|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Октан-коректор. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Автомобіль. Електронні пристрої Октанове число бензину вказує, як сильно можна стискати паливно-повітряну суміш у циліндрі двигуна. Наприклад, бензин А-76 допускає стиск у 7,6 раза, бензин А-92 – у 9,2 раза, а метиловий спирт (СНзОН) – аж у 20 разів. Спирт, звичайно, у цьому випадку найкраще, але він отруйний, і використовується лише як компонент палива для різних спеціальних (спортивних) автомобілів та мотоциклів. Чим більше октанове число палива, тим більшу питому потужність двигуна можна отримати. Щоб переконатися в тому, що двигун являє собою "куп" взаємопов'язаних між собою "залізяк", далеко ходити не треба. Достатньо заглянути під капот будь-якого автомобіля. Одним із основних елементів двигуна внутрішнього згоряння є система запалювання. Відразу обмовимося - тут ми розглядаємо роботу бензинового двигуна, в якому суміш парів бензину та повітря (паливоповітряна суміш) підпалюється високовольтним електричним розрядом, тобто, простіше кажучи, іскрою. На рис.1 схематично зображено робочий цикл одноциліндрового двигуна (малюнки біля кола). Радіус кола (стрілка) показує кут ф повороту валу двигуна щодо верхньої мертвої точки (ВМТ) поршня. Наше завдання - у потрібний момент якісно підпалити паливоповітряну суміш у цьому циліндрі.
Зрозуміло, що паливоповітряна суміш згоряє не миттєво, а за певний час. Цей час залежить від октанового числа бензину. Буває, щоправда, що суміш згоряє надто швидко. Це дуже шкідливе явище називається детонацією. Виникає детонація тоді, коли октанове число бензину, що використовується, не відповідає ступеню стиснення в даному двигуні, і паливоповітряна суміш займається мимовільно. Але ж нам потрібно, щоб суміш загорілася "коли треба" і згоріла, по можливості, повністю. Щоб знати, як боротися за це, доведеться згадати школу. Колись дуже давно, у XVII столітті, два вчені - Бойль і Маріотт - "вигадали" свій закон. Закон цей загалом для ідеального газу, але з його допомогою можна зрозуміти, що відбуватиметься в циліндрі нашого двигуна (і звідки Бойль і Маріотт тільки це все знали?). Закон пов'язує тиск Р, обсяг V і температуру Т і виглядає зовсім не страшно:
При переміщенні поршня в циліндрі змінюються ці три величини. Виходить, якщо тиск газу почне зменшуватися, а обсяг збільшуватися (поршень "пішов" вниз), то його температура впаде, і після проходження верхньої мертвої точки горіння припиниться. Все, що не встигло згоріти, буде викинуто через вихлопну трубу "з метою отруєння" навколишнього середовища і заразом (якщо поряд трапляться) пішоходів. Тому, щоб забезпечити максимальний ККД двигуна та захистити народ від отруєння вихлопними газами, необхідно підпалювати суміш у циліндрі раніше, ніж поршень дійде до верхньої мертвої точки. Стрілка на рис.1 показує саме таке положення поршня. Тепер подивимося, який кут випередження запалення потрібно встановити спочатку для неодружених оборотів (f=600 об/хв або 10 об/с), щоб двигун запускався і працював нормально. Зробимо це для бензину А-76, який згоряє в циліндрі приблизно за час t76 = 0,7 мс і АІ-92, що згорає за t92 = 1,3 мс. Запишемо формулу для розрахунку кута випередження запалення фоп:
Тоді, підставивши значення t76 f для бензину А-76, отримаємо ф76 = 2,52 °. Для АІ-92 - відповідно ф92 = 4,68 °. Досвідчені автомобілісти відразу скажуть, що це нісенітниця, і значення кута, що встановлюється, повинні бути вдвічі більшими. Але вони повинні знати, що вал переривника-розподільника обертається рівно в два рази повільніше, і тому наші розрахункові значення кута повинні бути збільшені в два рази. Тоді отримуємо ф76 = 5,04 ° і ф92 = 9,36 °, що не сильно відрізняється від реальних значень кутів, що встановлюються на автомобілях. Розберемося, навіщо автомобілю потрібен ще й відцентровий регулятор кута випередження запалення. Ми