Τα πάντα για τους κινητήρες ντίζελ…

Πως λειτουργεί ένας κινητήρας diesel; Ποιες είναι οι βασικές του διαφορές με αυτόν της βενζίνης; Σε τι υπερτερεί και σε τι μειονεκτεί η μια από την άλλη διάταξη; Πόσο καθαροί και αποδοτικοί έχουν γίνει; Πως δουλεύει το περίφημο common rail; Απλές ερωτήσεις για σαφείς απαντήσεις.

“No. 67207”. Έχουν περάσει περισσότερα από 112 χρόνια από την στιγμή που κατατέθηκε, με αυτό τον κωδικό, στο γερμανικό γραφείο κατοχύρωσης ευρεσιτεχνιών, η πατέντα του Rudolph Diesel σχετικά με ένα νέο τύπο θερμικού κινητήρα -αυτονανάφλεξης- που χρησιμοποιούσε ως καύσιμο το πετρέλαιο. Η λειτουργία των βενζινοκινητήρων ήταν ήδη γνωστή, από το 1886, χάρη στο Nicolas Otto. Ωστόσο, ήταν πολύ νωρίς για να αντιληφθεί κανείς πως οι κινητήρες diesel θα είχαν, αν όχι μεγαλύτερη, ισάξια σημασία καθώς σε αυτές βασίστηκε η βαριά -και όχι μόνο- βιομηχανία. Ας κλείσουμε όμως την παρένθεση, όταν ένα χρόνο αργότερα, εν έτη 1893, η ιδέα του γερμανού μηχανικού πέρασε από το λευκό χαρτί στην πραγματικότητα.

SMS===> Πετρελαιοκίνηση, η επόμενη μέρα…

Ο βαθμός απόδοσης των diesel ξεπερνούσε κάθε προσδοκία αφού έφτανε το 26% όταν ο αντίστοιχος στις ατμομηχανές άγγιζε μόλις το 12%. Έστω και σε πειραματικό μοντέλο ο κινητήρας diesel είχε γεννηθεί. Τον Φεβρουάριο του 1897, o R.Diesel, με την χορηγία μηχανολογικών εταιριών, παρουσίασε το πρώτο πετρελαιοκινητήρα κατάλληλο για ευρεία χρήση. Μετά από μερικούς μήνες, στο Παρίσι, ο Γερμανός παρουσίασε ένα ακόμα μοτέρ το οποίο όμως δεν έκαιγε ορυκτό πετρέλαιο αλλά… φυστικέλαιο!

Μπορεί να μην είναι ευρέως γνωστό, αλλά το όραμα του R.Diesel δεν ήταν ένα μέλλον όπου η αυτοκίνηση  θα βασίζονταν στο ρυπογόνο πετρέλαιο παρά στις καθαρότερες μορφές βιοντίζελ. Ωστόσο, “οικονομοτεχνικοί” συντελεστές που εύκολα μπορεί να αντιληφθεί κανείς οδήγησαν σε μια και μόνο λύση, αυτή του μαύρου χρυσού. Το 1913, και κάτω από περίεργες συνθήκες, ο πατέρας των diesel “φεύγει” και μάλιστα χολωμένος αφού νωρίτερα είχε εναντιωθεί στην πολιτική της χώρας του η οποία αποσκοπούσε στην χρήση των κινητήρων του στο στρατό.

Ο πρώτος παγκόσμιος πόλεμος αποτέλεσε κίνητρο για την εξέλιξη των diesel οι οποίοι όμως λόγω του όγκου τους έβρισκαν εφαρμογή κυρίως στο ναυτικό και σε μεγάλα άρματα μάχης. Η εικόνα αυτή επικράτησε μέχρι την δεκαετία του ’20 αφού, προς τα τέλη της, σχεδιάστηκαν νέοι, μικρότεροι, τύποι αντλίας καυσίμου που επέτρεπαν την τοποθέτηση των πετρελαιοκινητήρων σε οχήματα. Το πρώτο βαρέως τύπου όχημα, με κινητήρα diesel, εμφανίστηκε με τα σήματα της MAN ενώ το πρώτο επιβατικό μοντέλο ήταν μια Mercedes-Benz 260D του 1936.

SMS===> Ποιος είναι ο ισχυρότερος ντίζελ κινητήρας στον κόσμο;

Στις επόμενες δεκαετίες, η πρόοδος στο τομέα των diesel ήταν σημαντική αλλά πάντοτε η προτεραιότητα των μηχανικών -στον τομέα των επιβατικών αυτοκινήτων- ήταν οι βενζινοκινητήρες. Το ενδιαφέρον για τους diesel αναζωπυρώθηκε την δεκαετία του ’70 σε μια περίοδο που θεσπίστηκε ο EPA (Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος) και όταν ο OPEC (οργανισμός με παράγωγα μέλη/χώρες του παγκόσμιου πετρελαίου) σκόρπισε τον πανικό -κυρίως- στις ΗΠΑ όταν αποφάσισε να μειώσει την ποσότητα του εξαγόμενου πετρελαίου.

