(ΜΗΧΑΝΙΚΗ)
Οι κινητήρες ανήκουν στη γενική κατηγορία των μηχανών που παράγουν την απαραίτητη ισχύ για την κίνηση βασικά των οχημάτων.
Οι βενζινοκινητήρες, οι κινητήρες ντίζελ και οι κινητήρες βάγκελ, στους οποίους η καύση ενός μείγματος [GLi] βενζίνης ή πετρελαίου μέσα σε έναν κύλινδρο δίνει την απαραίτητη ισχύ, λέγονται μηχανές εσωτερικής καύσης.
Αντίθετα, οι κινητήρες των ατμομηχανών και οι ατμοστρόβιλοι ανήκουν στις μηχανές εξωτερικής καύσης.
Οι πρώτοι κινητήρες εσωτερικής καύσης χρησιμοποιούσαν μείγμα αέρα και φωταερίου (Μπάρνετ, 1838), ενώ το 1860 ο Λενούαρ επινόησε μηχανή που χρησιμοποιούσε ηλεκτρικό σπινθήρα.
Το 1867 οι Γερμανοί μηχανικοί Ότο και Λάγκεν παρουσίασαν στην έκθεση του Παρισιού έναν κινητήρα χωρίς ελεύθερο έμβολο, ενώ πέντε χρόνια πριν από την έκθεση ο De Rochas είχε περιγράψει τα τέσσερα στάδια λειτουργίας ενός θεωρητικού κινητήρα.
Το 1876 ο Ότο παρουσίασε τον πρώτο πετρελαιοκινητήρα, του οποίου η λειτουργία στηριζόταν στο θεωρητικό διάγραμμα του Rochas. Τέλος, το 1885, ο Ντέμλερ παρουσίασε τον πρώτο βενζινοκινητήρα, ενώ ο κινητήρας βάγκελ, που είναι τροποποιημένη μορφή του βενζινοκινητήρα, έκανε την εμφάνισή του πολλά χρόνια αργότερα.
Α. Οι βενζινοκινητήρες διακρίνονται σε δύο τύπους: στους τετράχρονους και στους δίχρονους.
α) Βενζινοκινητήρας τετράχρονος. Στον τύπο αυτόν του κινητήρα, όπως και στις περισσότερες μηχανές εσωτερικής καύσης, το καύσιμο σχηματίζει μείγμα με τον αέρα σε συσκευή που λέγεται εξαερωτής (καρμπιρατέρ) και ακολουθεί η καύση του μείγματος μέσα στους κυλίνδρους. Η καύση έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή μεγάλης θερμότητας και τη διαστολή των αερίων που έμειναν στους κυλίνδρους. Η διαστολή αυτή των αερίων παράγει τη δύναμη που μετακινεί παλινδρομικά το έμβολο και δημιουργεί τη δυνατότητα κίνησης. Ο κύκλος της λειτουργίας του τετράχρονου κινητήρα γίνεται σε τέσσερις χρόνους.
1ος χρόνος-Αναρρόφηση. Το έμβολο (πιστόνι) κινείται προς τα κάτω μέσα στον κύλινδρο και μείγμα αέρα και σταγονιδίων βενζίνης ψεκάζεται μέσα στον κύλινδρο από τη βαλβίδα εισαγωγής.
2ος χρόνος-Συμπίεση. Το έμβολο κινείται προς τα πάνω και συμπιέζει το καύσιμο μείγμα, ενώ οι δύο βαλβίδες παραμένουν κλειστές.
3ος χρόνος-Έκρηξη και εκτόνωση. Όταν το καύσιμο μείγμα συμπιεστεί όσο πρέπει, ηλεκτρικός σπινθήρας από το μπουζί προκαλεί ανάφλεξη του μείγματος και η απότομη αύξηση της πίεσης κινεί το έμβολο προς τα πίσω, ενώ τα αέρια που βρίσκονται στον κύλινδρο εκτονώνονται.
4ος χρόνος-Εξαγωγή. Το έμβολο αρχίζει να κινείται προς τα πάνω και διώχνει τα αέρια κατάλοιπα από την ανοιχτή βαλβίδα εξαγωγής.
Ο κινητήρας συμπληρώνεται και από άλλους απαραίτητους μηχανισμούς, οι οποίοι στεγανοποιούν, ψύχουν, λιπαίνουν και συντονίζουν την κίνηση των βαλβίδων στους διάφορους χρόνους.
