2ο κεφάλαιο : Γνωρίζοντας το αυτοκίνητο
2.1 Βασικά συστήματα αυτοκινήτου
Όχημα ονομάζεται κάθε κατασκευή του ανθρώπου η οποία μπορεί να κινείται στον χώρο (επί του εδάφους, επί της θάλασσας, υπό την θάλασσα, στον αέρα ή στο διάστημα) με ίδια ή όχι μέσα, με σκοπό τη μεταφορά επιβατών ή και φορτίου.
Το αυτοκίνητο σύμφωνα με τον Κώδικα Οδικής Κυκλοφορίας (ΚΟΚ) είναι το «μηχανοκίνητο όχημα το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως για τη μεταφορά προσώπων ή πραγμάτων, ή για τη ρυμούλκηση στις οδούς οχημάτων που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά προσώπων ή πραγμάτων».
Ενώ το επιβατηγό αυτοκίνητο είναι το όχημα που προορίζεται για τη μεταφορά κυρίως προσώπων, το οποίο διαθέτει μέχρι εννέα θέσεις για τους επιβάτες, μαζί με την θέση του οδηγού. Ορισμένα βασικά συστήματα του επιβατηγού αυτοκινήτου παρουσιάζονται στο σχήμα 2.1.
Τα κύρια συστήματα του επιβατηγού αυτοκινήτου είναι τα ακόλουθα:
1) Κινητήριο σύστημα: α) Κινητήρας. β) Ποδομοχλός επιτάχυνσης (γκάζι).
2) Σύστημα μετάδοσης κίνησης : α) Ποδομοχλός σύμπλεξης (συμπλέκτης). β) Κιβώτιο ταχυτήτων. γ) Μοχλός ταχυτήτων.
3) Σύστημα ανάρτησης: α) Ανάρτηση. β) Τροχοί/ Ελαστικά.
4) Σύστημα πέδησης: Ποδομοχλός πέδησης (φρένα).
5) Σύστημα διεύθυνσης.
2.2 Η κίνηση των αυτοκινήτων (κινητήριο σύστημα)
Πώς όμως πραγματοποιείται η κίνηση των αυτοκινήτων;
Τα περισσότερα αυτοκίνητα σήμερα λειτουργούν Μηχανές Εσωτερικής Καύσης – ΜΕΚ (κινητήρας), που χρησιμοποιώντας ως καύσιμο τη βενζίνη ή το πετρέλαιο, παράγουν ενέργεια και τη μετατρέπουν σε κίνηση. Η καύση της βενζίνης ή του πετρελαίου σε έναν περιορισμένο χώρο, όπως είναι οι κύλινδροι των ΜΕΚ, παράγει μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Το σχήμα 2.2 παρουσιάζει τα βασικά εσωτερικά μέρη του κινητήρα του αυτοκινήτου.
Σήμερα, στα αυτοκίνητα χρησιμοποιούνται ΜΕΚ με 4 φάσεις λειτουργίας. Οι φάσεις αυτές είναι:
1) Εισαγωγή: Σε αυτή τη φάση το έμβολο (πιστόνι), που βρίσκεται στο ανώτερο σημείο της διαδρομής του (άνω νεκρό σημείο), κινείται προς τα κάτω και ανοίγει η βαλβίδα εισαγωγής, οπότε εισέρχεται το μείγμα καυσίμου. Το μείγμα καυσίμου είναι διαφορετικό, ανάλογα με το καύσιμο που χρησιμοποιεί ο κινητήρας. Στον βενζινοκινητήρα ο αέρας εισάγεται μαζί με καύσιμο, ενώ στους πετρελαιοκινητήρες εισάγεται μόνο αέρας.
2) Συμπίεση: Στη φάση αυτή το έμβολο αρχίζει να κινείται προς τα επάνω, συμπιέζοντας τον εγκλωβισμένο αέρα και κλείνει η βαλβίδα εισαγωγής, σφραγίζοντας τον θάλαμο καύσης.