Η μειωμένη κατανάλωση των diesel ήταν μια λύση η οποία όμως και πάλι επέστρεψε στο παρασκήνιο μιας και η ενεργειακή κρίση ξεπεράστηκε σύντομα. Αξίζει να σημειωθεί, πως εκείνη τη περίοδο, για πρώτη φορά μια αμερικανική αυτοκινητοβιομηχανία αποφάσισε να ασχοληθεί σοβαρά με τους diesel. Αυτή δεν ήταν άλλη από την GM αλλά η προσπάθεια των μηχανικών της ήταν απογοητευτική καθώς, σε αντίθεση με τους ευρωπαίους, δεν διέθεταν την κατάλληλη τεχνογνωσία ώστε τα μπλοκ και οι κυλινδροκεφαλές των μοτέρ να μην ραγίζουν μετά από μόλις μερικές χιλιάδες χιλιόμετρα (θυμηθείτε πως η σχέση συμπίεσης στους diesel είναι σχεδόν η διπλάσια).

SMS==> Ντίζελ, πετρελαιοκινητήρες, μπεκ και common rail!

Το 1985 η GM αποφάσισε να τερματίσει την παραγωγή diesel εκδόσεων και αναζήτησε λύση στους ευρωπαίους κατασκευαστές όπως η Fiat, Opel κ.α. Επειδή λοιπόν το κόστος εξέλιξης είναι σημαντικά μεγάλο, αρκετές εταιρίες που πρωταγωνιστούν στην ευρωπαϊκή αγορά είτε προμηθεύονται κινητήρες diesel από άλλες ευρωπαϊκής (π.χ. η συνεργασία της Toyota με τον όμιλο PSA) είτε τους δανείζονται από συγγενείς εταιρίες που ανήκουν στον ίδιο όμιλο.

Ας μην ξεχνάμε πως κάτι ανάλογο συμβαίνει στις αμερικανικές και τις υπόλοιπες εταιρίες που ανήκουν στον όμιλο της DaimlerChrysler. Σήμερα, η βενζίνη στις ΗΠΑ είναι πάμφθηνη (έως πότε όμως;) και δεν υπάρχει λόγος για να ασχοληθεί κανείς με τους diesel. Στην Ιαπωνία τα πράγματα είναι εντελώς διαφορετικά αφού οι αυστηροί κανονισμοί περί ρύπων καθιστούν τα πετρελαιοκίνητα οχήματα ως απαγορευμένο είδος αυτοκίνησης. Στην ευρωπαϊκή αγορά τα πετρελαιοκίνητα επιβατικά κατέχουν ένα μεγάλο μερίδιο από την πίτα των συνολικών ταξινομήσεων που αυξάνεται συνεχώς εις βάρος των βενζινοκίνητων εκδόσεων.

Το χρονικό των diesel

• 1892: O Rudolph Diesel καταθέτει την πατέντα
• 1893: Κατασκευή του πρώτου diesel κινητήρα
• 1924: Πρώτο πετρελαιοκίνητο φορτηγό (ΜΑΝ)
• 1936: Το πρώτο πετρελαιοκίνητο επιβατικό (Mercedes-Benz)
• 1962: Πρώτη περιστροφική αντλία διανομής πετρελαίου
• 1977: Turbo diesel κινητήρας (Mercedes-Benz 300SD)
• 1986: Ηλεκτρονικά ελεγχόμενο σύστημα ψεκασμού (Bosch EDC)
• 1988: Άμεσος ψεκασμός σε diesel (Fiat Croma)
• 1989: Υπερτροφοδοτούμενος diesel άμεσου ψεκασμού (Volkswagen)
• 1994: Εμφάνιση του συστήματος EUI (Electronic Unit Injector)
• 1997: Σύστημα common rail (Magneti Marelli)
• 2000: Αυτοκαθαριζόμενο φίλτρο (Peugeot 607)
• 2001: Πιεζοηλεκτρικό μπεκ (Siemens)
• 2003: Φίλτρο NOx(Toyota D-CAT)

H λειτουργία ενός τετράχρονου diesel

• 1η φάση-εισαγωγής: Το έμβολο ακολουθεί καθοδική πορεία δημιουργώντας υποπίεση. Όση ώρα η βαλβίδα εισαγωγής παραμένει ανοικτή ο θάλαμος καύσης γεμίζει με ατμοσφαιρικό αέρα που μπορεί να περιέχει και καυσαέρια αν υπάρχει σύστημα επανακυκλοφορίας.

