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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Oktanzahlkorrektor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Automobil. Elektronische Geräte Die Oktanzahl von Benzin gibt an, wie stark Sie das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Motorzylinder verdichten können. Beispielsweise ermöglicht A-76-Benzin eine Verdichtung um das 7,6-fache, A-92-Benzin um das 9,2-fache und Methylalkohol (CH20OH) um das XNUMX-fache. Alkohol ist in diesem Fall natürlich am besten, aber er ist giftig und wird nur als Kraftstoffkomponente für verschiedene spezielle (Sport-)Autos und Motorräder verwendet. Je höher die Oktanzahl des Kraftstoffs ist, desto spezifischere Motorleistung kann erzielt werden. Um sicherzustellen, dass der Motor ein „Haufen“ aus miteinander verbundenen „Stück Eisen“ ist, müssen Sie nicht weit gehen. Es reicht aus, unter die Motorhaube eines jeden Autos zu schauen. Eines der Hauptelemente eines Verbrennungsmotors ist das Zündsystem. Machen wir gleich eine Reservierung – hier geht es um den Betrieb eines Benzinmotors, bei dem ein Gemisch aus Benzin und Luftdämpfen (Luft-Kraftstoff-Gemisch) durch eine elektrische Hochspannungsentladung gezündet wird, also mit anderen Worten: ein Funke. Abbildung 1 zeigt schematisch den Betriebszyklus eines Einzylindermotors (Figuren neben dem Kreis). Der Radius des Kreises (Pfeil) zeigt den Drehwinkel φ der Motorwelle relativ zum oberen Totpunkt (OT) des Kolbens. Unsere Aufgabe ist es, das Luft-Kraftstoff-Gemisch in diesem Zylinder zum richtigen Zeitpunkt zu zünden.
Es ist klar, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht sofort, sondern in einer ganz bestimmten Zeit verbrennt. Diese Zeit hängt von der Oktanzahl des verwendeten Benzins ab. Es kommt jedoch vor, dass die Mischung zu schnell ausbrennt. Dieses äußerst schädliche Phänomen wird Detonation genannt. Zur Detonation kommt es, wenn die Oktanzahl des verwendeten Benzins nicht mit dem Verdichtungsverhältnis dieses Motors übereinstimmt und sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch spontan entzündet. Aber schließlich muss die Mischung „bei Bedarf“ Feuer fangen und möglichst vollständig ausbrennen. Um dafür zu kämpfen, muss man sich an die Schule erinnern. Es war einmal, im XNUMX. Jahrhundert, „erfanden“ zwei Wissenschaftler – Boyle und Marriott – ihr eigenes Gesetz. Dieses Gesetz gilt im Allgemeinen für ein ideales Gas, aber es kann verwendet werden, um zu verstehen, was im Zylinder unseres Motors passieren wird (und woher wussten Boyle und Mariotte das alles?). Das Gesetz setzt Druck P, Volumen V und Temperatur T in Beziehung und sieht überhaupt nicht gruselig aus:
Wenn sich der Kolben im Zylinder bewegt, ändern sich diese drei Größen. Es stellt sich heraus, dass, wenn der Gasdruck zu sinken beginnt und das Volumen zunimmt (der Kolben „nach unten ging“), seine Temperatur sinkt und nach dem Überschreiten des oberen Totpunkts die Verbrennung stoppt. Alles, was keine Zeit zum Ausbrennen hatte, wird durch den Auspuff hinausgeschleudert, „um die Umwelt und gleichzeitig (wenn sie in der Nähe auf sie stoßen) Fußgänger zu vergiften“. Um eine maximale Motoreffizienz zu gewährleisten und Menschen vor einer Abgasvergiftung zu schützen, ist es daher erforderlich, das Gemisch im Zylinder zu zünden, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Der Pfeil in Abb. 1 zeigt genau auf diese Position des Kolbens. Schauen wir uns nun an, welcher Zündzeitpunkt zunächst für die Leerlaufdrehzahl (f = 600 U/min oder 10 U/min) eingestellt werden sollte, damit der Motor normal startet und läuft. Wir werden dies für A-76-Benzin tun, das ungefähr in der Zeit t76=0,7 ms im Zylinder verbrennt, und AI-92, das in t92=1,3 ms verbrennt. Wir schreiben die Formel zur Berechnung des Zündzeitpunkts fop:
