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無線電子工学および電気工学の百科事典 オクタン価補正装置。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / 自動車。 電子デバイス ガソリンのオクタン価は、エンジンシリンダー内の混合気をどれだけ圧縮できるかを示します。 たとえば、A-76 ガソリンは 7,6 倍、A-92 ガソリンは 9,2 倍、メチルアルコール (CH20OH) は XNUMX 倍も圧縮できます。 もちろん、この場合はアルコールが最適ですが、アルコールは有毒であり、さまざまな特殊な（スポーツ）車やオートバイの燃料成分としてのみ使用されます。 燃料のオクタン価が高いほど、より特定のエンジン出力を得ることができます。 エンジンが相互接続された「鉄片」の「山」であることを確認するために、遠くまで行く必要はありません。 車のボンネットの下を見るだけで十分です。 内燃エンジンの主要な要素の 1 つは点火システムです。 すぐに予約しましょう。ここでは、ガソリンと空気蒸気の混合物（混合気）が高電圧放電によって点火されるガソリンエンジンの動作を考えています。火花。 図 XNUMX は、単気筒エンジンの動作サイクルを模式的に示しています (円の近くの数字)。 円の半径（矢印）は、ピストンの上死点（TDC）に対するエンジンシャフトの回転角度φを示しています。 私たちの仕事は、このシリンダー内の混合気を適切なタイミングで点火することです。
混合気が瞬時に燃焼するのではなく、非常に一定の時間が経過するまでに燃焼することは明らかです。 この時間は、使用するガソリンのオクタン価によって異なります。 しかし、混合物があまりにも早く燃え尽きることが起こります。 この極めて有害な現象をデトネーションといいます。 デトネーションは、使用するガソリンのオクタン価がこのエンジンの圧縮比と一致しない場合に発生し、混合気が自然発火します。 しかし結局のところ、「必要なときに」混合物に火がつき、可能であれば完全に燃え尽きる必要があります。 このためにどう戦うかを知るには、学校を思い出さなければなりません。 むかしむかし、XNUMX 世紀に、ボイルとマリオットという XNUMX 人の科学者が独自の法則を「発明」しました。 一般に、この法則は理想気体に関するものですが、エンジンのシリンダー内で何が起こるかを理解するために使用できます (そして、ボイルとマリオットだけがこれらすべてをどのようにして知っていたのでしょうか?)。 この法則は圧力 P、体積 V、温度 T に関係しており、まったく怖いものではありません。
ピストンがシリンダー内で動くと、これら XNUMX つの量が変化するだけです。 ガスの圧力が低下し始めて体積が増加すると（ピストンが「下がった」）、温度が低下し、上死点を通過した後、燃焼が停止することがわかります。 燃え尽きる時間がなかったものはすべて、環境と（近くで遭遇した場合）歩行者を「汚染するために」排気管から吐き出されます。 したがって、エンジン効率を最大限に確保し、排気ガス中毒から人を守るためには、ピストンが上死点に達する前にシリンダー内の混合気に点火する必要があります。 図 1 の矢印は、まさにピストンのこの位置を指します。 ここで、エンジンが正常に始動して作動するために、アイドル回転数 (f = 600 rpm または 10 rpm) に対して最初にどの点火時期を設定すべきかを見てみましょう。 これを、シリンダー内でおよそ t76=76 ms で燃焼する A-0,7 ガソリンと、t92=92 ms で燃焼する AI-1,3 について行います。 点火時期 fop を計算する式を書きます。
次に、t76 と f の値を A-76 ガソリンに代入すると、f76=2,52° が得られます。 AI-92 の場合 - したがって、f92 = 4,68 °。 経験豊富な運転手は、これはナンセンスであり、設定する角度の値は76倍にする必要があるとすぐに言うでしょう。 ただし、ブレーカーディストリビューターのシャフトが正確に 5,04 倍遅く回転することも認識する必要があるため、計算された角度の値は 92 倍にする必要があります。 すると、φ9,36=XNUMX°、φXNUMX=XNUMX°となり、実際の車に取り付けられている角度の値とあまり変わりません。 なぜ車にも遠心式点火時期レギュレーターが必要なのかを考えてみましょう。 点火時期を計算する際に、600rpmで計算することを規定したのは無駄ではありませんでした。 結局のところ、この角度を変更しないままにすると、1200 rpm で混合気の燃焼時間 (点火から TDC まで) が半分になり、混合気は完全に燃え尽きる時間がなくなります。 マフラー内の「射撃」がすぐに始まり、エンジンは必要な出力を発揮しません。 エンジン回転数の上昇に伴って混合気が燃え尽きるには、点火時期を長くする必要があることがわかりました。 76 rpm (3000 rpm) での A-50 ガソリンの場合、進角は式 (1) に従って次のようになります。 f76 \ u0,0007d 50 * 360 * 2 * 25,2 \uXNUMXdXNUMX° （デュースがどこから来るかはすでに明らかです）。 もし本当にそうなら、すべては簡単になるでしょう。 しかし、混合気は速度が増すにつれてより早く燃焼し始め、燃焼速度の変化はいかなる解析関数でも説明できないことが判明しました。 依存性は実験的に選択され、各タイプのエンジンの遠心レギュレーターの製造時に考慮されます。 機械装置が点火時期の調整において十分な精度を提供できないことは「明らかであり、当然のことです」。 現代の車では、これらすべてがコントローラーによって処理され、エンジン速度だけでなく「一連の」パラメーターも考慮されます。 注意していれば、エンジンは次の XNUMX つの条件が満たされるようなモードで動作する必要があります。
