Αρχές Μηχανολογίας

Μηχανές Εσωτερικής Καύσης (Μ.Ε.Κ.)

Τετράχρονη Βενζινομηχανή – Κινητήρας Otto

Οι τετράχρονοι κινητήρες εσωτερικής καύσης με καύσιμο βενζίνη έχουν τέσσερις φάσεις

λειτουργίας, ολοκληρώνουν δηλαδή τη λειτουργία τους σε τέσσερις διαδρομές του εμβόλου οι οποίες ονομάζονται χρόνοι. Η λειτουργία τους στηρίζεται στον κύκλο Otto. Στις βενζινομηχανές η έναυση του καυσίμου πραγματοποιείται με τη χρήση ηλεκτρικού σπινθηριστή (μπουζί). Η βενζίνη επειδή είναι πολύ πιο πτητική από το πετρέλαιο μπορεί εύκολα να αναμειχθεί με τον αέρα εισαγωγής εκτός κυλίνδρου, οπότε στον κύλινδρο εισάγεται καύσιμο μείγμα αέρα-βενζίνης. 

Η θεωρητική λειτουργία τετράχρονης βενζινομηχανής με κύκλο λειτουργίας Otto είναι η εξής : 

1^ος χρόνος: Εισαγωγή. (Διάγραμμα P-V, 1à2 Ισόβαρής εισαγωγή). Αρχικά το έμβολο βρίσκεται στο ΑΝΣ. Ανοίγει η βαλβίδα εισαγωγής ενώ η βαλβίδα εξαγωγής είναι κλειστή. Καθώς το έμβολο κινείται από το ΑΝΣ προς το ΚΝΣ δημιουργείται υποπίεση και εξαιτίας αυτού μείγμα αέρα-καυσίμου (καύσιμο μείγμα) εισέρχεται στον κύλινδρο. 

2^ος χρόνος: Συμπίεση. (Διάγραμμα P-V, 2à3 αδιαβατική συμπίεση). Κλείνει η βαλβίδα εισαγωγής ενώ η βαλβίδα εξαγωγής παραμένει κλειστή. Το έμβολο κινείται από το ΚΝΣ προς το ΑΝΣ και συμπιέζει το καύσιμο μείγμα. Στο τέλος αυτού του χρόνου, όταν δηλαδή το έμβολο έχει φθάσει στο ΑΝΣ, το μείγμα έχει αποκτήσει πίεση 8-15 bar (ανάλογα του τύπου της μηχανής) και θερμοκρασία 270^oC - 380^oC

3^ος χρόνος: Καύση / Εκτόνωση. (Διάγραμμα P-V, 3à4 Ισόχωρη καύση-έκρηξη & 4à5 Αδιαβατικη εκτόνωση). Ενώ το έμβολο βρίσκεται ακόμα στο ΑΝΣ και οι βαλβίδες εξαγωγής και εισαγωγής παραμένουν κλειστές, δίνεται ηλεκτρικός σπινθήρας από τον σπινθηριστή (μπουζί) και το μείγμα καίγεται τόσο γρήγορα ώστε η καύση του να μοιάζει με έκρηξη. Από την καύση δημιουργούνται καυσαέρια τα οποία ωθούν το έμβολο από το ΑΝΣ προς το ΚΝΣ, παράγοντας έτσι κινητήριο έργο. Η θερμοκρασία κατά την καύση φθάνει τους  1500^oC - 2200^oC και η πίεση 25-30 bar, ενώ στο τέλος της εκτόνωσης όταν το έμβολο βρεθεί στο ΚΝΣ, η θερμοκρασία των καυσαερίων έχει πέσει στους 400^oC - 500^oC και η πίεση 2,5-4,5 bar

4^ος χρόνος: Εξαγωγή. (Διάγραμμα P-V, 5à2 Ισόχωρη εξαγωγή & 2à1 Ισοβαρής εξαγωγή). Ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής και το έμβολο λόγω της αδράνειας του συστήματος έμβολο-στροφαλοφόρος-σφόνδυλος, αρχίζει να κινείται από το ΚΝΣ προς το ΑΝΣ, σπρώχνοντας τα αέρια προς την ανοιχτή βαλβίδα εξαγωγής. Έτσι τα προϊόντα της καύσης εξέρχονται από το θάλαμο καύσης.

