Corretor de octanas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O número de octanas da gasolina indica quão firmemente a mistura ar-combustível pode ser comprimida no cilindro do motor. Por exemplo, a gasolina A-76 pode ser comprimida 7,6 vezes, a gasolina A-92 9,2 vezes e o álcool metílico (CH20OH) até XNUMX vezes. O álcool, claro, é melhor neste caso, mas é venenoso e é usado apenas como componente de combustível para vários carros e motocicletas especiais (esportivos). Quanto maior o número de octanas do combustível, maior será a potência específica do motor que pode ser obtida.

Para ter certeza de que o mecanismo é uma “pilha” de peças de hardware interconectadas, você não precisa ir muito longe. Basta olhar sob o capô de qualquer carro. Um dos principais elementos de um motor de combustão interna é o sistema de ignição. Façamos já uma reserva - estamos considerando aqui o funcionamento de um motor a gasolina, no qual uma mistura de vapor de gasolina e ar (mistura ar-combustível) é inflamada por uma descarga elétrica de alta tensão, ou seja, em outras palavras, uma faísca. A Figura 1 mostra esquematicamente o ciclo de trabalho de um motor monocilíndrico (desenhos próximos ao círculo). O raio do círculo (seta) mostra o ângulo f de rotação do eixo do motor em relação ao ponto morto superior (TDC) do pistão. Nossa tarefa é acender qualitativamente a mistura ar-combustível neste cilindro no momento certo.

Figura 1. Ciclo de trabalho do motor monocilíndrico

É claro que a mistura ar-combustível não queima instantaneamente, mas durante um tempo muito específico. Este tempo depende do índice de octanas da gasolina utilizada. Acontece, porém, que a mistura queima muito rapidamente. Este fenômeno extremamente prejudicial é chamado de detonação. A detonação ocorre quando o índice de octanas da gasolina utilizada não corresponde à taxa de compressão de um determinado motor e a mistura ar-combustível entra em ignição espontaneamente. Mas precisamos que a mistura acenda “quando necessário” e queime, se possível, completamente. Para saber lutar por isso é preciso lembrar da escola. Era uma vez, no século XVII, dois cientistas - Boyle e Marriott - “inventaram” a sua lei. Essa lei, em geral, é para um gás ideal, mas com sua ajuda você pode entender o que vai acontecer no cilindro do nosso motor (e como Boyle e Marriott sabiam de tudo isso?). A lei conecta pressão P, volume V e temperatura T e não parece nada assustadora:

Quando o pistão se move no cilindro, essas três quantidades mudam. Acontece que se a pressão do gás começar a diminuir e o volume aumentar (o pistão “desceu”), sua temperatura cairá e, após passar pelo ponto morto superior, a combustão irá parar. Tudo o que não tiver tempo de queimar será jogado fora pelo escapamento “com o propósito de envenenar” o meio ambiente e ao mesmo tempo (se houver por perto) os pedestres.

Portanto, para garantir a máxima eficiência do motor e proteger as pessoas do envenenamento pelos gases de escape, é necessário inflamar a mistura no cilindro antes que o pistão atinja o ponto morto superior. A seta na Fig. 1 indica exatamente esta posição do pistão.

Agora vamos ver qual ângulo de ponto de ignição precisa ser ajustado inicialmente para marcha lenta (f=600 rpm ou 10 rpm) para que o motor dê partida e funcione normalmente. Vamos fazer isso para a gasolina A-76, que queima no cilindro em tempo aproximado t76=0,7 ms, e AI-92, que queima em t92=1,3 ms. Vamos anotar a fórmula para calcular o ângulo de ponto de ignição fop:

(1)

Então, substituindo os valores de t76 e f pela gasolina A-76, obtemos f76 = 2,52°. Para AI-92 - respectivamente f92 = 4,68°. Motoristas experientes dirão imediatamente que isso não faz sentido e que os valores do ângulo definido devem ser duas vezes maiores. Mas eles devem saber que o eixo do picador-distribuidor gira exatamente duas vezes mais devagar e, portanto, nossos valores de ângulo calculados devem ser duplicados. Então obtemos φ76=5,04° e φ92=9,36°, o que não é muito diferente dos valores reais dos ângulos instalados nos carros.

