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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Corrector de octanaje. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Automóvil. Dispositivos electrónicos El octanaje de la gasolina indica con qué fuerza se puede comprimir la mezcla de aire y combustible en el cilindro de un motor. Por ejemplo, la gasolina A-76 se puede comprimir 7,6 veces, la gasolina A-92 9,2 veces y el alcohol metílico (CH20OH) hasta XNUMX veces. El alcohol, por supuesto, es lo mejor en este caso, pero es venenoso y se usa sólo como componente del combustible para varios automóviles y motocicletas especiales (deportivos). Cuanto mayor sea el octanaje del combustible, mayor será la potencia específica del motor que se podrá obtener. Para asegurarse de que el motor sea una "pila" de piezas de hardware interconectadas, no es necesario buscar muy lejos. Basta con mirar debajo del capó de cualquier coche. Uno de los elementos principales de un motor de combustión interna es el sistema de encendido. Hagamos una reserva de inmediato: aquí estamos considerando el funcionamiento de un motor de gasolina, en el que una mezcla de vapor de gasolina y aire (mezcla de aire y combustible) se enciende mediante una descarga eléctrica de alto voltaje, es decir, en otras palabras, una chispa. La Figura 1 muestra esquemáticamente el ciclo de trabajo de un motor monocilíndrico (dibujos cerca del círculo). El radio del círculo (flecha) muestra el ángulo f de rotación del eje del motor con respecto al punto muerto superior (TDC) del pistón. Nuestra tarea es encender cualitativamente la mezcla de aire y combustible en este cilindro en el momento adecuado.
Está claro que la mezcla de aire y combustible no se quema instantáneamente, sino en un tiempo muy determinado. Este tiempo depende del octanaje de la gasolina utilizada. Sin embargo, sucede que la mezcla se quema demasiado rápido. Este fenómeno extremadamente dañino se llama detonación. La detonación se produce cuando el octanaje de la gasolina utilizada no se corresponde con la relación de compresión de un motor determinado y la mezcla de aire y combustible se enciende espontáneamente. Pero necesitamos que la mezcla se encienda “cuando sea necesario” y se queme, si es posible, por completo. Para saber luchar por esto hay que recordar la escuela. Érase una vez, en el siglo XVII, dos científicos, Boyle y Marriott, "inventaron" su ley. Esta ley, en general, es para un gas ideal, pero con su ayuda se puede entender lo que sucederá en el cilindro de nuestro motor (¿y cómo supieron todo esto Boyle y Marriott?). La ley conecta la presión P, el volumen V y la temperatura T y no parece nada aterradora:
Cuando el pistón se mueve en el cilindro, estas tres cantidades cambian. Resulta que si la presión del gas comienza a disminuir y el volumen aumenta (el pistón "bajó"), entonces su temperatura bajará y, después de pasar el punto muerto superior, la combustión se detendrá. Todo lo que no haya tenido tiempo de quemarse será arrojado por el tubo de escape “con el fin de envenenar” el medio ambiente y al mismo tiempo (si hay alguno cerca) a los peatones. Por lo tanto, para garantizar la máxima eficiencia del motor y proteger a las personas de la intoxicación por gases de escape, es necesario encender la mezcla en el cilindro antes de que el pistón alcance el punto muerto superior. La flecha en la Fig. 1 indica exactamente esta posición del pistón. Ahora veamos qué ángulo de sincronización del encendido se debe establecer inicialmente para la velocidad de ralentí (f=600 rpm o 10 rpm) para que el motor arranque y funcione normalmente. Hagamos esto para la gasolina A-76, que arde en el cilindro en aproximadamente un tiempo t76=0,7 ms, y AI-92, que arde en t92=1,3 ms. Anotemos la fórmula para calcular el ángulo de sincronización de encendido fop:
Luego, sustituyendo los valores de t76 y f por gasolina A-76, obtenemos f76 = 2,52°. Para AI-92, respectivamente f92 = 4,68°. Los automovilistas experimentados dirán inmediatamente que esto no tiene sentido y que los valores del ángulo establecido deberían ser el doble. Pero deben saber que el eje picador-distribuidor gira exactamente el doble de lento y, por lo tanto, nuestros valores de ángulo calculados deben duplicarse. Entonces obtenemos φ76=5,04° y φ92=9,36°, que no es muy diferente de los valores reales de los ángulos instalados en los automóviles. Averigüemos por qué un automóvil también necesita un regulador de tiempo de encendido centrífugo. No en vano, al calcular el tiempo de encendido estipulamos que lo calculemos a 600 rpm. Después de todo, si este ángulo no se modifica, a 1200 rpm el tiempo asignado para la combustión de la mezcla (desde el encendido hasta el PMS) se reducirá a la mitad y la mezcla simplemente no tendrá tiempo de quemarse por completo. El "disparo" comenzará inmediatamente en el silenciador, el motor no desarrollará la potencia requerida. Resulta que para que la mezcla se queme a medida que aumenta la velocidad del motor, es necesario aumentar el tiempo de encendido. Para gasolina A-76 a 3000 rpm (50 rps), el ángulo de avance debe ser, según fórmula (1): f76 \u0,0007d 50 * 360 * 2 * 25,2 \uXNUMXd XNUMX ° (ya está claro de dónde vienen los dos). Si esto fuera realmente así, todo sería sencillo. Pero resulta que la mezcla comienza a arder más rápido a medida que aumenta la velocidad y el cambio en la velocidad de combustión no puede describirse mediante ninguna función analítica. La dependencia se selecciona experimentalmente y se tiene en cuenta a la hora de fabricar un regulador centrífugo para cada tipo de motor. Para mí está claro que los dispositivos mecánicos no pueden proporcionar suficiente precisión al ajustar el tiempo de encendido. En los automóviles modernos, todo esto lo hace un controlador que tiene en cuenta no sólo la velocidad del motor, sino también un "conjunto" de parámetros. Si se dio cuenta, el motor debe funcionar de tal modo que se cumplan dos condiciones:
Cuando el motor funciona exactamente con la gasolina para la que está diseñado, todo está en orden. Si arrojaron "algo" en el tanque, por ejemplo, 76 en lugar de 92, entonces el motor, por decirlo suavemente, lo pasará mal. En el caso de tal, por así decirlo, repostaje de combustible, se observará una fuerte detonación a bajas velocidades y a altas velocidades el motor se sobrecalentará. En general, según la teoría, todo debería ser así. A bajas velocidades, la relación de compresión excederá el máximo permitido y la mezcla no tendrá más remedio que encenderse espontáneamente (y, tenga en cuenta, antes de lo necesario), es decir, detonar. Pero a medida que aumenta la velocidad del motor, el regulador centrífugo aumentará el tiempo de encendido y la relación de compresión en el momento de suministrar la chispa será inferior a lo permitido. Es decir, a medida que aumenta la velocidad, la detonación parece desaparecer. Pero no olvidemos que el tiempo de combustión de la mezcla en el cilindro también depende del octanaje de la gasolina. En nuestro caso, la gasolina de grado 76 se quemará antes de que el pistón llegue al PMS, como sería el caso de la gasolina de grado 92, y la mezcla que se quemó antes de tiempo pondrá todas sus fuerzas sobre el pistón, tratando de evitar que se queme. golpeando el PMS. Esto hará que el motor se sobrecaliente con todas las consecuencias consiguientes. Sin embargo, todavía hay una salida a esta situación. Establezcamos el tiempo de encendido inicial para que sea óptimo para gasolina 76 (~5°). Por supuesto, esto conducirá a una mayor compresión y, por tanto, a una mayor detonación. Pero el ángulo de avance aumenta y, en consecuencia, la relación de compresión disminuye al aumentar la velocidad. Esto significa que si llena 92 gasolina en lugar de 76 y ajusta el tiempo de encendido a 5° en lugar de los 9° requeridos, entonces, comenzando con algunas revoluciones, el conductor ya no notará que se vierte la gasolina equivocada. Calculemos a qué velocidad sucederá esto. La fórmula (1) volverá a ayudar. Si lo usas para encontrar la velocidad a la que 76 gasolina deja de detonar, obtendrás aproximadamente 1400 rpm. No es muy diferente de inactivo. Muchos entusiastas de los automóviles conocedores conducen sus automóviles Zhiguli con gasolina de 76 octanos sin juntas y configuran el encendido para una fecha posterior. Pero el "chirrido más alto" es la capacidad de ajustar rápidamente el tiempo de encendido, ajustándolo a la gasolina llena y las condiciones de funcionamiento de su "caballo de hierro" favorito. Los dispositivos que realizan esta operación se denominan correctores de octanaje. Al final resultó que, las unidades de encendido por plasma pulsado descritas anteriormente en la revista [1-5] no solo mejoran la combustión del combustible y contribuyen a su notable ahorro, sino que también facilitan relativamente la instalación de un corrector de octanaje. Para facilitar la explicación del principio de su funcionamiento, presentamos un diagrama de la unidad de encendido (Fig. 2) de [1].