Video Λειτουργίας Τετράχρονου Βενζινοκινητήρα

Τετράχρονη Πετρελαιομηχανή – Κινητήρας Diesel

Οι τετράχρονοι κινητήρες εσωτερικής καύσης με καύσιμο πετρέλαιο έχουν τέσσερις φάσεις λειτουργίας, ολοκληρώνουν δηλαδή τη λειτουργία τους σε τέσσερις διαδρομές του εμβόλου οι οποίες ονομάζονται χρόνοι. Η λειτουργία τους στηρίζεται στον κύκλο Diesel. Στις πετρελαιομηχανές δεν συμπιέζεται καύσιμο μείγμα, αλλά μόνο αέρας. Η συμπίεση είναι μεγαλύτερη και εξαιτίας αυτής η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται σε τέτοιο βαθμό ώστε όταν γίνεται η έγχυση του καυσίμου (πετρέλαιο) αυτό αυταναφλέγεται . 

Η θεωρητική λειτουργία τετράχρονου πετρελαιοκινητήρα με κύκλο λειτουργίας Diesel είναι η εξής :

1^ος χρόνος: Εισαγωγή. (Διάγραμμα P-V, 1à2 Ισόβαρής εισαγωγή). Αρχικά το έμβολο βρίσκεται στο ΑΝΣ. Ανοίγει η βαλβίδα εισαγωγής ενώ η βαλβίδα εξαγωγής και ο εγχυτήρας (μπεκ) είναι κλειστά. Καθώς το έμβολο κινείται από το ΑΝΣ προς το ΚΝΣ δημιουργείται υποπίεση και εξαιτίας αυτού αέρας  εισέρχεται στον κύλινδρο. 
2^ος χρόνος: Συμπίεση. (Διάγραμμα P-V, 2à3 αδιαβατική συμπίεση). Κλείνει η βαλβίδα εισαγωγής ενώ η βαλβίδα εξαγωγής και το μπεκ παραμένουν κλειστά. Το έμβολο κινείται από το ΚΝΣ προς το ΑΝΣ και συμπιέζει τον αέρα. Στο τέλος αυτού του χρόνου, όταν δηλαδή το έμβολο έχει φθάσει στο ΑΝΣ, ο αέρας έχει αποκτήσει πίεση τουλάχιστον 35 bar και θερμοκρασία 600^oC περίπου

3^ος χρόνος: Καύση / Εκτόνωση. (Διάγραμμα P-V, 3à4 Ισοβαρής καύση & 4à5 Αδιαβατικη εκτόνωση). Με το έμβολο στο ΑΝΣ και τις βαλβίδες εξαγωγής και εισαγωγής να παραμένουν κλειστές, γίνεται έγχυση του πετρελαίου στον κύλινδρο, μέσω του μπεκ. Το πετρέλαιο αναμιγνύεται με τον αέρα και λόγω της υψηλής θερμοκρασίας του αυταναφλέγεται. Η καύση του πετρελαίου στον κύλινδρο δεν είναι απότομη, αλλά προοδευτική. Η έγχυση αυτή του πετρελαίου εξακολουθεί επί ένα μικρό μέρος της διαδρομής του εμβόλου προς τα κάτω, ενώ ταυτόχρονα πραγματοποιείται και η καύση του. Στο υπόλοιπο της διαδρομής μέχρι το ΚΝΣ γίνεται εκτόνωση των καυσαερίων. Τα καυσαέρια ωθούν το έμβολο από το ΑΝΣ προς το ΚΝΣ, παράγοντας έτσι κινητήριο έργο.
4^ος χρόνος: Εξαγωγή. (Διάγραμμα P-V, 5à2 Ισόχωρη εξαγωγή & 2à1 Ισοβαρής εξαγωγή). Ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής και το έμβολο λόγω της αδράνειας του συστήματος έμβολο-στροφαλοφόρος-σφόνδυλος, αρχίζει να κινείται από το ΚΝΣ προς το ΑΝΣ, σπρώχνοντας τα αέρια προς την ανοιχτή βαλβίδα εξαγωγής. Έτσι τα προϊόντα της καύσης εξέρχονται από το θάλαμο καύσης.

Video Λειτουργίας Τετράχρονου Πετρελαιοκινητήρα