Αρχή λειτουργίας κινητήρων
εσωτερικής καύσης

  Στην συνηθισμένη ερώτηση, πως λειτουργεί ο κινητήρας εσωτερικής καύσης, πολλοί απαντούν ότι: "ή έκρηξη του καύσιμου σπρώχνει το έμβολο και έτσι γυρίζει ο στρόφαλος". Ευτυχώς οι αερομοντελιστές έχουν μία σαφέστερη εικόνα για το "Τι υπάρχει" και "τι συμβαίνει εκεί μέσα".

Κατ' αρχή το καύσιμο δεν εκρύγνηται, αλλά καίγεται γρήγορα και ομαλά. Καύση είναι η χημική αντίδραση όπου η καύσιμος ύλη (που στην περίπτωσή μας περιέχεται στο υγρό καύσιμο μαζί με λιπαντικό), ενώνεται με το οξυγόνο του αέρα για να δώσει νέα συστατικά διοξείδιο του άνθρακα και νερό (κ.α.)

Επειδή ή ενέργεια που χρειάζεται για να σχηματιστούν τα νέα αυτά μόρια είναι μικρότερη από αυτή που είχαν τα αρχικά μόρια, μένει ελεύθερο ένα σημαντικό ποσό ενέργειας, με την μορφή της θερμότητας (εξώθερμη αντίδραση, αποδιδόμενη ενέργεια).

Η θερμότητα δεν είναι ακριβώς αυτό που ζητάμε, την εκμεταλλευόμαστε όμως για να πετύχουμε τον σκοπό μας. Μέρος λοιπόν αυτής της θερμότητας ανεβάζει την θερμοκρασία των αερίων προϊόντων της καύσης (το νερό είναι ατμός) και αυξάνει την πίεσή τους. Τα υπερσυμπιεσμένα αέρια σπρώχνουν προς όλες τις κατευθύνσεις και φυσικά και την επιφάνεια του εμβόλου που αρχίζει να κινείται. Μετατρέψαμε δηλ. την θερμότητα σε κινητική ενέργεια (μία άλλη μορφή ενέργειας). Η κίνηση είναι αυτό που ζητάμε (το πως μετατρέπεται η ευθύγραμμη κίνηση σε περιστροφική δεν θα εξεταστεί εδώ).

Ολα τα παραπάνω συμβαίνουν πολύ γρήγορα στον θάλαμο της καύσης, σε 1 Χ 10^-6 δευτερόλεπτα. Δυστυχώς όπως είπαμε δεν μπορούμε να μετατρέψουμε όλο το ποσό της εκλυόμενης ενέργειας του καύσιμου σε κινητική, μόνιμη πρόκληση των σχεδιαστών που προσπαθούν να μειώσουν τις απώλειες και να παρουσιάσουν κινητήρες με τον καλύτερο βαθμό μετατροπής, της προσφερόμενης ενέργειας σε αποδιδόμενη.

ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ

1. Εισαγωγή

2. Συμπίεση

3. Καύση

4. Εξαγωγή

Παρατηρούμε ότι:

• Καθ' ένα από τα τέσσερα στάδια του κύκλου γίνεται στη διάρκεια μιας διαδρομής του εμβόλου, είτε ανερχόμενη, είτε κατερχόμενη.
• Για ένα πλήρη κύκλο θέλουμε δύο ανερχόμενες και δύο κατερχόμενες διαδρομές.
• Οι τέσσερεις αυτές διαδρομές, που λέγονται και χρόνοι (γι' αυτό λέγεται τετράχρονος) αντιστοιχούν σε δύο πλήρεις περιστροφές του στρόφαλου.
• Από τους τέσσερεις χρόνους μόνο ο ένας - ο τρίτος - παράγει έργο.
• Για να συνεχίσει ο μονοκύλινδρος κινητήρας την περιστροφή τους υπόλοιπους τρείς χρόνους. βασίζεται στην αδράνεια περιστροφής των περιστρεφόμενων μερών του, η οποία ενισχύεται από το φορτίο του, που στην περίπτωσή μας είναι μία έλικα.

ΔΙΧΡΟΝΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ

Τα τέσσερα στάδια δεν έχουν πλέον τους ίδιους χρονικούς περιορισμούς σαν την τετράχρονη. Ανοιγμα και κλείσιμο μπορούν να οριστούν από τον σχεδιαστή (σε λογικά όρια) και έτσι να πάψουν να είναι ισοδύναμα ή ανεξάρτητα μεταξύ τους. Εκεί βασίζεται και η ποικιλία των σχεδίων.

Θα παρακολουθήσουμε τα στάδια λειτουργίας ενός μονοκύλινδρου κινητήρα, με ατμοσφαιρική εισαγωγή, με το καρμπυρατέρ τοποθετημένο στο μπροστινό μέρος του, και την εξάτμιση στο πίσω μέρος του. Η μεταφορά του μίγματος αέρος-καυσίμου από το καρμυρατέρ έως την βάση, γίνεται μέσω πόρτας στην περιφέρεια του στρόφαλου, και ομοκεντρικού αυλού στο πίσω μέρος του τελευταίου.

