Πώς δουλεύει ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης; Τι κάνουν τα πιστόνια, οι κύλινδροι, οι μπίελες, στροφαλοφόρος άξονας, οι βαλβίδες και τα μπουζί. Πως καίγεται το καύσιμο και πως κινείται το αυτοκίνητο σου;
Αν δεν είσαι μηχανικός, ίσως ποτέ δεν έχεις σκεφτεί με λεπτομέρεια πώς ακριβώς λειτουργεί ο κινητήρας του αυτοκινήτου σου. Ωστόσο, αν αναρωτιέσαι τι συμβαίνει κάτω από το καπό κάθε φορά που πατάς το γκάζι, τότε αυτός ο οδηγός θα σου εξηγήσει με απλά λόγια τη μαγεία της εσωτερικής καύσης.
Τι εννοούμε όταν λέμε κινητήρας εσωτερικής καύσης;
Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης είναι μια θερμική μηχανή, δηλαδή ένας μηχανισμός που μετατρέπει τη χημική ενέργεια της βενζίνης ή του πετρελαίου σε μηχανική ενέργεια.
Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της καύσης του καυσίμου, η οποία δημιουργεί εκρήξεις υψηλής θερμοκρασίας. Αυτές οι εκρήξεις σπρώχνουν τα πιστόνια του κινητήρα προς τα κάτω, μετατρέποντας την ενέργεια της καύσης σε ροπή, δηλαδή σε δύναμη που γυρίζει τους τροχούς.
Τα βασικά στοιχεία του κινητήρα
Για να κατανοήσεις πώς λειτουργεί ο κινητήρας, πρέπει να γνωρίζεις τα βασικά του εξαρτήματα:
Κύλινδροι και πιστόνια
Ο κινητήρας αποτελείται από κυλίνδρους, μέσα στους οποίους κινούνται πάνω-κάτω τα πιστόνια. Σκέψου τα πιστόνια σαν τα πόδια σου όταν κάνεις πετάλι για να κινήσεις το ποδήλατο: κινούνται πάνω-κάτω, μεταφέροντας την κίνηση στον στροφαλοφόρο άξονα.
Μπιέλες και στροφαλοφόρος άξονας
Τα πιστόνια είναι συνδεδεμένα με τον στροφαλοφόρο άξονα μέσω των μπιελών. Ο στροφαλοφόρος άξονας είναι το εξάρτημα που μετατρέπει την πάνω-κάτω κίνηση των πιστονιών σε περιστροφική κίνηση, την οποία τελικά χρησιμοποιούν οι τροχοί για να κινηθεί το αυτοκίνητο.
Βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής
Οι βαλβίδες εισαγωγής επιτρέπουν στον αέρα και το καύσιμο να εισέλθουν στον κύλινδρο, ενώ οι βαλβίδες εξαγωγής αποβάλλουν τα καυσαέρια.
Μπουζί
Το μπουζί παράγει τον σπινθήρα που προκαλεί την καύση του μείγματος καυσίμου-αέρα μέσα στον κύλινδρο.
3. Ο τετράχρονος κύκλος λειτουργίας του κινητήρα
Οι περισσότεροι κινητήρες εσωτερικής καύσης που λειτουργούν με βενζίνη ή ντίζελ ακολουθούν έναν τετραχρονικό κύκλο, που αποτελείται από τέσσερις βασικές φάσεις:
1. Εισαγωγή
- Το πιστόνι κατεβαίνει.
- Η βαλβίδα εισαγωγής ανοίγει, επιτρέποντας στον αέρα να εισέλθει στον κύλινδρο.
- Αν ο κινητήρας είναι βενζίνης, το καύσιμο αναμιγνύεται με τον αέρα πριν ή κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης.
2. Συμπίεση
- Το πιστόνι ανεβαίνει και συμπιέζει το μείγμα αέρα-καυσίμου.
- Η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει, σφραγίζοντας το μείγμα μέσα στον κύλινδρο.
3. Καύση
- Όταν το πιστόνι φτάσει στο ανώτερο σημείο του (Top Dead Center – TDC), το μπουζί δημιουργεί έναν σπινθήρα, προκαλώντας την έκρηξη του καυσίμου.
- Η έκρηξη δημιουργεί τεράστια πίεση που σπρώχνει το πιστόνι προς τα κάτω.
- Αυτή είναι η φάση που παράγει ισχύ και κινεί το αυτοκίνητο.
4. Εξαγωγή
- Το πιστόνι ανεβαίνει ξανά, αυτή τη φορά σπρώχνοντας τα καυσαέρια προς τα έξω.
- Η βαλβίδα εξαγωγής ανοίγει, επιτρέποντας στα καυσαέρια να αποβληθούν μέσω της εξάτμισης.
- Όταν το πιστόνι φτάσει στο ανώτερο σημείο του, ο κύκλος ξεκινά ξανά από την αρχή.
4. Διατάξεις κυλίνδρων και τύποι κινητήρα
Οι κινητήρες ταξινομούνται ανάλογα με το πώς είναι τοποθετημένοι οι κύλινδροι τους:
1. Εν (Σε) Σειρά (Inline)
- Οι κύλινδροι είναι τοποθετημένοι ο ένας δίπλα στον άλλο σε μια ευθεία γραμμή.
- Συνήθως συναντάται στους τετρακύλινδρους κινητήρες.
2. Σε Σχήμα V (V-Engines)
- Οι κύλινδροι είναι τοποθετημένοι σε δύο τράπεζες σε σχήμα «V».
- Χρησιμοποιούνται σε V6 και V8 κινητήρες, συνήθως σε πιο δυνατά αυτοκίνητα.
3. Οριζόντιοι (Flat ή Boxer)
- Οι κύλινδροι είναι τοποθετημένοι αντικριστά, παράλληλα με το έδαφος.
- Χρησιμοποιείται κυρίως από τη Porsche και τη Subaru.
5. Άλλες τεχνολογίες που επηρεάζουν την απόδοση του κινητήρα
Turbo & Supercharger
- Το turbo και ο μηχανικός υπερτροφοδότης (supercharger) προσθέτουν επιπλέον αέρα στον κινητήρα, αυξάνοντας τη δύναμή του.
Υβριδικοί Και Ηλεκτροκινητήρες
- Οι υβριδικοί κινητήρες συνδυάζουν τη λειτουργία ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης με έναν ηλεκτρικό κινητήρα για μεγαλύτερη απόδοση.
- Οι ηλεκτροκινητήρες, από την άλλη, δεν χρειάζονται καύσιμο, καθώς λειτουργούν αποκλειστικά με ηλεκτρική ενέργεια.