Του Χρήστου Σεψά, Technical Instructor MAN PrimeServ Academy Piraeus
Στην καθημερινότητα, μπορεί κανείς εύκολα να παρατηρήσει τη σημασία της επιλογής του κατάλληλου χρόνου στον οποίο θα γίνει κάποια ενέργεια. Τα παραδείγματα ποικίλουν από τον ρυθμό των φυσικών φαινομένων μέχρι το πότε πραγματοποιούμε τις καθημερινές μας λειτουργίες όπως ξύπνημα, φαγητό, δουλειά, ύπνος κλπ. Η επιλογή του κατάλληλου χρόνου στον οποίο θα γίνει κάποια ενέργεια, ο χρονισμός δηλαδή, είναι ο σιωπηλός αρχιτέκτονας πληθώρας φαινομένων και αυτό ισχύει και για την περίπτωση των μηχανών εσωτερικής καύσης.
Μια μηχανή, ένα σύνολο από διάφορα εξαρτήματα (έμβολα, βαλβίδες, διωστήρες κτλ.), μεταλλικά ως επί το πλείστον, με ποικιλία κραμάτων, σε διάφορες γεωμετρίες, συναρμολογημένα με συγκεκριμένο τρόπο, μετατρέπει τη χημική ενέργεια του καυσίμου στο πολυπόθητο πραγματικό έργο. Παρ’ όλα αυτά, τίποτα δεν θα μπορούσε να συμβεί χωρίς τον κατάλληλο χρονισμό (timing) των επιμέρους λειτουργιών της μηχανής. Αναφερόμενοι στις δίχρονες ναυτικές μηχανές, που αποτελούν το μέσο πρόωσης για τη πλειονότητα του παγκόσμιου εμπορικού στόλου, το άνοιγμα – κλείσιμο των βαλβίδων προκινήσεως αέρα, το άνοιγμα (αποκάλυψη) – κλείσιμο (κάλυψη) των θυρίδων εισαγωγής, το άνοιγμα – κλείσιμο των βαλβίδων εξαγωγής, η έγχυση πετρελαίου, η έγχυση κυλινδρελαίου κτλ, θα πρέπει να εκτελεστούν στο σωστό χρόνο. Ειδάλλως είτε η μηχανή δεν θα δουλέψει καθόλου, είτε θα έχει σημαντική απόκλιση στην απόδοσή της. Υπό συγκεκριμένες συνθήκες, μπορεί να προκληθεί από μικρή έως και καταστροφική για τη μηχανή βλάβη. Στις μηχανές αυτοκινήτων, είναι ακουστή η φράση «έκοψε ιμάντα» (ή καδένα) χρονισμού με βαρύ τίμημα στη συνέχεια.
Οδοντωτός Τροχός Στροφαλοφόρου Άξονα με Καδένα
Ο χρονισμός της μηχανής είθισται να εξασφαλίζεται δια μέσω της σωστής μηχανικής ζεύξης στροφαλοφόρου άξονα με τον εκκεντροφόρο άξονα. Έτσι λοιπόν, στις συμβατικές ναυτικές δίχρονες μηχανές MC της MAN, ένα σύστημα γραναζιών και καδένας θα δώσουν κίνηση στον εκκεντροφόρο ο οποίος με τη σειρά του θα ενεργοποιήσει την κάθε αντλία πετρελαίου και τον κάθε ενεργοποιητή βαλβίδας εξαγωγής. Οι περιβαλλοντικές απαιτήσεις, οι τεχνολογικές εξελίξεις και ο ανταγωνισμός μετεξέλιξαν τις μηχανές στις ηλεκτρονικές ΜΕ, όπου ο εκκεντροφόρος απλά δεν υπάρχει!
