Diesel Part ΙV

Ωραίες οι ιστορίες συστημάτων ψεκασμού Diesel που ειδαμε τον προηγούμενο μήνα, αλλά είναι ολίγον τι ...παλαιομοδίτικες: συναντώνται ακόμα κατά κόρον στα επαγγελματικά οχήματα (και στον όρχο οχηματων της μονάδας σας παλιοψάρουκλες!), αλλά στα σύγχρονα επιβατικά υπάρχει ένας και μόνο μοντέρνος πρωταγωνιστής, το «common rail». Είναι η τεχνολογία πίσω από την οποία όχι μόνο κρύβεται η εδραίωση των dieselστις σύγχρονες πωλήσεις της αυτοκινητοβιομηχανίας, αλλά και η τεχνολογία που τεχνικά έβαλε τα γυαλιά στις «βένζινες», αναγκάζοντας τις, αφού είχαν μείνει δέκα χρόνια πίσω σε εξέλιξη, να ακολουθήσουν τα βήματα του πετρελαίου...

Τι είναι και τι σημαίνει “Common Rail”

Σημαίνει «κοινή γραμμή τροφοδοσίας» ή «κοινή μπεκιέρα» αν το θέλετε πιο καγκούρικα. Για τον λόγο που θα δούμε αμέσως παρακάτω, απαντώνται και ως συστήματα τροφοδοσίας τύπου «accumulator», δηλαδή «συσσωρευτή», και είναι το σύστημα εκείνο που καθιστά δυνατή την ενσωμάτωση της λειτουργίας του συστήματος τροφοδοσίας με άλλες λειτουργίες του πετρελαιοκινητήρα, όπως είναι η ρύθμιση των παραμέτρων της ανάφλεξης και της καύσης. Κύριο χαρακτηριστικό των συστημάτων αυτών είναι πως η πίεση ψεκασμού είναι ανεξάρτητη, τόσο από τον ρυθμό περιστροφής του κινητήρα, όσο και από την ψεκαζόμενη ποσότητα (παροχή) καυσίμου. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι που ξεχωρίζει τα common rail συστήματα από τα απλά μηχανικά με κίνηση από τον εκκεντροφόρο, που είδαμε τον προηγούμενο μήνα. Οι λειτουργίες τώρα της αύξησης της πίεσης και του ψεκασμού καθ΄ αυτού διαχωρίζονται μεταξύ τους μέσω της ύπαρξης του «όγκου συσσώρευσης». Τι περιλαμβάνει ο όγκος αυτός, ο οποίος σαν μέγεθος καθορίζει την συμπεριφορά όλου του συστήματος? Είναι το άθροισμα του εσωτερικού όγκου της μπεκιέρας, του όγκου των σωληνώσεων καυσίμου από την μπεκιέρα προς τα μπεκ και του όγκου που κρατάει μέσα του το ίδιο το μπεκ.

Ας δούμε την βασική δομή των υποσυστήματων πριν προχωρήσουμε στην ανάλυση του καθενός ξεχωριστά. Η πίεση αναπτύσσεται από μία (κατά κανόνα ακτινική εμβολοφόρο) αντλία υψηλής, η οποία φροντίζουμε να απαιτεί χαμηλή ροπή στρέψης και επομένως να έχει χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις. Από πλευράς «τροχονόμου» της λειτουργίας της αντλίας, τα πρώτα common rail συστήματα διέθεταν βαλβίδα ελέγχου της πίεσης, τοποθετημένης είτε στην έξοδο της αντλίας, είτε πάνω στη μπεκιέρα, ενώ τα μεταγενέστερα συστήματα στη θέση αυτής χρησιμοποιούν βαλβίδες ελέγχου παροχής στην είσοδο (αναρρόφηση), αλλαγή που βοήθησε στη μείωση της θερμοκρασίας του καυσίμου στο κύκλωμα.