エンジンが設計どおりのガソリンで作動するときは、すべてが正常に動作します。 たとえば、76 番ではなく 92 番など、「何か」がタンクに飛び散った場合、エンジンは、控えめに言っても甘くはありません。 このような、いわば燃料補給の場合、低速では強い爆発が観察され、高速ではエンジンが過熱します。 一般に、理論的には、すべてはあるべきとおりです。 低速では、圧縮比が最大許容値を超え、混合気は自発的に（必要よりも早く）着火、つまり爆発する方法しか残されていません。 しかし、エンジン回転数が増加すると、遠心レギュレーターによって点火時期が増加し、点火時の圧縮比が許容範囲を下回ります。 つまり、速度が増加すると、爆発は消えるようです。 ただし、シリンダー内の混合気の燃焼時間はガソリンのオクタン価にも依存することを忘れないでください。 今回の場合、76番ガソリンの場合と同様に、92番ガソリンはピストンが上死点に達する前に燃え尽きてしまい、先に燃え尽きた混合物がピストンを強く押し付けて、ピストンが上死点に達するのを妨げようとします。 。 これにより、エンジンがオーバーヒートし、その後のあらゆる影響が生じます。 しかし、現状から抜け出す方法はまだあります。 76番ガソリン（～5°）に最適な初期点火時期を設定しましょう。 もちろん、これにより圧縮が増加し、その結果爆発が増加します。 しかし結局のところ、速度が上がるにつれて進角は増加し、圧縮比はそれぞれ減少します。 これは、92番目のガソリンではなく76番目のガソリンを充填し、点火時期を規定の5°ではなく9°に設定すると、いくつかの回転から始めて、ドライバーは間違ったガソリンが充填されていることに気づかなくなることを意味します。 何回転目からそれが起こるかを計算してみましょう。 式 (1) がまた役に立ちます。 76番ガソリンの爆発が止まる速度を求めると約1400rpmになります。 アイドル状態とあまり変わりません。 知識豊富なドライバーの多くは、ガスケットを使用せずに 76 番ガソリンで「Zhiguli」を運転し、点火を後日設定します。 しかし、「最高の覗き見」は、点火時期を素早く調整し、充填されたガソリンとお気に入りの「鉄馬」の動作条件に合わせて調整できることです。 この操作を実行する装置はオクタン価補正装置と呼ばれます。 結局のところ、ジャーナル [1-5] で以前に説明したパルス プラズマ点火のユニットは、燃料の燃焼を改善し、顕著な節約に貢献するだけでなく、比較的簡単にオクタン価補正装置を構築することも可能にします。 動作原理を説明しやすくするために、[2] の点火ユニットの図 (図 1) を示します。
統合タイマーチップKR1006VI1を使用します。 IC DA2 では、ブレーカー接点のバウンスから保護する回路が作成され、1 番目のタイマー DA1 はサイリスタを制御する単一のバイブレータです。 単一のバイブレータは約 3 ms の持続時間のパルスを生成し、その間、サイリスタは強制的にオープン状態に保持されます。 これにより、点火コイルの一次巻線と蓄積コンデンサＣ３によって形成される発振回路の回路が閉じる。 チョッパーの入力に信号がない場合の C3 の電圧は、少なくとも 450 V でなければなりません。高電圧コンバータの周波数は、サイリスタがオフになるまでの時間があるように約 2 kHz に選択されます。コンバータのブロッキング発生器のパルス。 さて、理論を理解したので、オクタン価補正装置がどのように運転者の生活を楽にすることができるかについて話します。 図 3 は、既知の OH-427 ブロック [3] に基づくオクタン価補正装置を備えた点火ブロックの図を示しています。
オクタン価補正装置の動作は、次の条件を満たす必要があります。
念のため、異なる速度では、1 ミリ秒はエンジンのクランクシャフトの非常に異なる回転角度に対応することを思い出してください。 オクタン価補正器を作成するには、KR427VI3 タイプの別のタイマー (DA1006) と VT1 トランジスタが OH-3 回路に追加で導入され、VT1 および DA2 要素のブレーカー接点バウンス保護回路の直後に接続されます。 図 4 に、オクタン価補正装置のタイミング図を示します。 アンチバウンス回路の出力からの信号、つまりピン 3 DA2 (図 4a) から、比例積分チェーン R9-R10-C5 に入ります。