Διαφορετική Θέση Κινηματικού Μηχανισμού Δίχρονης Μηχανής για κάθε Κύλινδρο
Πώς εξασφαλίζει λοιπόν μια τέτοια μηχανή το timing που είναι τόσο κρίσιμο για τη λειτουργία της; Ας αναφέρουμε εδώ, ότι αυτές οι μηχανές στηρίζουν τις λειτουργίες τους σε μεγάλο βαθμό, πέραν από τα βασικά μέρη οποιασδήποτε μηχανής (έμβολα, βαλβίδες, διωστήρες κτλ.), στο Engine Control System (ECS) – ένα σύστημα ηλεκτρονικού ελέγχου της μηχανής – ως έχει αναφερθεί σε προγενέστερο άρθρο. Αυτό το σύστημα λαμβάνει ηλεκτρικά σήματα, τα επεξεργάζεται και στέλνει ηλεκτρικά σήματα που κάνουν εφικτή την λειτουργία της μηχανής. Άρα αυτό που χρειάζεται είναι, κάπως να ενημερώνεται για τη θέση της μηχανής, πού δηλαδή βρίσκεται ο κάθε κύλινδρος. Βρίσκεται στο ΑΝΣ (Άνω Νεκρό Σημείο); Βρίσκεται στο ΚΝΣ (Κάτω Νεκρό σημείο); Ή κάπου ενδιάμεσα; Και πού ακριβώς;
Οι αποκωδικοποιητές γωνίας (angle encoders) δίνουν την λύση. Πρόκειται για αισθητήρες που αντιλαμβάνονται με πολύ μεγάλη ακρίβεια τη γωνία στροφάλου και βάσει αυτής της πληροφορίας καθώς και της γνωστής εκ κατασκευής σχέσης γωνίας στροφάλου για κάθε κύλινδρο, το ECS έχει όλα αυτά που χρειάζεται για να ενορχηστρώσει τη σωστή λειτουργία της μηχανής. Καθώς αναφερόμαστε σε κύρια μηχανή πρόωσης, η αξιοπιστία πρέπει να είναι εξέχουσας σημασίας (ειδικά όταν φέρει μόνο μία κύρια μηχανή, που είναι η συνήθης περίπτωση για μεγάλα εμπορικά πλοία). Ως εκ τούτου υπάρχουν δύο συστήματα παρακολούθησης γωνίας στροφάλου (Tacho System A & B) για να διασφαλίζεται η αδιάκοπη λειτουργία της μηχανής ακόμα και σε αστοχία του ενός συστήματος. Επιπρόσθετα, υπάρχει ένας «εξωτερικός παρατηρητής» – αισθητήρας (reference sensor) για την καλύτερη παρακολούθηση της γωνίας στροφάλου. Η αξιοπιστία και η καλύτερη παρακολούθηση βελτιώνεται ακόμη περισσότερο όταν μιλάμε για μηχανές ME-C όπου το ECS τους αποτελείται από την καινούργια πλατφόρμα των Triton Controllers.
Παρατηρεί κανείς ότι ο εκκεντροφόρος αντικαθίσταται από το ανωτέρω σύστημα όσον αφορά το χρονισμό. Συνάμα, η χρήση του υδραυλικού συστήματος της μηχανής, όπως αναφέρθηκε σε προηγούμενο άρθρο, είναι υπεύθυνη για να μεταφέρει την ισχύ όπου απαιτείται – κάτι που στο παρελθόν ήταν δουλειά του εκκεντροφόρου. Έτσι, στις ηλεκτρονικές μηχανές, υπάρχει μεγαλύτερη ευελιξία, καθότι η μηχανική ζεύξη που υπήρχε στο παρελθόν και προκαθόριζε το χρονισμό, τώρα είναι σήματα. Πιο συγκεκριμένα, η μετάβαση παρέχει τα εξής βασικά πλεονεκτήματα:
- Η επιθεώρηση ή και η επίλυση προβλημάτων χρονισμού απαιτεί λιγότερο «κόπο». Υπάρχει η δυνατότητα να επέμβει ο χειριστής ή επισκευαστής που κατέχει επαρκή τεχνογνωσία για να διαγνώσει ή και να ρυθμίσει κατάλληλα το χρονισμό, από την άνεση του Engine Control Room μέσω των υπολογιστών χειρισμού της μηχανής (Main Operating Panels – MOPs). Να σημειωθεί εδώ ότι η ακρίβεια είναι πολύ σημαντική καθώς ελαφρώς αποκλίνων χρονισμός της τάξης 1 μοίρας γωνίας στροφάλου που αντιστοιχεί σε μόλις λίγα milliseconds (χιλιοστά του δευτερολέπτου) απόκλισης στο χρονισμό κατά τη διάρκεια λειτουργίας της μηχανής, μπορεί να μεταβάλλει σημαντικά τις πιέσεις εντός του θαλάμου καύσεως.
- Ο συνδυασμός ηλεκτροϋδραυλικού ελέγχου – λειτουργίας της μηχανής ME δίνει τη δυνατότητα στη μηχανή να έχει μεταβλητό χρονισμό σε βασικές της λειτουργίες αναλόγως του φορτίου της μηχανής. Είναι ρυθμισμένη λοιπόν η μηχανή να μεταβάλει τη στιγμή που θα εγχύσει το καύσιμο, λίγο νωρίτερα (προπορεία) ή λίγο αργότερα (βραδυπορία). Ομοίως κάνει για το άνοιγμα – κλείσιμο βαλβίδων εξαγωγής. Με αυτό τον τρόπο, επιτυγχάνει το βέλτιστο δυνατό αποτέλεσμα από πλευράς κατανάλωσης, μακροζωίας μηχανής αλλά και περιορισμού αερίων ρύπων.
To παρόν άρθρο ανέδειξε την κρισιμότητα του σωστού χρονισμού στις μηχανές εσωτερικής καύσης, παρουσιάζοντας επίσης τη βασική σχεδίαση με τα πλεονεκτήματά της σε μια μηχανή MAN ME-C.
