-
**H ανατομία ενός σπινθήρα
**
Συνηθίζουμε όταν μιλάμε για βενζινοκινητήρες να λέμε ότι για να λειτουργήσουν δεν χρειάζονται περισσότερα από ένα – σωστό - μίγμα και επίσης ένα – σωστό – σπινθήρα από το μπουζί.Όμως αυτά τα δύο ζητούμενα δεν είναι αρκετά αφού η ποιότητα λειτουργίας του βενζινοκινητήρα είναι άμεσα εξαρτημένη από το – που – και το – πότε – συμβαίνει η ανάφλεξη.
Όλοι ξέρουμε ότι για να έχουμε ανάφλεξη σε ένα θάλαμο καύσης χρειαζόμαστε να έχουμε σπινθήρα στο μπουζί ( λέγεται και σπινθηριστής για όσους δεν το έχουν ακούσει ποτέ με αυτό το όνομα ). Ο σπινθήρας βρίσκεται ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια που έχει ένα μπουζί, ή τουλάχιστον εκεί πρέπει να βρίσκεται όταν δεν δραπετεύει από διαρροές.
Για να έχουμε τον σπινθήρα ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια απαιτείται η δημιουργία ικανής διαφοράς δυναμικού ( τάσης ) μεταξύ των ηλεκτροδίων.
Τάση εκκένωσης αποκαλούμε την ελάχιστη απαιτούμενη διαφορά δυναμικού η οποία θα προκαλέσει την αρχική αποκοπή ηλεκτρονίων από αρχικώς ουδέτερα άτομα του - εισερχόμενου στον θάλαμο καύσης - αέρα, τα οποία μετατρέπονται σε θετικά ιόντα και στη συνέχεια τα ελεύθερα ηλεκτρόνια προσκολλώνται σε άλλα άτομα μετατρέποντας τα σε αρνητικά ιόντα.Αυτά τα ιόντα τώρα επιταχυνόμενα μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο προκαλούν μέσω της σύγκρουσης τους σε άλλα ουδέτερα μόρια, την δημιουργία νέων ιόντων, έτσι σταδιακά το μίγμα καυσίμου / αέρα μετατρέπεται σε ηλεκτρικά αγώγιμο μέσω της παρουσίας ικανού αριθμού ιόντων επιτρέποντας στο ηλεκτρικό ρεύμα να διέρχεται μέσω του ιονισμένου αυτού περιβάλλοντος και να το μετατρέπει πάλι σε ουδέτερο.
Αυτή τη διαδικασία την καταλαβαίνουμε από την παρουσία του σπινθήρα όπου η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου μετατρέπεται σε θερμότητα, κινητική ενέργεια, κύμα κρούσης, και λάμψης που χάνεται αφού έχει περιορισμένη δυνατότητα για τη δημιουργία ελεύθερων ριζών. Η ανάφλεξη του μίγματος γίνεται από την θερμότητα δημιουργώντας γύρω από το μπουζί τον πυρήνα της προσδοκούμενης φλόγας.
Ο πυρήνας τώρα εξελίσσεται σε ένα σταθερό μέτωπο φλόγας, και ανάλογα με τον βαθμό ψυχρότητας του μπουζί υπάρχει και η ανάλογη απορρόφηση της θερμότητας από το μπουζί,
- ψυχρά / θερμά μπουζί - .
Ανάλογα τώρα με την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων εξαρτάται και η τάση εκτόνωσης, και είναι προφανές ότι όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η απόσταση, τόσο μεγαλύτερη τάση χρειαζόμαστε για την δημιουργία σπινθήρα, αλλά δεν είναι μόνο η απόσταση, είναι και η πυκνότητα του μίγματος, έτσι οι turbo κινητήρες χρειάζονται μεγαλύτερη τάση για την ανάφλεξη του μίγματος από ότι οι ατμοσφαιρικοί, αυτό για να έχουμε ιονισμό μεταξύ των συμπυκνωμένων ιόντων, την κίνηση δε των ιονισμένων ιόντων την εμποδίζουν τα συγκεντρωμένα στην ίδια περιοχή ουδέτερα μόρια.
Να πω εδώ ότι στις υψηλές στροφές με χαμηλό φορτίο που έχουμε μεγάλη προπορεία ανάφλεξης χρειαζόμαστε μικρότερη τάση γιατί ακόμα το έμβολο είναι μακριά από το Άνω Νεκρό Σημείο οπότε η πυκνότητα του μίγματος ( και άρα η πίεση του ) είναι χαμηλή, έτσι η υπερπήδηση του σπινθήρα ανάμεσα στα ηλεκτρόδια είναι ευκολότερη.
Επίσης η τάση εκκένωσης εξαρτάται και από τη σύσταση του μίγματος – φτωχό / πλούσιο – το πλούσιο μείγμα χρειάζεται χαμηλότερη τάση – λόγος λ=0.75 – 0.85 – σε αντίθεση με το φτωχό μίγμα που αναφλέγεται δυσκολότερα, έτσι ένα θερμό μπουζί απαιτεί χαμηλότερη τάση για τη λειτουργία του, ενώ ένα ψυχρότερο μπουζί που βρίσκεται σε περιβάλλον μεγαλύτερης θερμοκρασίας και πίεσης λόγω μεγαλύτερης συμπίεσης, απαιτεί αυξημένη τάση για να δώσει τον σπινθήρα του αφού μόνη της η αύξηση της θερμοκρασίας δεν μπορεί να αντισταθμίσει τις ανάγκες σε μεγαλύτερη τάση που απαιτεί η αύξηση της πίεσης.