Vamos descobrir por que um carro também precisa de um regulador de ponto de ignição centrífugo. Não é à toa que ao calcular o ponto de ignição estipulamos que o calculássemos para 600 rpm. Afinal, se esse ângulo permanecer inalterado, então a 1200 rpm o tempo destinado à combustão da mistura (da ignição ao TDC) será reduzido à metade, e a mistura simplesmente não terá tempo de queimar completamente. O “tiro” começará imediatamente no silenciador, o motor não desenvolverá a potência necessária. Acontece que para que a mistura queime à medida que a rotação do motor aumenta, é necessário aumentar o ponto de ignição. Para gasolina A-76 a 3000 rpm (50 rpm), o ângulo de avanço deverá ser, conforme fórmula (1):

f76 = 0,0007*50*360*2 = 25,2°

(de onde vêm os dois já está claro). Se assim fosse, tudo seria simples. Mas acontece que a mistura começa a queimar mais rápido à medida que a velocidade aumenta, e a mudança na taxa de combustão não pode ser descrita por nenhuma função analítica. A dependência é selecionada experimentalmente e levada em consideração na fabricação de um regulador centrífugo para cada tipo de motor. Está claro para mim que os dispositivos mecânicos não podem fornecer precisão suficiente no ajuste do ponto de ignição. Nos carros modernos, tudo isso é feito por um controlador que leva em consideração não só a rotação do motor, mas também um “conjunto” de parâmetros.

Se você notou, o motor deve operar de tal modo que duas condições sejam atendidas:

• ausência de ignição espontânea da mistura no cilindro por compressão (detonação);
• combustão completa da mistura.

Quando o motor funciona exatamente com a gasolina para a qual foi projetado, tudo está em ordem. Se eles jogaram “alguma coisa” no tanque, por exemplo, 76 em vez de 92, então o motor, para dizer o mínimo, terá dificuldades. No caso de tal, por assim dizer, reabastecimento, forte detonação será observada em baixas velocidades e em velocidades mais altas o motor superaquecerá. Em geral, segundo a teoria, tudo deveria ser assim. Em baixas velocidades, a taxa de compressão excederá o máximo permitido, e a mistura não terá escolha a não ser inflamar-se espontaneamente (e, observe, mais cedo do que o necessário), em outras palavras, detonar. Mas à medida que a rotação do motor aumenta, o regulador centrífugo aumentará o ponto de ignição e a taxa de compressão no momento em que a faísca é fornecida se tornará menor que o permitido. Ou seja, à medida que a velocidade aumenta, a detonação parece desaparecer. Mas não esqueçamos que o tempo de combustão da mistura no cilindro também depende do índice de octanas da gasolina. No nosso caso, a gasolina grau 76 queimará antes que o pistão esteja no PMS, como seria o caso da gasolina grau 92, e a mistura que queimou antes do tempo colocará toda a sua força no pistão, tentando impedi-lo de atingindo o TDC. Isso fará com que o motor superaqueça com todas as consequências. No entanto, ainda há uma saída para esta situação.

Vamos definir o ponto de ignição inicial para ser ideal para gasolina 76 (~5°). É claro que isso levará a um aumento da compressão e, portanto, ao aumento da detonação. Mas o ângulo de avanço aumenta e a taxa de compressão, conseqüentemente, diminui com o aumento da velocidade. Isso significa que se você abastecer com gasolina 92 em vez de 76 e ajustar o ponto de ignição para 5° em vez dos 9° exigidos, então, a partir de algumas rotações, o motorista não notará mais que a gasolina errada foi abastecida. Vamos calcular a que velocidade isso acontecerá. A fórmula (1) ajudará novamente. Se você usá-lo para encontrar a velocidade na qual a gasolina 76 para de detonar, obterá cerca de 1400 rpm. Não é muito diferente de inativo. Muitos entusiastas de automóveis experientes dirigem seus carros Zhiguli com gasolina de 76 octanas, sem juntas, ajustando a ignição para uma data posterior.