3) Ανάφλεξη και εκτόνωση: Καθώς το μείγμα είναι συμπιεσμένο και το έμβολο φτάνει και πάλι στο άνω νεκρό σημείο, γίνεται η ανάφλεξη. Στους βενζινοκινητήρες η ανάφλεξη γίνεται με ηλεκτρικό σπινθήρα από τον σπινθηριστή (μπουζί),
ενώ στα πετρελαιοκίνητα αυτοκίνητα το καύσιμο ψεκάζεται και αυτοαναφλέγεται λόγω της υψηλής θερμοκρασίας που αναπτύσσεται κατά τη συμπίεση του αέρα.
Η καύση του πετρελαίου ή η έκρηξη της βενζίνης δίνει ώθηση στο έμβολο, ώστε να κινηθεί με δύναμη προς το κατώτερο σημείο της διαδρομής του (κάτω νεκρό σημείο). Η ενέργεια αυτή περιστρέφει τον στροφαλοφόρο άξονα. Όταν το έμβολο φτάσει στο κάτω νεκρό σημείο, η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει.
4) Εξαγωγή: Στο κάτω νεκρό σημείο ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής. Καθώς το έμβολο κινείται και πάλι προς τα πάνω, ωθεί τα καυσαέρια έξω από τον κύλινδρο, στην ατμόσφαιρα, μέσω της εξάτμισης του αυτοκινήτου.
Αυτές οι 4 βασικές φάσεις συνιστούν έναν πλήρη κύκλο λειτουργίας των κινητήρων των αυτοκινήτων, οι οποίοι γι’ αυτόν τον λόγο ονομάζονται τετράχρονοι κινητήρες. Κατά την κίνηση του αυτοκινήτου, η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται συνεχώς και πολύ γρήγορα. Η κίνηση των εμβόλων μέσω του στροφαλοφόρου άξονα μετατρέπεται σε περιστροφή των τροχών του αυτοκινήτου. Κάθε θάλαμος εμβόλου (κύλινδρος), έχει συγκεκριμένο όγκο (κυλινδρισμός). Ο συνολικός όγκος που
αθροίζεται από όλους τους κυλίνδρους, καθορίζει τον κυβισμό του αυτοκινήτου.
Η απρόσκοπτη λειτουργία του κινητήρα προϋποθέτει:
1) Τη σωστή ψύξη του. Η καύση του καυσίμου στον κινητήρα και η τριβή των
κινούμενων μεταλλικών μερών του, προκαλούν μεγάλη θερμότητα και, σε περίπτωση μη επαρκούς ψύξης, ο κινητήρας θα υπερθερμανθεί και θα σταματήσει να
λειτουργεί σωστά, ενώ αν δεν υπάρχει ψυκτικό υγρό, θα καταστραφεί.
2) Τη σωστή και τακτική λίπανσή του. Αυτή απαιτείται, ώστε να μειώνεται η
τριβή λόγω της επαφής των μεταλλικών τμημάτων του, και κατά συνέπεια να αυξάνει τη διάρκεια ζωής του κινητήρα. Χωρίς λιπαντικό (δηλ. λάδι) ο κινητήρας θα
καταστραφεί.
3) Τη σωστή τροφοδοσία του με ηλεκτρική ενέργεια. Ο κινητήρας τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια από την μπαταρία (συσσωρευτής). Η ηλεκτρική
ενέργεια είναι απαραίτητη για την εκκίνησή του, συνεπώς για τη λειτουργία του.
2.2.1 Εξερευνώντας τον χώρο της μηχανής του αυτοκινήτου (με ΜΕΚ)
Το αυτοκίνητο, όπως προαναφέρθηκε, είναι μια κατασκευή που χρησιμοποιείται για τη μετακίνηση των ανθρώπων και τη μεταφορά φορτίου. Για να λειτουργεί σωστά, είναι σημαντικό να γνωρίζετε τα βασικά στοιχεία του, τα οποία βρίσκονται κάτω από το προστατευτικό κάλυμμα του χώρου της μηχανής (καπό).