Όταν έχουμε ένα έμβολο με ταχύτητα 27 μέτρα/ δευτερόλεπτο με πολύ ανοιχτούς θαλάμους όπως είναι πχ οι 10κύλινδροι της F1, εκεί απαιτείται πολύ πλούσιο μίγμα που διευκολύνει την ανάφλεξη του αυξάνοντας ταυτόχρονα την ταχύτητα καύσης και τον βαθμό πλήρωσης του θαλάμου καύσης λόγω εσωτερικής ψύξης ( από το πολύ πλούσιο μίγμα ) αλλά κυρίως από την μεγάλη προπορεία, 50-60ο αφού τη στιγμή της ανάφλεξης το έμβολο όπως προείπα είναι ακόμα μακριά από το ΑΝΣ έχοντας το μίγμα χαμηλή πίεση ανάμεσα στα ηλεκτρόδια του μπουζί, σε αντίθεση με την ταχύτητα του εμβόλου την ίδια στιγμή ( της ανάφλεξης ) να είναι σχεδόν στη μέγιστη δημιουργώντας λόγω ταχύτητας αόρατες ζώνες σύνθλιψης.
Ακόμα τα παλαιότερα χρόνια όταν ακόμα δεν είχαν γίνει κατανοητές στο σύνολο τους οι ζώνες σύνθλιψης, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούσαν μεγάλες προπορείες ανάφλεξης και βοηθούσαν πάλι λόγω μεγάλης προπορείας / χαμηλής πίεσης τα αδύνατα συστήματα ανάφλεξης της εποχής.
Η ταυτότητα του σπινθήρα
Σε χωρητικές ηλεκτρονικές αναφλέξεις μπορούμε να έχουμε μέχρι και 12 σπινθήρες στον χρόνο της ανάφλεξης όταν ο κινητήρας περιστρέφεται αργά, μέχρι πχ 3.000 σαλ. Από εκεί και πάνω όμως η χρήση ενός και μόνου σπινθήρα επιβάλλεται.
Στα πειράματα της η NGK χρησιμοποιεί παρασιτικό αυτεπαγωγικό ρεύμα φορτίζοντας ένα πυκνωτή ο οποίος εκφορτίζεται στις ακίδες του μπουζί ιονίζοντας το μείγμα και έτσι ο σπινθήρας έχει πολύ μεγαλύτερη διείσδυση και διάρκεια, για παράδειγμα η διάρκεια του σπινθήρα είναι 450msec όταν στις καλές αναφλέξεις δεν ξεπερνά τα 5msec, ενώ ταυτόχρονα στις ακίδες η ένταση του ρεύματος είναι 1.5A όταν πάλι στις καλές αναφλέξεις είναι χίλιες φορές χαμηλότερο, δηλαδή 1.5 mA.Πάντα σύμφωνα με τις έρευνες των κατασκευαστών, στα επόμενα ( πόσα ? ) χρόνια ο σπινθήρας θα πάει στη σύνταξη και θα αντικατασταθεί με ένα παλμό υψηλής συχνότητας 2.4GHZ με εκφόρτιση διάρκειας 80ms ισχύος 1600watt, θα υπάρχει 2η εκφόρτιση με διάρκεια 1.92ms και ισχύ 260watt.
To ηλεκτρόδιο δεν εξέχει και δεν εμποδίζει έτσι τη μετάδοση της φλόγας, και ο συνήθης έντονος στροβιλισμός από πρόβλημα που είναι μέχρι σήμερα, θα υποβοηθά παρασύροντας την εκκένωση του σπινθήρα εκεί που υπάρχει αναφλέξιμο μείγμα.Στην Γερμανία που γίνονται αυτές οι έρευνες, οι ερευνητές λένε ότι τα νέα συστήματα ανάφλεξης θα επιτρέπουν την λειτουργία με πολύ φτωχά μείγματα και με μεγαλύτερο ποσοστό ανακύκλωσης των καυσαερίων που θα διατηρεί καθαρή την ακίδα του υπερμπουζί που ετοιμάζουν, ίσως μετά η ανάφλεξη να γίνεται με Laser, ποιος μπορεί να ξέρει ?
Ως γνωστός οι Βόρειοι λαοί χρησιμοποιούν – χειμερινές – βενζίνες, αυτό γιατί κατά την εκκίνηση του κινητήρα στο πολύ κρύο, η παγωμένη κεφαλή αφαιρεί θερμότητα από τα μπουζί τα οποία δεν μπορούν να θερμανθούν μέχρι τη θερμοκρασία αυτοκαθαρισμού τους γύρω στους 400-500 C, ακόμα χειρότερα όταν στο πολύ κρύο υπάρχει και ο εμπλουτισμός του κινητήρα με πλούσιο μείγμα που τελικά βραχυκυκλώνει τα μπουζί.
Στον βαρύ χειμώνα το πρόβλημα είναι μεγαλώνει ακόμα και με τις χειμερινές βενζίνες, έτσι ώστε πολλοί Βόρειοι χρησιμοποιούν αρκετά θερμότερα μπουζί από αυτά που λέει ο κατασκευαστής αφού λόγω του υπερβολικού ψύχους αποκλείονται τα πειράκια λόγω της υπερθέρμανσης των μπουζί.