• 2η φάση-συμπίεσης: Την στιγμή που όλες οι βαλβίδες κλείνουν, το πιστόνι κινείται προς τα πάνω μέχρι να φτάσει στο άνω νεκρό σημείο. Η αυξημένη συμπίεση (25-55bar) προκαλεί την αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα (600-900⁰C) η οποία είναι σχεδόν η διπλάσια από τη θερμοκρασία αυτανάφλεξης του καυσίμου.

• 3η φάση-ανάφλεξη & εκτόνωση: Προς το τέλος του χρόνου συμπίεσης πραγματοποιούνται οι ψεκασμοί του καυσίμου στην μορφή ατμών οι οποίοι αναμειγνύονται με το θερμό αέρα. Τότε αυτοαναφλέγονται σε πύρινο περιβάλλον που φτάνει τους 2.500 C και σε πίεση μπορεί να αγγίξει και τα 100bar. Από τη στιγμή που θα ψεκαστεί το καύσιμο, μέχρι την ανάφλεξη του, υπάρχει καθυστέρηση της αυτανάφλεξης που διαρκεί 0,5-2 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Για αυτό στα πρόσφατα συστήματα πραγματοποιείται από πριν ένας μικροψεκασμός που μειώνει και το χαρακτηριστικό κροτάλισμα των κινητήρων diesel.

• 4η φάση-εξαγωγή: Όταν η φάση εκτόνωσης πλησιάζει στην ολοκλήρωση της και αφού το πιστόνι έχει αρχίσει να ξανανεβαίνει ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής ώστε να βγουν τα καυσαέρια. Η πίεση μειώνεται απότομα στα 3-4bar και προοδευτικά αγγίζει την ατμοσφαιρική και η βαλβίδα εξαγωγής κλείνει με ένα μικρό βαθμό επικάλυψης με τις εισαγωγής (συνήθως 20 μοίρες).

Τεχνολογία diesel

H βενζίνη και το πετρέλαιο αποτελούν καύσιμα ενώσεων υδρογονανθράκων που παράγονται από την διύλιση του ακατέργαστου πετρελαίου (μαζούτ). Η βενζίνη χαρακτηρίζεται από το μικρότερο ειδικό της βάρος, είναι δηλαδή ελαφρύτερη, και εξατμίζεται πιο εύκολα. Λόγω της εξαιρετικά υψηλής πτητικότητας της (εξαέρωσης) επιτρέπει την ομαλή εκκίνηση του κινητήρα, ακόμα και σε ιδιαίτερα χαμηλές θερμοκρασίες. Στον αντίποδα, το πετρέλαιο είναι βαρύτερο σαν καύσιμο, εξατμίζεται δυσκολότερα ενώ όταν υπάρχει παγωνιά οι παραφίνες του πήζουν και το εμποδίζουν να φτάσει μέχρι τα μπεκ. Το υψηλό ιξώδες, δηλαδή η ρευστότητα, δυσχεραίνει τη λειτουργία της αντλίας και στην καλύτερη περίπτωση επηρεάζει αρνητικά την ποιότητα καύσης. Για αυτόν, και αρκετούς άλλους λόγους, η σύσταση του πετρελαίου διαφέρει ανάλογα με τις θερμοκρασίες που επικρατούν σε διαφορετικές περιοχές (π.χ. Νότια ή Βόρεια Ευρώπη).

Η θερμική απόδοση της βενζίνης δεν είναι μεγαλύτερη σε σύγκριση με του πετρελαίου;
Θεωρητικά, ναι. Στην πράξη όμως, συμβαίνει το αντίθετο, καθώς για να επιτευχθεί η ίδια τιμή έργου στους diesel απαιτείται μικρότερη ποσότητα καυσίμου η οποία συνεπάγεται σε μικρότερη κατανάλωση. Yστερούν δηλαδή στον τομέα της ειδικής ισχύος (ίπποι/λίτρο) αλλά υπερτερούν στην ειδική κατανάλωση καυσίμου (απόδοση/κατανάλωση). Και από πλευράς θερμοδυναμικής απόδοσης, οι diesel υπερέχουν των βενζινοκινητήρων. Λόγω της υψηλότερης σχέσης συμπίεσης, η οποία ξεπερνά το 20:1 σε αντίθεση με την 8-12:1 των βενζινοκινητήρων, η δομή του μπλοκ στους diesel είναι πιο στιβαρή προσφέροντας καλύτερο βαθμό θερμοαγωγιμότητας.

