Correttore di ottani. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il numero di ottano della benzina indica quanto è possibile comprimere la miscela aria-carburante nel cilindro del motore. Ad esempio, la benzina A-76 consente una compressione di 7,6 volte, la benzina A-92 di 9,2 volte e l'alcool metilico (CH20OH) fino a XNUMX volte. L'alcol, ovviamente, è il migliore in questo caso, ma è velenoso e viene utilizzato solo come componente del carburante per varie auto e motociclette speciali (sportive). Maggiore è il numero di ottani del carburante, maggiore è la potenza specifica del motore che si può ottenere.

Per assicurarsi che il motore sia un "mucchio" di pezzi di ferro interconnessi, non è necessario andare lontano. Basta guardare sotto il cofano di qualsiasi macchina. Uno degli elementi principali di un motore a combustione interna è il sistema di accensione. Facciamo subito una prenotazione: qui stiamo considerando il funzionamento di un motore a benzina, in cui una miscela di benzina e vapori d'aria (miscela aria-carburante) viene accesa da una scarica elettrica ad alta tensione, ovvero, in altre parole, una scintilla. La figura 1 mostra schematicamente il ciclo di lavoro di un motore monocilindrico (figure vicino al cerchio). Il raggio del cerchio (freccia) mostra l'angolo φ di rotazione dell'albero motore rispetto al punto morto superiore (PMS) del pistone. Il nostro compito è accendere la miscela aria-carburante in questo cilindro al momento giusto.

Fig. 1. Ciclo di lavoro del motore monocilindrico

È chiaro che la miscela aria-carburante non brucia all'istante, ma in un tempo ben preciso. Questo tempo dipende dal numero di ottani della benzina utilizzata. Succede, però, che la miscela si bruci troppo velocemente. Questo fenomeno estremamente dannoso si chiama detonazione. La detonazione si verifica quando il numero di ottano della benzina utilizzata non corrisponde al rapporto di compressione in questo motore e la miscela aria-carburante si accende spontaneamente. Ma dopotutto, abbiamo bisogno che la miscela prenda fuoco "quando necessario" e si esaurisca, se possibile, completamente. Per sapere come combattere per questo, devi ricordare la scuola. C'era una volta, nel XVII secolo, due scienziati - Boyle e Marriott - "inventarono" la propria legge. Questa legge, in generale, vale per un gas ideale, ma può essere utilizzata per capire cosa accadrà nel cilindro del nostro motore (e come facevano solo Boyle e Mariotte a sapere tutto questo?). La legge mette in relazione la pressione P, il volume V e la temperatura T e non sembra affatto spaventosa:

Quando il pistone si muove nel cilindro, queste tre quantità cambiano. Si scopre che se la pressione del gas inizia a diminuire e il volume aumenta (il pistone "è sceso"), la sua temperatura scenderà e, dopo aver superato il punto morto superiore, la combustione si fermerà. Tutto ciò che non ha avuto il tempo di esaurirsi verrà espulso attraverso il tubo di scappamento "per avvelenare" l'ambiente e allo stesso tempo (se si imbattono nelle vicinanze) i pedoni.

Pertanto, per garantire la massima efficienza del motore e proteggere le persone dall'avvelenamento da gas di scarico, è necessario accendere la miscela nel cilindro prima che il pistone raggiunga il punto morto superiore. La freccia in Fig. 1 indica esattamente questa posizione del pistone.

Ora vediamo quale fasatura dell'accensione deve essere impostata inizialmente per il regime minimo (f = 600 giri/min o 10 giri/min) in modo che il motore si avvii e funzioni normalmente. Lo faremo per la benzina A-76, che brucia nel cilindro approssimativamente nel tempo t76=0,7 ms, e AI-92, che brucia nel tempo t92=1,3 ms. Scriviamo la formula per il calcolo dei tempi di accensione fop:

(1)

Quindi, sostituendo i valori di t76 ed f alla benzina A-76, otteniamo f76=2,52°. Per AI-92 - di conseguenza, f92 = 4,68 °. Gli automobilisti esperti diranno immediatamente che questa è una sciocchezza e che i valori dell'angolo da impostare dovrebbero essere il doppio. Ma devono anche sapere che l'albero dell'interruttore-distributore ruota esattamente due volte più lentamente, e quindi i nostri valori angolari calcolati devono essere raddoppiati. Quindi otteniamo φ76=5,04° e φ92=9,36°, che non è molto diverso dai valori effettivi degli angoli installati sulle auto.