Wenn wir dann die Werte von t76 und f für A-76-Benzin einsetzen, erhalten wir f76=2,52°. Für AI-92 - dementsprechend f92 = 4,68°. Erfahrene Autofahrer werden sofort sagen, dass das Unsinn ist und die Werte des einzustellenden Winkels doppelt so groß sein sollten. Sie müssen aber auch wissen, dass sich die Unterbrecher-Verteilerwelle genau doppelt so langsam dreht und daher unsere berechneten Winkelwerte verdoppelt werden müssen. Dann erhalten wir φ76=5,04° und φ92=9,36°, was sich nicht wesentlich von den tatsächlichen Werten der bei Autos installierten Winkel unterscheidet. Lassen Sie uns herausfinden, warum das Auto auch einen Fliehkraft-Zündzeitpunktregler benötigt. Nicht umsonst haben wir bei der Berechnung des Zündzeitpunkts vorgegeben, dass wir ihn für 600 U/min berechnen. Denn wenn dieser Winkel unverändert bleibt, halbiert sich bei 1200 U/min die Zeit für die Verbrennung des Gemisches (von der Zündung bis zum OT) und das Gemisch hat einfach keine Zeit, vollständig auszubrennen. Es beginnt sofort mit dem „Schießen“ im Schalldämpfer, der Motor entwickelt nicht die nötige Leistung. Es stellt sich heraus, dass es notwendig ist, den Zündzeitpunkt zu erhöhen, damit das Gemisch bei steigender Motordrehzahl ausbrennt. Für A-76-Benzin bei 3000 U/min (50 U/min) sollte der Steigungswinkel gemäß Formel (1) betragen: f76 \u0,0007d 50 * 360 * 2 * 25,2 \uXNUMXd XNUMX ° (Woher die Zwei kommt, ist bereits klar). Wenn es wirklich so wäre, wäre alles einfach. Es stellt sich jedoch heraus, dass das Gemisch mit zunehmender Geschwindigkeit schneller zu brennen beginnt und die Änderung der Verbrennungsgeschwindigkeit durch keine analytische Funktion beschrieben werden kann. Die Abhängigkeit wird experimentell ausgewählt und bei der Herstellung eines Fliehkraftreglers für jeden Motortyp berücksichtigt. „Es ist klar und selbstverständlich“, dass mechanische Geräte keine ausreichende Genauigkeit bei der Einstellung des Zündzeitpunkts bieten können. In modernen Autos übernimmt das alles die Steuerung, die nicht nur die Motordrehzahl, sondern auch eine Reihe von Parametern berücksichtigt. Wenn Sie darauf geachtet haben, muss der Motor in einem solchen Modus arbeiten, dass zwei Bedingungen erfüllt sind:
Wenn der Motor genau mit dem Benzin läuft, für das er ausgelegt ist, ist alles in Ordnung. Wenn „etwas“ in den Tank gespritzt wurde, zum Beispiel der 76. statt des 92., dann wird der Motor, gelinde gesagt, nicht süß sein. Bei einer solchen Betankung ist bei niedrigen Drehzahlen eine starke Detonation zu beobachten, bei höheren Drehzahlen kommt es zu einer Überhitzung des Motors. Im Allgemeinen ist theoretisch alles so, wie es sein sollte. Bei niedrigen Geschwindigkeiten überschreitet das Verdichtungsverhältnis den maximal zulässigen Wert, und es bleibt dem Gemisch nichts anderes übrig, als sich spontan (und, beachten Sie, früher als nötig) zu entzünden, also zu detonieren. Mit zunehmender Motordrehzahl erhöht der Fliehkraftregler