Να πω εδώ ότι η επιλογή των μπουζί προς την θερμική κλίμακα, γίνεται βασιζόμενοι οι κατασκευαστές στον πιο θερμό κύλινδρο του κάθε κινητήρα, έτσι για τους υπόλοιπους κυλίνδρους το επιλεγμένο μπουζί είναι – ψυχρό – όσοι λοιπόν κάνουν αναπρογραμματισμό της ECU τους ας το έχουν υπόψη τους μπας και αποφύγουν – εκπλήξεις -, όλα αυτά ενώ φαίνονται λεπτομέρειες, και είναι, αποτελούν μια πραγματικότητα λόγω κατασκευαστικών ανοχών που καθιστούν τον κάθε κινητήρα – μοναδικό – και με δικό του… χαρακτήρα.
Και μπορεί ο θερμότερος κύλινδρος να μην διαφέρει αισθητά από τον διπλανό του, ενδέχεται ο αμέσως επόμενος κινητήρας στην ίδια γραμμή παραγωγής, ο θερμότερος κύλινδρος του να – απαιτήσει – στα μεγάλα φορτία 5-10 μοίρες λιγότερη προπορεία για να μην παρουσιάσει προαναφλέξεις.Έτσι λοιπόν οι κατασκευαστές επιλέγουν πάντα την χειρότερη περίπτωση ΓΙΑ ΟΛΗ ΤΗ ΣΕΙΡΑ των συγκεκριμένων κινητήρων. Οπότε εμείς όταν κάνουμε μετατροπές στον κινητήρα μας πετυχαίνουμε να κάνουμε θερμότερο τον θερμό κύλινδρο και αναγκαστικά μειώνουν την προπορεία για να αποφύγουμε τα πειράκια, θα μπορούσαμε να βρούμε τον θερμότερο κύλινδρο και να βάλουμε μόνο σε αυτόν ένα νούμερο ψυχρότερο μπουζί ώστε να μπορέσουμε να αυξήσουμε την προπορεία αντί να την μειώσουμε έχοντας κέρδος στις υψηλές στροφές, με τον τρόπο αυτό δεν επηρεάζουμε καθόλου τη ροπή στις χαμηλές και μεσαίες.
Αυξάνοντας την προπορεία κατά 10ο αυξάνουμε τη θερμοκρασία στο εσωτερικό του θαλάμου καύσης κατά 100C περίπου, το περίπου συναρτάται με τη σχέση συμπίεσης, την AFR, τις ζώνες σύνθλιψης κλπ. Η αύξηση της προπορείας ανάφλεξης μειώνει αρκετά την κατανάλωση των φτωχών και των στοιχειομετρικών μειγμάτων αφήνοντας ανεπηρέαστες τις εκπομπές CO αφού αυτές σχετίζονται από τη σχέση αέρα / καυσίμου ( AFR ) και τις εκπομπές υδρογονανθράκων στα πολύ φτωχά μείγματα.
Σε αντίθεση η αύξηση της προπορείας αυξάνει τις εκπομπές υδρογονανθράκων όταν τα μείγματα είναι πλούσια ή στοιχειομετρικά σε συνδυασμό με τις μεγάλες ζώνες σύνθλιψης. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί με χαμηλά φορτία χρησιμοποιούμε μεγάλη προπορεία για απόκριση στο γκάζι και οικονομία, όμως στο απότομο γκάζι όταν ο εγκέφαλος είναι αργός τα πειράκια θα κάνουν αισθητή την παρουσία τους.
Αυτού του τύπου η προανάφλεξη αποτελεί περίπου μόνο το 10% της συνολικής λειτουργίας του κινητήρα, δηλαδή μόνο κατά την επιτάχυνση ή με μέγιστο φορτίο, μπορούμε να έχουμε υψηλή συμπίεση επιτυγχάνοντας μείωση της κατανάλωσης και όταν παρουσιαστεί αυτανάφλεξη, μόνο τότε, μειώνουμε πρόσκαιρα το αβάνς με τίμημα της αύξηση της κατανάλωσης.
Παρένθεση : Θα μου πείτε στην πράξη πως γίνεται αυτό, γίνεται αυτόματα από την ECU, όλοι θα έχετε ακούσει τα VW πως κροταλούν με 2α όταν στρίβουν από στενό, ενώ δεν έχω ακούσει ποτέ πειράκια στα Ρενώ μου, άρα εδώ ο Γάλλος κατασκευαστής κάνει κάτι καλύτερα από τον Γερμανό, γιατί και πως δεν μπορώ να το εξηγήσω, πάντως το φαινόμενο αυτό το έχω παρατηρήσει άπειρες φορές. Κλείνει η παρένθεση.
Η μείωση της τιμής του αβάνς μπορεί να γίνει με ένα βήμα που όμως μειώνει σημαντικά την επιτάχυνση ή με πολλά μικρά βήματα με αποτέλεσμα να λειτουργεί ο κινητήρας σε καθεστώς κρουστικής καύσης μέχρι να επανέλθει σε καθεστώς σωστής λειτουργίας, εδώ παίζει ρόλο και ο χρόνος αντίδρασης της ECU, ( attack rate ) οπότε με πειράματα θα αποφασίσει ο προγραμματιστής τον δρόμο που θα διαλέξει για τη μείωση του αβάνς.