Το καπό ανοίγει τραβώντας έναν ειδικό μοχλό που βρίσκεται στο εσωτερικό της καμπίνας του αυτοκινήτου.
Στο σχήμα 2.3 βλέπετε τον χώρο της μηχανής από δύο διαφορετικά αυτοκίνητα. Μπορείτε να παρατηρήσετε πώς η διάταξη των στοιχείων στον χώρο αυτό αλλάζει μέσα στον χρόνο, καθώς η πρώτη φωτογραφία ανήκει σε αυτοκίνητο του
2000, ενώ η δεύτερη σε αυτοκίνητο του 2020.
Πιο αναλυτικά, τα στοιχεία του χώρου της μηχανής ενός αυτοκινήτου ΜΕΚ είναι:
1) Ο κινητήρας, ο οποίος έχει πάντα κεντρική θέση στο αυτοκίνητο και παράγει την απαραίτητη ισχύ και ροπή για την κίνησή του.
2) Το ψυγείο, που χρησιμοποιείται για την ψύξη του κινητήρα. Είναι ένα πολύ σημαντικό σύστημα για τη λειτουργία του κινητήρα, αφού η σωστή απόδοση του είναι απαραίτητη για την ομαλή και απρόσκοπτη λειτουργία του. Μεγάλη προσοχή πρέπει να δίνετε τον χειμώνα, ώστε να υπάρχει επαρκής ποσότητα αντιψυκτικού υγρού στο ψυγείο, για να μην παγώσει και καταστραφεί ο κινητήρας λόγω διαστολής των υγρών του.
Ένα σημαντικό, επίσης, στοιχείο στη λειτουργία του ψυγείου είναι ο θερμοστάτης, ο οποίος ρυθμίζει τη θερμοκρασία. Αν ο θερμοστάτης υποστεί βλάβη, πιθανόν να επέλθει υπερθέρμανση του κινητήρα. Συνήθως, όταν χαλάσει ο θερμοστάτης μένει ανοιχτός, και έτσι δεν μπορεί να ρυθμίσει τη θερμοκρασία του κινητήρα (βλ. § 2.3.4 για σχετική ένδειξη στον πίνακα οργάνων).
3) Το δοχείο λαδιού. Η ύπαρξη του λαδιού στον κινητήρα του αυτοκινήτου είναι πολύ σημαντική, διότι εξασφαλίζει τη μακροζωία του ελαττώνοντας την τριβή μεταξύ των μεταλλικών τμημάτων του. Οπότε γίνεται κατανοητό ότι η σωστή
τροφοδοσία λαδιού εξασφαλίζει την καλή λειτουργία του κινητήρα. Ο δείκτης στάθμης λαδιού κινητήρα είναι το μέσο που διαθέτετε, ώστε να ελέγξετε τη στάθμη του λαδιού στο αυτοκίνητο.
Αλλαγή λαδιού –αλλά και φίλτρου λαδιού– συνιστάται να γίνεται ανά 7,5 ή 10 ή και 15 χιλιάδες χιλιόμετρα, ανάλογα με τη χρήση του οχήματος (km που έχει διανύσει, κίνηση σε αστικό, υπεραστικό ή χωμάτινο περιβάλλον, ρυμούλκηση φορτίου κ.λπ.). Το λάδι πρέπει να αντικαθίσταται τουλάχιστον μία φορά τον χρόνο, ανεξαρτήτως χιλιομέτρων. Για τη συχνότητα αλλαγής του λαδιού του κινητήρα, αλλά και για τον ενδεικνυόμενο τύπο του πρέπει να ανατρέξουμε στο εγχειρίδιο
συντήρησης του οχήματος (βλ. § 4.2.2).