1. Ο κινητήρας γυρίζει με εξωτερική βοήθεια και το έμβολο ανεβαίνει. Η πίεση στην βάση πέφτει και αναροφάται μίγμα από την ανοικτή βαλβίδα.
2. Το έμβολο αρχίζει να κατεβαίνει (με εξωτερική βοήθεια). Η βαλβίδα εισαγωγής έχει κλείσει. Το μίγμα στην βάση συμπιέζεται.
3. Το έμβολο έχει φθάσει στο κατώτατο σημείο (με εξωτερική βοήθεια) και έχει αποκαλύψει (έχουν δηλαδή ανοίξει) τις δύο πόρτες της bypass και εξαγωγής (εξάτμιση). Λόγω της διαφοράς πίεσης, το μίγμα ανεβαίνει από τον πλάγιο διάδρομο μεταφοράς και εισχωρεί στον ελεύθερο χώρο του κυλίνδρου, επάνω από το έμβολο. Επειδή είναι ανοικτή η πόρτα εξαγωγής, μικρό μέρος του μίγματος αρχίζει να εξέρχεται.
   

4. Ο στρόφαλος συνεχίζει την αδρανή περιστροφή του και το έμβολο ανεβαίνει κλείνοντας την πόρτα μεταφοράς και την πόρτα εξαγωγής και στο υπόλοιπο της διαδρομής του συμπιέζει το μίγμα. (Επαναλαμβάνεται ταυτόχρονα η φάση 1).
5. Πλησιάζοντας το ανώτατο σημείο της διαδρομής το μίγμα αναφλέγεται.
6. Τα αέρια εκτονώνονται και σπρώχνουν το έμβολο προς τα κάτω. Από το σημείο αυτό ο κινητήρας έχει εκκινήσει και μπορεί να επαναλάβει μόνος του τον επόμενο κύκλο με την προϋπόθεση φυσικά ότι όλοι οι άλλοι παράγοντες είναι σωστά ρυθμισμένοι (Επαναλαμβάνεται ταυτόχρονα η φάση 2).
7. Καθώς το έμβολο κατέρχεται σε κάποιο σημείο ανοίγει η πόρτα εξαγωγής και τα καυσαέρια αρχίζουν τα εξέρχονται. Η μεγάλη πίεση που εξασκούσαν στο έμβολο μειώνεται. Σε ελάχιστο χρόνο αργότερα ανοίγει η πόρτα μεταφοράς, και επαναλαμβάνεται η φάση 3, αλλά τώρα το φρέσκο μίγμα θα καταλάβει μόνο τον χώρο που ελευθερώνουν τα καυσαέρια, και θα αναμιχθεί με την ποσότητα των καυσαερίων που μένει στον κύλινδρο.

   παρατηρούμε:

   Ο πλήρης κύκλος του δίχρονου γίνεται μέσα σε μία ανερχόμενη και μία κατερχόμενη διαδρομή του εμβόλου. Τα τέσσερα γνωστά στάδια εμφανίζονται ως εξής:
   • 1ος χρόνος - διαδρομή ανόδου
     • μέρος εισαγωγής
     • μέρος εξαγωγής
     • συμπίεση
   • 2ος χρόνος - διαδρομή καθόδου
     • ανάφλεξη - εκτόνωση
     • μέρος εξαγωγής
     • μέρος εισαγωγής

   Οι δύο αυτοί χρόνοι αντιστοιχούν σε μία πλήρη περιστροφή του στροφάλου. Από τους δύο χρόνους μόνο ο ένας παράγει έργο. Για να συνεχίσει ο μονοκύλινδρος την περιστροφή στον νεκρό χρόνο βασίζεται στην αδράνεια περιστροφής του φορτίου του που μπορεί να είναι αρκετά μικρότερο από το αντίστοιχο του τετράχρονου.

   Στα σχήματα εμφανίζεται μονοκύλινδρος κινητήρας με πρόσθια εισαγωγή μέσω χρονισμένης οπής στον στρόφαλο. Η υποπίεση της βάσης αναγκάζει τον αέρα να περάσει επιταχυνόμενος μέσα από το χωνί του καρμπυρατέρ και να τραβήξει καύσιμο . Η πόρτα εισαγωγής του στροφάλου μένει κλειστή για λίγο χρόνο. Μετά το κλείσιμο αυτής της πόρτας η αδράνεια του εισερχόμενου αέρα επιτρέπει την εισαγωγή καύσιμου για λίγο χρόνο ακόμη.

    

   [ Τύποι κινητήρων ] - [ Τα μέρη των κινητήρων ] - [ Ο κυβισμός ] - [ Η εκκίνηση ] - [ Το στρώσιμο ] - [ Κινητήρες ABC ] - [ Το καρμπυρατέρ ] - [ Σιγαστήρες ] - [ Συντονιζόμενες εξατμίσεις ] - [ Ροπή και Ισχύς ] - [ Φροντίδα - Συντήρηση ] - [ Βάσεις ] - [ Ψύξη ] - [ Δεξαμενές υγρών καυσίμων ] - [ Το μπουζί πυράκτωσης ] - [ Καύσιμα ] - [ Η έλικα ]

   ---