Όσοι ασχολούνται σοβαρά με τον προγραμματισμό λένε ότι πολλά – ατμοσφαιρικά – άλογα βρίσκονται πίσω από την προπορεία, ενώ στα τουρμπάτα μοτέρ απαιτείται πειραματισμός με την AFR, αυτό δεν είναι τυχαίο γιατί παλαιότερα οι κατασκευαστές αύξαναν την προπορεία για να κερδίσουν άλογα. Αργότερα μαθαίνοντας να χειρίζονται καλύτερα τις ζώνες σύνθλιψης μείωναν την προπορεία για να αυξήσουν την ισχύ.
Η αλήθεια είναι ότι η προπορεία και η AFR επηρεάζουν και οι δύο την απόδοση των ατμοσφαιρικών και των τούρμπο κινητήρων, απλά στους ατμοσφαιρικούς είναι ασφαλές να πειραματίζεσαι και με τις δύο αυτές παραμέτρους ταυτόχρονα ενώ στους τούρμπο είναι ασφαλέστερο να παίζει κανείς μόνο με την AFR.
Ο σημαντικότερος λόγος της διάκρισης αυτής είναι η επίδραση που έχουν οι ζώνες σύνθλιψης που δεν είναι γραμμική σε σχέση με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα γιατί αλλάζει συνεχώς το πρόσημο. Αν τώρα σε όλα αυτά λάβουμε υπόψη και τον παράγοντα χρόνο όπως :
( παλαιότητα του κινητήρα, ξεχείλωμα του ιμάντα χρονισμού, αλλοίωση του θαλάμου καύσης από κατάλοιπα που αλλοιώνουν το μέτωπο της φλόγας κατά την έναυση, την αύξηση του διάκενου των βαλβίδων, τις επικαθίσεις στα εκτεθειμένα τμήματα της κεφαλής του εμβόλου, τις επικαθίσεις στα λούκια των ελατηρίων του εμβόλου, τον ταλαιπωρημένο θερμοστάτη, τις κυψέλες του ψυγείου που δεν είναι και στην καλύτερη τους κατάσταση, το μισοβουλωμένο φίλτρο αέρα, τις διαφοροποιήσεις στην ποιότητα της βενζίνης από πρατήριο σε πρατήριο, και βέβαια δεν θα πρέπει να αγνοήσουμε και τις καιρικές συνθήκες )
έτσι καταλήγουμε να αναρωτιόμαστε τελικά ότι είναι θαύμα και που δουλεύει το μοτέρ μας.Οι σύγχρονοι εγκέφαλοι των αυτοκινήτων χρησιμοποιούν χάρτες θερμοκρασίας / αέρος και όχι απλώς τους απηρχαιωμένους συντελεστές θερμοκρασίας του αέρα, οι οποίοι συνεργάζονται και με τους χάρτες ανάφλεξης για να βελτιώσουν το attack rate.
Έτσι με την παραμικρή αύξηση στη θερμοκρασία του αέρα που είναι και μόνιμη ρουτίνα για τους κινητήρες τούρμπο, η προπορεία μπορεί αστραπιαία να μειωθεί έως και 15ο μέχρι να φτάσει το αβάνς στην ασφαλή τιμή.
Σήμερα με τις πολύ εξελιγμένες ECU χρησιμοποιούν τα ( έξυπνα μπουζί, ion sensing ignition ) με τους – έξυπνους πολλαπλασιαστές – οι οποίοι φορτίζουν ένα πυκνωτή με το αυτεπαγωγικό ρεύμα που παράγεται κατά την διάρκεια του σπινθηρισμού.
Στη συνέχεια ο πυκνωτής εκφορτίζεται μέσω του μπουζί αμέσως μετά τον σπινθηρισμό, και επειδή η αγωγιμότητα των ιονισμένων καυσαερίων εξαρτάται από την θερμοκρασία της καύσης, ο εγκέφαλος χρησιμοποιώντας σαν αισθητήρα το μπουζί μπορεί να αντιληφθεί πόσο αποδοτική ήταν η καύση στον κύλινδρο, ποια ήταν η τιμή της μέγιστης πίεσης και σε ποιες μοίρες του στροφάλου εμφανίστηκε.Έτσι εντοπίζει η ECU τις αστοχίες ανάφλεξης αλλά την εμφάνιση προαναφλέξεων χωρίς να αντιδρά όπως ο παραδοσιακός knock sensor σε παραπλανητικούς θορύβους / κραδασμούς και διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Επιπλέον ο εγκέφαλος αποκτά τη δυνατότητα να αντισταθμίζει τις διακυμάνσεις παροχής μείγματος σε ποσότητα / ποιότητα σε κάθε κύλινδρο συντελώντας στην αποτελεσματικότερη ψυχρή εκκίνηση, αυτός ο τρόπος ελέγχου της καύσης είναι και το αποτελεσματικότερο εργαλείο για τον αναπρογραμματισμό του εγκεφάλου.