4) Ο μετρητής στάθμης λαδιού. Το όργανο αυτό είναι το μέσο που έχετε στη διάθεσή σας για να διαπιστώσετε εάν η ποσότητα του λαδιού στο δοχείο είναι επαρκής ή απαιτείται συμπλήρωμα. Η συμπλήρωση μερικών δεκάδων ή και εκατοντάδων μιλιλίτρων (ml) λαδιού στα μεσοδιαστήματα των αλλαγών είναι απόλυτα φυσιολογική. Εάν χρειαστεί να συμπληρωθούν μεγαλύτερες ποσότητες, θα πρέπει να προβληματιστείτε (ιδιαίτερα αν το αυτοκίνητο είναι καινούργιο) και να απευθυνθείτε άμεσα σε συνεργείο.
5) Το δοχείο υγρού φρένων. Το υγρό φρένων εξασφαλίζει τη σωστή λειτουργία των υδραυλικών συστημάτων στο σύστημα πέδησης (φρένα) και το χρώμα του είναι βαθύ ροζ ή λευκό. Η επαρκής ποσότητα υγρού φρένου είναι απαραίτητη, ώστε η πέδηση (φρενάρισμα) να γίνεται σωστά. Το υγρό φρένων είναι καυστικό και δεν πρέπει να έρχεται σε επαφή με το δέρμα σας, τα ρούχα ή το χρώμα του αυτοκινήτου.
6) Το δοχείο υγρού για τον καθαρισμό του μπροστινού ανεμοθώρακα (παρμπρίζ) και του πίσω τζαμιού. Το δοχείο αυτό συμπληρώνεται μόνο με αποσταγμένο (χωρίς άλατα) νερό, για να εξασφαλιστεί ο σωστός καθαρισμός του παρμπρίζ και του πίσω τζαμιού με τους υαλοκαθαριστήρες. Τον χειμώνα πρέπει να προστίθεται ειδικό αντιψυκτικό υγρό, για την αποφυγή σχηματισμού πάγου στη δεξαμενή και στα σωληνάκια του δικτύου κυκλοφορίας του υγρού.
7) Η μπαταρία (συσσωρευτής). Η μπαταρία απαιτείται για την εκκίνηση του κινητήρα και πρέπει να την ελέγχετε τακτικά για τυχόν προβλήματα. Υπάρχουν μπαταρίες με υγρά, που πρέπει να ελέγχονται κάθε 2 ή 3 μήνες και να συμπληρώνονται
με αποσταγμένο νερό, αλλά υπάρχουν και μπαταρίες ξηρού τύπου, που δεν χρειάζονται να ελέγχονται. Στη δεύτερη περίπτωση, η αποφόρτιση της μπαταρίας, συνήθως, γίνεται απροειδοποίητα και σηματοδοτεί την αντικατάστασή της.
Επιπλέον, στον χώρο της μηχανής υπάρχουν και στοιχεία που δεν φαίνονται στο σχήμα 2.3. Τα στοιχεία αξίζει να αναφερθούν και είναι τα εξής:
1) Γεννήτρια (δυναμό). Ο κινητήρας του αυτοκινήτου κινεί τη γεννήτρια, η
οποία παράγει ρεύμα με το οποίο τροφοδοτεί τα ηλεκτρικά κυκλώματα και φορτίζει τη μπαταρία με ρεύμα.
2) Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ή ηλεκτρονικός εγκέφαλος: Είναι μια ολοκληρωμένη μονάδα ηλεκτρονικού υπολογιστή, η οποία ελέγχει το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου και άλλα υποσυστήματα, όπως το σύστημα αντιμπλοκαρίσματος των τροχών, το ηλεκτρονικό σύστημα ασφάλειας κ.ά. Ο εγκέφαλος αποτελείται από ένα ή περισσότερα τυπωμένα κυκλώματα (πλακέτες), έναν μικροεπεξεργαστή και άλλα περιφερειακά ηλεκτρονικά στοιχεία.
3) Δοχείο υγρού για το υδραυλικό τιμόνι. Τα περισσότερα σύγχρονα αυτοκίνητα διαθέτουν υδραυλική υποβοήθηση τιμονιού, ώστε να ελαχιστοποιούν τη μυϊκή δύναμη που απαιτείται για να στρίψει το τιμόνι. Το σύστημα αυτό, επειδή
είναι υδραυλικό, όπως και το σύστημα πέδησης (φρεναρίσματος), χρειάζεται ειδικό υγρό για να λειτουργήσει σωστά.