Η όποια πίεση τώρα δημιουργηθεί από την αντλία υψηλής και αφού ρυθμιστεί από την όποια διάταξη ελέγχου, εφαρμόζεται πάνω στα μπεκ. Το μπεκ ενός συστήματος common rail είναι ουσιαστικά ο ακρογωνιαίος λίθος της όλης διάταξης, αφού αυτό τελικά καθορίζει τη σωστή μεταφορά καυσίμου στο θάλαμο καύσης. Φυσικά μαέστρος του μπεκ είναι σε κάθε περίπτωση η ECU, η οποία στο σύστημα commonrail είναι παραδοσιακά πολύ βαρβάτη από πλευράς επεξεργαστικής ισχύος και ακρίβειας σημάτων εξόδου, αφού η εντολή μέσω του σήματος ενεργοποίησης για το απειροελάχιστης διάρκειας άνοιγμα του μπεκ απαιτεί απόλυτο έλεγχου του χρονισμού της. Η τελική ποσότητα τώρα που θα ψεκαστεί από το μπεκ είναι, κατά τα γνωστά, ανάλογη τόσο του χρόνου που αυτό παραμένει ανοιχτό όσο και της πίεση του συστήματος τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Οι υπόλοιποι αισθητήρες του συστήματος common rail που τροφοδοτούν την ECU είναι κοινοί με αυτούς ενός αντίστοιχου σύγχρονου συστήματος ψεκασμού βενζίνης (θερμοκρασίας κινητήρα και εισερχόμενου αέρα, πίεσης υπερπλήρωσης, πατήματος πεντάλ γκαζιού, θέσης εκκεντροφόρου/στροφαλοφόρου, στροφές κινητήρα κτλ.).

Όπως αναφέραμε πεταχτά πάνω, με ένα σύστημα common rail και μέσω του διαχωρισμού των λειτουργιών ανάπτυξης πίεσης-ψεκασμού, μπορούμε να «παίξουμε» σε πολύ ευρύ επίπεδο με τις διαφορετικές και επιθυμητές κάθε στιγμή συνθήκες καύσης και επιλέγοντας την κατάλληλη περιοχή της χαρτογράφησης μας. Και όταν μιλάμε για «πίεση ψεκασμού» στα «πετρελαιοκίνητα» common rail, εδώ τα νούμερα ξεφεύγουν παντελώς από ότι ξέρετε για τις αντίστοιχες βενζίνες, ακόμα και από αυτές τις τελευταίας εσοδιάς αντίστοιχου άμεσου ψεκασμού: οι common rail diesel πριν δέκα και βάλε χρόνια έπαιζαν χαλαρά στα 1.500 bar (ναι χίλια πεντακόσια), ενώ σήμερα φτάσαμε και ήδη ξεπεράσαμε τα ΔΥΟ ΧΙΛΙΑΡΙΚΑ BAR. Επιπλέον, “έξυπνα” προγράμματα common rail ψεκασμού, είτε με «δοκιμαστικούς παλμούς», είτε με πολλαπλούς (π.χ. πέντε υπο-ψεκασμοί ανά κύκλο ψεκασμού μέσω υπερταχείας κίνησης του μηχανισμού του μπεκ που θα δούμε αναλυτικά παρακάτω), βοηθάνε στην καταπόλεμηση των δύο μεγάλων παραδοσιακών «δεινών» των diesel: τις εκπομπές της εξαγωγής και τον χαρακτηριστικό τους θόρυβο.

Και αν μία παλιότερη γενιά πετρελαιοκινητήρων δεν διέθετε common rail όταν βγήκε, τι κάνουμε τώρα? Η απάντηση είναι ότι σχετικά εύκολα ένας κινητήρας παλαιότερης γενιάς τροφοδοσίας (βλ. Part III) μπορεί να μετατραπεί σε common rail αφού τόσο η αντλία, όσο και τα μπεκ, είναι στα ίδια σημεία του κινητήρα χωρίς αλλαγές στη βασική αρχιτεκτονική κινητήρα και μηχανοστασίου: πράγματι πολλοί από τους diesel που οι εταιρίες πουλάνε σήμερα ως «σύγχρονους» έχουν τις ρίζες τους σε ντουμανάτα μοτέρ προηγούμενων δεκαετιών. Παλιά μου τέχνη κόσκινο...

Αντλία υψηλής: είναι πολλά τα bar Άρη...