( Σημ: Αλήθεια πόσοι βελτιώνουν τους κινητήρες τους με πρόγραμμα και στη συνέχεια σκληραίνουν τις βάσεις του κινητήρα γιατί από την δύναμη αυτός κουνιέται πολύ, χωρίς στη συνέχεια να λαμβάνουν υπόψιν τους το κόψιμο του αβάνς λόγω των επιπλέον κραδασμών του κινητήρα που ο knock sensor αντιλαμβάνεται σαν προανάφλεξη ? )
-
**H ανατομία ενός σπινθήρα
**
Συνηθίζουμε όταν μιλάμε για βενζινοκινητήρες να λέμε ότι για να λειτουργήσουν δεν χρειάζονται περισσότερα από ένα – σωστό - μίγμα και επίσης ένα – σωστό – σπινθήρα από το μπουζί.Όμως αυτά τα δύο ζητούμενα δεν είναι αρκετά αφού η ποιότητα λειτουργίας του βενζινοκινητήρα είναι άμεσα εξαρτημένη από το – που – και το – πότε – συμβαίνει η ανάφλεξη.
Όλοι ξέρουμε ότι για να έχουμε ανάφλεξη σε ένα θάλαμο καύσης χρειαζόμαστε να έχουμε σπινθήρα στο μπουζί ( λέγεται και σπινθηριστής για όσους δεν το έχουν ακούσει ποτέ με αυτό το όνομα ). Ο σπινθήρας βρίσκεται ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια που έχει ένα μπουζί, ή τουλάχιστον εκεί πρέπει να βρίσκεται όταν δεν δραπετεύει από διαρροές.
Για να έχουμε τον σπινθήρα ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια απαιτείται η δημιουργία ικανής διαφοράς δυναμικού ( τάσης ) μεταξύ των ηλεκτροδίων.
Τάση εκκένωσης αποκαλούμε την ελάχιστη απαιτούμενη διαφορά δυναμικού η οποία θα προκαλέσει την αρχική αποκοπή ηλεκτρονίων από αρχικώς ουδέτερα άτομα του - εισερχόμενου στον θάλαμο καύσης - αέρα, τα οποία μετατρέπονται σε θετικά ιόντα και στη συνέχεια τα ελεύθερα ηλεκτρόνια προσκολλώνται σε άλλα άτομα μετατρέποντας τα σε αρνητικά ιόντα.Αυτά τα ιόντα τώρα επιταχυνόμενα μέσα στο ηλεκτρικό πεδίο προκαλούν μέσω της σύγκρουσης τους σε άλλα ουδέτερα μόρια, την δημιουργία νέων ιόντων, έτσι σταδιακά το μίγμα καυσίμου / αέρα μετατρέπεται σε ηλεκτρικά αγώγιμο μέσω της παρουσίας ικανού αριθμού ιόντων επιτρέποντας στο ηλεκτρικό ρεύμα να διέρχεται μέσω του ιονισμένου αυτού περιβάλλοντος και να το μετατρέπει πάλι σε ουδέτερο.
Αυτή τη διαδικασία την καταλαβαίνουμε από την παρουσία του σπινθήρα όπου η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου μετατρέπεται σε θερμότητα, κινητική ενέργεια, κύμα κρούσης, και λάμψης που χάνεται αφού έχει περιορισμένη δυνατότητα για τη δημιουργία ελεύθερων ριζών. Η ανάφλεξη του μίγματος γίνεται από την θερμότητα δημιουργώντας γύρω από το μπουζί τον πυρήνα της προσδοκούμενης φλόγας.
Ο πυρήνας τώρα εξελίσσεται σε ένα σταθερό μέτωπο φλόγας, και ανάλογα με τον βαθμό ψυχρότητας του μπουζί υπάρχει και η ανάλογη απορρόφηση της θερμότητας από το μπουζί,
- ψυχρά / θερμά μπουζί - .
Ανάλογα τώρα με την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων εξαρτάται και η τάση εκτόνωσης, και είναι προφανές ότι όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η απόσταση, τόσο μεγαλύτερη τάση χρειαζόμαστε για την δημιουργία σπινθήρα, αλλά δεν είναι μόνο η απόσταση, είναι και η πυκνότητα του μίγματος, έτσι οι turbo κινητήρες χρειάζονται μεγαλύτερη τάση για την ανάφλεξη του μίγματος από ότι οι ατμοσφαιρικοί, αυτό για να έχουμε ιονισμό μεταξύ των συμπυκνωμένων ιόντων, την κίνηση δε των ιονισμένων ιόντων την εμποδίζουν τα συγκεντρωμένα στην ίδια περιοχή ουδέτερα μόρια.
Να πω εδώ ότι στις υψηλές στροφές με χαμηλό φορτίο που έχουμε μεγάλη προπορεία ανάφλεξης χρειαζόμαστε μικρότερη τάση γιατί ακόμα το έμβολο είναι μακριά από το Άνω Νεκρό Σημείο οπότε η πυκνότητα του μίγματος ( και άρα η πίεση του ) είναι χαμηλή, έτσι η υπερπήδηση του σπινθήρα ανάμεσα στα ηλεκτρόδια είναι ευκολότερη.
Επίσης η τάση εκκένωσης εξαρτάται και από τη σύσταση του μίγματος – φτωχό / πλούσιο – το πλούσιο μείγμα χρειάζεται χαμηλότερη τάση – λόγος λ=0.75 – 0.85 – σε αντίθεση με το φτωχό μίγμα που αναφλέγεται δυσκολότερα, έτσι ένα θερμό μπουζί απαιτεί χαμηλότερη τάση για τη λειτουργία του, ενώ ένα ψυχρότερο μπουζί που βρίσκεται σε περιβάλλον μεγαλύτερης θερμοκρασίας και πίεσης λόγω μεγαλύτερης συμπίεσης, απαιτεί αυξημένη τάση για να δώσει τον σπινθήρα του αφού μόνη της η αύξηση της θερμοκρασίας δεν μπορεί να αντισταθμίσει τις ανάγκες σε μεγαλύτερη τάση που απαιτεί η αύξηση της πίεσης.
