辛烷值校正剂。方案、说明

辛烷校正器。无线电电子电气工程百科全书

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汽油的辛烷值表示发动机气缸中空气燃料混合物的压缩程度。例如，A-76汽油可压缩7,6倍，A-92汽油可压缩9,2倍，甲醇(CH20OH)可压缩XNUMX倍。在这种情况下，酒精当然是最好的，但它有毒，并且仅用作各种特殊（运动）汽车和摩托车的燃料成分。燃料的辛烷值越高，可以获得的发动机功率就越大。

要确保发动机是一堆相互连接的“铁块”，您不必走太远。看看任何汽车的引擎盖下面就足够了。内燃机的主要元件之一是点火系统。让我们立即预约 - 在这里，我们正在考虑汽油发动机的运行，其中汽油和空气蒸气的混合物（空气燃料混合物）被高压放电点燃，也就是说，火花。图1示意性地示出了单缸发动机的工作循环（圆圈附近的图）。圆的半径（箭头）表示发动机轴相对于活塞上止点（TDC）的旋转角度 φ。我们的任务是在正确的时间点燃这个气缸中的空气燃料混合物。

辛烷值校正剂
图。1。单缸发动机工作循环

很明显，空气燃料混合物不会立即燃烧，而是在非常确定的时间内燃烧。这个时间取决于所用汽油的辛烷值。然而，混合物有时会燃烧得太快。这种极其有害的现象称为爆炸。当所用汽油的辛烷值与该发动机的压缩比不匹配时，就会发生爆炸，并且空气燃料混合物会自燃。但毕竟，我们需要混合物“在必要时”着火，并在可能的情况下完全燃烧。要知道如何争取这个，你必须记住学校。曾几何时，在 XNUMX 世纪，两位科学家——博伊尔和马里奥特——“发明”了他们自己的定律。一般来说，这条定律适用于理想气体，但它可以用来理解我们发动机气缸中会发生什么（博伊尔和马里奥特怎么只知道这一切？）。该定律将压力 P、体积 V 和温度 T 联系起来，看起来一点也不可怕：

当活塞在气缸中移动时，这三个量就会发生变化。事实证明，如果气体压力开始降低，体积增大（活塞“下降”），那么其温度就会下降，经过上止点后，燃烧就会停止。所有没有时间燃尽的东西都将通过排气管被扔掉，“以毒害”环境，同时（如果他们在附近遇到）行人。

因此，为了保证最大的发动机效率并保护人们免受废气中毒，有必要在活塞到达上止点之前点燃气缸内的混合气。图 1 中的箭头正好指向活塞的这个位置。

现在让我们看看怠速（f = 600 rpm 或 10 rpm）最初应设置什么点火正时，以便发动机启动并正常运行。我们将对 A-76 汽油执行此操作，其在气缸中燃烧的时间约为 t76=0,7 ms，而 AI-92 则在 t92=1,3 ms 内燃烧。我们写出点火正时fop的计算公式：

(1)

然后，将t76和f的值代入汽油A-76，我们得到f76=2,52°。对于 AI-92 - 相应地，f92 = 4,68 °。有经验的驾驶者会立即说这是无稽之谈，要设置的角度值应该是两倍大。但他们还需要知道断路器分配器轴的旋转速度正好是两倍，因此我们计算的角度值必须加倍。那么我们得到φ76=5,04°和φ92=9,36°，这与汽车上安装的角度的实际值相差不大。

让我们弄清楚为什么汽车还需要离心式点火正时调节器。没有白费，我们在计算点火正时的时候，规定是针对600转来计算的。毕竟，如果这个角度保持不变，那么在 1200 rpm 时，分配给混合物燃烧的时间（从点火到 TDC）将减半，并且混合物根本没有时间完全燃尽。消声器中的“射击”将立即开始，发动机将不会产生必要的动力。事实证明，为了使混合物随着发动机转速的增加而燃尽，必须增加点火正时。对于转速为 76 rpm（3000 rpm）的 A-50 汽油，根据式（1），导程角应为：

f76 \u0,0007d 50 * 360 * 2 * 25,2 \uXNUMXd XNUMX°

（平分从何而来已经很清楚了）。如果真是这样的话，一切就都简单了。但事实证明，随着速度的增加，混合物开始燃烧得更快，并且燃烧速率的变化无法用任何解析函数来描述。这种依赖性是通过实验选择的，并在为每种类型的发动机制造离心调节器时予以考虑。 “很明显，毫无疑问”机械装置无法提供足够的精确度来调整点火正时。在现代汽车中，所有这些都由控制器处理，该控制器不仅考虑发动机速度，还考虑“一堆”参数。

