Correcteur d'octane. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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L'indice d'octane de l'essence indique dans quelle mesure le mélange air-carburant peut être comprimé dans un cylindre de moteur. Par exemple, l’essence A-76 peut être compressée 7,6 fois, l’essence A-92 9,2 fois et l’alcool méthylique (CH20OH) jusqu’à XNUMX fois. L'alcool, bien sûr, est le meilleur dans ce cas, mais il est toxique et n'est utilisé que comme carburant pour diverses voitures et motos spéciales (de sport). Plus l’indice d’octane du carburant est élevé, plus la puissance spécifique du moteur pouvant être obtenue est élevée.

Pour vous assurer que le moteur est un « tas » de composants matériels interconnectés, vous n’avez pas besoin de chercher bien loin. Il suffit de regarder sous le capot de n’importe quelle voiture. L'un des principaux éléments d'un moteur à combustion interne est le système d'allumage. Faisons une réserve tout de suite - nous envisageons ici le fonctionnement d'un moteur à essence, dans lequel un mélange de vapeur d'essence et d'air (mélange air-carburant) est enflammé par une décharge électrique à haute tension, c'est-à-dire en d'autres termes, une étincelle. La figure 1 montre schématiquement le cycle de fonctionnement d'un moteur monocylindre (dessins proches du cercle). Le rayon du cercle (flèche) montre l'angle f de rotation de l'arbre moteur par rapport au point mort haut (PMH) du piston. Notre tâche est d'enflammer qualitativement le mélange air-carburant dans ce cylindre au bon moment.

Fig. 1. Cycle de service du moteur monocylindre

Il est clair que le mélange air-carburant ne brûle pas instantanément, mais sur un temps bien précis. Ce temps dépend de l'indice d'octane de l'essence utilisée. Il arrive cependant que le mélange brûle trop vite. Ce phénomène extrêmement nocif s’appelle la détonation. La détonation se produit lorsque l'indice d'octane de l'essence utilisée ne correspond pas au taux de compression d'un moteur donné et que le mélange air-carburant s'enflamme spontanément. Mais nous avons besoin que le mélange s’enflamme « si nécessaire » et brûle, si possible, complètement. Pour savoir comment se battre pour cela, il faut se souvenir de l'école. Il était une fois, au XVIIe siècle, deux scientifiques – Boyle et Marriott – « inventèrent » leur loi. Cette loi, en général, s'applique à un gaz parfait, mais avec son aide, vous pouvez comprendre ce qui se passera dans le cylindre de notre moteur (et comment Boyle et Marriott ont-ils su tout cela ?). La loi relie la pression P, le volume V et la température T et n'a pas l'air effrayante du tout :

Lorsque le piston se déplace dans le cylindre, ces trois grandeurs changent. Il s'avère que si la pression du gaz commence à diminuer et que le volume augmente (le piston "descend"), alors sa température baissera et après avoir dépassé le point mort haut, la combustion s'arrêtera. Tout ce qui n'a pas eu le temps de brûler sera jeté par le pot d'échappement « dans le but d'empoisonner » l'environnement et par la même occasion (s'il y en a à proximité) les piétons.

Par conséquent, afin de garantir une efficacité maximale du moteur et de protéger les personnes contre l'intoxication par les gaz d'échappement, il est nécessaire d'enflammer le mélange dans le cylindre avant que le piston n'atteigne le point mort haut. La flèche sur la figure 1 indique exactement cette position du piston.

Voyons maintenant quel angle de calage de l'allumage doit être réglé initialement pour le régime de ralenti (f=600 tr/min ou 10 tr/min) pour que le moteur démarre et fonctionne normalement. Faisons cela pour l'essence A-76, qui brûle dans le cylindre en un temps approximatif t76=0,7 ms, et pour l'AI-92, qui brûle en t92=1,3 ms. Écrivons la formule de calcul de l'angle de calage de l'allumage fop :

(1)

Ensuite, en substituant les valeurs de t76 et f à l'essence A-76, on obtient f76 = 2,52°. Pour AI-92 - donc f92 = 4,68°. Les automobilistes expérimentés diront immédiatement que cela n'a aucun sens et que les valeurs de l'angle défini devraient être deux fois plus grandes. Mais ils doivent savoir que l’arbre du broyeur-distributeur tourne exactement deux fois plus lentement et que nos valeurs d’angle calculées doivent donc être doublées. On obtient alors φ76=5,04° et φ92=9,36°, ce qui n'est pas très différent des valeurs réelles des angles installés sur les voitures.