Όπως αναφέραμε, η αντλία πετρελαίου στα common rail είναι κατά κανόνα εμβολοφόρα-ακτινικού τύπου, και πιο συγκεκριμένα απαντάνται συχνότερα ο τύπος με τρία έμβολα, σε περιφερειακή διάταξη ανά 120 μοίρες μεταξύ τους. Σε σχέση με την αντίστοιχη αντλία υψηλής των συστημάτων άμεσου ψεκασμού βενζίνης, ο τρόπος λειτουργίας και ο μηχανισμός, αρχιτεκτονικά, είναι ο ίδιος ακριβώς. Όμως αφού τα bar στα πετρέλαια είναι μια ολόκληρη τάξη μεγέθους παραπάνω από τη γκασολίνα, απαιτείται φυσικά ιδιαίτερος σχεδιασμός των κινούμενων μερών και των στεγανοποιητικών δικλειδών στη περίπτωση των diesel αντλιών υψηλής. H αντλία υψηλής, όπως καταλαβαίνει κανείς τώρα, είναι σχεδιασμένη να αποδίδει μία x παροχή, αρκετή για να καλύπτει το μοτέρ στο άνω (με τα μέτρα των diesel έστω...) φάσμα στροφών, όποτε τι συμβαίνει με την «ξεχυλίζουσα» παροχή όταν είμαστε π.χ. στο ρελαντί ή σε μερικά φορτία? Στα common rail πρώτης γενιάς το ρόλο του «επιστροφέα» της παραπανίσιας παροχής πίσω στο ντεπόζιτο τον είχε η ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης που προαναφέραμε και η οποία εδράζεται είτε πάνω στην αντλία, είτε πάνω στη μπεκιέρα. Με αυτό τον τρόπο έχουμε την επιθυμητή εξάρτηση της πίεσης από το φορτίο, αλλά φυσικά η ενέργεια που αποδόθηκε από την αντλία στο επιστραφέν καύσιμο, το οποίο επιστρέφει στο ντεπόζιτο, χάνεται στο βρόντο. Μία δεύτερη εναλλακτική της πιο πάνω λύσης, είναι ο έλεγχος της ροής να βρίσκεται στην είσοδο της αντλίας, πριν την αναρρόφηση της δηλαδή, με solenoid βαλβίδα και την παραπάνω πίεση-καύσιμο να εκτονώνεται κατ’ ευθείαν από εκεί προς την γραμμή χαμηλής πίεσης. Ο έλεγχος αυτός της παροχής που φτάνει στην αντλία πριν την είσοδο της επικράτησε τελικά στα μεταγενέστερα συστήματα common rail, αφού έτσι συμπιέζεται μονάχα το καύσιμο που θα καεί, με άλλα λόγια ότι περνάει μέσα από την αντλία δεν γυρίζει πίσω. Αυτό αυξάνει δραματικά την υδραυλική απόδοση της αντλίας και μειώνει αισθητά την θερμοκρασία καυσίμου.

Μπεκ με πηνίο ή ...

Η έναρξη του ψεκασμού και η ποσότητα καυσίμου διαχειρίζονται από το μπεκ μέσω ηλεκτρικών παλμών: άλλες φορές η ίδια η ECU έχει άμεσα τον έλεγχο τους, άλλες φορές υπάρχει ειδικό ξεχωριστό εγκεφαλάκι που έχει αναλάβει εκείνο αυτό το ρόλο («Injector Drive Module»). Τα πιο γνωστά και συχνότερα απαντώμενα μπεκ, τόσο των common rail πετρελαιοκινητήρων, όσο και γενικότερα σε βενζίνες είναι τα “solenoid”, δηλαδή τα ηλεκτρομαγνητικής λειτουργίας με πηνίο και οπλισμό. Πολλοί νομίζουν πως στο εσωτερικό των εν λόγω μπεκ απλά κινείται μέσω ηλεκτρικού σήματος ο οπλισμός, που με τη σειρά του ανοίγει και κλείνει την οπή ψεκασμού κουνώντας μία βελόνα. Μπα...Το τι πραγματικά συμβαίνει μέσα σε ένα τυπικό τέτοιο μπεκ είναι «μαύρη μαγεία» και ο τρόπος ελέγχου του μηχανισμού δεδομένων των ελάχιστων ανοχών και διαστάσεων είναι ένα μικρό θαύμα της «μικροϋδραυλικής». Η παρακάτω περιγραφή δεν αφορά κάποιο ειδικό, σούπερ ουάου μπεκ, αλλά ένα τυπικό κανονικό... Βαθιά ανάσα και πάμε.