Mas o “guincho mais alto” é a capacidade de ajustar rapidamente o ponto de ignição, ajustando-o à gasolina abastecida e às condições de operação do seu “cavalo de ferro” favorito. Os dispositivos que realizam esta operação são chamados de corretores de octanas. Como se viu, as unidades de ignição por plasma pulsado descritas anteriormente na revista [1-5] não apenas melhoram a combustão do combustível e contribuem para sua economia notável, mas também tornam relativamente fácil a instalação de um corretor de octanas. Para facilitar a explicação do princípio de seu funcionamento, apresentamos um diagrama da unidade de ignição (Fig. 2) de [1].

Figura 2. Diagrama de bloco de ignição

Ele usa chips temporizadores integrados KR1006VI1. No IC DA2 existe um circuito de proteção contra ressaltos dos contatos do disjuntor, o segundo temporizador - DA1 - é um dispositivo de disparo único que controla um tiristor. O monoestável gera um pulso com duração de cerca de 1 ms, durante o qual o tiristor é mantido à força no estado aberto. Isto fecha o circuito do circuito oscilatório formado pelo enrolamento primário da bobina de ignição e do capacitor de armazenamento C3.

A tensão em C3 na ausência de sinal na entrada do disjuntor deve ser de pelo menos 450 V. A frequência do conversor de alta tensão é selecionada em torno de 2 kHz para que o tiristor tenha tempo de desligar durante o tempo entre os pulsos do gerador de bloqueio do conversor.

E agora, tendo entendido a teoria, falaremos sobre como um corretor de octanas pode facilitar a vida dos motoristas. A Figura 3 mostra um diagrama de uma unidade de ignição com corretor de octanas baseada na já conhecida unidade OH-427 [3].

Figura 3. Diagrama da unidade de ignição com corretor de octanas (clique para ampliar)

A operação do corretor de octanas deve satisfazer as seguintes condições:

• o atraso adicional introduzido pelo regulador (reduzindo o ponto de ignição) deve ser de pelo menos 1 ms;
• À medida que a rotação do motor aumenta, o atraso introduzido deve diminuir linearmente e, a 4000 rpm, deve se tornar zero.

Por precaução, lembremos que em velocidades diferentes, 1 ms corresponde a ângulos de rotação muito diferentes do virabrequim do motor.

Para criar um corretor de octanas, outro temporizador (DA427) do tipo KR3VI1006 e um transistor VT1 são introduzidos adicionalmente no circuito OH-3, conectado imediatamente após o circuito de proteção contra salto do contato do disjuntor nos elementos VT1 e DA2. A Figura 4 mostra os diagramas de tempo de funcionamento do corretor de octanas. O sinal da saída do circuito anti-ressalto, ou seja, do pino 3 do DA2 (Fig. 4a), vai para a cadeia de integração proporcional R9-R10-C5.

Figura 4. Diagramas de tempo de operação do corretor de octanas

O pino 7 do DA2 está conectado ao capacitor integrador C5, que forma o formato de pulso necessário para o funcionamento do dispositivo (Fig. 4b). A borda principal deste pulso corresponde ao ponto de ignição definido da mistura no cilindro do motor. Na ausência de comunicação entre C5 e o pino 7 do DA2, C5 seria descarregado através dos mesmos resistores (R9, R10) através dos quais foi carregado, o que não permitiria que o dispositivo funcionasse de forma estável em altas rotações do motor. Do circuito integrador, o sinal é fornecido à entrada do elemento de limite, cujo papel é desempenhado pelo temporizador DA4. O temporizador fornece a capacidade de ajustar o limite de resposta dos comparadores internos, o que, dado um determinado formato do sinal de entrada, permite ajustar suavemente o atraso do pulso de saída em relação à borda positiva da entrada.

A Figura 4 considera o caso em que o limite de resposta do comparador Uthr é definido para uma seção relativamente plana do pulso integrado, o que permite, alterando o limite de resposta, selecionar o valor de atraso necessário. O pulso que controla o interruptor de alimentação do optotiristor VU1 é gerado pelo temporizador DA4 (Fig. 4c). O mesmo pulso é fornecido à base do transistor VT3, conectado ao circuito do divisor de tensão de referência interno do temporizador DA3. O divisor é uma cadeia de três resistores de 5 kOhm conectados em série. Para facilitar a compreensão do princípio de funcionamento do temporizador, ele é mostrado na Fig. 5 de forma ligeiramente “aberta”.