Voyons pourquoi une voiture a également besoin d'un régulateur de calage d'allumage centrifuge. Ce n’est pas pour rien que lors du calcul du calage de l’allumage nous avons stipulé que nous le calculions pour 600 tr/min. Après tout, si cet angle reste inchangé, alors à 1200 tr/min, le temps alloué à la combustion du mélange (de l'allumage au PMH) sera réduit de moitié et le mélange n'aura tout simplement pas le temps de brûler complètement. Un « tir » commencera immédiatement dans le silencieux, le moteur ne développera pas la puissance requise. Il s'avère que pour que le mélange brûle à mesure que le régime moteur augmente, il est nécessaire d'augmenter le calage de l'allumage. Pour l'essence A-76 à 3000 50 tr/min (1 tr/min), l'angle d'avance doit être, selon la formule (XNUMX) :

f76 = 0,0007*50*360*2 = 25,2°

(d'où viennent les deux est déjà clair). S’il en était vraiment ainsi, tout serait simple. Mais il s'avère que le mélange commence à brûler plus rapidement à mesure que la vitesse augmente, et le changement du taux de combustion ne peut être décrit par aucune fonction analytique. La dépendance est sélectionnée expérimentalement et prise en compte lors de la fabrication d'un régulateur centrifuge pour chaque type de moteur. Il est clair pour moi que les dispositifs mécaniques ne peuvent pas fournir une précision suffisante dans le réglage du calage de l'allumage. Dans les voitures modernes, tout cela est effectué par un contrôleur qui prend en compte non seulement le régime moteur, mais également un « tas » de paramètres.

Si vous l'avez remarqué, le moteur doit fonctionner dans un mode tel que deux conditions soient remplies :

• absence d'inflammation spontanée du mélange dans le cylindre due à la compression (détonation) ;
• combustion complète du mélange.

Lorsque le moteur fonctionne exactement avec l’essence pour laquelle il est conçu, tout est en ordre. S'ils éclaboussent «quelque chose» dans le réservoir, par exemple 76 au lieu de 92, alors le moteur aura, pour le moins, du mal. Dans le cas d'un tel ravitaillement, pour ainsi dire, une forte détonation sera observée à basse vitesse et à des vitesses plus élevées, le moteur surchauffera. En général, selon la théorie, tout devrait être ainsi. A basse vitesse, le taux de compression dépassera le maximum admissible, et le mélange n'aura d'autre choix que de s'enflammer spontanément (et, attention, plus tôt que nécessaire), c'est-à-dire d'exploser. Mais à mesure que le régime moteur augmente, le régulateur centrifuge augmentera le calage de l'allumage et le taux de compression au moment où l'étincelle est fournie deviendra inférieur à celui autorisé. Autrement dit, à mesure que la vitesse augmente, la détonation semble disparaître. Mais n’oublions pas que le temps de combustion du mélange dans le cylindre dépend aussi de l’indice d’octane de l’essence. Dans notre cas, l'essence de qualité 76 brûlera avant que le piston n'atteigne le PMH, comme ce serait le cas avec l'essence de qualité 92, et le mélange qui a brûlé à l'avance mettra toutes ses forces sur le piston, essayant de l'empêcher de atteindre le PMH. Cela entraînera une surchauffe du moteur avec toutes les conséquences qui en découlent. Cependant, il existe encore un moyen de sortir de cette situation.

Régleons le calage initial de l'allumage pour qu'il soit optimal pour l'essence 76 (~5°). Bien entendu, cela entraînera une compression accrue et donc une détonation accrue. Mais l'angle d'avance augmente et le taux de compression diminue en conséquence avec l'augmentation de la vitesse. Cela signifie que si vous faites le plein d'essence 92 au lieu de 76 et réglez le calage de l'allumage à 5° au lieu des 9° requis, alors, à partir de quelques tours, le conducteur ne remarquera plus que la mauvaise essence est versée. Calculons à quelle vitesse cela se produira. La formule (1) sera encore utile. Si vous l'utilisez pour trouver la vitesse à laquelle l'essence 76 cesse de détoner, vous obtiendrez environ 1400 tr/min. Ce n'est pas très différent du ralenti. De nombreux passionnés d'automobiles avertis conduisent leurs voitures Zhiguli avec de l'essence à indice d'octane de 76 sans aucun joint, réglant ainsi le contact à une date ultérieure.