Από την είσοδο υψηλής πίεσης του μπεκ το καύσιμο κατευθύνεται σε εσωτερική διόδο, η οποία στην πορεία χωρίζεται σε δύο επιμέρους διαδρομές: η μία οδηγεί καύσιμο προς το ακροφύσιο εξόδου που «βλέπει» θάλαμο καύσης, ενώ η δεύτερη και μικρότερης διατομής μέσω του «πνίκτη (στραγγαλιστή) εισόδου» στο θάλαμο ελέγχου της βαλβίδας του μπεκ. Ο θάλαμος αυτός συνδέεται με τον αγωγό εξόδου του μπεκ (η λεγόμενη «επιστροφή καυσίμου) μέσω του «πνίκτη-στραγγαλιστή εξόδου» ο οποίος ανοίγει ηλεκτρομαγνητικά με ειδική βαλβίδα. Όταν ο πνίκτης εξόδου είναι κλειστός, τότε υπερνικά την υδραυλική πίεση που ασκείται στο κυρίως εμβολάκι του μπεκ, κοντράροντας την πίεση από το στέλεχος που καταλήγει στην βελόνα του ακροφυσίου. Αποτέλεσμα αυτού είναι η βελόνα να πιέζεται πάνω στο ακροφύσιο και έτσι να μην επιτρέπει το καύσιμο να την κάνει προς τον θάλαμο καύσης. Όταν ο κινητήρας δεν λειτουργεί και άρα δεν υπάρχει εισερχόμενη πίεση από την είσοδο υψηλής του μπεκ, ένα μικρό ελατήριο που εφαρμόζει στην βελόνα κρατάει κλειστό το μπεκ. Ο πνίκτης εξόδου ανοίγει όταν ενεργοποιηθεί η κύρια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα-πηνίο του μπεκ, ενώ η παρουσία του πνίκτη εισαγωγής αποτρέπει μία πλήρη εκτόνωση της πιέσης με τέτοιο τρόπο, που η πίεση στο θάλαμο ελέγχου της βαλβίδας, και επομένως και η υδραυλική πίεση στο εμβολάκι, να μειώνονται. Η βελόνα του ακροφυσίου ανοίγει την στιγμή που η υδραυλική τάση στο άνω μέρος του εμβόλου πέσει κάτω από την πίεση που ασκείται στο κάτω μέρος της από την κύρια υποδίοδο της διόδου εισόδου υψηλής και η οποία τείνει να το σηκώσει. Τώρα και μόνο τώρα επιτρέπεται στο καύσιμο να φύγει για μπουμ.

Όταν η κύρια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα του μπεκ δεν λαμβάνει πλέον σήμα ενεργοποίησης από την ECU, ένα άλλο ελατήριο πιέζει τον οπλισμό της προς τα κάτω: τότε κλείνει ο πνίκτης εξαγωγής, αναπτύσσεται πίεση εκ νέου στο θάλαμο ελέγχου της βαλβίδας και στον αγωγό εισόδου, εξαιτίας του καυσίμου που ρέει μέσω του πνίκτη εισαγωγής. Η πίεση αυτή που αναπτύσσεται προς το εμβολάκι το αναγκάζει να κλείσει ξανά την βελόνα, ενώ η ροή από τον πνίκτη εισαγωγής καθορίζει την ταχύτητα με την οποία κλείνει η βελόνα το ακροφύσιο. Όλος αυτός ο έμμεσος τρόπος κίνησης της βελόνας μέσω της αύξησης της υδραυλικής πίεσης χρησιμοποιείται διότι οι δυνάμεις που απαιτούνται για να ανοίξει η βελόνα πολύ γρήγορα δεν μπορούν να αποδοθούν από σκέτη την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Η δευτερεύουσα ροή «ελέγχου» του καυσίμου που περίγραψαμε και η οποία δεν οδηγείται προς το ακροφύσιο, αφού περάσει από τους δύο πνίκτες και το θάλαμο ελέγχου που αναφέραμε, τελικά καταλήγει εκτός μπεκ πίσω στη γραμμή τροφοδοσίας μέσω της επιστροφής του μπεκ. Και αναπνεύστε ελεύθερα. Το έκανα όσο πιο λιανό μπορούσα. Ειλικρινά.   