не дарма при розрахунку кута випередження запалення обмовили, що розраховуємо його на 600 об/хв. Адже якщо цей кут залишити без зміни, то при 1200 об/хв час, що відводиться на згоряння суміші (від підпалу до ВМТ), зменшиться вдвічі, і суміш просто не встигне повністю згоріти. Відразу почнеться "стрілянина" в глушнику, двигун не розвиватиме необхідну потужність. Виходить, що для того, щоб зі збільшенням оборотів двигуна суміш встигала згоряти, необхідно збільшувати кут випередження запалення. Для бензину А-76 при 3000 об/хв (50 об/с) кут випередження повинен становити згідно з формулою (1): ф76 = 0,0007 * 50 * 360 * 2 = 25,2 ° (звідки двійка – вже зрозуміло). Якби це було справді так, усе було б просто. Але, виявляється, суміш зі збільшенням оборотів починає згоряти швидше, причому зміну швидкості згоряння не можна описати аналітичною функцією. Залежність підбирається експериментально і враховується під час виготовлення відцентрового регулятора кожного типу двигуна. "Зрозуміло і їжу", що механічні пристрої не можуть забезпечити достатньої точності регулювання кута випередження запалювання. У сучасних автомобілях усім цим займається контролер, який враховує не тільки оберти двигуна, а ще "купу" параметрів. Якщо ви звернули увагу, двигун повинен працювати в такому режимі, щоб дотримувалися дві умови:
Коли двигун працює саме на тому бензині, на який він розрахований, все гаразд. Якщо ж у бак плеснули "чого-небудь", наприклад, 76-го замість 92-го, то двигуну доведеться, м'яко кажучи, не солодко. У разі такої, з дозволу сказати, заправки, на малих оборотах спостерігатиметься сильна детонація, а на підвищених двигунах перегріватиметься. Загалом, за теорією, все так і має бути. На малих оборотах ступінь стиснення перевищить максимально допустиму, і суміші нічого не залишиться робити, як мимоволі (і, зверніть увагу, раніше ніж треба) спалахнути, інакше кажучи, детонувати. Але при збільшенні оборотів двигуна відцентровий регулятор збільшить кут випередження запалення, і ступінь стиснення на момент подачі іскри стане меншою за допустиму. Тобто при збільшенні обертів детонація начебто зникне. Але не забуватимемо, що від октанового числа бензину залежить ще й час згоряння суміші в циліндрі. У нашому випадку 76-й бензин згорить раніше, ніж поршень опиниться у ВМТ, як було б з 92-м бензином, а згоріла раніше часу суміш щосили давити на поршень, намагаючись не дати йому потрапити у ВМТ. Це викликає перегрів двигуна з усіма наслідками. Проте зі становища вихід таки є. Виставимо початковий кут випередження запалення оптимальним для 76-го бензину (~5 °). Звичайно, це призведе до збільшення стиснення і, отже, посилення детонації. Але ж кут випередження збільшується, а ступінь стиснення відповідно зменшується зі збільшенням оборотів. Це означає, що якщо залити замість 92-го бензину 76-й і встановити кут випередження запалення 5° замість 9°, то, починаючи з деяких оборотів, водій перестане помічати, що залитий не той бензин. Розрахуємо, починаючи з яких оборотів це станеться. Допоможе знову формула (1). Якщо по ній знайти оберти, при яких 76 бензин перестане детонувати, вийде близько 1400 об/хв. Це не дуже відрізняється від неодружених оборотів. Багато автолюбителів, що розбираються, їздять на своїх "Жигулях" на 76-му бензині без будь-яких там прокладок, виставивши пізніше запалювання. Але "вищий писк" - це можливість оперативно регулювати кут випередження запалення, підлаштовуючи його під залитий бензин та умови експлуатації улюбленого "залізного коня". Пристрої, що виконують вказану операцію, називаються октан-коректорами. Як виявилося, описані раніше в журналі [1-5] блоки імпульсного плазмового запалення не тільки покращують згоряння палива та сприяють його помітній економії, а й порівняно легко дозволяють вбудувати октан-коректор. Щоб простіше було пояснювати принцип його роботи, наведемо схему блоку запалювання (рис.2) из[1].