結論 7 DA2 は積分コンデンサ C5 に接続されており、デバイスの動作に必要なパルス形状を形成します (図 4b)。 このパルスの立ち上がりエッジは、エンジンシリンダー内の混合気の設定点火タイミングに対応します。 C5 と DA7 のピン 2 の間に接続がなかった場合、C5 は充電されたのと同じ抵抗 (R9、R10) を介して放電され、デバイスが高いエンジン速度で安定して動作できなくなります。 信号は積分チェーンから閾値要素の入力に供給され、その役割は DA4 タイマーによって果たされます。 タイマーは、内部コンパレータの応答しきい値を調整する機能を提供します。これにより、入力信号の特定の形状により、入力の正のフロントに対する出力パルスの遅延をスムーズに調整できます。 図 4 は、コンパレータ応答しきい値 Uthr が積分パルスの比較的平坦な部分に設定された場合を考慮しています。これにより、応答しきい値を変更することで、必要な遅延値を選択できるようになります。 VU1 オプトサイリスタの電源スイッチを制御するパルスは、DA4 タイマーによって生成されます (図 4c)。 同じパルスが、タイマ DA3 の基準電圧の内部分圧器の回路に含まれるトランジスタ VT3 のベースに印加されます。 分圧器は、直列に接続された 5 つの 5 kΩ 抵抗のチェーンです。 タイマーの動作原理を理解しやすくするために、図 XNUMX ではタイマーを少し「開いた」形で示しています。
調整抵抗器 R8 は、制限抵抗器 R11 を介してタイマーのピン 5 に接続されています。つまり、内部基準分圧器の XNUMX つの「下位」抵抗器と並列に接続されています。 エンジンが通常に動作する場合、オクタン価補正器の助けを借りて導入される追加の遅延は、エンジン速度の増加とともに減少するはずです。つまり、デバイスには周波数メーターも含まれている必要があります。 この問題は簡単に解決できることがわかりました。 電源スイッチを制御するタイマー DA4 は、持続時間 1 ms の制御パルスを生成します。 同じパルスが周波数カウンターにも使用されます。 入力遅延時間の周波数依存性は、点火タイミングを調整する同じ DA3 チップ上で整理するのが最も簡単であることがわかりました。 このため、コンデンサ C5 が DA3 タイマーの端子 9 に接続されます。 このコンデンサ タイプ K53-16 または静電容量許容差が ± 10% 以下の同様のものを使用することが望ましいです。 コンデンサ C9 はタイマーの内部分圧器を介して充電され、オープン トランジスタ VT3 とコレクタ回路の R8 ～ R11 回路を介して放電されます。 図 6 は、オクタン価補正回路のいくつかのポイントにおける信号の位相関係を示しています。 図 6a は DA3 入力のパルスを示し、図 6b は内部基準分圧器の電圧波形を示します。
DA9 のピン 5 に接続されたコンデンサ C3 は、時間 t3 の間にキーを通じて VT1 に放電され、時間 t2 の間にタイマの内部分圧器を通して充電されます。 しかし、t1 は（エンジン R8 の特定の位置で）一定であり、t2 はエンジン速度の変化とともに変化するため、シャフト速度が変化すると基準電圧も変化します。 容量の必要な充電および放電レートは、C9 および R11 の適切な値を設定することによって選択できます。 静電容量の選択には、タイマーの内部分圧器によって一定の制限が課せられます。これは、タイマーを構成する抵抗器が固定されており、その抵抗値が 5 kΩ であるためです。 6 番目の図 (図 4c) は、電源スイッチ VU1 を制御する DA3 タイマーによって生成される信号を示しています。 VTXNUMX トランジスタのキーを制御する周波数メーターでも使用されるため、持続時間は厳密に正規化されています。 回路の重要な部分は、図 7 に示すトランスです。 ハードモードで動作するため、その出来栄えは高いはずです。 ワニスまたはエポキシで埋めるのが最善です。 巻数、巻線の順序、および巻線の配置を表 1 に示します。
巻線の巻き順は1-3-2です。 巻線 - 通常、層状、コイルからコイルへ。 巻線と層の間の絶縁 - ワニスを塗った生地の1層（絶縁破壊電圧 - 約1000 V）。 トランスコア - フェライト 2000NM1 Sh10x10。 1mmのギャップで組み立てられています（誘電体スペーサーを使用）。 開発されたブロックにより、エンジンは非常に希薄な混合気で動作することができます。 この動作モードでは、非常に顕著な燃料経済性 (20% に達する場合もあります) が観察されるだけでなく、排気ガス中の CO 含有量の減少も観察されます。 後者は、交通警察で使用されるガス分析計の感度限界を下回っています。 したがって、そのようなブロックをザポロージェツに設置した後、パリまで乗るのは非常に現実的です。 プラチナ触媒を使用せずにユーロ排出基準を満たします。 また、天然ガスを燃料とする車両に本ユニットを使用すると、低温下でもガソリンがなくてもエンジンがスムーズに始動します。 ソース
著者： V. シチェルバチュク、E. ペツコ
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