SMS===>Πως αποδίδεται… η απόδοση;

Ναι, αλλά η ενισχυμένη αρχιτεκτονική τους δεν μεταφράζεται σε αυξημένο βάρος;
Το συγκεκριμένο πρόβλημα καλύπτεται έμμεσα λόγω της βραδύτερης απαγωγής της θερμότητας που προσφέρει καλύτερο θερμοδυναμικό συντελεστή (30-36%) έναντι των βενζινοκινητήρων (20-25%). Στο θέμα της μικρότερης κατανάλωσης των diesel μεγάλο ρόλο λαμβάνει η εμφάνιση της μέγιστης τιμής της ισχύος σε μικρότερο εύρος στροφών σε σχέση με τους βενζινοκινητήρες.

Οι κινητήρες diesel είναι περισσότερο αξιόπιστοι από τους βενζινοκινητήρες;
Θεωρητικά, ναι, αν και η αξιοπιστία τους εξαρτάται πάντοτε από την γνησιότητα του πετρελαίου (η νοθεία είναι συνηθισμένο φαινόμενο στην Ελλάδα). Ιδιαίτερη βέβαια σημασία έχει το γεγονός πως οι diesel απαιτούν λιγότερη συντήρηση. Ακόμη, το μεγαλύτερο εύρος στροφών των βενζινοκινητήρων (περίπου 7.000σ.α.λ.) σε σχέση με τους μικρότερο των diesel (περίπου μέχρι τις 5.000σ.α.λ.) επιτρέπει στους πρώτους την απόδοση αυξημένης ισχύος. Στον αντίποδα όμως οι περισσότεροι diesel εμφανίζουν σημαντικά μεγαλύτερα αποθέματα ροπής σε εύρος μεταξύ των 1.000-2.000σ.α.λ.

Αν είναι έτσι τα πράγματα τότε γιατί δεν αυξάνονται τα όρια του κόφτη και στους diesel;
Ας θυμηθούμε τις ιδιότητες του πετρελαίου και το φαινόμενο της αυτονανάφλεξης, παράμετροι που δεν είναι δυνατό να συνδυαστούν όταν ο στροφαλοφόρος περιστρέφεται σε εύρος, όπου οι βενζινοκινητήρες συνήθως πλησιάζουν την μέγιστη τιμή της ισχύος τους.

Τύποι πετρελαιοκινητήρων

Τα πράγματα στους βενζινοκινητήρες είναι πιο πολύπλοκά, αφού εκτός από το σύστημα ψεκασμού, υπάρχει το ηλεκτρικό κύκλωμα της ανάφλεξης που περιλαμβάνει τα μπουζί. Επίσης, μια μεγάλη διαφορά ανάμεσα στους κινητήρες που καίνε βενζίνη και στους diesel αφορά στο τρόπο που αναφλέγεται το μείγμα στο θάλαμο καύσης. Στους κινητήρες diesel, το μείγμα αυτοαναφλέγεται (χωρίς μπουζί) λόγω της υψηλής θερμοκρασίας του αέρα η οποία οφείλεται στην υψηλή σχέση συμπίεσης. Η ποιότητα της καύσης έχει άμεση επίπτωση στους diesel και για αυτό το λόγο απαιτείται η καλύτερη δυνατή ανάμειξη του καυσίμου με τον αέρα. Με βάση λοιπόν τον τρόπο που πραγματοποιείται ο ψεκασμός και η καύση οι κινητήρες diesel χωρίζονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες.

Σε αυτούς με προθάλαμο καύσης ή θάλαμο στροβιλισμού και σε εκείνους με άμεσο ψεκασμό, με αποκορύφωμα τα συστήματα common rail. Στην πρώτη περίπτωση το πετρέλαιο ψεκάζεται στο προθάλαμο καύσης αναμειγμένο με συμπιεσμένο αέρα. Από εκεί, ξεκινά η ανάφλεξη η οποία μετέπειτα μεταβιβάζεται στο κυρίως θάλαμο καύσης. Βασικό τους μειονέκτημα είναι η δυσκολία στην ψυχρή εκκίνηση όπου απαιτείται προθερμαντήρας. Από την άλλη, οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού εμφανίζουν τον υψηλότερο βαθμό απόδοσης, την μικρότερη καθυστέρηση στην καύση, καλύτερη ποιότητα, χαμηλότερη κατανάλωση και μεγαλύτερη ευκολία στην ψυχρή εκκίνηση.