У ній використовуються мікросхеми інтегральних таймерів КР1006ВІ1. На ІМС DA2 виконана схема захисту від брязкоту контактів переривника, другий таймер - DA1 - є одновібратором, що керує тиристором. Одновібратор формує імпульс тривалістю близько 1 мс, протягом якого тиристор примусово утримується у відкритому стані. При цьому замикається ланцюг коливального контуру, утвореного первинною обмоткою котушки запалювання та накопичувальним конденсатором С3. Напруга на С3 за відсутності сигналу на вході переривника має бути не менше 450 В. Частота високовольтного перетворювача вибирається близько 2 кГц, щоб тиристор встигав вимикатися за час між імпульсами блокінг-генератора перетворювача. І ось тепер, розібравшись теоретично, ми поговоримо про те, як октан-коректор може полегшити життя автолюбителям. На рис.3 наведено схему блоку запалювання з октан-коректором на базі вже відомого блоку ОН-427 [3].
Робота октан-коректора повинна задовольняти такі умови:
Про всяк випадок нагадаємо, що при різних оборотах 1 мс відповідає дуже різним кутам повороту колінчастого валу двигуна. Для створення октан-коректора в схему ОН-427 додатково вводяться ще один таймер (DA3) типу КР1006ВІ1 і транзистор VT3, включені відразу після схеми захисту від брязкоту контактів переривника на елементах VT1 і DA2. На рис.4 наведено часові діаграми роботи октан-коректора. Сигнал із виходу схеми захисту від брязкоту, тобто. з виведення 3 DA2 (рис.4а), надходить на пропорційно-інтегруючий ланцюжок R9-R10-С5.
Висновок 7 DA2 підключений до конденсатора інтегратора С5, формує необхідну роботи пристрою форму імпульсу (рис.4б). Передній фронт цього імпульсу відповідає встановленому моменту запалювання суміші у циліндрі двигуна. За відсутності зв'язку С5 з висновком 7 DA2, С5 розряджався через ті ж резистори (R9, R10), через які він заряджався, що не дозволило б пристрою стійко працювати на високих оборотах двигуна. З інтегруючого ланцюжка сигнал надходить на вхід порогового елемента, роль якого виконує таймер DA4. У таймері передбачена можливість регулювання порога спрацьовування внутрішніх компараторів, що за певної форми вхідного сигналу дозволяє плавно регулювати затримку вихідного імпульсу щодо позитивного вхідного фронту. На рис.4 розглянуто випадок, коли поріг спрацьовування компаратора Uпор виведений відносно пологий ділянку проінтегрованого імпульсу, що дозволяє, змінюючи поріг спрацьовування, вибирати необхідну величину затримки. Імпульс, що управляє силовим ключем на оптотиристорі VU1, формується таймером DA4 (рис.4в). Цей імпульс подається на базу транзистора VT3, включеного в ланцюг внутрішнього дільника опорної напруги таймера DA3. Дільник є ланцюжком з трьох включених послідовно резисторів по 5 кОм. Для полегшення розуміння принципу роботи таймера він зображений на рис.5 в трохи "розкритому" вигляді.