jedoch den Zündzeitpunkt und das Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Funkens wird nicht mehr akzeptabel. Das heißt, mit zunehmender Geschwindigkeit scheint die Detonation zu verschwinden. Aber vergessen wir nicht, dass die Verbrennungszeit des Gemisches im Zylinder auch von der Oktanzahl des Benzins abhängt. In unserem Fall brennt das 76. Benzin aus, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, wie es auch beim 92. Benzin der Fall wäre, und das Gemisch, das vorzeitig ausgebrannt ist, drückt stark auf den Kolben und versucht, ihn daran zu hindern, den oberen Totpunkt zu erreichen . Dies führt zu einer Überhitzung des Motors mit allen Folgen. Es gibt jedoch immer noch einen Ausweg aus der aktuellen Situation. Stellen wir den anfänglichen Zündzeitpunkt so ein, dass er für den 76. Benziner optimal ist (~ 5°). Dies führt natürlich zu einer Erhöhung der Kompression und damit zu einer Erhöhung der Detonation. Aber schließlich nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit der Vorschubwinkel zu bzw. das Verdichtungsverhältnis ab. Das heißt, wenn man statt des 92. das 76. Benzin einfüllt und den Zündzeitpunkt auf 5° statt der vorgeschriebenen 9° einstellt, merkt der Fahrer ab einigen Umdrehungen nicht mehr, dass das falsche Benzin eingefüllt ist. Berechnen wir, ausgehend von welchen Umdrehungen dies passieren wird. Formel (1) wird wieder helfen. Wenn Sie die Geschwindigkeit ermitteln, bei der das 76. Benzin aufhört zu detonieren, erhalten Sie etwa 1400 U/min. Es ist nicht viel anders als im Leerlauf. Viele sachkundige Autofahrer fahren ihren „Zhiguli“ mit 76. Benzin ohne Dichtungen und stellen die Zündung auf einen späteren Zeitpunkt ein. Aber der „höchste Blick“ ist die Möglichkeit, den Zündzeitpunkt schnell anzupassen und ihn an das eingefüllte Benzin und die Betriebsbedingungen Ihres Lieblings-„Eisenpferdes“ anzupassen. Geräte, die diesen Vorgang durchführen, werden Oktanzahlkorrektoren genannt. Wie sich herausstellte, verbessern die zuvor in der Zeitschrift [1-5] beschriebenen Einheiten der gepulsten Plasmazündung nicht nur die Kraftstoffverbrennung und tragen zu spürbaren Einsparungen bei, sondern ermöglichen auch den relativ einfachen Aufbau eines Oktanzahlkorrektors. Um das Funktionsprinzip leichter erklären zu können, stellen wir hier ein Schema der Zündeinheit (Abb. 2) aus [1] vor.
Es verwendet integrierte Timer-Chips KR1006VI1. Auf dem IC DA2 ist eine Schaltung zum Schutz vor dem Prellen der Unterbrecherkontakte angebracht, der zweite Timer – DA1 – ist ein einzelner Vibrator, der den Thyristor steuert. Der Einzelvibrator erzeugt einen Impuls mit einer Dauer von etwa 1 ms, bei dem der Thyristor zwangsweise offen gehalten wird. Dadurch wird der Stromkreis des aus der Primärwicklung der Zündspule und dem Speicherkondensator C3 gebildeten Schwingkreises geschlossen. Die Spannung an C3 muss bei fehlendem Signal am Eingang des Zerhackers mindestens 450 V betragen. Die Frequenz des Hochspannungswandlers wird auf etwa 2 kHz gewählt, damit der Thyristor in der Zeit dazwischen Zeit zum Abschalten hat Impulse des Sperrgenerators des Umrichters. Und nachdem wir die Theorie verstanden haben, werden wir darüber sprechen, wie der Oktanzahlkorrektor Autofahrern das Leben erleichtern kann. Abbildung 3 zeigt ein Diagramm eines Zündblocks mit Oktanzahlkorrektor basierend auf dem bereits bekannten OH-427-Block [3].