...μπεκ με πιεζοκρύσταλλο?

Τα πιεζοηλεκτρικά μπεκ, εκτός από ακριβότερα, ακριβέστερα και πιο σύγχρονα, για να σας προλάβω είναι και ...λιγότερο πολύπλοκα στη φύση της λειτουργία τους! Όλο και περισσότερες νέες οικογένειες κινητήρων diesel εξοπλίζονται με πιεζοηλεκτρικά μπεκ στη θέση των «συμβατικών» ηλεκτρομαγνητικών, και ενώ αρχικά υπήρχαν μπόλικα θέματα αξιοπιστίας με τα εν λόγω μπεκ (π.χ. έχουν αναφερθεί πολλές περιπτώσεις όπου έσπαγε ο κρύσταλλος), όλα δείχνουν ότι θα καθιερωθούν και θα αποτελέσουν το must για τα χρόνια που έρχονται. Από πλευράς αρχής λειτουργίας του υλικού του ενεργοποιητή της κατηγορίας μπεκ που συζητάμε καθ’ αυτού, να πούμε ότι ως «πιεζοκρύσταλλο» ή «πιεζοκρυσταλλικό στοιχείο» ονομάζουμε την ομάδα εκείνη των υλικών όπου εμφανίζουν «πιεζοηλεκτρική» συμπεριφορά: αν ασκηθεί μηχανική πίεση πάνω τους, παράγεται ηλεκτρική τάση. Έτσι δουλεύουν οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες, αλλά τα υλικά αυτά παρουσιάζουν και την αντίστροφη συμπεριφορά, κάτι που εφαρμόζεται στους πιεζοηλεκτρικούς ενεργοποιητές, όπως είναι τα μπεκ που συζητάμε εδώ: αν ασκηθεί ηλεκτρική τάση πάνω τους, τότε παραμορφώνονται αντιστοίχως. Παραδείγματα υλικών με πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες είναι ο χαλαζίας (SiO₂), το αλάτι Rochelle ή Seignette (τρυγικό καλιονάτριο, NaKC₄H₄O₆·2H₂O), το ADP (δισόξινο φωσφορικό αμμώνιο, NH₄H₂PO₄), το ένυδρο θειικό λίθιο, (LiSO₄.H₂O), ο τουρμαλίνης, το συνθετικό πολυμερές PVDF (polyvinylidene difluoride), κτλ. Πρώτο πλεονέκτημα των μπεκ με ενεργοποιητή πιεζοκρυστάλλου έναντι ηλεκτρομαγνήτη είναι η ταχύτητα απόκρισης τους.