Регулюючий резистор R8 підключений через резистор R11, що обмежує, до виведення 5 таймера, тобто паралельно двом його "нижнім" резисторам внутрішнього дільника опорної напруги. Для нормальної роботи двигуна введена за допомогою октан-коректора додаткова затримка зі збільшенням обертів двигуна повинна зменшуватися, тобто пристрій повинен включати ще й частотомір. Це завдання вирішити виявилося нескладно. Таймер DA4, що управляє силовим ключем, формує імпульси керування тривалістю 1 мс. Ці імпульси використовуються і для частотоміра. Виявилося, що частотну залежність затримки, що вводиться, найпростіше організувати на тій же мікросхемі DA3, що регулює кут випередження запалення. Для цього до виведення 5 таймера DA3 підключено конденсатор С9. Цей конденсатор бажано використовувати типу К53-16 або якийсь подібний з допуском по ємності не більше ±10%. Конденсатор С9 заряджається через внутрішній дільник таймера, а розряджається через відкритий транзистор VT3 та ланцюжок R8-R11 у колекторному колі. На рис.6 показано співвідношення фаз сигналів деяких точках схеми октан-корректора. На рис.6а показані імпульси на вході DA3, але в рис.6б - форма напруги її внутрішньому дільнику опорного напруги.
Конденсатор С9, підключений до виведення 5 DA3, розряджається через ключ VT3 протягом часу t1, а заряджається через внутрішній дільник таймера протягом часу t2. Але так як t1 постійно (при заданому положенні двигуна R8), а t2 змінюється разом із зміною числа обертів двигуна, опорна напруга також буде змінюватися при зміні частоти обертання валу. Необхідні швидкості заряду та розряду ємності можна вибрати, задаючи відповідні номінали С9 та R11. Певні обмеження на вибір ємності накладає внутрішній дільник таймера, так як його резистори фіксовані і мають опір 5 кОм. На третій діаграмі (рис.6в) показаний сформований таймером DA4 сигнал, що керує силовим ключем VU1. Він строго нормований за тривалістю, оскільки використовується і частотомірі, керуючи ключем на транзисторі VT3. Критичною деталлю схеми є трансформатор, показаний на рис.7. Якість виготовлення його має бути високою, оскільки він працює в жорсткому режимі. Найкраще залити його лаком або епоксидною смолою. Число витків, порядок намотування та розміщення обмоток наведено в таблиці 1.
Порядок намотування обмоток – 1-3-2. Намотування - рядова, пошарова, виток до витка. Ізоляція між обмотками та шарами - 1 шар лакоткані (пробивна напруга - близько 1000 В). Сердечник трансформатора - ферит 2000НМ1 Ш10х10. Він збирається із зазором 1 мм (використовується діелектрична прокладка). Розроблений блок дозволяє двигуну працювати на сильно збідненій паливоповітряній суміші. При такому режимі експлуатації спостерігається не тільки помітна економія палива (може досягати 20%), але й зниження вмісту СО у вихлопних газах. Останнє знаходиться нижче межі чутливості газоаналізаторів, що використовуються в ДАІ. Тож цілком реально, встановивши на "Запорожець" такий блок, покататися на ньому Париж. Стандарт "Євро" за шкідливими викидами буде дотримано без жодних платинових каталізаторів. Крім цього, при використанні даного блоку на автомобілях, що працюють на природному газі, двигун вільно запускається без бензину навіть за негативної температури. Джерела
Автор: В.Щербатюк, Є.Пецко
Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024 Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024
▪ Компактна відеокамера Sony FDR-X3000R ▪ Лазерний супутниковий зв'язок ▪ Шолом армії США із поліетилену
▪ Розділ сайту Ваші історії. Добірка статей ▪ стаття І знову триває бій. Крилатий вислів ▪ стаття Хто вживав албанську мову на початку 20 століття? Детальна відповідь ▪ стаття Аморфа чагарникова. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Зубні пасти. Прості рецепти та поради ▪ стаття Шанжировочний сачок. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
(1)
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page