή­ρα diesel, η α­ντλί­α πετρελαίου κι­νεί­ται με τη μι­σή τα­χύ­τη­τα πε­ρι­στρο­φής του κι­νη­τή­ρα, αφού γενικώς η κίνηση μεταδίδεται από τον εκκεντροφόρο. Έλα όμως που σε κάθε περίπτωση και όπως λογικά θα περίμενε κανείς, η κί­νη­σή της πρέ­πει να εί­ναι συ­νε­χής, χω­ρίς αλ­λα­γές στην τα­χύ­τη­τά της α­νε­ξάρ­τη­τα α­πό τις όποιες δια­κυ­μάν­σεις στη ρο­πή του κι­νη­τή­ρα κα­τά την κί­νη­ση σε πραγ­μα­τι­κές συν­θήκες. Με άλλα λόγια είναι απολύτως ε­πι­θυ­μη­τή μια ό­σο το δυ­να­τόν πιο στα­θε­ρή λει­τουρ­γί­α της α­ντλί­ας μας, πάντα με ο­μα­λές με­τα­βο­λές κα­τά την αυ­ξο­μεί­ω­ση των στρο­φών. Δεν είναι τυχαίο πως για να μην υπάρχει πε­ρί­πτω­ση να αλ­λοιω­θεί η σχέ­ση με­τά­δο­σης, ο μη­χα­νι­σμός που δί­νει την κί­νη­ση στην α­ντλί­α α­πο­τε­λείται συνήθως εί­τε α­πό γρα­νά­ζια, είτε από ο­δο­ντω­τή α­λυ­σί­δα. Μπορεί να συναντήσετε και ο­δοντω­τούς ι­μά­ντες, αλλά τότε οπωσδήποτε θα είναι ιδιαίτερα με­γά­λου πά­χους και α­ντο­χής με ι­σχυ­ρό μη­χα­νι­σμό τά­νυ­σης.

Αλλά ας πάμε και στη ρευστομηχανική και θερμοδυναμική του πετρελαίου καθαυτού, όταν βρίσκεται μέσα στη γραμμή τροφοδοσίας από την αντλία προς το μπεκ υπό τις «τρομακτικές» τιμές πιέσεων που έχουμε αναφέρει. Η πρακτική φυσική μας λέει πως μεταξύ των ρευστών, υγρά και αέρια, τα πρώτα είναι ασυμπίεστα (δεν μεταβάλλεται ο ογκός τους υπό πίεση) ενώ τα δεύτερα συμπιεστά. Σωστά? Αν μιλάμε για ανθρώπινες πιέσεις (π.χ. στους τυπικούς βενζινοκινητηρες έμμεσου ψεκασμού), πρακτικά ναι. Αλλά επειδή εδώ στα diesel μόνο με ανθρώπινες πιέσεις δεν έχουμε να κάνουμε, τα πράγματα αλλάζουν. Μια αύ­ξη­ση της πί­ε­σης π.χ. της τά­ξης των 180bar προ­κα­λεί μεί­ω­ση 1% του πε­τρε­λαί­ου κατ’ ό­γκο, τιμή διόλου ευκαταφρόνητη ποσοτικά, ενώ α­πό την άλ­λη μια αύ­ξη­ση της θερ­μο­κρασί­ας κα­τά 10 βαθ­μούς αυ­ξά­νει τον ό­γκο του πε­τρε­λαί­ου κα­τά ε­πί­σης 1%, γεγονός ανεπιθύμητο. Η συμπεριφορές αυτές του πετρελαίου στην μεταβολή του όγκου στην πρά­ξη δεν εί­ναι αυτές οι οποίες μας απασχολούν περισσότερο: το με­γα­λύ­τε­ρο πρό­βλη­μα προ­έρ­χε­ται α­πό τις υ­ψη­λές πιέ­σεις μεν, αλ­λά δεν έ­χει να κά­νει τόσο με τον ό­γκο, όσο με τα κύ­μα­τα (συντονισμός παλμών) πί­ε­σης που δη­μιουρ­γού­νται μέ­σα στον α­γω­γό τρο­φο­δο­σί­ας α­πό την α­ντλί­α μέ­χρι τα μπεκ και τα ο­ποί­α τα­ξι­δεύ­ουν με την τα­χύ­τη­τα του ή­χου στο δεδομένο μέσο (για περισσότερα για την φυσική πίσω από αυτό σας παραπέμπω σε παλαιότερο Know How περι εισαγωγής). Μπορεί έ­τσι κα­τά μή­κος του α­γωγού να δημιουργηθεί αισθητή δια­φο­ρά πί­ε­σης, πράγμα που ε­πη­ρε­ά­ζει άμεσα και την α­κρί­βεια του χρό­νου ψε­κα­σμού και το σωστό timing του. Τα κύ­μα­τα που δη­μιουρ­γού­νται μέ­σα στον α­γω­γό τροφοδοσίας μετά την αντλία μπο­ρεί να α­να­κλα­στούν στο μπεκ αν είναι κλειστό, ή αν εί­ναι α­νοι­χτό να ε­πη­ρε­ά­σουν τη πα­ρο­χή του, α­φού το καύ­σι­μο θα ψε­κά­ζε­ται με διαφορετική πί­ε­ση. Δεδομένου πως ο ψε­κα­σμός διαρ­κεί με­ρι­κά milliseconds, ακόμα κι έτσι τα εν λόγω κύ­μα­τα έ­χουν τον χρό­νο για να α­να­κλαστούν μέ­σα στον α­γω­γό και να τα­ξι­δέ­ψουν κα­τά μή­κος του πέρα δώθε πολ­λάκις. Η εκάστοτε μοριακή συνε­κτι­κό­τη­τα της μάζας του καυ­σί­μου ε­ξο­μα­λύ­νει λί­γο αυ­τές τις δια­κυ­μάν­σεις της πί­ε­σης, αλλά και πάλι το­πι­κά η πί­ε­ση μέ­σα στο κάθε rail μπο­ρεί να ξε­πε­ρά­σει πο­λύ την ο­νο­μα­στι­κή πί­εση λει­τουρ­γί­ας του συ­στή­μα­τος, ε­νώ το ίδιο μπορεί να συμβεί και με την διάρ­κεια του ψε­κα­σμού. Φυσικά η λειτουργία υπό αυτό το καθεστώς παρατεταμένα έχει αρνητικές συ­νέ­πειες όπως η υ­ψη­λή κα­τα­νά­λω­ση καυ­σί­μου, η εμφάνιση του γνωστού στα πετρέλαια μαύρου κα­πνού και μακροπρόθεσμα ο σχη­μα­τι­σμός επικα­θί­σεων σω­μα­τι­δί­ων άν­θρα­κα στις πολύ ντελικάτες οπές του μπεκ.