Για τη λειτουργία κινητήρα με μεγάλη σταθερή ισχύ, συνδυάζονται περισσότεροι κύλινδροι, οι οποίοι λειτουργούν [GLi] ρυθμικά με κατάλληλη προσαρμογή και σωστή κατασκευή του στροφαλοφόρου άξονα. Έτσι, έχουμε τους τετρακύλινδρους, εξακύλινδρους κτλ. κινητήρες με την προφανή διαπίστωση ότι η ισχύς και ο κανονικός ρυθμός λειτουργίας είναι συνάρτηση του αριθμού των κυλίνδρων. Επειδή όμως οι πολυκύλινδροι κινητήρες καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες βενζίνης, χρησιμοποιούνται περισσότερο στα αυτοκίνητα αγώνων.
β) Βενζινοκινητήρας δίχρονος. Με τα ίδια βασικά όργανα, όπως και ο τετράχρονος, ο κινητήρας αυτός χαρακτηρίζεται από δύο χρόνους στον κύκλο λειτουργίας. Έτσι, το έμβολο δέχεται μια μόνο ώθηση στο τέλος κάθε δεύτερης απλής διαδρομής. Οι δίχρονοι κινητήρες χρησιμοποιήθηκαν σε λίγα μόνο μοντέλα αυτοκινήτων. Ο ήχος της λειτουργίας αυτού του τύπου των κινητήρων είναι χαρακτηριστικά διακοπτόμενος, ενώ η αποδιδόμενη ισχύ δεν είναι πολύ μεγάλη.
Β. Κινητήρες ντίζελ. Επίτευγμα του Γερμανού μηχανικού Ρ. Ντίζελ, ο οποίος κατασκεύασε το πρότυπο της μηχανής του το 1892 και ολοκλήρωσε τη μορφή της με έναν κύλινδρο ισχύος 25 ΗΡ, το 1897.
Η βασική διαφορά των κινητήρων ντίζελ από τους βενζινοκινητήρες είναι στο σύστημα ανάφλεξης.
Συγκεκριμένα, στους κινητήρες ντίζελ δε χρειάζεται αναφλεκτική διάταξη, γιατί το καύσιμο αυτοαναφλέγεται. Επίσης τη θέση του εξαερωτή παίρνει ο ψεκαστήρας (μπεκ).
Στον κινητήρα ντίζελ κατά την αναρρόφηση γίνεται εισαγωγή αέρα στον κύλινδρο και η συμπίεση φτάνει στο 1/16 του αρχικού όγκου. Δηλαδή, ενώ η σχέση συμπίεσης στους βενζινοκινητήρες είναι κατά μέσο όρο 8:1, στους κινητήρες ντίζελ είναι 16:1. Σε αυτή τη σχέση συμπίεσης ο αέρας θερμαίνεται στους 320° C περίπου, ενώ ένα λεπτό νέφος από καύσιμο (πετρέλαιο) περνάει μέσα στον κύλινδρο. Η υψηλή θερμοκρασία έχει ως συνέπεια την αυτοανάφλεξη του καυσίμου, το οποίο δίνει τη δύναμη για την εκτόνωση. Ο 4ος χρόνος μοιάζει ακριβώς με τον αντίστοιχο του βενζινοκινητήρα.
Οι κινητήρες ντίζελ παρουσιάζουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να χρησιμοποιήσουν ως καύσιμα βαριά λάδια ή πετρέλαιο, τα οποία είναι ακατάλληλα για τους περισσότερο εκλεπτυσμένους βενζινοκινητήρες. Επειδή όμως οι τετράχρονοι κινητήρες ντίζελ έχουν μεγάλο βάρος, χρησιμοποιούνται σε μόνιμες εγκαταστάσεις, καθώς και σε πλοία.
Αντίθετα, ο δίχρονος κινητήρας ντίζελ με το πολύ μικρότερο βάρος, χρησιμοποιείται και σε οχήματα προσφέροντας μεγάλη οικονομία.
Γ. Κινητήρας βάγκελ. Ο περιστροφικός κινητήρας βάγκελ είναι ασφαλώς η μοναδική εξέλιξη του κινητήρα εσωτερικής καύσης που εμφανίστηκε στις αρχές του 20ού αι. Η ιστορία αυτού του κινητήρα άρχισε το 1954, όταν ο Γερμανός μηχανικός της Εν Ες Ου, Φέλιξ Βάγκελ, σχεδίασε έναν κινητήρα, ο οποίος αντί για 2, 4 ή 6 έμβολα (πιστόνια) θα είχε ένα έμβολο τριγωνικό, ένα ρότορα (Rotor).