Όταν έχουμε ένα έμβολο με ταχύτητα 27 μέτρα/ δευτερόλεπτο με πολύ ανοιχτούς θαλάμους όπως είναι πχ οι 10κύλινδροι της F1, εκεί απαιτείται πολύ πλούσιο μίγμα που διευκολύνει την ανάφλεξη του αυξάνοντας ταυτόχρονα την ταχύτητα καύσης και τον βαθμό πλήρωσης του θαλάμου καύσης λόγω εσωτερικής ψύξης ( από το πολύ πλούσιο μίγμα ) αλλά κυρίως από την μεγάλη προπορεία, 50-60ο αφού τη στιγμή της ανάφλεξης το έμβολο όπως προείπα είναι ακόμα μακριά από το ΑΝΣ έχοντας το μίγμα χαμηλή πίεση ανάμεσα στα ηλεκτρόδια του μπουζί, σε αντίθεση με την ταχύτητα του εμβόλου την ίδια στιγμή ( της ανάφλεξης ) να είναι σχεδόν στη μέγιστη δημιουργώντας λόγω ταχύτητας αόρατες ζώνες σύνθλιψης.
Ακόμα τα παλαιότερα χρόνια όταν ακόμα δεν είχαν γίνει κατανοητές στο σύνολο τους οι ζώνες σύνθλιψης, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούσαν μεγάλες προπορείες ανάφλεξης και βοηθούσαν πάλι λόγω μεγάλης προπορείας / χαμηλής πίεσης τα αδύνατα συστήματα ανάφλεξης της εποχής.
Η ταυτότητα του σπινθήρα
Σε χωρητικές ηλεκτρονικές αναφλέξεις μπορούμε να έχουμε μέχρι και 12 σπινθήρες στον χρόνο της ανάφλεξης όταν ο κινητήρας περιστρέφεται αργά, μέχρι πχ 3.000 σαλ. Από εκεί και πάνω όμως η χρήση ενός και μόνου σπινθήρα επιβάλλεται.
Στα πειράματα της η NGK χρησιμοποιεί παρασιτικό αυτεπαγωγικό ρεύμα φορτίζοντας ένα πυκνωτή ο οποίος εκφορτίζεται στις ακίδες του μπουζί ιονίζοντας το μείγμα και έτσι ο σπινθήρας έχει πολύ μεγαλύτερη διείσδυση και διάρκεια, για παράδειγμα η διάρκεια του σπινθήρα είναι 450msec όταν στις καλές αναφλέξεις δεν ξεπερνά τα 5msec, ενώ ταυτόχρονα στις ακίδες η ένταση του ρεύματος είναι 1.5A όταν πάλι στις καλές αναφλέξεις είναι χίλιες φορές χαμηλότερο, δηλαδή 1.5 mA.Πάντα σύμφωνα με τις έρευνες των κατασκευαστών, στα επόμενα ( πόσα ? ) χρόνια ο σπινθήρας θα πάει στη σύνταξη και θα αντικατασταθεί με ένα παλμό υψηλής συχνότητας 2.4GHZ με εκφόρτιση διάρκειας 80ms ισχύος 1600watt, θα υπάρχει 2η εκφόρτιση με διάρκεια 1.92ms και ισχύ 260watt.
To ηλεκτρόδιο δεν εξέχει και δεν εμποδίζει έτσι τη μετάδοση της φλόγας, και ο συνήθης έντονος στροβιλισμός από πρόβλημα που είναι μέχρι σήμερα, θα υποβοηθά παρασύροντας την εκκένωση του σπινθήρα εκεί που υπάρχει αναφλέξιμο μείγμα.Στην Γερμανία που γίνονται αυτές οι έρευνες, οι ερευνητές λένε ότι τα νέα συστήματα ανάφλεξης θα επιτρέπουν την λειτουργία με πολύ φτωχά μείγματα και με μεγαλύτερο ποσοστό ανακύκλωσης των καυσαερίων που θα διατηρεί καθαρή την ακίδα του υπερμπουζί που ετοιμάζουν, ίσως μετά η ανάφλεξη να γίνεται με Laser, ποιος μπορεί να ξέρει ?
Ως γνωστός οι Βόρειοι λαοί χρησιμοποιούν – χειμερινές – βενζίνες, αυτό γιατί κατά την εκκίνηση του κινητήρα στο πολύ κρύο, η παγωμένη κεφαλή αφαιρεί θερμότητα από τα μπουζί τα οποία δεν μπορούν να θερμανθούν μέχρι τη θερμοκρασία αυτοκαθαρισμού τους γύρω στους 400-500 C, ακόμα χειρότερα όταν στο πολύ κρύο υπάρχει και ο εμπλουτισμός του κινητήρα με πλούσιο μείγμα που τελικά βραχυκυκλώνει τα μπουζί.
Στον βαρύ χειμώνα το πρόβλημα είναι μεγαλώνει ακόμα και με τις χειμερινές βενζίνες, έτσι ώστε πολλοί Βόρειοι χρησιμοποιούν αρκετά θερμότερα μπουζί από αυτά που λέει ο κατασκευαστής αφού λόγω του υπερβολικού ψύχους αποκλείονται τα πειράκια λόγω της υπερθέρμανσης των μπουζί.