Der Betrieb des Oktanzahlkorrektors muss folgende Bedingungen erfüllen:
Für alle Fälle erinnern wir uns daran, dass 1 ms bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten sehr unterschiedlichen Drehwinkeln der Motorkurbelwelle entspricht. Um einen Oktanzahlkorrektor zu erstellen, werden zusätzlich ein weiterer Timer (DA427) vom Typ KR3VI1006 und ein VT1-Transistor in den OH-3-Kreis eingefügt, die unmittelbar nach dem Schutzkreis zum Schutz vor Unterbrecherkontakten an den Elementen VT1 und DA2 angeschlossen werden. Abbildung 4 zeigt die Zeitdiagramme des Oktanzahlkorrektors. Das Signal vom Ausgang der Anti-Bounce-Schaltung, d.h. von Pin 3 DA2 (Abb. 4a) gelangt es in die Proportional-Integration-Kette R9-R10-C5.
Fazit 7 DA2 ist mit dem Integratorkondensator C5 verbunden, der die für den Betrieb des Gerätes notwendige Impulsform bildet (Abb. 4b). Die Vorderflanke dieses Impulses entspricht dem eingestellten Zündzeitpunkt des Gemisches im Motorzylinder. Wenn zwischen C5 und Pin 7 von DA2 keine Verbindung bestünde, würde C5 über dieselben Widerstände (R9, R10) entladen, über die es geladen wurde, wodurch das Gerät bei hohen Motordrehzahlen nicht stabil arbeiten könnte. Von der Integrationskette wird das Signal dem Eingang des Schwellenwertelements zugeführt, dessen Rolle der DA4-Timer übernimmt. Der Timer bietet die Möglichkeit, die Ansprechschwelle interner Komparatoren anzupassen, wodurch Sie bei einer bestimmten Form des Eingangssignals die Verzögerung des Ausgangsimpulses relativ zur positiven Front des Eingangs stufenlos anpassen können. In Abbildung 4 wird der Fall betrachtet, bei dem die Ansprechschwelle des Komparators Uthr auf einen relativ flachen Abschnitt des integrierten Impulses gebracht wird, was es ermöglicht, durch Ändern der Ansprechschwelle den erforderlichen Verzögerungswert auszuwählen. Der Impuls, der den Netzschalter am VU1-Optothyristor steuert, wird vom DA4-Timer erzeugt (Abb. 4c). Der gleiche Impuls wird an die Basis des Transistors VT3 angelegt, der im Schaltkreis des internen Teilers der Referenzspannung des Timers DA3 enthalten ist. Der Teiler ist eine Kette aus drei in Reihe geschalteten 5-kΩ-Widerständen. Um das Verständnis der Funktionsweise des Timers zu erleichtern, ist dieser in Abb. 5 in leicht „geöffneter“ Form dargestellt.