2.2.2 Αυτοκίνητα με εναλλακτικά καύσιμα
Τα αυτοκίνητα στην πλειονότητά τους σήμερα χρησιμοποιούν ΜΕΚ. Επίσης, τα τελευταία χρόνια, σε Ευρώπη και Αμερική, δίνεται η δυνατότητα χρήσης βιοκαυσίμων (βιοντίζελ – βιοαιθανόλη) στα οχήματα αυτά. Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βιοκαυσίμων είναι φυτικά έλαια, λίπη, ζάχαρη ακόμα και σπόροι σόγιας, δηλαδή φυσικά συστατικά. Είναι καύσιμα φιλικά προς το περιβάλλον, με μειωμένες εκπομπές ρύπων. Τα βιοκαύσιμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν, επίσης, σε πρόσμειξη με τη βενζίνη και το πετρέλαιο, χωρίς καμία μετατροπή στον κινητήρα των αυτοκινήτων. Όμως, πλέον, υπάρχουν και άλλα είδη κινητήρων που παρουσιάζονται σε αυτή την ενότητα και αναμένεται να κυριαρχήσουν στο μέλλον.
1) Αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν αέρια καύσιμα (Φυσικό αέριο – Υγραέριο)
Τα αυτοκίνητα αυτά έχουν ΜΕΚ που για την κίνησή τους χρησιμοποιούν αέρια καύσιμα (σχ. 2.4). Είναι αυτοκίνητα φιλικά προς το περιβάλλον, αφού έχουν σχεδόν μηδενικές εκπομπές σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Αυτός είναι και ο κύριος
λόγος αντικατάστασης των πετρελαιοκίνητων (ντίζελ) ή των βενζινοκίνητων αυτοκινήτων με αντίστοιχα φυσικού αερίου ή υγραερίου. Ωστόσο σήμερα τα περισσότερα αυτοκίνητα που κινούνται με αέρια καύσιμα, έχουν προκύψει, κατά κανόνα, από εγκεκριμένες διασκευές εκ των υστέρων στον κινητήρα (retrofit).
Τεχνικά χαρακτηριστικά: Διαθέτουν ΜΕΚ με ανάφλεξη και είναι παρόμοια με τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα, αλλά με διαφορετικό εξοπλισμό αποθήκευσης και παροχής του καυσίμου. Έχουν ίδια ισχύ και αυξημένη αποδοτικότητα σε σχέση με τα συμβατικά αυτοκίνητα.
Πλεονεκτήματα:
1) Είναι πιο οικονομικά στην κατανάλωση.
2) Δεν έχουν περιορισμούς αυτονομίας (βλ. ηλεκτροκίνητα αυτοκίνητα).
3) Παράγουν λιγότερο θόρυβο και λιγότερους ρύπους, σε τοπικό επίπεδο, από τα συμβατικά αυτοκίνητα (βενζινοκίνητα/πετρελαιοκίνητα).
Μειονεκτήματα:
1) Είναι περιορισμένη η υποδομή ανεφοδιασμού τέτοιων οχημάτων στην Ελλάδα.
2) Έχουν μεγαλύτερο κόστος από ένα συμβατικό αυτοκίνητο ίδιου κυβισμού
2) Υβριδικά αυτοκίνητα (Hybrid Electric Vehicle – HEV)
Τα υβριδικά αυτοκίνητα (σχ. 2.5) έχουν ΜΕΚ, ηλεκτροκινητήρα και μπαταρία. Υπάρχουν τέσσερεις βασικές κατηγορίες υβριδικών αυτοκινήτων:
1) Ήπια υβριδικά (Mild Hybrid – mHEV). Τα αυτοκίνητα αυτά κινούνται μέσω ΜΕΚ, η οποία ενισχύεται από έναν ηλεκτροκινητήρα. Ο ηλεκτροκινητήρας υποστηρίζει την ΜΕΚ, μειώνοντας την κατανάλωση καυσίμου και προσφέροντας
βελτιωμένη ροπή. Τα ήπια υβριδικά αυτοκίνητα δεν έχουν τη δυνατότητα να κινηθούν αποκλειστικά με τη χρήση του ηλεκτροκινητήρα.