Οι πρώτες εφαρμογές πιεζοηλεκτρικών μπεκ ξεκίνησαν να χρησιμοποιούν την βασική σχεδιαστική δομή των ηλεκτρομαγνητικών μπεκ, τραμπάροντας απλά στο εσωτερικό το solenoid με τον πιεζοκρύσταλλο, ωστόσο σύντομα έγινε φανερό πως για σωστή και αξιόπιστη εφαρμογή της πιεζοηλεκτρικής λειτουργίας χρειαζόταν πιο ριζοσπαστική προσέγγιση. Κατέληξαν λοιπόν οι κατασκευαστές των μπεκ του είδους αυτού στην εξής δομή: η βελόνα του ακροφυσίου ελέγχεται κατευθείαν από τον πιεζοηλεκτρικό ενεργοποιητή, αλλά με υδραυλική σύνδεση και χωρίς να παρεμβάλεται καμία μηχανική διάταξη μεταξύ τους. Με αυτό τον τρόπο απαλείφεται κάθε έννοια τριβής καθώς και μη επιθυμητής ελαστικότητας μεταξύ των κινούμενων μερών. Επίσης, η βελόνα στα πιεζοηλεκτρικά μπεκ είναι ιδιαίτερα ελαφριά (χαμηλή αδράνεια) και έχει περιοριστεί δραματικά η πιθανότητα διαρροής καυσίμου από τον πιεζοηλεκτρικό ενεργοποιητή στο εσωτερικό των εν λόγω μπεκ. Στα περαιτέρω πλεονεκτήματα των μπεκ αυτών συγκαταλέγονται και τα εξής: 1. Απαιτούν πολύ μικρότερο συνολικό όγκο για την εγκατάσταση τους από τα ηλεκτρομαγνητικά, 2. Έχουν περίπου το μισό τους βάρος, 3. Μπορούν να πετύχουν επιμέρους ψεκασμούς (προψεκασμούς, κύριο ψεκασμό και υστεροψεκασμούς) στη θέση του ενός μεγαλύτερου, δηλαδή στη μονάδα του χρόνου μπορούν να «σπάσουν» οι ψεκασμοί κατά βούληση προς επίτευξη ιδανικής καύσης και ανάφλεξης, 4. Ελέγχουν καλύτερα την ψεκαζόμενη παροχή χωρίς σπατάλες καυσίμου κατά την έκχυση, 5. Έχουν πολύ μικρότερο «χρόνο αναμονής» μεταξύ των ψεκασμών, δηλαδή μπορούν να πετύχουν πολύ μικρότερες περιόδους «αφλογιστίας», κάτι που πάλι μας επιτρέπει να ρυθμίσουμε την λειτουργία του ψεκασμού χωρίς hardware περιορισμούς  από την πλευρά των μπεκ.

Όλα τα παραπάνω κάνουν τους diesel που εξοπλίζονται με πιεζοηλεκτρικά μπεκ να είναι αισθητά πιο ήσυχοι κατά την λειτουργία τους, να παρουσίαζουν μείωση των εκπομπών ρύπων που μπορεί να αγγίξει το 20%, να μείωνουν την κατανάλωση καυσίμου και, αυτό που μας ενδιαφέρει περισσότερο, να αυξάνουν την ισχύ τους αισθητά: όλοι οι μεγάλοι νέοι diesel που ακούτε με τις τρελές ιπποδυνάμεις και αποδόσεις στο λίτρο, διαθέτουν πιεζοηλεκτρικά μπεκ. Έξτρα μπόνους της καλύτερης διαχείρισης καυσίμου που επιτυγχάνουν τα μπεκ αυτά (λιγότερες διαρροές που είδαμε και πιο πάνω), είναι πως απαιτούν μικρότερες αντλίες υψηλής πίεσης από την αντίστοιχη που θα απαιτούσε ένα σύστημα τροφοδοσίας με ηλεκτρομαγνητικά μπεκ.