Der Regelwiderstand R8 ist über den Begrenzungswiderstand R11 mit dem Pin 5 des Timers verbunden, also parallel zu seinen beiden „unteren“ Widerständen des internen Referenzspannungsteilers. Für den normalen Betrieb des Motors sollte die mit Hilfe eines Oktanzahlkorrektors eingeführte zusätzliche Verzögerung mit zunehmender Motordrehzahl abnehmen, d. h. das Gerät muss auch über einen Frequenzmesser verfügen. Es stellte sich heraus, dass dieses Problem leicht zu lösen war. Der Timer DA4, der den Netzschalter steuert, erzeugt Steuerimpulse mit einer Dauer von 1 ms. Die gleichen Impulse werden für den Frequenzzähler verwendet. Es stellte sich heraus, dass die Frequenzabhängigkeit der Eingangsverzögerungszeit am einfachsten auf demselben DA3-Chip zu organisieren ist, der den Zündzeitpunkt regelt. Dazu wird der Kondensator C5 an Klemme 3 des DA9-Timers angeschlossen. Es empfiehlt sich, diesen Kondensator vom Typ K53-16 oder einen ähnlichen Typ mit einer Kapazitätstoleranz von nicht mehr als ± 10 % zu verwenden. Der Kondensator C9 wird über den internen Teiler des Timers aufgeladen und über den offenen Transistor VT3 und den R8-R11-Kreis in seinem Kollektorkreis entladen. Abbildung 6 zeigt die Phasenbeziehung der Signale an einigen Punkten der Oktankorrekturschaltung. Abbildung 6a zeigt die Impulse am DA3-Eingang und Abbildung 6b zeigt die Spannungswellenform an seinem internen Referenzspannungsteiler.
Der Kondensator C9, der mit Pin 5 von DA3 verbunden ist, wird während der Zeit t3 über den Schlüssel zu VT1 entladen und während der Zeit t2 über den internen Teiler des Timers aufgeladen. Da jedoch t1 konstant ist (bei einer bestimmten Position des Motors R8) und sich t2 mit der Änderung der Motordrehzahl ändert, ändert sich auch die Referenzspannung, wenn sich die Wellendrehzahl ändert. Die erforderlichen Lade- und Entladeraten der Kapazität können durch Einstellen der entsprechenden Werte von C9 und R11 ausgewählt werden. Gewisse Einschränkungen bei der Wahl der Kapazität werden durch den internen Teiler des Timers auferlegt, da die Widerstände, aus denen er besteht, fest sind und einen Widerstandswert von 5 kOhm haben. Das dritte Diagramm (Abb. 6c) zeigt das vom DA4-Timer erzeugte Signal, das den Netzschalter VU1 steuert. Die Dauer ist streng normalisiert, da es auch in einem Frequenzmesser verwendet wird und eine Taste an einem VT3-Transistor steuert. Der kritische Teil der Schaltung ist der in Abbildung 7 dargestellte Transformator. Die Verarbeitung muss hochwertig sein, da es im Hard-Modus arbeitet. Füllen Sie es am besten mit Lack oder Epoxidharz. Die Anzahl der Windungen, die Wicklungsreihenfolge und die Anordnung der Wicklungen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Die Wicklungsreihenfolge der Wicklungen ist 1-3-2. Wicklung – gewöhnlich, geschichtet, Spule an Spule. Isolierung zwischen den Wicklungen und Lagen – 1 Lage lackiertes Gewebe (Durchbruchspannung – ca. 1000 V). Transformatorkern - Ferrit 2000NM1 Sh10x10. Der Zusammenbau erfolgt mit einem Spalt von 1 mm (es wird ein dielektrischer Abstandshalter verwendet). Der entwickelte Block ermöglicht den Betrieb des Motors mit einem sehr mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch. Bei dieser Betriebsart ist nicht nur eine deutlich spürbare Kraftstoffeinsparung (bis zu 20 %) zu beobachten, sondern auch eine Verringerung des CO-Gehalts in den Abgasen. Letzteres liegt unterhalb der Empfindlichkeitsgrenze der bei der Verkehrspolizei eingesetzten Gasanalysatoren. Es ist also durchaus realistisch, nach der Installation eines solchen Blocks auf den Zaporozhets nach Paris zu fahren. Die Euro-Abgasnorm wird ohne Platinkatalysatoren erfüllt. Darüber hinaus startet der Motor beim Einsatz dieses Geräts in erdgasbetriebenen Fahrzeugen auch bei niedrigen Temperaturen problemlos ohne Benzin. Quellen
Autor: V. Shcherbatyuk, E. Petsko
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