Περιεχόμενα Άρθρου
Μία εναλλακτική λύση στα ακριβά και πολύπλοκα υβριδικά συστήματα βασισμένα στην ηλεκτρική κίνηση.
ΙΣΤΟΡΙΑ
Όταν ο NICOLAS OTTO εφηύρε τον κινητήρα εσωτερικής καύσης το 1876 η απόδοση της λειτουργίας αυξήθηκε από το 17% (του κινητήρα εξωτερικής καύσης) στο αξιοπρεπές πλέον 30%.
Για τα επόμενο όμως 100 χρόνια, παρά τα τεράστια ποσά που διατέθηκαν στην έρευνα και εξέλιξη για την βελτίωση της αποδοτικότητας του κινητήρα, τα οφέλη ήταν ελάχιστα και της τάξης έως του 2%.
Αυτό συνέβη γιατί η εξέλιξη επικεντρωνόταν σχεδόν στα πάντα, εκτός από την ίδια την καρδιά του κινητήρα.
Τα πάντα ξεκίνησαν το 1998 όταν ο εφευρέτης Carmelo Scuderi (1925-2002) (Μηχανικός Θερμοδυναμικής και Μηχανικός Ρευστών), αποφάσισε να προχωρήσει τον κινητήρα εσωτερικής καύσης σε ένα άλλο επίπεδο. Η εφεύρεσή του τελειοποιήθηκε το 2001 όπου κατοχυρώθηκαν και οι πρώτες πατέντες για έναν καινούργιο κινητήρα.
Δυστυχώς ο Carmelo Scuderi πέθανε ξαφνικά το 2002. Όμως την εργασία του συνέχισαν οι υιοί του, Sal Scuderi (Πρόεδρος του Γκρουπ Scuderi), Nick Scuderi (Αντιπρόεδρος Μάρκετινγκ και Πωλήσεων του Γκρουπ Scuderi), Steve Scuderi (Δικηγόρος και Πληρεξούσιος των Πατεντών του Γκρουπ Scuderi) και ο Dennis Rader (Καθηγητής Μηχανολόγος Διευθυντής Αδειοδότησης).
ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ SCUDERI
Ο κινητήρας SCUDERI διαχωρίζει τους τέσσερις χρόνους του κινητήρα εσωτερικής καύσης σε δύο κυλίνδρους.
Ο ένας κύλινδρος είναι για την εισαγωγή και τη συμπίεση. Κύλινδρος συμπίεσης.
Ο άλλος κύλινδρος είναι για την εκτόνωση και την εξαγωγή. Κύλινδρος εκτόνωσης.
Οι κύλινδροι ενώνονται μεταξύ τους με μία δίοδο η οποία ελέγχεται με βαλβίδες.
Πρόκειται για μία επαναστατική σχεδίαση κινητήρα που με το ζεύγος των κυλίνδρων αλλάζει όσα γνωρίζαμε για τον κινητήρα εσωτερικής καύσης μέχρι σήμερα.
Ο κινητήρας βασίζεται στον κύκλο λειτουργίας Miller στον οποίο η έκρηξη γίνεται μετά το άνω νεκρό σημείο. Όμως ενώ ο κύκλος Miller μειώνει δραστικά τους ρύπους, δεν μπορεί να εφαρμοστεί στον σημερινό κινητήρα εσωτερικής καύσης διότι τότε θα χανόταν πολύτιμη διαδρομή εμβόλου.
Έτσι ο σημερινός κινητήρας εσωτερικής καύσης συμπιέζει πρακτικά το μείγμα δύο φορές, αφού αρχίζει την έκρηξη πριν από το άνω νεκρό σημείο. Με σημαντική απώλεια ενέργειας.
Με τον κινητήρα SCUDERI είναι πλέον εφικτό να εφαρμοστεί η λειτουργία του κύκλου Miller, αφού η συμπίεση γίνεται σε ξεχωριστό κύλινδρο και είναι ανεξάρτητη από τον κύλινδρο της εκτόνωσης.