Αφανής ηρώας και καταλυτικός παράγοντας: το ακροφύσιο

Ξεφεύγοντας λίγο από τα common rail συστήματα και περνώντας σε έναν «στενό συνεργάτη» των μπεκ ψεκασμού όλων των diesel, νέων και παλαιότερων, θα πρέπει να κάνουμε ιδιαίτερη αναφορά και στον τελευταίο κατά σειρά παίκτη του συστήματος τροφοδοσίας, το εξάρτημα που «αποχαιρετά» το καύσιμο πριν αυτό καταδικαστεί στη πυρά, το ακροφύσιο. Αν θέλαμε να χαρακτηρίσουμε τον γενικό ρόλο ενός ακροφυσίου diesel, τότε αυτός θα ήταν «ο συνδετικός κρίκος μεταξύ κινητήρα και συστήματος ψεκασμού». Πιο συγκεκριμένα, ένα ακρόφυσιο εκτός του ότι επηρεάζει την παροχή του καυσίμου, μετά την «επεξεργασία» που επιφέρει στη μάζα του υγρού επηρεάζει και την κατάσταση με την οποία θα εισέλθει στο θάλαμο καύσης. Επιπλέον αποτελεί και την στεγανοποιητική διάταξη του θαλάμου καύσης. Σε συστήματα τροφοδοσίας diesel με ξεχωριστές αντλίες ανά κύλινδρο, σαν αυτά που είδαμε τον προηγούμενο μήνα, τα ακροφύσια αποτελούν ξεχωριστή οντότητα ως εξαρτήματα σε σχέση με τα μπεκ, ενώ στα σύστηματα common rail (ή στα προ common rail συστήματα με «αυτόνομα» μπεκ) το ακροφύσιο είναι ενσωματωμένο στο κάτω μέρος του μπεκ. Όπως είπαμε, η πίεση ψεκασμού του πετρελαίου έχει πλέον φτάσει και ξεπεράσει τα 2.000bar, κάτι που ρευστομηχανικά σημαίνει πως το πετρέλαιο υπό τέτοιες συνθήκες παύει να συμπεριφέρεται ως ασυμπίεστο («στερεό») υγρό και η μεταβολή της πυκνότητας του δεν είναι πλέον αμελητέα, με άλλα λόγια μιλάμε για συμπιεστό ρευστό. Κατά την πολύ μικρή χρονικά διάρκεια του ψεκασμού (που μετριέται σε ms, χιλιοστά του δευτερολέπτου) το σύστημα τροφοδοσίας τοπικά «διαστέλεται». Για δεδομένη πίεση και χρόνο ψεκασμού, η επιφάνεια διατομής του ακροφυσίου είναι αυτή που καθορίζει την ποσότητα του καυσίμου που θα ψεκαστεί στον θάλαμο καύσης. Το μήκος και η διάμετρος της οπής / οπών του ακροφυσίου, η διεύθυνση της ψεκαζόμενης δέσμης το σχήμα των οπών επηρεάζουν όλα την δημιουργία και τη σύσταση του μείγματος και κατά συνέπεια την απόδοση του κινητήρα, την κατανάλωση και τις εκπομπές ρύπων. Παίζοντας δηλαδή με το εμβαδό της διατομής του ακροφυσίου και την απόκριση της βελόνας του, μπορούμε να ελέγξουμε αποτελεσματικά τον ρυθμό παροχής καυσίμου.

Πέραν της ρευστομηχανικής επίδρασης του ακροφυσίου στη ροή του καυσίμου, αυτό πρέπει και να απομονώνει το υπόλοιπο σύστημα ψεκασμού από τα καυτά και υπό τρομακτική πίεση καυσαέρια του θαλάμου καύσης. Και πως θα εμποδίσουμε τα αέρια της καύσης να περάσουν μέσα από το ακροφύσιο (blowback) όσο οι οπές του είναι ανοιχτές και η βελόνα τραβηγμένη? Η απάντηση είναι οτι το σύστημα είναι ρυθμισμένο ώστε η πίεση στον θάλαμο πίεσης του ακροφυσίου να είναι πάντοτε μεγαλύτερη από την πίεση του θαλάμου καύσης του κυλίνδρου. Αυτή η απαίτηση έχει ακόμα μεγαλύτερη σημασία όταν βρισκόμαστε χρονικά προς το τέλος της φάσης ψεκασμού (όπου έχουμε απότομη μείωση της πίεσης ψεκασμού και ταυτόχρονη υπέρμετρη αύξηση της πίεσης του θαλάμου καύσης), όπου εκεί χρειάζεται ο απόλυτος συγχρονισμός του συστήματος. Ανάλογα τώρα με το αν ο πετρελαιοκινητήρας μας διαθέτει προθάλαμο ή όχι (αν είναι δηλαδή άμεσου ψεκασμού), αλλάζει και το σχήμα του ακροφυσίου και η διαμόρφωση της βελόνας και των οπών του.

Και δί­χρο­νοι αμά λάχει!