Scopriamo perché l'auto necessita anche di un regolatore di fasatura dell'accensione centrifuga. Non è stato vano che nel calcolare la fasatura dell'accensione, abbiamo stabilito di calcolarla per 600 giri / min. Dopotutto, se questo angolo rimane invariato, a 1200 giri / min il tempo assegnato per la combustione della miscela (dall'accensione al PMS) sarà dimezzato e la miscela semplicemente non avrà il tempo di esaurirsi completamente. Inizieranno immediatamente le "riprese" nella marmitta, il motore non svilupperà la potenza necessaria. Si scopre che affinché la miscela si esaurisca con un aumento del regime del motore, è necessario aumentare la fasatura dell'accensione. Per la benzina A-76 a 3000 giri/min (50 giri/min), l'angolo di anticipo dovrebbe essere, secondo la formula (1):

f76 \u0,0007d 50 * 360 * 2 * 25,2 \uXNUMXd XNUMX °

(Da dove viene il diavolo è già chiaro). Se fosse davvero così, tutto sarebbe semplice. Ma si scopre che la miscela inizia a bruciare più velocemente con l'aumentare della velocità e la variazione della velocità di combustione non può essere descritta da alcuna funzione analitica. La dipendenza viene selezionata sperimentalmente e presa in considerazione nella produzione di un regolatore centrifugo per ciascun tipo di motore. "È chiaro e un gioco da ragazzi" che i dispositivi meccanici non possono fornire una precisione sufficiente nella regolazione della fasatura dell'accensione. Nelle auto moderne tutto questo viene gestito dal controller, che tiene conto non solo del regime del motore, ma anche di un "mucchio" di parametri.

Se hai prestato attenzione, il motore deve funzionare in una modalità tale da soddisfare due condizioni:

• l'assenza di accensione spontanea della miscela nel cilindro dalla compressione (detonazione);
• completa combustione della miscela.

Quando il motore funziona esattamente con la benzina per la quale è progettato, tutto è in ordine. Se "qualcosa" è stato schizzato nel serbatoio, ad esempio il 76esimo invece del 92esimo, allora il motore avrà, per dirla in parole povere, non dolce. Nel caso di tale, per così dire, rifornimento di carburante, si osserverà una forte detonazione a basse velocità ea velocità elevate il motore si surriscalda. In generale, in teoria, tutto è come dovrebbe essere. A basse velocità, il rapporto di compressione supererà il massimo consentito e non ci sarà più nulla da fare per la miscela, come accendersi spontaneamente (e, si noti, prima del necessario), in altre parole, esplodere. Ma con un aumento della velocità del motore, il regolatore centrifugo aumenterà la fasatura dell'accensione e il rapporto di compressione al momento della scintilla diventerà meno che accettabile. Cioè, con un aumento della velocità, la detonazione, a quanto pare, scomparirà. Ma non dimentichiamo che il tempo di combustione della miscela nel cilindro dipende anche dal numero di ottani della benzina. Nel nostro caso, la 76a benzina si esaurirà prima che il pistone sia al PMS, come sarebbe con la 92a benzina, e la miscela che si è esaurita prima del tempo premerà con forza sul pistone, cercando di impedirgli di arrivare al PMS . Ciò causerà il surriscaldamento del motore con tutte le conseguenze che ne conseguono. Tuttavia, c'è ancora una via d'uscita dalla situazione attuale.

Impostiamo la fasatura iniziale dell'accensione in modo ottimale per la 76a benzina (~ 5 °). Naturalmente, questo porterà ad un aumento della compressione e, di conseguenza, ad un aumento della detonazione. Ma dopotutto, l'angolo di avanzamento aumenta e il rapporto di compressione, rispettivamente, diminuisce con l'aumentare della velocità. Ciò significa che se si riempie la 92a benzina invece della 76a e si imposta la fasatura dell'accensione a 5 ° invece dei 9 ° prescritti, allora, a partire da alcuni giri, il guidatore smetterà di notare che è stata riempita la benzina sbagliata. Calcoliamo, partendo da quali rivoluzioni accadrà. La formula (1) aiuterà di nuovo. Se trovi la velocità alla quale la 76a benzina smette di esplodere, ottieni circa 1400 giri / min. Non è molto diverso da inattivo. Molti automobilisti esperti guidano il loro "Zhiguli" con la 76a benzina senza guarnizioni, impostando l'accensione in un secondo momento.