Mais le « grincement le plus élevé » est la possibilité d'ajuster rapidement le calage de l'allumage, en l'adaptant à l'essence remplie et aux conditions de fonctionnement de votre « cheval de fer » préféré. Les appareils qui effectuent cette opération sont appelés correcteurs d'octane. Il s'est avéré que les unités d'allumage à plasma pulsé décrites plus haut dans la revue [1-5] améliorent non seulement la combustion du carburant et contribuent à ses économies notables, mais facilitent également l'installation d'un correcteur d'octane. Pour faciliter l'explication du principe de son fonctionnement, nous présentons un schéma du bloc d'allumage (Fig. 2) de [1].

Fig.2. Schéma de principe d'allumage

Il utilise des puces de minuterie intégrées KR1006VI1. Sur IC DA2, il existe un circuit de protection contre le rebond des contacts du disjoncteur, le deuxième temporisateur - DA1 - est un dispositif ponctuel qui contrôle un thyristor. Le monostable génère une impulsion d'une durée d'environ 1 ms, pendant laquelle le thyristor est maintenu de force à l'état ouvert. Ceci ferme le circuit du circuit oscillant formé par l'enroulement primaire de la bobine d'allumage et le condensateur de stockage C3.

La tension sur C3 en l'absence de signal à l'entrée du disjoncteur doit être d'au moins 450 V. La fréquence du convertisseur haute tension est choisie autour de 2 kHz pour que le thyristor ait le temps de se bloquer pendant le temps entre les impulsions du générateur de blocage du convertisseur.

Et maintenant, après avoir compris la théorie, nous allons parler de la façon dont un correcteur d'octane peut faciliter la vie des passionnés de voitures. La figure 3 montre un schéma d'une unité d'allumage avec un correcteur d'octane basé sur l'unité OH-427 déjà connue [3].

Figure 3. Schéma du bloc d'allumage avec correcteur d'octane (cliquez pour agrandir)

Le fonctionnement du correcteur d'octane doit satisfaire aux conditions suivantes :

• le retard supplémentaire introduit par le régulateur (réduction du calage de l'allumage) doit être d'au moins 1 ms ;
• À mesure que le régime moteur augmente, le retard introduit devrait diminuer linéairement et à 4000 XNUMX tr/min, il devrait devenir nul.

Au cas où, rappelons qu'à différents régimes, 1 ms correspond à des angles de rotation du vilebrequin moteur très différents.

Pour créer un correcteur d'octane, un autre temporisateur (DA427) de type KR3VI1006 et un transistor VT1 sont en outre introduits dans le circuit OH-3, connectés immédiatement après le circuit de protection contre le rebond du contact du disjoncteur sur les éléments VT1 et DA2. La figure 4 représente les chronogrammes de fonctionnement du correcteur d'octane. Le signal de la sortie du circuit anti-rebond, c'est-à-dire de la broche 3 de DA2 (Fig. 4a), il va à la chaîne proportionnelle-intégratrice R9-R10-C5.

Figure 4. Diagrammes temporels du fonctionnement du correcteur d'octane

La broche 7 de DA2 est connectée au condensateur intégrateur C5, qui forme la forme d'impulsion nécessaire au fonctionnement de l'appareil (Fig. 4b). Le front montant de cette impulsion correspond au calage d'allumage réglé du mélange dans le cylindre du moteur. En l'absence de communication entre C5 et la broche 7 de DA2, C5 serait déchargé à travers les mêmes résistances (R9, R10) à travers lesquelles il a été chargé, ce qui ne permettrait pas au dispositif de fonctionner de manière stable à des régimes moteur élevés. A partir de la chaîne d'intégration, le signal est fourni à l'entrée de l'élément de seuil, dont le rôle est joué par la minuterie DA4. La minuterie offre la possibilité d'ajuster le seuil de réponse des comparateurs internes, ce qui, étant donné une certaine forme du signal d'entrée, vous permet d'ajuster en douceur le retard de l'impulsion de sortie par rapport au front positif de l'entrée.

La figure 4 considère le cas où le seuil de réponse du comparateur Uthr est fixé sur une section relativement plate de l'impulsion intégrée, ce qui permet, en modifiant le seuil de réponse, de sélectionner la valeur de retard requise. L'impulsion contrôlant l'interrupteur d'alimentation de l'optothyristor VU1 est générée par la minuterie DA4 (Fig. 4c). La même impulsion est fournie à la base du transistor VT3, connecté au circuit du diviseur de tension de référence interne du temporisateur DA3. Le diviseur est une chaîne de trois résistances de 5 kOhm connectées en série. Pour faciliter la compréhension du principe de fonctionnement de la minuterie, celle-ci est représentée sur la figure 5 sous une forme légèrement « ouverte ».