Χάρη στην εξέλιξη των ηλεκτρονικών συστημάτων κατασκευάστηκαν αρχικά ηλεκτρονικά ελεγχόμενα συστήματα όπως οι ανεξάρτητες ελεγχόμενες μονάδες ψεκασμού (EUI, Electronic Unit Injector) και αργότερα το σύστημα κοινής τροφοδοσίας (common rail). Το τελευταίο αποτελεί διαφορετική εκδοχή του πρώτου καθώς η αντλία είναι ενσωματωμένη μαζί με το μπεκ τα οποία ελέγχονται από τον εγκέφαλο του μοτέρ.

Συγκεντρωτικά, χάρη σε αυτά τα συστήματα, η πίεση που το καύσιμο ψεκάζεται στο θάλαμο καύσης αγγίζει με τα σημερινά δεδομένα έως και τα 2.000bar. Γιατί όμως απαιτείται τόσο μεγάλη τιμή; Η βέλτιστη διασπορά των σταγονιδίων καυσίμου στο θάλαμο επηρεάζει άμεσα την ποιότητα καύσης η οποία προσφέρει όχι μόνο καλύτερη απόδοση αλλά μειωμένους ρύπους και λιγότερα άκαυστα σωματίδια.

Common Rail

Μια κλασική διάταξη common rail αποτελείται από τρία βασικά κυκλώματα. Αυτό της χαμηλής πίεσης, περιλαμβάνει τη γραναζωτή αντλία του καυσίμου από το ρεζερβουάρ, το φίλτρο συν το ψύκτη καυσίμου καθώς και τις σωληνώσεις χαμηλής πίεσης. Η συνήθως ηλεκτρονικά ελεγχόμενη εμβολοφόρα αντλία, ο διακλαδωτής rail και τα μπεκ συγκαταλέγονται στο κύκλωμα υψηλής πίεσης. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα ελέγχου απαρτίζεται από την ηλεκτρονική μονάδα του κινητήρα (ECU), ένα σύνολο αισθητήρων, τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες και τον αισθητήρα πίεσης στο διακλαδωτή rail.

Για να δούμε, πως συνεργάζονται όλα αυτά τα εξαρτήματα μεταξύ τους. Η αντλία χαμηλής πίεσης (5-10bar) ρουφά το καύσιμο από το ρεζερβουάρ το οποίο όμως περνά πρώτα από ένα φίλτρο που αποτελείται από πορώδες υλικό (χαρτί, μέταλλο ή κεραμικό) με διαπερατότητα 3-6μm. Αξίζει να σημειωθεί πως τo φίλτρο αυτό μαζί με τις υδατοπαγίδες συγκρατούν την υγρασία που υπάρχει στο πετρέλαιο και μπορεί να καταλήξει στη καταστροφή πανάκριβων εξαρτημάτων, όπως είναι οι αυτολιπαινόμενες αντλίες (το κόστος των οποίων κυμαίνεται συνήθως από 1.000-3.500 ευρώ).

Εν συνεχεία, η γραναζωτή αντλία στέλνει το καθαρισμένο πετρέλαιο στο κύκλωμα υψηλής πίεσης, με σταθερή παροχή (περίπου 100-200 λίτρα/ώρα). Σε μερικές περιπτώσεις υπάρχει ηλεκτρική αντλία που στέλνει το καύσιμο από το μοτέρ χωρίς να γίνεται αναρρόφηση από την γραναζωτή. Επειδή η ποσότητα του πετρελαίου είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από όσο απαιτείται το πλεονάζον επιστρέφει από μια βαλβίδα τύπου by pass στο ρεζερβουάρ την στιγμή που μια δεύτερη διατηρεί σταθερή την εσωτερική πίεση (στη ίδια την αντλία) ανεξάρτητα από τις στροφές της.

SMS===> Ντίζελ, πετρελαιοκινητήρες, μπεκ και common rail!

Κατόπιν, η αντλία, παλινδρομικού ή περιστρεφόμενου εμβόλου, διανέμει το καύσιμο, προς το κάθε κύλινδρο, μέσα από ξεχωριστά rail. O αριθμός των παλινδρομήσεων που πραγματοποιεί το έμβολο της αντλίας, κατά τη διάρκεια μιας ολόκληρης περιστροφής του άξονα του, ισούται με τον αριθμό των κυλίνδρων του κινητήρα. Σε μεγαλύτερη ποσότητα το καύσιμο προωθείται από εκεί προς το διακλαδωτή rail στον οποίο -θεωρητικά- επικρατούν σταθερές συνθήκες πίεσης λόγω του όγκου του καυσίμου που υπάρχει στο κύκλωμα.