2) Πλήρως υβριδικά (Full/Strong Hybrid – sHEV).
Στα αυτοκίνητα αυτά, η μπαταρία φορτίζει από την ΜΕΚ. Σε χαμηλές ταχύτητες (έως 50 km/h) και μικρές αποστάσεις (περίπου 3 km), είναι δυνατή η κίνηση του αυτοκινήτου αποκλειστικά από τον ηλεκτροκινητήρα.
3) Υβριδικά που φορτίζουν από το δίκτυο (Plug-in Hybrid Electric Vehicle – PHEV). Στα αυτοκίνητα αυτά, η ΜΕΚ που χρησιμοποιείται για την κίνησή τους έχει επιπλέον τη δυνατότητα να επαναφορτίζει την μπαταρία. Η μπαταρία μπορεί επίσης να φορτιστεί με εξωτερική παροχή ρεύματος. Τα υβριδικά που φορτίζουν από το δίκτυο μπορούν να κινηθούν με υψηλότερες ταχύτητες (έως 130 km/h) και για μεγαλύτερες αποστάσεις (~ 40 km) μόνο με ηλεκτρική ισχύ.
4) Υβριδικά που φορτίζουν είτε από το δίκτυο είτε από υπάρχουσα βοηθητική ΜΕΚ (Range Extender Vehicle – E-REV). Αυτά τα αυτοκίνητα έχουν έναν μικρό βοηθητικό κινητήρα (ΜΕΚ), με αποκλειστικό σκοπό την επαναφόρτιση της
μπαταρίας. Τα αυτοκίνητα αυτά δεν έχουν τη δυνατότητα να κινηθούν μόνο μέσω του ΜΕΚ τους.
Ο τρόπος λειτουργίας των υβριδικών οχημάτων είναι:
1) Κατά την εκκίνηση: Σε περίπτωση που η μπαταρία του ηλεκτροκινητήρα δεν είναι αρκετά φορτισμένη, λειτουργεί δευτερεύουσα μπαταρία που τροφοδοτεί τον βενζινοκινητήρα.
2) Κατά την οδήγηση: Από τη στιγμή που θα σταθεροποιηθεί η ταχύτητα του αυτοκινήτου, ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί σαν γεννήτρια και επαναφορτίζει τις μπαταρίες, όσο η κίνηση του αυτοκινήτου βασίζεται στον βενζινοκινητήρα.
3) Κατά την πέδηση (φρενάρισμα): Σε αυτήν τη φάση το σύστημα, λειτουργώντας και πάλι σαν γεννήτρια, φορτίζει τις μπαταρίες του ηλεκτροκινητήρα.
4) Σε στάση: Μόλις το αυτοκίνητο σταματήσει, ο βενζινοκινητήρας σβήνει, με αποτέλεσμα να μην καταναλώνεται βενζίνη, ούτε να παράγονται αέριοι ρύποι.
Πλεονεκτήματα:
1) Υπάρχουν πολλά διαθέσιμα μοντέλα στην αγορά.
2) Δεν έχουν μεγάλη διαφορά στη λειτουργία από τα συμβατικά και δεν έχουν περιορισμούς αυτονομίας (βλ. ηλεκτροκίνητα αυτοκίνητα).
3) Για την αγορά τους υφίστανται οικονομικές διευκολύνσεις, όπως σε όλα τα καθαρά αυτοκίνητα.
4) Παράγουν λιγότερο θόρυβο κατά τη λειτουργία τους.
5) Έχουν οικονομία στην κατανάλωση καυσίμου.