Το 1958 ο πρώτος περιστροφικός κινητήρας με το όνομα του εφευρέτη άρχισε τις δοκιμές του πάνω σε ένα σασί από Εν Ες Ου Πριντζ. Το 1962 παρουσιάστηκε στη Γερμανία το Εν Ες Ου Πριντζ Σπάιντερ με κινητήρα βάγκελ (με ένα ρότορα) και από τα 500 κυβ. εκ. απέδιδε 64 ίππους 101Ν στις 6.000 στροφές ανά λεπτό. Φυσική εξέλιξη του Σπάιντερ ήταν το NSU Ro 80 με διπλό ρότορα (βάγκελ) και απόδοση από τα 1000 κυβικά 130 ίππους στις 6.000 στροφές ανά λεπτό.
Αρχικά το έμβολο (πιστόνι) έχει σχήμα ισόπλευρου τριγώνου με κυρτές πλευρές και στρογγυλεμένες γωνίες και είναι εντελώς διαφορετικό από τα κοινά έμβολα με την κυλινδρική κεφαλή και το διωστήρα (μπιέλα), που μεταδίδει την κίνηση στο στροφαλοφόρο άξονα.
Βασική διαφορά είναι ότι το έμβολο στους συνήθεις κινητήρες κινείται παλινδρομικά και η κίνηση μετατρέπεται σε περιστροφική με το διωστήρα και το στρόφαλο. Στον κινητήρα βάγκελ το έμβολο (ρότορας) κινείται το ίδιο περιστροφικά.
Άλλη διαφορά είναι η έλλειψη βαλβίδων εισαγωγής-εξαγωγής και εκκεντροφόρου, όπως στους κοινούς κινητήρες.
Επίσης οι θάλαμοι καύσης δεν είναι σταθεροί, ούτε σε θέση ούτε σε σχήμα ούτε σε όγκο, γιατί ο θάλαμος καύσης [GLi] είναι ο κενός χώρος μεταξύ της πλευράς του τριγωνικού εμβόλου και του τοιχώματος του κινητήρα που αντιστοιχεί στην περιοχή του αναφλεκτήρα (μπουζί).
Ο ρότορας περιστρέφεται σε έναν ελικοειδή χώρο έτσι, ώστε πάντα οι τρεις του γωνίες να εφαρμόζουν στο εσωτερικό τοίχωμα του κινητήρα.
Ο βάγκελ με το περιστροφικό έμβολο είναι τετράχρονος, με τέσσερις χρόνους στη λειτουργία, δηλαδή εισαγωγή-συμπίεση-έκρηξη, εκτόνωση-εξαγωγή.
Επίσης είναι υδρόψυκτος και έχει σύστημα ανάφλεξης με πολλαπλασιαστή, καλώδια υψηλής τάσης, διανομέα και δύο μπουζί.
Η τροφοδοσία του γίνεται μέσω καρμπιρατέρ τύπου Σόλεξ με ειδικά ζιγκλέρ και βεντούρια, ενώ η κατανάλωση καυσίμων (βενζίνης) και λαδιού είναι σχετικά μεγαλύτερη από των κοινών κινητήρων.
Βέβαια υπάρχουν και πλεονεκτήματα, τα οποία είναι τα εξής:
α) χαμηλό ποσοστό κραδασμών,
β) λιγότερος θόρυβος,
γ) απαλή ροπή στρέψης,
δ) μικρότερος όγκος και λιγότερο βάρος κατά 30% περίπου,
ε) μεγάλη ιπποδύναμη από σχετικά λιγότερα κυβικά εκατοστά,
ζ) απλούστερη συντήρηση.
Δ. Κινητήρες αντίδρασης. Σε αυτούς η μηχανική ενέργεια είναι συνέπεια ταχύτητας εκτόξευσης[GLi]αερίων προς τα πίσω, οπότε δημιουργείται κίνηση προς τα εμπρός, σύμφωνα με την αρχή δράσης και αντίδρασης. Οι κινητήρες αυτοί χρησιμοποιούνται συνήθως στην κίνηση αεροπλάνων και πυραύλων.
Ε. Κινητήρες ιοντικοί (πυρηνικοί). Η λειτουργία τους στηρίζεται στη μετατροπή της πυρηνικής ενέργειας σε ηλεκτρική και βρήκαν ευρεία εφαρμογή στην κίνηση των πυρηνοκίνητων υποβρυχίων. Γενικά, οι κινητήρες και τα συστήματα πυρηνικής προώθησης θα αποτελέσουν τα μελλοντικά μέσα για την κατάκτηση του αχανούς διαστήματος.
Το κείμενο εξ` ολοκλήρου δικό μου_Γεώ. Λυμπερόπουλος [GLi]