Η πίεση ρυθμίζεται ηλεκτρονικά από την ECU, μέσω του αισθητήρα πίεσης, και συνήθως κυμαίνεται από 400 έως 1.600bar, ανάλογα με το φορτίο και τις στροφές του μοτέρ. Η έναρξη του ψεκασμού καθορίζεται επίσης από την ECU που ενεργοποιεί τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες. Όπως είναι κατανοητό η ποσότητα του καυσίμου που θα ψεκαστεί στο θάλαμο καύσης καθορίζεται από τη χρονική διάρκεια όπου το μπεκ θα παραμείνει ανοιχτό. Το σύστημα common rail προσφέρει μεγάλα πλεονεκτήματα όπως η δυνατότητα υψηλών πιέσεων ψεκασμού, η μεταβαλλόμενη πίεση ψεκασμού ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του μοτέρ και η ευκολία τοποθέτησης του όλου συστήματος.

Καπνοπαγίδες

Στα παλιότερης τεχνολογίας οχήματα diesel, λόγω της σύστασης του πετρελαίου, από τις εξατμίσεις βγαίνει χαρακτηριστικός μαύρος καπνός δηλαδή σωματίδια αιθάλης. Όπως είναι γνωστό, αυτό το φαινόμενο απουσιάζει από τους βενζινοκινητήρες οι οποίοι κερδίζουν στο συγκεκριμένο τομέα τις εντυπώσεις. Ωστόσο, η διάταξη των σύγχρονων diesel (ηλεκτρονικά ελεγχόμενος ψεκασμός/καταλύτες/καπνοπαγίδες) καλύπτει και με το παραπάνω τις αυστηρές προδιαγραφές Euro 4 χωρίς να υπάρχουν καπνισμένες εξατμίσεις. Ma, και στην Ελλάδα κυκλοφορούν πολλά καινούργια TAXI που καπνίζουν.

SMS===>Αμμωνία, ουρία & ντίζελ…

Τέτοιου είδους περιπτώσεις, συνήθως οφείλονται είτε στην κακή συντήρηση των αυτοκινήτων είτε στο κακής ποιότητας καύσιμο που καταστρέφει τους καταλύτες και τα ειδικά φίλτρα. Μιας όμως και μιλήσαμε για τα φίλτρα, τι λέτε, δεν θα πρέπει να μάθουμε την λειτουργία τους; Η κατασκευή ειδικών φίλτρων (καπνοπαγίδων) που συγκρατούν τα σωματίδια από την καύση.

Το εσωτερικό του φίλτρου λειτουργεί ως καταλύτης που οξειδώνει και κατ΄ επέκταση αφαιρεί τους υδρογονάνθρακες που περιέχουν τα καυσαέρια. Στη συνέχεια τα αέρια διεισδύουν στο φίλτρο το οποίο φανταστείτε πως έχει την μορφή κυλίνδρου με κεραμικό πυρήνα που αποτελείται από μικροσκοπικές κυψέλες/διόδους και ζυγίζει περίπου ενάμιση κιλό. Εκεί παγιδεύονται τα άκαυστα σωματίδια που δημιουργούν τον καπνό.

Ένα από τα πιο πρόσφατα παραδείγματα είναι η καπνοπαγίδα που τοποθετείται στα μοτέρ τεχνολογίας TiD της Saab η οποία βρίσκεται κοντά, και μετά, την πολλαπλή εξαγωγής.Μα καλά, αυτά τα φίλτρα δεν μπουκώνουν ποτέ; Όχι διότι διαθέτουν ιδιότητες αυτοκαθαρισμού. Περιοδικά ο εγκέφαλος του μοτέρ εισάγει πλουσιότερο μίγμα στους θαλάμους καύσης, χωρίς σημαντικές επιπτώσεις στο τομέα της κατανάλωσης, ανεβάζοντας την θερμοκρασία των καυσαερίων στους περίπου 600 C. Η τιμή αυτή είναι αρκετή για να εξαερώσει τα κατάλοιπα που υπάρχουν στο φίλτρο, χωρίς να είναι αναγκαίος ο καθαρισμός του ή η αντικατάσταση του. Τα συμβατικά φίλτρα διαθέτουν πορώδης πυρήνα που συγκρατεί τους άκαυστους υδρογονάνθρακες, τα οξείδια του αζώτου και τα σωματίδια της αιθάλης.

Εκπομπές Euro

Οι ολοένα και αυστηρότερες προδιαγραφές ρύπων που αφορούν την ευρωπαϊκή αγορά (Euro) βάζουν συνεχώς σε νέους μπελάδες τις αυτοκινητοβιομηχανίες. Έτσι όμως πρέπει να είναι τα πράγματα καθώς στο ίδιο περιβάλλον κατοικούμε όλοι. Ανάλογα με την χρονική περίοδο θεσπίστηκαν και διαφορετικές νόρμες, η πρώτη ονομάστηκε Euro 1 και εκδόθηκε το 1993 σχετικά με την υποχρεωτική τοποθέτηση του καταλύτη στα αυτοκίνητα. Η δεύτερη, Euro 2, εμφανίστηκε το 1996 που επέβαλλε την μείωση των εκπομπών στο ήμισυ. Μετά από περίπου τέσσερα χρόνια ξεκίνησε το Euro 3 ενώ από το 2005 θα τεθεί σε ισχύ το Euro 4.