Ma il "peep più alto" è la capacità di regolare rapidamente la fasatura dell'accensione, adattandola alla benzina riempita e alle condizioni operative del tuo "cavallo di ferro" preferito. I dispositivi che eseguono questa operazione sono chiamati correttori di ottani. Come si è scoperto, le unità di accensione al plasma pulsato descritte in precedenza nella rivista [1-5] non solo migliorano la combustione del carburante e contribuiscono ai suoi notevoli risparmi, ma consentono anche di costruire in modo relativamente semplice un correttore di ottano. Per facilitare la spiegazione del principio del suo funzionamento, presentiamo uno schema dell'unità di accensione (Fig. 2) da [1].

Fig.2. Schema a blocchi di accensione

Utilizza chip timer integrati KR1006VI1. Sull'IC DA2 è realizzato un circuito per proteggere dal rimbalzo dei contatti dell'interruttore, il secondo timer - DA1 - è un singolo vibratore che controlla il tiristore. Il singolo vibratore genera un impulso della durata di circa 1 ms, durante il quale il tiristore viene forzatamente tenuto aperto. Questo chiude il circuito del circuito oscillatorio formato dall'avvolgimento primario della bobina di accensione e dal condensatore di accumulo C3.

La tensione su C3 in assenza di un segnale all'ingresso del chopper deve essere di almeno 450 V. La frequenza del convertitore ad alta tensione è selezionata a circa 2 kHz in modo che il tiristore abbia il tempo di spegnersi durante il tempo tra impulsi del generatore di blocco del convertitore.

E ora, avendo compreso la teoria, parleremo di come il correttore di ottani può rendere la vita più facile agli automobilisti. La figura 3 mostra uno schema di un blocco di accensione con un correttore di ottani basato sul già noto blocco OH-427 [3].

Fig.3. Schema del blocco accensione con correttore di ottano (clicca per ingrandire)

Il funzionamento del correttore di ottani deve soddisfare le seguenti condizioni:

• il ritardo aggiuntivo introdotto dal regolatore (diminuzione della fasatura di accensione) deve essere di almeno 1 ms;
• all'aumentare della velocità del motore, il ritardo introdotto dovrebbe diminuire linearmente, ea 4000 giri diventare uguale a zero.

Per ogni evenienza, ricordiamo che a velocità diverse, 1 ms corrisponde ad angoli di rotazione molto diversi dell'albero motore del motore.

Per creare un correttore di ottano, nel circuito OH-427 vengono inoltre introdotti un altro timer (DA3) del tipo KR1006VI1 e un transistor VT3, che vengono collegati immediatamente dopo il circuito di protezione contro il rimbalzo del contatto dell'interruttore sugli elementi VT1 e DA2. La Figura 4 mostra i diagrammi di temporizzazione del correttore di ottano. Il segnale dall'uscita del circuito antirimbalzo, ad es. dal pin 3 DA2 (Fig. 4a), entra nella catena proporzionale-integratrice R9-R10-C5.

Fig.4. Diagrammi di temporizzazione del correttore di ottano

Conclusione 7 DA2 è collegato al condensatore integratore C5, che forma la forma dell'impulso necessaria per il funzionamento del dispositivo (Fig. 4b). Il fronte di salita di questo impulso corrisponde alla fasatura di accensione impostata della miscela nel cilindro del motore. Se non ci fosse connessione tra C5 e il pin 7 di DA2, C5 verrebbe scaricato attraverso gli stessi resistori (R9, R10) attraverso i quali è stato caricato, il che non consentirebbe al dispositivo di funzionare stabilmente ad alti regimi del motore. Dalla catena di integrazione, il segnale viene inviato all'ingresso dell'elemento di soglia, il cui ruolo è svolto dal timer DA4. Il timer offre la possibilità di regolare la soglia di risposta dei comparatori interni, che, con una certa forma del segnale di ingresso, consente di regolare uniformemente il ritardo dell'impulso di uscita rispetto al fronte positivo dell'ingresso.

La figura 4 considera il caso in cui la soglia di risposta del comparatore Uthr è portata ad una sezione relativamente piatta dell'impulso integrato, il che rende possibile, modificando la soglia di risposta, selezionare il valore di ritardo richiesto. L'impulso che controlla l'interruttore di alimentazione sull'optotiristore VU1 è generato dal timer DA4 (Fig. 4c). Lo stesso impulso viene applicato alla base del transistor VT3, compreso nel circuito del partitore interno della tensione di riferimento del temporizzatore DA3. Il divisore è una catena di tre resistori da 5 kΩ collegati in serie. Per facilitare la comprensione del principio di funzionamento del timer, esso è mostrato in Fig. 5 in una forma leggermente "aperta".