Να πω εδώ ότι η επιλογή των μπουζί προς την θερμική κλίμακα, γίνεται βασιζόμενοι οι κατασκευαστές στον πιο θερμό κύλινδρο του κάθε κινητήρα, έτσι για τους υπόλοιπους κυλίνδρους το επιλεγμένο μπουζί είναι – ψυχρό – όσοι λοιπόν κάνουν αναπρογραμματισμό της ECU τους ας το έχουν υπόψη τους μπας και αποφύγουν – εκπλήξεις -, όλα αυτά ενώ φαίνονται λεπτομέρειες, και είναι, αποτελούν μια πραγματικότητα λόγω κατασκευαστικών ανοχών που καθιστούν τον κάθε κινητήρα – μοναδικό – και με δικό του… χαρακτήρα.
Και μπορεί ο θερμότερος κύλινδρος να μην διαφέρει αισθητά από τον διπλανό του, ενδέχεται ο αμέσως επόμενος κινητήρας στην ίδια γραμμή παραγωγής, ο θερμότερος κύλινδρος του να – απαιτήσει – στα μεγάλα φορτία 5-10 μοίρες λιγότερη προπορεία για να μην παρουσιάσει προαναφλέξεις.Έτσι λοιπόν οι κατασκευαστές επιλέγουν πάντα την χειρότερη περίπτωση ΓΙΑ ΟΛΗ ΤΗ ΣΕΙΡΑ των συγκεκριμένων κινητήρων. Οπότε εμείς όταν κάνουμε μετατροπές στον κινητήρα μας πετυχαίνουμε να κάνουμε θερμότερο τον θερμό κύλινδρο και αναγκαστικά μειώνουν την προπορεία για να αποφύγουμε τα πειράκια, θα μπορούσαμε να βρούμε τον θερμότερο κύλινδρο και να βάλουμε μόνο σε αυτόν ένα νούμερο ψυχρότερο μπουζί ώστε να μπορέσουμε να αυξήσουμε την προπορεία αντί να την μειώσουμε έχοντας κέρδος στις υψηλές στροφές, με τον τρόπο αυτό δεν επηρεάζουμε καθόλου τη ροπή στις χαμηλές και μεσαίες.
Αυξάνοντας την προπορεία κατά 10ο αυξάνουμε τη θερμοκρασία στο εσωτερικό του θαλάμου καύσης κατά 100C περίπου, το περίπου συναρτάται με τη σχέση συμπίεσης, την AFR, τις ζώνες σύνθλιψης κλπ. Η αύξηση της προπορείας ανάφλεξης μειώνει αρκετά την κατανάλωση των φτωχών και των στοιχειομετρικών μειγμάτων αφήνοντας ανεπηρέαστες τις εκπομπές CO αφού αυτές σχετίζονται από τη σχέση αέρα / καυσίμου ( AFR ) και τις εκπομπές υδρογονανθράκων στα πολύ φτωχά μείγματα.
Σε αντίθεση η αύξηση της προπορείας αυξάνει τις εκπομπές υδρογονανθράκων όταν τα μείγματα είναι πλούσια ή στοιχειομετρικά σε συνδυασμό με τις μεγάλες ζώνες σύνθλιψης. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί με χαμηλά φορτία χρησιμοποιούμε μεγάλη προπορεία για απόκριση στο γκάζι και οικονομία, όμως στο απότομο γκάζι όταν ο εγκέφαλος είναι αργός τα πειράκια θα κάνουν αισθητή την παρουσία τους.
Αυτού του τύπου η προανάφλεξη αποτελεί περίπου μόνο το 10% της συνολικής λειτουργίας του κινητήρα, δηλαδή μόνο κατά την επιτάχυνση ή με μέγιστο φορτίο, μπορούμε να έχουμε υψηλή συμπίεση επιτυγχάνοντας μείωση της κατανάλωσης και όταν παρουσιαστεί αυτανάφλεξη, μόνο τότε, μειώνουμε πρόσκαιρα το αβάνς με τίμημα της αύξηση της κατανάλωσης.
Παρένθεση : Θα μου πείτε στην πράξη πως γίνεται αυτό, γίνεται αυτόματα από την ECU, όλοι θα έχετε ακούσει τα VW πως κροταλούν με 2α όταν στρίβουν από στενό, ενώ δεν έχω ακούσει ποτέ πειράκια στα Ρενώ μου, άρα εδώ ο Γάλλος κατασκευαστής κάνει κάτι καλύτερα από τον Γερμανό, γιατί και πως δεν μπορώ να το εξηγήσω, πάντως το φαινόμενο αυτό το έχω παρατηρήσει άπειρες φορές. Κλείνει η παρένθεση.
Η μείωση της τιμής του αβάνς μπορεί να γίνει με ένα βήμα που όμως μειώνει σημαντικά την επιτάχυνση ή με πολλά μικρά βήματα με αποτέλεσμα να λειτουργεί ο κινητήρας σε καθεστώς κρουστικής καύσης μέχρι να επανέλθει σε καθεστώς σωστής λειτουργίας, εδώ παίζει ρόλο και ο χρόνος αντίδρασης της ECU, ( attack rate ) οπότε με πειράματα θα αποφασίσει ο προγραμματιστής τον δρόμο που θα διαλέξει για τη μείωση του αβάνς.