SMS===>Ντίζελ, που πήγαν τα καυσαέρια;

H τελευταία οδηγία δεν προβληματίζει και τόσο τους κατασκευαστές σε ότι έχει να κάνει με τους βενζινοκινητήρες. Στους diesel όμως τα πράγματα είναι πολύ πιο δύσκολα, παρόλο που οι κανονισμοί είναι ελαφρώς πιο ελαστικοί από τους βενζινοκινητήρες, αφού προβλέπεται η υποχρεωτική τοποθέτηση ειδικών φίλτρων (καπνοπαγίδων) για την κατακράτηση των αιωρούμενων σωματιδίων, μια λύση ιδιαίτερα δαπανηρή για τις αυτοκινητοβιομηχανίες. Η επόμενη γενιά common rail αναμένεται να προσφέρει πολύ καλύτερη ποιότητα καύσης που θα δώσει λύση στο παραπάνω πρόβλημα.

SMS===> Οι εκπομπές Euro 6 στους ντίζελ!

FiatMultijet

Ένας από τους μικρότερους σε κυβισμό κινητήρες diesel είναι ο Multijet της Fiat τεχνολογίας common rail με πίεση τα 1.400bar και χωρητικότητα μόλις 1.251κ.εκ. Η ειδική του ισχύς είναι από τις καλύτερες που έχει να επιδείξει ένας κινητήρας diesel καθώς η απόδοση του Multijet φτάνει τους 70 ίππους στις 4.000σ.α.λ. και τα 170Nm ροπής στις 2.000σ.α.λ. Η τουρμπίνα του είναι σταθερής γεωμετρίας ενώ υπάρχει κύκλωμα ανακύκλωσης των καυσαερίων (EGR).

Ουσιαστικά ο Multijet αποτελεί την εξέλιξη των γνωστών diesel της Fiat Unijet και ανήκει στη δεύτερη γενιά όπου έχουν την δυνατότητα ψεκάζουν από 3 έως 5 ψεκασμούς. Οι πολλαπλοί ψεκασμοί έχουν ως αποτέλεσμα την μείωση του κροταλίσματος του κινητήρα, προσφέροντας μειωμένους ρύπους και ομαλότερη λειτουργία που προσεγγίζει των βενζινοκινητήρων. Η εξελιγμένη μονάδα του Multijet επιτρέπει μικροψεκασμούς με μόλις 150 χιλιοστών του δευτερολέπτου και τον ψεκασμό ποσοτήτων που δεν ξεπερνά το 1mm².

SMS===> Fiat Multijet, η δεύτερη γενιά…

Ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα Multijet μεταβάλλεται και η συχνότητα των ψεκασμών. Για παράδειγμα, όταν η θερμοκρασία του μοτέρ κυμαίνεται στους περίπου 60 C και το φορτίο είναι χαμηλό, πραγματοποιούνται δύο μικροί και ένας μεγάλος ψεκασμός (περιοχή 1 & 4). Καθώς οι απαιτήσεις για ροπή αυξάνονται ο αριθμός των ψεκασμών μειώνεται στους δύο, ένας μικρός και ένας μεγάλος (περιοχή 2). Στις υψηλές στροφές λειτουργίας εκτελείται μόνο ένας, πλούσιος, ψεκασμός. Όταν η θερμοκρασία ανέβει αρκετά τα πράγματα, η ηλεκτρονική διαχείριση μεταβάλλεται για να μειωθούν οι ρύποι και ο ψεκασμός γίνεται ως εξής: ένας μικρός, ο κύριος και πάλι ένας μικρός (περιοχή 3).

Στο μάτι της βελόνας

Η λειτουργία του common rail θα ήταν αδύνατη αν δεν υπήρχε εξέλιξη στους εγχυτήρες, τα ευρέως γνωστά μπεκ. Μια τυπική διάταξη αποτελείται από μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα της οποίας το εσωτερικό πηνίο τροφοδοτείται με ηλεκτρικό ρεύμα που διαχειρίζεται η ηλεκτρονική μονάδα του κινητήρα. Το πηνίο αυτό είναι έμμεσα συνδεδεμένο με το ελατήριο που ελέγχει το άνοιγμα ή το κλείσιμο της βελόνας (ακροφύσιο) που ψεκάζει το καύσιμο στο εσωτερικό του κυλίνδρου.