Και τι μπορούμε να κάνουμε για όλα αυτά?

Ό­λα τα πα­ρα­πά­νω «θεματάκια» τα γνώριζαν ανέκαθεν καλά οι κατασκευαστές, αλ­λά με τις παραδοσιακές τεχνολογικές λύσεις κα­τά­φεραν να τα περιορίσουν, η εξάλειψη τους ήταν άλλη υπόθεση, δυσκολότερη. Για παράδειγμα, υπάρχει το δεδομένο πως πάντα κα­τά τη ρο­ή του καυ­σί­μου πα­ρα­τη­ρεί­ται μια υ­στέ­ρη­ση, έ­να “lag καυσίμου”. Για να αντιμετωπιστεί αυτό και προ­κει­μέ­νου να έχουμε ορθή καύ­ση σε ό­λους τους κυ­λίν­δρους, κοιτάμε ό­λοι οι α­γω­γοί που κα­ταλή­γουν στα μπεκ να έ­χουν το ί­διο μή­κος: το lag έτσι θα υπάρ­χει σε ό­λους τους κυ­λίν­δρους και εί­ναι ευκολότερο να λη­φθεί υπό­ψη “ολικά” από ότι ξεχωριστά για κάθε κύλινδρο / αγωγό. Ωστόσο, με τις αυ­ξο­μειώ­σεις της πί­ε­σης που αναφέραμε η λύ­ση, δεν εί­ναι εύ­κο­λη και αναγκαστικά δύο δρόμοι υπάρχουν μόνο. Ο πρώτος είναι να μειώσουμε την πίεση, κίνηση κόντρα σε κάθε έννοια βελτίωσης της καύσης και της ανάφλεξης για τους λόγους που είδαμε αναλυτικά στις προηγούμενες συνέχειες και αφορούν τον διασκορπισμό του καυσί­μου σε μι­κρά στα­γο­νί­δια, επομένως απορρίπτεται ο κύριος. Η δεύτερη λύ­ση είναι να μειώσουμε το μή­κος των α­γω­γών, κί­νη­ση που έχει καλύτερο α­πο­τέ­λε­σμα και αυτός είναι βασικός λόγος που οι πε­ρισ­σό­τε­ρες α­ντλί­ες πε­τρε­λαί­ου στην αυ­το­κι­νη­το­βιο­μη­χα­νί­α εί­ναι της μορ­φής υ­δραυ­λι­κού κυ­λίν­δρου που είδαμε δίπλα στα μπεκ και ό­χι πε­ρι­στρο­φι­κές. Φυσικά οι κα­τα­σκευα­στές δεν πε­ριο­ρί­στη­καν στις πα­ρα­πά­νω λύ­σεις, αφού το να μικρύνει το μή­κος των γραμ­μών τρο­φο­δο­σί­ας δεν είναι ότι ευκολότερο χω­ρο­τα­ξι­κά, ενώ το ιδανικό, αν τελικά μειωνόταν η πί­ε­ση στο κύ­κλω­μα τρο­φο­δο­σί­ας, ήταν να μη χα­θεί η ι­κα­νό­τη­τα “λε­πτού” διασκορ­πι­σμού του μίγ­μα­τος.

Να δεις τι σου ΄χω για μετά

Σε όλα αυτά τα παραπάνω μικρότερα ή μεγαλύτερα θέματα, ή τέλος πάντων στην αιώνια ανάγκη για ακόμα αποδοτικότερο σύστημα τροφοδοσίας, η απάντηση που δόθηκε από τους κατασκευαστές ακούει στο όνομα «common rail». Στην προηγούμενη δεκαετία έγινε το μεγάλο μπαμ με αυτά τα συστήματα δια­χεί­ρι­σης του πε­τρε­λαί­ου και, ως συνήθως, η ανάπτυξη της η­λε­κτρο­νι­κής ήταν αυτή που προσέφερε τη δυ­νατό­τη­τα να ε­λέγ­χεται με τρομερή α­κρί­βεια ο ψε­κα­σμός και κα­τ΄ επέκταση η καύ­ση του πε­τρε­λαί­ου, χω­ρίς να υ­πάρ­χουν προ­βλή­μα­τα α­πό την πολύ υ­ψη­λή πί­ε­ση.

Πέραν των common rail, επί των diesel έχουμε να πούμε πολλά και για τα μπεκ αλλά και για την διαχείριση της εξαγωγής και των εκπομπών της, τομέας που τα τελευταία χρόνια με τα Euro 5 και πολύ σύντομα με τα Euro 6 συστήματα, έχει πολύ ψωμί. Είτε με βενζίνη, είτε με πετρέλαιο.