Όσοι ασχολούνται σοβαρά με τον προγραμματισμό λένε ότι πολλά – ατμοσφαιρικά – άλογα βρίσκονται πίσω από την προπορεία, ενώ στα τουρμπάτα μοτέρ απαιτείται πειραματισμός με την AFR, αυτό δεν είναι τυχαίο γιατί παλαιότερα οι κατασκευαστές αύξαναν την προπορεία για να κερδίσουν άλογα. Αργότερα μαθαίνοντας να χειρίζονται καλύτερα τις ζώνες σύνθλιψης μείωναν την προπορεία για να αυξήσουν την ισχύ.
Η αλήθεια είναι ότι η προπορεία και η AFR επηρεάζουν και οι δύο την απόδοση των ατμοσφαιρικών και των τούρμπο κινητήρων, απλά στους ατμοσφαιρικούς είναι ασφαλές να πειραματίζεσαι και με τις δύο αυτές παραμέτρους ταυτόχρονα ενώ στους τούρμπο είναι ασφαλέστερο να παίζει κανείς μόνο με την AFR.
Ο σημαντικότερος λόγος της διάκρισης αυτής είναι η επίδραση που έχουν οι ζώνες σύνθλιψης που δεν είναι γραμμική σε σχέση με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα γιατί αλλάζει συνεχώς το πρόσημο. Αν τώρα σε όλα αυτά λάβουμε υπόψη και τον παράγοντα χρόνο όπως :
( παλαιότητα του κινητήρα, ξεχείλωμα του ιμάντα χρονισμού, αλλοίωση του θαλάμου καύσης από κατάλοιπα που αλλοιώνουν το μέτωπο της φλόγας κατά την έναυση, την αύξηση του διάκενου των βαλβίδων, τις επικαθίσεις στα εκτεθειμένα τμήματα της κεφαλής του εμβόλου, τις επικαθίσεις στα λούκια των ελατηρίων του εμβόλου, τον ταλαιπωρημένο θερμοστάτη, τις κυψέλες του ψυγείου που δεν είναι και στην καλύτερη τους κατάσταση, το μισοβουλωμένο φίλτρο αέρα, τις διαφοροποιήσεις στην ποιότητα της βενζίνης από πρατήριο σε πρατήριο, και βέβαια δεν θα πρέπει να αγνοήσουμε και τις καιρικές συνθήκες )
έτσι καταλήγουμε να αναρωτιόμαστε τελικά ότι είναι θαύμα και που δουλεύει το μοτέρ μας.Οι σύγχρονοι εγκέφαλοι των αυτοκινήτων χρησιμοποιούν χάρτες θερμοκρασίας / αέρος και όχι απλώς τους απηρχαιωμένους συντελεστές θερμοκρασίας του αέρα, οι οποίοι συνεργάζονται και με τους χάρτες ανάφλεξης για να βελτιώσουν το attack rate.
Έτσι με την παραμικρή αύξηση στη θερμοκρασία του αέρα που είναι και μόνιμη ρουτίνα για τους κινητήρες τούρμπο, η προπορεία μπορεί αστραπιαία να μειωθεί έως και 15ο μέχρι να φτάσει το αβάνς στην ασφαλή τιμή.
Σήμερα με τις πολύ εξελιγμένες ECU χρησιμοποιούν τα ( έξυπνα μπουζί, ion sensing ignition ) με τους – έξυπνους πολλαπλασιαστές – οι οποίοι φορτίζουν ένα πυκνωτή με το αυτεπαγωγικό ρεύμα που παράγεται κατά την διάρκεια του σπινθηρισμού.
Στη συνέχεια ο πυκνωτής εκφορτίζεται μέσω του μπουζί αμέσως μετά τον σπινθηρισμό, και επειδή η αγωγιμότητα των ιονισμένων καυσαερίων εξαρτάται από την θερμοκρασία της καύσης, ο εγκέφαλος χρησιμοποιώντας σαν αισθητήρα το μπουζί μπορεί να αντιληφθεί πόσο αποδοτική ήταν η καύση στον κύλινδρο, ποια ήταν η τιμή της μέγιστης πίεσης και σε ποιες μοίρες του στροφάλου εμφανίστηκε.Έτσι εντοπίζει η ECU τις αστοχίες ανάφλεξης αλλά την εμφάνιση προαναφλέξεων χωρίς να αντιδρά όπως ο παραδοσιακός knock sensor σε παραπλανητικούς θορύβους / κραδασμούς και διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Επιπλέον ο εγκέφαλος αποκτά τη δυνατότητα να αντισταθμίζει τις διακυμάνσεις παροχής μείγματος σε ποσότητα / ποιότητα σε κάθε κύλινδρο συντελώντας στην αποτελεσματικότερη ψυχρή εκκίνηση, αυτός ο τρόπος ελέγχου της καύσης είναι και το αποτελεσματικότερο εργαλείο για τον αναπρογραμματισμό του εγκεφάλου.
( Σημ: Αλήθεια πόσοι βελτιώνουν τους κινητήρες τους με πρόγραμμα και στη συνέχεια σκληραίνουν τις βάσεις του κινητήρα γιατί από την δύναμη αυτός κουνιέται πολύ, χωρίς στη συνέχεια να λαμβάνουν υπόψιν τους το κόψιμο του αβάνς λόγω των επιπλέον κραδασμών του κινητήρα που ο knock sensor αντιλαμβάνεται σαν προανάφλεξη ? )
Η ανατομία ενός σπινθήρα