Figure 5. Schéma du circuit de la minuterie

La résistance de régulation R8 est connectée via la résistance de limitation R11 à la broche 5 du temporisateur, c'est-à-dire en parallèle avec ses deux résistances « inférieures » du diviseur de tension de référence interne. Pour un fonctionnement normal du moteur, le retard supplémentaire introduit à l'aide d'un correcteur d'octane doit diminuer avec l'augmentation du régime moteur, c'est-à-dire que le dispositif doit également comprendre un fréquencemètre.

Ce problème s'est avéré facile à résoudre. La minuterie DA4, qui contrôle l'interrupteur d'alimentation, génère des impulsions de commande d'une durée de 1 ms. Les mêmes impulsions sont utilisées pour le fréquencemètre. Il s'est avéré que la dépendance en fréquence du temps de retard entré est la plus simple à organiser sur la même puce DA3, qui régule le calage de l'allumage. Pour ce faire, le condensateur C5 est connecté à la broche 3 du temporisateur DA9. Il est conseillé d'utiliser ce condensateur de type K53-16 ou quelque chose de similaire avec une tolérance de capacité ne dépassant pas ±10 %. Le condensateur C9 est chargé via le diviseur de minuterie interne et déchargé via le transistor ouvert VT3 et la chaîne R8-R11 dans son circuit collecteur.

La figure 6 montre la relation de phase des signaux en certains points du circuit correcteur d'octane. La figure 6a montre les impulsions à l'entrée DA3 et la figure 6b montre la forme d'onde de tension au niveau de son diviseur de tension de référence interne.

Fig.6. Relation de phase du signal à certains points du circuit correcteur d'octane

Le condensateur C9, connecté à la broche 5 de DA3, est déchargé via le commutateur sur VT3 pendant le temps t1 et est chargé via le diviseur de minuterie interne pendant le temps t2. Mais comme t1 est constant (à une position donnée du moteur R8) et que t2 change avec le changement de régime moteur, la tension de référence changera également lorsque la vitesse de l'arbre change. Les taux de charge et de décharge requis de la capacité peuvent être sélectionnés en définissant les valeurs appropriées de C9 et R11. Certaines restrictions sur le choix de la capacité sont imposées par le diviseur temporisé interne, puisque ses résistances constitutives sont fixes et ont une résistance de 5 kOhm.

Le troisième diagramme (Fig. 6c) montre le signal généré par la minuterie DA4 qui contrôle l'interrupteur d'alimentation VU1. Sa durée est strictement standardisée, puisqu'elle est également utilisée dans le fréquencemètre, contrôlant la clé du transistor VT3.

La partie critique du circuit est le transformateur, illustré à la figure 7. Sa qualité de fabrication doit être élevée, car il fonctionne dans des conditions difficiles. Il est préférable de le remplir de vernis ou de résine époxy. Le nombre de tours, l'ordre d'enroulement et l'emplacement des enroulements sont indiqués dans le tableau 1.

L'ordre d'enroulement des enroulements est 1-3-2. Enroulement - ordinaire, couche par couche, tour à tour. L'isolation entre les enroulements et les couches est constituée d'une couche de tissu verni (la tension de claquage est d'environ 1 V). Le noyau du transformateur est en ferrite 1000NM2000 Ш1х10. Il est assemblé avec un jeu de 10 mm (une entretoise diélectrique est utilisée).

Le bloc développé permet au moteur de fonctionner avec un mélange air-carburant très pauvre. Avec ce mode de fonctionnement, on observe non seulement des économies de carburant très notables (pouvant atteindre 20 %), mais également une diminution de la teneur en CO dans les gaz d'échappement. Cette dernière est inférieure à la limite de sensibilité des analyseurs de gaz utilisés dans la police de la circulation. Il est donc tout à fait possible, après avoir installé une telle unité sur les Zaporozhets, de l'emmener faire un tour à Paris. La norme européenne relative aux émissions nocives sera respectée sans aucun catalyseur au platine. De plus, lors de l'utilisation de cet appareil sur des voitures fonctionnant au gaz naturel, le moteur démarre librement sans essence, même à des températures inférieures à zéro.

sources

1. V. Chtcherbatiouk. Allumage électronique avec une nouvelle méthode d'allumage du mélange. - Radioamateur, 2000, N11, P.18.
2. V. Chtcherbatiouk. Allumage électronique avec une nouvelle méthode d'allumage du mélange. - Radioamateur, 1999, N7, P.26.
3. V. Chtcherbatiouk. Allumage électronique avec une nouvelle méthode d'allumage du mélange. - Radioamateur, 1999, N11, P.27.

Auteur: V. Shcherbatiouk, E. Petsko

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