Fig.5. Diagramma schematico del timer

Il resistore di regolazione R8 è collegato tramite il resistore di limitazione R11 al pin 5 del timer, cioè in parallelo con i suoi due resistori "inferiori" del partitore di tensione di riferimento interno. Per il normale funzionamento del motore, il ritardo aggiuntivo introdotto con l'ausilio di un correttore di ottano dovrebbe diminuire all'aumentare del regime del motore, ovvero il dispositivo deve includere anche un frequenzimetro.

Questo problema si è rivelato facile da risolvere. Il timer DA4, che controlla l'interruttore di alimentazione, genera impulsi di controllo della durata di 1 ms. Gli stessi impulsi vengono utilizzati per il frequenzimetro. Si è scoperto che la dipendenza dalla frequenza del tempo di ritardo in ingresso è più facile da organizzare sullo stesso chip DA3 che regola i tempi di accensione. Per questo, il condensatore C5 è collegato al terminale 3 del timer DA9. È preferibile utilizzare questo tipo di condensatore K53-16 o uno simile con una tolleranza di capacità non superiore a ± 10%. Il condensatore C9 viene caricato attraverso il divisore interno del timer e viene scaricato attraverso il transistor aperto VT3 e il circuito R8-R11 nel suo circuito collettore.

La figura 6 mostra la relazione di fase dei segnali in alcuni punti del circuito correttore di ottano. La Figura 6a mostra gli impulsi all'ingresso DA3 e la Figura 6b mostra la forma d'onda della tensione al suo partitore di tensione di riferimento interno.

Fig.6. Il rapporto tra le fasi dei segnali in alcuni punti del circuito correttore di ottano

Il condensatore C9, collegato al pin 5 di DA3, viene scaricato attraverso la chiave a VT3 durante l'istante t1, e caricato attraverso il partitore interno del temporizzatore durante l'istante t2. Ma poiché t1 è costante (in una data posizione del motore R8) e t2 cambia al variare della velocità del motore, anche la tensione di riferimento cambierà al variare della velocità dell'albero. Le velocità di carica e scarica richieste della capacità possono essere selezionate impostando i valori appropriati di C9 e R11. Alcune restrizioni sulla scelta della capacità sono imposte dal partitore interno del timer, poiché i resistori che lo compongono sono fissi e hanno una resistenza di 5 kOhm.

Il terzo diagramma (Fig. 6c) mostra il segnale generato dal timer DA4 che controlla l'interruttore di alimentazione VU1. È rigorosamente normalizzato in durata, poiché viene utilizzato anche in un frequenzimetro, controllando una chiave su un transistor VT3.

La parte critica del circuito è il trasformatore mostrato in Figura 7. La sua fattura deve essere alta, poiché funziona in modalità difficile. È meglio riempirlo con vernice o resina epossidica. Il numero di spire, l'ordine di avvolgimento e il posizionamento degli avvolgimenti sono riportati nella Tabella 1.

L'ordine di avvolgimento degli avvolgimenti è 1-3-2. Avvolgimento: ordinario, a strati, da bobina a bobina. Isolamento tra gli avvolgimenti e gli strati - 1 strato di tessuto verniciato (tensione di guasto - circa 1000 V). Nucleo del trasformatore - ferrite 2000NM1 Sh10x10. È assemblato con uno spazio di 1 mm (viene utilizzato un distanziatore dielettrico).

Il blocco sviluppato consente al motore di funzionare con una miscela aria-carburante molto magra. Con questa modalità di funzionamento si osserva non solo un notevole risparmio di carburante (può raggiungere il 20%), ma anche una diminuzione del contenuto di CO nei gas di scarico. Quest'ultimo è al di sotto del limite di sensibilità degli analizzatori di gas utilizzati nella polizia stradale. Quindi è abbastanza realistico, avendo installato un blocco del genere sugli Zaporozhets, portarlo a Parigi. Lo standard di emissione Euro sarà soddisfatto senza catalizzatori di platino. Inoltre, quando si utilizza questa unità su veicoli alimentati a gas naturale, il motore si avvia liberamente senza benzina anche a basse temperature.

fonti

1. V. Shcherbatyuk. Accensione elettronica con un nuovo modo di accendere la miscela. - Radioamatore, 2000, N11, p.18.
2. V. Shcherbatyuk. Accensione elettronica con un nuovo modo di accendere la miscela. - Radioamatore, 1999, N7, p.26.
3. V. Shcherbatyuk. Accensione elettronica con un nuovo modo di accendere la miscela. - Radioamatore, 1999, N11, p.27.

Autore: V. Shcherbatyuk, E. Petsko

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