Utiliza chips temporizadores integrados KR1006VI1. En IC DA2 hay un circuito de protección contra el rebote de los contactos del interruptor, el segundo temporizador, DA1, es un dispositivo de un solo disparo que controla un tiristor. El monoestable genera un pulso con una duración de aproximadamente 1 ms, durante el cual el tiristor se mantiene abierto a la fuerza. Esto cierra el circuito del circuito oscilatorio formado por el devanado primario de la bobina de encendido y el condensador de almacenamiento C3. El voltaje en C3 en ausencia de una señal en la entrada del interruptor debe ser de al menos 450 V. La frecuencia del convertidor de alto voltaje se selecciona alrededor de 2 kHz para que el tiristor tenga tiempo de apagarse durante el tiempo entre pulsos. del generador de bloqueo del convertidor. Y ahora, habiendo entendido la teoría, hablaremos de cómo un corrector de octanaje puede hacer la vida más fácil a los automovilistas. La figura 3 muestra un esquema de una unidad de encendido con corrector de octanaje basado en la ya conocida unidad OH-427 [3].
El funcionamiento del corrector de octanaje deberá cumplir las siguientes condiciones:
Por si acaso, recordemos que a diferentes velocidades, 1 ms corresponde a ángulos de rotación muy diferentes del cigüeñal del motor. Para crear un corrector de octanaje, se introducen adicionalmente otro temporizador (DA427) del tipo KR3VI1006 y un transistor VT1 en el circuito OH-3, conectado inmediatamente después del circuito de protección de rebote del contacto del interruptor en los elementos VT1 y DA2. La Figura 4 muestra los diagramas de tiempo de funcionamiento del corrector de octanaje. La señal de la salida del circuito anti-rebote, es decir desde el pin 3 de DA2 (Fig. 4a), pasa a la cadena integradora proporcional R9-R10-C5.
El pin 7 de DA2 está conectado al condensador integrador C5, que forma la forma de pulso necesaria para que el dispositivo funcione (Fig. 4b). El flanco anterior de este impulso corresponde al tiempo de encendido ajustado de la mezcla en el cilindro del motor. En ausencia de comunicación entre C5 y el pin 7 de DA2, C5 se descargaría a través de las mismas resistencias (R9, R10) a través de las cuales se cargó, lo que no permitiría que el dispositivo funcionara de manera estable a altas velocidades del motor. Desde el circuito integrador, la señal se suministra a la entrada del elemento umbral, cuyo papel desempeña el temporizador DA4. El temporizador brinda la capacidad de ajustar el umbral de respuesta de los comparadores internos, lo que, dada una determinada forma de la señal de entrada, le permite ajustar suavemente el retraso del pulso de salida en relación con el flanco positivo de la entrada. La Figura 4 considera el caso cuando el umbral de respuesta del comparador Uthr se establece en una sección relativamente plana del pulso integrado, lo que permite, al cambiar el umbral de respuesta, seleccionar el valor de retardo requerido. El pulso que controla el interruptor de encendido del optotiristor VU1 lo genera el temporizador DA4 (Fig. 4c). El mismo pulso se suministra a la base del transistor VT3, conectado al circuito del divisor de voltaje de referencia interno del temporizador DA3. El divisor es una cadena de tres resistencias de 5 kOhm conectadas en serie. Para facilitar la comprensión del principio de funcionamiento del temporizador, se muestra en la Fig. 5 en forma ligeramente "abierta".