Το πηνίο και η βαλβίδα είναι η καρδιά του εγχυτήρα και ελέγχουν με απόλυτη ακρίβεια το καύσιμο που θα περάσει από το μύτη της βελόνας της οποίας το άνοιγμα κυμαίνεται στα περίπου στα 1,5-3 μm (χιλιοστά του χιλιοστού!). Πρακτικά η μεγαλύτερη πρόκληση που αντιμετωπίζουν οι μηχανικοί έχει να κάνει με το πότε και το πόσο θα παραμείνει ανοιχτή η μύτη της βελόνας του μπεκ, διαδικασία η οποία συνήθως κυμαίνεται μεταξύ 150-800μsec. Το καύσιμο φτάνει στα μπεκ μέσα από τις σωληνώσεις υπό πίεση περίπου 1..400-1.800bar.

Στα πρώτης γενιάς common rail, μια ηλεκτρονικά ελεγχόμενη βαλβίδα σήκωνε τη βελόνα και έτσι περνούσε το καύσιμο. Στα νέα συστήματα ο ψεκασμός εξαρτάται από την διαφορά πίεσης ανάμεσα στη  βαλβίδα και το ακροφύσιο. Στο εσωτερικό του μπεκ υπάρχει εξισορρόπηση της πίεσης μέχρι η ECU να στείλει ηλεκτρικό ρεύμα και να υπάρξει υποπίεση και να σηκωθεί η βελόνα επιτρέποντας το ψεκασμό του καυσίμου. Όταν ο εγκέφαλος διακόψει τη ηλεκτρική διέγερση η βαλβίδα κλείνει και η πίεση αυξάνεται ξανά, πάνω από την βελόνα. Η πίεση εξισορροπείται και η βαλβίδα κατεβαίνει για ακόμα μια φορά ολοκληρώνοντας το ψεκασμό. Στα προηγούμενης τεχνολογίας μπεκ η βαλβίδα ανοίγει όταν η πίεση ξεπεράσει κάποια τιμή χωρίς να προσφέρουν καλύτερη διασπορά του καυσίμου.

Αναφορικά με το σύστημα ψεκασμού η κάθε αυτοκινητοβιομηχανία διαθέτει διαφορετική διαχείριση. Τα μπεκ αποτελούν ιδιαίτερα ευαίσθητες κατασκευές που με τον καιρό μπορεί να αποσυντονισθούν από την σωστή τους λειτουργία. Για να αποφευχθεί το συγκεκριμένο φαινόμενο, το οποίο επηρεάζει άμεσα την ποιότητα της καύσης, τα μπεκ διαθέτουν από τabar-code. Όταν εγκαθίστανται στο σύστημα ψεκασμού του πετρελαιοκινητήρα, το κάθε μπεκ φακελώνεται ξεχωριστά στην μνήμη του εγκέφαλου του μοτέρ (ECU). Έτσι, η ECU μπορεί να γνωρίζει ανά πάσα στιγμή τη συμπεριφορά κάθε μπεκ και να ρυθμίζει με ακρίβεια την ποσότητα του καυσίμου που ψεκάζεται από αυτό στο θάλαμο. Πολύ μεγάλης σημασίας στους diesel έχει ο αισθητήρας που αντιλαμβάνεται τους κραδασμούς του μπλοκ (knock sensor) ο οποίος έμμεσα μειώνει το παραγόμενο θόρυβο.

Ο πεντάλιτρος V10 κινητήρας, τεχνολογίας Unit Injector, που τοποθετείται στα VW Passat και Touareg είναι ο ισχυρότερος diesel σε επιβατικά αυτοκίνητα. H απόδοσή του φτάνει τους 313 ίππους στις 3.750σ.α.λ. και 750Nm ροπής στις 2.000σ.α.λ. Επειδή για όλα όμως υπάρχει ένα τίμημα το συγκεκριμένο μοτέρ δεν πληροί το Euro 4 εκτός και αν υπάρξουν αλλαγές.

Tα συστήματα υπερτροφοδότησης ήταν το μόνο μέσο ώστε να βελτιωθεί η ειδική ισχύς των diesel και να πλησιάσουν την ιπποδύναμη των βενζινοκινητήρων. Ta turbo με μεταβαλλόμενης γεωμετρίας πτερύγια (VNT) βρίσκουν ευρεία εφαρμογή στους κινητήρες diesel με στόχο την μείωση του turbolag και την βελτιστοποίηση της ισχύος. Παρατηρείστε την κλίση των εξωτερικών πτερυγίων η οποία αυξομειώνεται υδραυλικά ώστε να υπάρχει η καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση της κινητικής ενέργειας από τα καυσαέρια.