Figura 5. Diagrama do circuito do temporizador

O resistor regulador R8 é conectado através do resistor limitador R11 ao pino 5 do temporizador, ou seja, em paralelo com seus dois resistores “inferiores” do divisor de tensão de referência interno. Para o funcionamento normal do motor, o atraso adicional introduzido por meio de um corretor de octanas deve diminuir com o aumento da rotação do motor, ou seja, o dispositivo também deve incluir um medidor de frequência.

Esse problema acabou sendo fácil de resolver. O temporizador DA4, que controla a chave liga / desliga, gera pulsos de controle com duração de 1 ms. Os mesmos pulsos são usados ​​para o medidor de frequência. Descobriu-se que a dependência da frequência do tempo de atraso inserido é mais fácil de organizar no mesmo chip DA3, que regula o tempo de ignição. Para isso, o capacitor C5 é conectado ao pino 3 do temporizador DA9. É aconselhável usar este capacitor tipo K53-16 ou algo semelhante com tolerância de capacitância não superior a ±10%. O capacitor C9 é carregado através de um divisor de temporizador interno e descarregado através de um transistor aberto VT3 e do circuito R8-R11 em seu circuito coletor.

A Figura 6 mostra a relação de fase dos sinais em alguns pontos do circuito corretor de octanas. A Figura 6a mostra os pulsos na entrada DA3 e a Figura 6b mostra a forma de onda de tensão em seu divisor de tensão de referência interno.

Figura 6. Relação de fase do sinal em alguns pontos do circuito corretor de octanas

O capacitor C9, conectado ao pino 5 do DA3, é descarregado através da chave em VT3 durante o tempo t1, e é carregado através do divisor interno do temporizador durante o tempo t2. Mas como t1 é constante (numa determinada posição do motor R8), e t2 muda com a mudança na rotação do motor, a tensão de referência também mudará quando a velocidade do eixo mudar. As taxas de carga e descarga necessárias da capacidade podem ser selecionadas definindo os valores apropriados de C9 e R11. Certas restrições na escolha da capacitância são impostas pelo divisor interno do temporizador, uma vez que seus resistores constituintes são fixos e possuem resistência de 5 kOhm.

O terceiro diagrama (Fig. 6c) mostra o sinal gerado pelo temporizador DA4 que controla a chave liga / desliga VU1. Sua duração é estritamente padronizada, pois também é utilizado no frequencímetro, controlando a chave do transistor VT3.

A parte crítica do circuito é o transformador, mostrado na Fig. Seu acabamento deve ser elevado, pois opera em condições adversas. O melhor é preencher com verniz ou resina epóxi. O número de voltas, a ordem do enrolamento e a localização dos enrolamentos são fornecidos na Tabela 7.

A ordem de enrolamento dos enrolamentos é 1-3-2. Enrolamento - normal, camada por camada, volta a volta. O isolamento entre os enrolamentos e as camadas é de 1 camada de tecido envernizado (a tensão de ruptura é de cerca de 1000 V). O núcleo do transformador é ferrite 2000NM1 Ш10х10. É montado com folga de 1 mm (é utilizado espaçador dielétrico).

O bloco desenvolvido permite que o motor opere com uma mistura ar-combustível muito pobre. Com este modo de operação, observa-se não só uma economia de combustível muito perceptível (pode chegar a 20%), mas também uma diminuição do teor de CO nos gases de escape. Este último está abaixo do limite de sensibilidade dos analisadores de gases utilizados na polícia de trânsito. Portanto, é bem possível, depois de instalar tal unidade nos Zaporozhets, levá-la para um passeio até Paris. A norma Euro para emissões prejudiciais será cumprida sem quaisquer catalisadores de platina. Além disso, ao utilizar esta unidade em carros movidos a gás natural, o motor dá partida livremente sem gasolina, mesmo em temperaturas abaixo de zero.

fontes

1. V. Shcherbatyuk. Ignição eletrônica com novo método de ignição da mistura. - Rádio Amador, 2000, N11, P.18.
2. V. Shcherbatyuk. Ignição eletrônica com novo método de ignição da mistura. - Rádio Amador, 1999, N7, P.26.
3. V. Shcherbatyuk. Ignição eletrônica com novo método de ignição da mistura. - Rádio Amador, 1999, N11, P.27.

Autor: V. Shcherbatyuk, E. Petsko

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