La resistencia reguladora R8 está conectada a través de la resistencia limitadora R11 al pin 5 del temporizador, es decir, en paralelo con sus dos resistencias "inferiores" del divisor de voltaje de referencia interno. Para el funcionamiento normal del motor, el retraso adicional introducido mediante un corrector de octanaje debe disminuir al aumentar la velocidad del motor, es decir, el dispositivo también debe incluir un frecuencímetro. Este problema resultó fácil de resolver. El temporizador DA4, que controla el interruptor de encendido, genera pulsos de control con una duración de 1 ms. Los mismos pulsos se utilizan para el frecuencímetro. Resultó que la dependencia de la frecuencia del tiempo de retardo ingresado es más fácil de organizar en el mismo chip DA3, que regula el tiempo de encendido. Para hacer esto, el condensador C5 se conecta al pin 3 del temporizador DA9. Es recomendable utilizar este condensador tipo K53-16 o uno similar con una tolerancia de capacitancia no superior al ±10%. El condensador C9 se carga a través del divisor del temporizador interno y se descarga a través del transistor abierto VT3 y el circuito R8-R11 en su circuito colector. La Figura 6 muestra la relación de fase de las señales en algunos puntos del circuito corrector de octanaje. La Figura 6a muestra los pulsos en la entrada DA3 y la Figura 6b muestra la forma de onda de voltaje en su divisor de voltaje de referencia interno.
El condensador C9, conectado al pin 5 de DA3, se descarga a través del interruptor en VT3 durante el tiempo t1 y se carga a través del divisor del temporizador interno durante el tiempo t2. Pero dado que t1 es constante (en una posición determinada del motor R8) y t2 cambia con el cambio en la velocidad del motor, el voltaje de referencia también cambiará cuando cambie la velocidad del eje. Las tasas de carga y descarga requeridas de la capacidad se pueden seleccionar configurando los valores apropiados de C9 y R11. El divisor del temporizador interno impone ciertas restricciones en la elección de la capacitancia, ya que las resistencias que lo componen son fijas y tienen una resistencia de 5 kOhm. El tercer diagrama (Fig. 6c) muestra la señal generada por el temporizador DA4 que controla el interruptor de encendido VU1. Su duración está estrictamente estandarizada, ya que también se utiliza en el frecuencímetro, controlando la tecla del transistor VT3. La parte crítica del circuito es el transformador, como se muestra en la Fig. 7. Su mano de obra debe ser alta, ya que opera en duras condiciones. Lo mejor es rellenarlo con barniz o resina epoxi. El número de vueltas, el orden de los devanados y la ubicación de los devanados se dan en la Tabla 1.
El orden de enrollar los devanados es 1-3-2. Bobinado: ordinario, capa por capa, vuelta a vuelta. El aislamiento entre los devanados y las capas es de 1 capa de tela lacada (la tensión de ruptura es de aproximadamente 1000 V). El núcleo del transformador es de ferrita 2000NM1 Ш10х10. Se ensambla con un espacio de 1 mm (se utiliza un espaciador dieléctrico). El bloque desarrollado permite que el motor funcione con una mezcla de aire y combustible muy pobre. Con este modo de funcionamiento no sólo se observa un ahorro de combustible muy notable (puede alcanzar el 20%), sino también una disminución del contenido de CO en los gases de escape. Este último está por debajo del límite de sensibilidad de los analizadores de gases utilizados en la policía de tránsito. Por lo tanto, es muy posible, después de haber instalado una unidad de este tipo en los Zaporozhets, llevarla a París. La norma europea sobre emisiones nocivas se cumplirá sin catalizadores de platino. Además, cuando se utiliza esta unidad en automóviles que funcionan con gas natural, el motor arranca libremente sin gasolina, incluso a temperaturas bajo cero. fuentes
autor: V. Shcherbatyuk, E. Petsko
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