Θυ­μά­ται κα­νέ­νας (μη μηχανόβιος!) τους δί­χρο­νους κι­νη­τή­ρες? Α­πό την ε­πο­χή των θρυ­λι­κών ανατολικογερμανικών Wartburg έ­χουν πε­ρά­σει πολ­λά χρό­νια και μό­νο με­ρι­κά δί­τρο­χα έ­χουν μεί­νει να μας θυ­μί­ζουν την ύ­παρ­ξη τέ­τοιων κι­νη­τή­ρων. Υ­πεν­θυ­μί­ζε­ται ό­τι σε κινητήρες με δύο χρόνους λειτουργίας, σε μια και μό­νο πε­ρι­στρο­φή του στρο­φά­λου, δη­λα­δή σε έ­να α­νε­βο­κα­τέ­βα­σμα του εμ­βό­λου, έ­χει ο­λο­κλη­ρω­θεί η δια­δι­κα­σί­α της ει­σό­δου αέ­ρα, συ­μπί­ε­σης, καύ­σης και ε­κτό­νω­σης. Δεν υ­πάρ­χουν βαλ­βί­δες ει­σα­γω­γής, αλ­λά θυ­ρί­δες τις ο­ποί­ες α­νοι­γο­κλεί­νει το έμ­βο­λο κα­τά τη δια­δρο­μή του. Η βα­σι­κή δια­φο­ρά των δίχρονων σε σχέ­ση με τους τε­τρά­χρο­νους κι­νη­τή­ρες diesel εί­ναι ό­τι χρη­σι­μο­ποιεί­ται μια πε­ρι­στρο­φι­κή α­ντλί­α, συ­νή­θως με λο­βούς, η ο­ποί­α ω­θεί τον αέ­ρα να μπει μέ­σα στον κύ­λιν­δρο ό­ταν το έμ­βο­λο α­πο­κα­λύ­ψει τις θυ­ρί­δες ει­σα­γω­γής. Η α­ντλί­α αυ­τή δεν παί­ζει το ρό­λο του υ­περ­τρο­φο­δό­τη, παρ’ ό­τι πρα­κτι­κά μοιά­ζει να έ­χει αυ­τόν το ρό­λο. Στην πρά­ξη ο κι­νη­τή­ρας δεν πρό­κει­ται να δου­λέ­ψει αν δεν υ­πάρ­χει έ­να σύ­στη­μα που να ω­θεί τον αέ­ρα μέ­σα στον κύ­λιν­δρο. Πα­λαιότε­ρα υ­πήρ­χαν και α­ντί­στοι­χες θυ­ρί­δες ε­ξα­γω­γής, αλ­λά πλέ­ον στην πλειο­ψη­φία των κι­νη­τή­ρων χρη­σι­μο­ποιού­νται κα­νο­νι­κές βαλ­βί­δες, οι ο­ποί­ες ό­ταν α­νοί­γουν α­πε­λευ­θε­ρώ­νουν τα καυ­σαέ­ρια προς την ε­ξα­γω­γή. Ο δί­χρο­νος κι­νη­τή­ρας έ­χει κά­ποια αρ­κε­τά πο­λύ­πλο­κα φαι­νό­με­να κα­τά την εναλ­λα­γή των φά­σε­ων, δε­δο­μέ­νου ό­τι συ­χνά ο θά­λα­μος καύ­σης έ­χει ση­μα­ντι­κά υπο­λείμ­μα­τα καυ­σα­ε­ρί­ων α­πό τον προ­η­γού­με­νο κύ­κλο. Η βα­σι­κή αρ­χή λει­τουρ­γί­ας ό­μως πα­ρα­μέ­νει και ε­δώ ή ίδια, με το μπεκ να ψε­κά­ζει κα­τευ­θεί­αν μέ­σα στο θά­λαμο το πε­τρέ­λαιο και τη σχε­δί­α­ση του εμ­βό­λου και του θα­λά­μου καύ­σης να παίζει ση­μα­ντι­κό ρό­λο στην ποιό­τη­τα της καύ­σης.

Και μετά, και μετά θείο Γιώργο??

Και μετά ανηψιό, τον πρώτο ανοιξιάτικο μήνα του 2014 (τον φάγαμε και αυτόν τον χειμώνα ρεεεεε) θα έρθει μαζί με τα χελιδόνια το πέμπτο και τελευταίο μέρος της «πετρελαιοκίνητης» σειράς μας. Μετά την ολόκληρωση της βασικής ανατομίας των diesel και των common rail σήμερα, έχουμε να δούμε ακόμα διάφορα ενδιαφέροντα περιφερειακά τους υποσυστήματα όπως η εξαγωγή και η διαχείριση των εκπομπών τους, η σχέση τους με τα turbo, οι τελευταίες εξελίξεις σε θέματα όπως τα φίλτρα και τι γίνεται πια με την καύση του βιοντίζελ, που ακούγεται πάρα πολύ τελευταία.