如果您注意的话，发动机必须在满足两个条件的模式下运行：

气缸中的混合物不会因压缩（爆震）而自燃；
混合物完全燃烧。

当发动机完全使用其设计的汽油运行时，一切都会正常进行。如果“东西”溅入坦克，例如，第 76 号而不是第 92 号，那么发动机将有，温和地说，不甜。在这种情况下，可以说，加油时，在低速时会观察到强烈的爆炸，而在高速时发动机会过热。总的来说，理论上来说，一切都是理所应当的。在低速下，压缩比将超过最大允许值，混合物将无能为力，如何自发（并且注意，比必要的更早）点燃，换句话说，爆炸。但随着发动机转速的增加，离心调节器会增加点火正时，火花时的压缩比将变得不可接受。也就是说，随着速度的增加，爆炸似乎会消失。但我们不要忘记，混合气在气缸内的燃烧时间还取决于汽油的辛烷值。在我们的例子中，76 号汽油将在活塞到达上止点之前燃烧，就像 92 号汽油一样，提前燃烧的混合物会严重挤压活塞，试图阻止其到达上止点。这将导致发动机过热并产生随之而来的所有后果。不过，目前的情况仍然有出路。

让我们将 76 号汽油的初始点火正时设置为最佳（~ 5°）。当然，这将导致压缩增加，从而导致爆炸增加。但毕竟，提前角随着速度的增加而增加，而压缩比则分别降低。这意味着，如果您加注92号汽油而不是76号汽油，并将点火正时设置为5°而不是规定的9°，那么，从一些转数开始，驾驶员将不再注意到加注了错误的汽油。让我们计算一下，从什么革命开始这将发生。公式（1）将再次发挥作用。如果你找到 76 号汽油停止爆炸的速度，你会得到大约 1400 rpm。和闲置没有太大区别。许多经验丰富的驾驶者驾驶“Zhiguli”时使用的是 76 号汽油，没有任何垫圈，将点火时间设置为较晚。

但“最高的窥视”是能够快速调整点火正时，将其调整到所填充的汽油和您最喜欢的“铁马”的运行条件。执行此操作的设备称为辛烷校正器。事实证明，期刊 [1-5] 前面描述的脉冲等离子体点火装置不仅可以改善燃料燃烧并有助于显着节省成本，而且还可以相对简单地允许您构建辛烷值校正器。为了更容易解释其工作原理，我们展示了[2]中的点火单元图（图1）。

辛烷值校正剂
图 2。点火框图

它采用集成定时器芯片KR1006VI1。在 IC DA2 上，电路用于防止断路器触点弹跳，第二个定时器 - DA1 - 是控制晶闸管的单个振动器。单个振荡器产生持续时间约为 1 ms 的脉冲，在此期间晶闸管被强制保持打开。这闭合了由点火线圈的初级绕组和存储电容器C3形成的振荡电路的电路。

在斩波器输入端没有信号的情况下，C3 处的电压必须至少为 450 V。高压转换器的频率选择为大约 2 kHz，以便晶闸管有时间在转换器的阻塞发生器的脉冲。

现在，了解了该理论后，我们将讨论辛烷值校正器如何使驾车者的生活更轻松。图 3 显示了带有基于已知 OH-427 块 [3] 的辛烷值校正器的点火块图。

图 3。带有辛烷值校正器的点火块方案（点击放大）

辛烷值校正器的运行必须满足以下条件：

调节器引入的额外延迟（点火正时减少）必须至少为 1 ms；
随着发动机转速的增加，引入的延迟应线性减小，并在 4000 rpm 时变为零。

为了以防万一，我们回想一下，在不同的速度下，1 毫秒对应于发动机曲轴的非常不同的旋转角度。

为了创建辛烷值校正器，在 OH-427 电路中额外引入了另一个 KR3VI1006 型定时器 (DA1) 和一个 VT3 晶体管，它们紧接在 VT1 和 DA2 元件上的断路器触点弹跳保护电路之后连接。图 4 显示了辛烷值校正器的时序图。来自防跳电路输出的信号，即从引脚 3 DA2（图 4a）进入比例积分链 R9-R10-C5。