Με έκρηξη μετά το άνω νεκρό σημείο, η ταχύτητα της φλόγας μεταδίδεται τέσσερις φορές ταχύτερα από τον συμβατικό κινητήρα, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία μέσα στον θάλαμο καύσης να μην φθάνει ποτέ στα επίπεδα της δημιουργίας οξειδίων του αζώτου. Η μείωση των NOx έτσι είναι της τάξης του 80%.
Επίσης με τη μορφή του κινητήρα αυτού, η διάσταση του ζεύγους των κυλίνδρων μπορεί να αποφασιστεί ξεχωριστά, ανάλογα με τις ανάγκες του οχήματος στο οποίο πρόκειται να τοποθετηθεί.
Εάν για παράδειγμα θέλουμε υπερτροφοδότηση μεγαλώνουμε τον κύλινδρο συμπίεσης, ή εάν δεν έχουμε μεγάλο χώρο μικραίνουμε τον κύλινδρο συμπίεσης αλλά τοποθετούμε υποβοήθηση με turbo.
Εάν θέλουμε μεγαλύτερη θερμική απόδοση μεγαλώνουμε τη διαδρομή του κυλίνδρου εκτόνωσης.
Στον κινητήρα SCUDERI έχουμε χρόνο εκτόνωσης σε κάθε περιστροφή του στροφαλοφόρου, επιτυγχάνοντας πρωτόγνωρα οφέλη ισχύος και αποδοτικότητας από μία μικρού μεγέθους κατασκευή.
Ο κινητήρας SCUDERI μπορεί να είναι είτε βενζινοκινητήρας είτε πετρελαιοκινητήρας.
Επίσης μπορεί να έχει και υβριδική λειτουργία (δείτε παρακάτω στην περιγραφή).
ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Το έμβολο κατεβαίνει προς το ΚΝΣ και με τη βαλβίδα εισαγωγής ανοικτή γίνεται πλήρωση με αέρα.
ΣΥΜΠΙΕΣΗ
Το έμβολο ανεβαίνει προς το ΑΝΣ στον χρόνο της συμπίεσης και συμπιέζει τον αέρα έως τα 50 bar περίπου.
Τότε ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής της διόδου που ενώνει τους δύο κυλίνδρους και ο πεπιεσμένος αέρας διοχετεύεται στον κύλινδρο εκτόνωσης.
Η βαλβίδα εισαγωγής του κυλίνδρου εκτόνωσης ανοίγει και ο πεπιεσμένος αέρας εισέρχεται μέσα στον κύλινδρο εκτόνωσης.
Το έμβολο της εκτόνωσης προηγείται του εμβόλου της συμπίεσης κατά 20 μοίρες.
Αυτό δίνει τη δυνατότητα στο έμβολο της συμπίεσης να ξεκινήσει να ωθεί πεπιεσμένο αέρα μέσα στη δίοδο μεταξύ των κυλίνδρων καθώς ο αέρας μέσα στη δίοδο περνά μέσα στον κύλινδρο εκτόνωσης.
Αυτό σημαίνει ότι η ίδια ποσότητα που βγαίνει από τη δίοδο προς τον κύλινδρο της εκτόνωσης συμπληρώνεται από τον κύλινδρο της συμπίεσης.
Με τον τρόπο αυτόν η πίεση μέσα στη δίοδο διατηρείται σχετικά σταθερή και εξαλείφει τις απώλειες άντλησης (αντίθλιψης).
Το έμβολο της εκτόνωσης την στιγμή αυτή βρίσκεται στο ΑΝΣ.
ΕΚΤΟΝΩΣΗ
Η πίεση των 50 bar τροφοδοτείται μέσα στον κύλινδρο εκτόνωσης ακριβώς στο ΑΝΣ και κατόπιν ψεκάζεται καύσιμο.
Η έκρηξη αρχίζει όταν το έμβολο βρίσκεται 10 έως 14 μοίρες μετά το ΑΝΣ. Η βαλβίδα εισαγωγής της διόδου κλείνει και αυξάνεται η πίεση. Αυτό ωθεί το έμβολο προς τα κάτω, ενώ αυξάνεται και ο όγκος μέσα στον κύλινδρο εκτόνωσης.
ΕΞΑΓΩΓΗ
Ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής και τα καυσαέρια διοχετεύονται στο σύστημα της εξαγωγής.