辛烷值校正剂
图 4。辛烷值校正器的时序图

结论 7 DA2 连接到积分器电容器 C5，形成器件运行所需的脉冲形状（图 4b）。该脉冲的前沿对应于发动机气缸中混合物的设定点火正时。如果 C5 和 DA7 的引脚 2 之间没有连接，C5 将通过与充电相同的电阻器（R9、R10）放电，这将导致设备无法在发动机高转速下稳定工作。信号从积分链馈送到阈值元件的输入，该阈值元件的作用由 DA4 定时器发挥。定时器能够调整内部比较器的响应阈值，在输入信号具有一定形状的情况下，您可以平滑地调整输出脉冲相对于输入正前端的延迟。

图 4 考虑了比较器响应阈值 Uthr 达到积分脉冲相对平坦部分的情况，这使得可以通过改变响应阈值来选择所需的延迟值。控制 VU1 光晶闸管上的电源开关的脉冲由 DA4 定时器生成（图 4c）。相同的脉冲被施加到晶体管VT3的基极，该晶体管VT3包括在定时器DA5的参考电压的内分压器电路中。分压器是由三个串联连接的 5 kΩ 电阻组成的链。为了便于理解定时器的工作原理，在图XNUMX中以稍微“打开”的形式示出。

辛烷值校正剂
图 5。定时器示意图

调节电阻R8通过限流电阻R11连接到定时器的引脚5，即与内部参考分压器的两个“较低”电阻并联。对于发动机的正常运行，借助辛烷值校正器引入的额外延迟应随着发动机转速的增加而减小，也就是说，该装置还必须包括频率计。

事实证明这个问题很容易解决。定时器 DA4 控制电源开关，产生持续时间为 1 ms 的控制脉冲。频率计数器使用相同的脉冲。事实证明，输入延迟时间的频率依赖性最容易在调节点火正时的同一 DA3 芯片上组织。为此，电容器 C5 连接到 DA3 定时器的端子 9。最好使用 K53-16 型电容器或电容公差不超过 ± 10% 的类似电容器。电容C9通过定时器内分压器充电，通过开路的晶体管VT3及其集电极电路中的R8-R11电路放电。

图 6 显示了辛烷值校正器电路某些点的信号相位关系。图 6a 显示了 DA3 输入处的脉冲，图 6b 显示了其内部参考分压器处的电压波形。

辛烷值校正剂
图 6。辛烷值校正电路某些点的信号相位比

连接到 DA9 引脚 5 的电容器 C3 在时间 t3 期间通过按键 VT1 放电，并在时间 t2 期间通过定时器的内分压器充电。但由于t1是恒定的（在发动机R8的给定位置），而t2随着发动机转速的变化而变化，因此当轴转速变化时参考电压也会变化。可以通过设置适当的C9和R11值来选择电容所需的充放电速率。定时器的内分压器对电容的选择施加了一定的限制，因为构成它的电阻器是固定的并且具有 5 kOhm 的电阻。

第三张图（图6c）显示了控制电源开关VU4的DA1定时器产生的信号。它的持续时间被严格标准化，因为它也用于频率计，控制 VT3 晶体管上的按键。

该电路的关键部分是变压器，如图 7 所示。它的做工一定很高，因为它是在硬模式下工作的。最好用清漆或环氧树脂填充。绕组的匝数、绕组顺序和布置如表1所示。

表1
绕组	转弯数量	线材品牌，直径，毫米	注意
1	18	PETV, 0,35	一层
2	12	PETV, 0,8	2 线中的一层
3	144	PETV, 0,25	三层

绕组的绕制顺序为1-3-2。绕组——普通绕组、分层绕组、线圈到线圈。绕组和层之间的绝缘 - 1 层涂漆织物（击穿电压 - 约 1000 V）。变压器磁芯 - 铁氧体 2000NM1 Sh10x10。其组装间隙为1mm（使用介电垫片）。

开发的缸体允许发动机在非常稀薄的空气燃料混合物下运行。通过这种操作模式，不仅可以观察到非常显着的燃油经济性（可以达到 20%），而且还可以减少废气中的 CO 含量。后者低于交警使用的气体分析仪的灵敏度极限。因此，在扎波罗热河上安装这样一个街区，乘坐它前往巴黎是非常现实的。无需任何铂催化剂即可满足欧洲排放标准。此外，当在使用天然气的车辆上使用该装置时，即使在低温下，发动机也可以在没有汽油的情况下自由启动。

来源

V·谢尔巴图克。电子点火采用新方式点燃混合物。 - 业余无线电爱好者，2000 年，N11，S.18。
V·谢尔巴图克。电子点火采用新方式点燃混合物。 - 业余无线电爱好者，1999 年，N7，S.26。
V·谢尔巴图克。电子点火采用新方式点燃混合物。 - 业余无线电爱好者，1999 年，N11，S.27。

作者： V. Shcherbatyuk, E. Petsko

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