τάσεως, παράγεται ένας σπινθήρας από το ρεύμα που διατρέχει το κενό που Τα υπόλοιπα μέρη του συστήματος αναφλέξεως τροφοδοτούν τα

Transcript

1 Σύστημα Ανάφλεξης Παραγωγή σπινθήρα Ο βενζινοκινητήρας παράγει ενέργεια με την καύση του μείγματος βενζίνης και αέρα στους κυλίνδρους του. Το σύστημα αναφλέξεως του κινητήρα παρέχει τους σπινθήρες που το αναφλέγουν. Κάθε κύλινδρος έχει ένα μπουζί (αναφλεκτήρα) με δύο μεταλλικές ακίδες, που λέγονται ηλεκτρόδια και προβάλλουν μέσα στο θάλαμο καύσεως. Όταν το μπουζί τροφοδοτηθεί με ρεύμα υψηλής τάσεως, παράγεται ένας σπινθήρας από το ρεύμα που διατρέχει το κενό που υπάρχει μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Τα υπόλοιπα μέρη του συστήματος αναφλέξεως τροφοδοτούν τα μπουζί με ρεύμα αρκετά υψηλής τάσεως και σε μια αυστηρά καθορισμένη στιγμή για κάθε κύλινδρο. Το ρεύμα δεν μπορεί εύκολα να διατρέξει το διάκενο που υπάρχει μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων του μπουζί. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που χωρίζει τα ηλεκτρόδια, τόσο υψηλότερη είναι η τάση του ρεύματος που απαιτείται για την παραγωγή σπινθήρα. Όμως ο σπινθήρας πρέπει να είναι αρκετά μεγάλος για να αναφλέξει αποτελεσματικά το μείγμα βενζίνης / αέρα. Το μέγεθος του διάκενου μεταξύ

2 των δύο ηλεκτροδίων καθορίζει το εύρος του σπινθήρα και κυμαίνεται συνήθως γύρω στα 0,60 χιλιοστά. Η τάση του ρεύματος που τροφοδοτεί τα μπουζί πρέπει να είναι υψηλή, περίπου V. Για να ισοφαριστούν οι διάφορες απώλειες ρεύματος που παρουσιάζει το σύστημα, το παραγόμενο ρεύμα πρέπει να έχει τάση τουλάχιστον V. Ο συσσωρευτής ενός κοινού αυτοκινήτου παρέχει μόνο 6, ή 12 βόλτ. Η τάση αυτή ανυψώνεται χιλιάδες φορές από τον πολλαπλασιαστή. Αφού παραχθεί αυτή η ενισχυμένη τάση, πρέπει να διανεμηθεί σε κάθε μπουζί την κατάλληλη στιγμή του τετράχρονου κύκλου. Το ντιστριμπιτέρ (διανομέας) παρέχει ρεύμα σε κάθε κύλινδρο διαδοχικά, σύμφωνα με τη σειρά αναφλέξεως. Ένα τμήμα του, οι πλατίνες, συνεργάζονται επίσης με τον πολλαπλασιαστή στην παραγωγή του ρεύματος υψηλής τάσεως. Ένας πυκνωτής που συνδέεται με τις πλατίνες, προλαμβάνει τη δημιουργία τόξου (σπινθήρα) μεταξύ των επαφών των πλατινών. Συσσωρευτής Το ηλεκτρικό ρεύμα που τροφοδοτεί το σύστημα αναφλέξεως, τη μίζα, τα φώτα, τους δείκτες και όλα τα ηλεκτρικά όργανα ενός αυτοκινήτου, παρέχεται από ένα συσσωρευτή (μπαταρία). Ο συσσωρευτής αποτελείται από έναν αριθμό στοιχείων, που καθένα τους δίνει λίγο παραπάνω από 3V, συνδεδεμένα με μεταλλικές ράβδους. Οι συσσωρευτές των αυτοκινήτων έχουν είτε τρία στοιχεία, που παρέχουν συνολικά 6V, είτε έξι στοιχεία που δίνουν 12V. Κάθε στοιχείο αποτελείται από δύο σειρές πλακών (τα ηλεκτρόδια) βαπτισμένες μέσα σε ένα διάλυμα θειϊκού οξέος και νερού (τον ηλεκτρολύτη).

3 Το ένα ηλεκτρόδιο είναι φτιαγμένο από διοξείδιο του μολύβδου και το άλλο από σπογγώδη μόλυβδο. Όταν το στοιχείο λειτουργεί, το οξύ αντιδρά με τις πλάκες, μετατρέποντας τη χημική σε ηλεκτρική ενέργεια. Δημιουργείται ένα θετικό φορτίο στο ηλεκτρόδιο από υπεροξείδιο του μολύβδου και ένα αρνητικό στο άλλο. Το ηλεκτρικό ρεύμα, που μετριέται σε αμπέρ, ρέει, περνώντας από το κύκλωμα του αυτοκινήτου, από τον έναν πόλο στον άλλο και κατόπιν μέσα από τον ηλεκτρολύτη. Καθώς προχωράει η χημική αντίδραση, σχηματίζεται θειούχος μόλυβδος πάνω στις πλάκες και των δύο ηλεκτροδίων, ενώ το θειϊκό οξύ μετατρέπεται σε νερό. Όταν οι επιφάνειες και των δύο πλακών σκεπάζονται εντελώς από θειϊκό μόλυβδο, ο συσσωρευτής έχει αδειάσει. Η επαναφόρτιση του συσσωρευτή με ηλεκτρικό ρεύμα επαναφέρει τα ηλεκτρόδια στην αρχική τους κατάσταση και δημιουργεί το θειϊκό οξύ Ένας συσσωρευτής μπορεί να χαλάσει και να μη μπορεί να επαναφορτισθεί για πολλούς λόγους, όπως όταν: οι πλάκες του σκεπάζονται με ένα στρώμα θείου και έτσι δεν μπορεί να τις διαπεράσει το ρεύμα, σπάζουν ή ξεκολλάνε, μια ένωση των στοιχείων μπορεί να τα βραχυκυκλώσει. Η μεγαλύτερη καταπόνηση του συσσωρευτή γίνεται όταν παίρνει μπροστά το αυτοκίνητο. Από τη στιγμή που ο κινητήρας πάρει μπροστά, η γεννήτρια στέλνει ρεύμα στο συσσωρευτή, φορτίζοντάς τον και διατηρώντας τον φορτισμένο.

4 Ο πολλαπλασιαστής Ο συσσωρευτής του αυτοκινήτου παρέχει ρεύμα με τάση 6, ή 12V. Όμως, η τάση που απαιτείται για να εμφανιστεί στα μπουζί ο σπινθήρας που αναφλέγει το μείγμα, είναι χιλιάδες φορές υψηλότερη. Αυτό το χαμηλής τάσεως ρεύμα που παρέχει ο συσσωρευτής, μετατρέπεται από τον πολλαπλασιαστή στο υψηλής τάσεως ρεύμα που χρειάζεται στα μπουζί. Ό πολλαπλασιαστής ενός αυτοκινήτου μεσαίου μεγέθους μπορεί να παράγει V, εφοδιάζοντας τα μπουζί με την αναγκαία υψηλή τάση. Λειτουργεί βάσει της αρχής κατά την οποία όταν ένα σπείρωμα από σύρμα διατρέχεται από ηλεκτρισμό, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο. Και αντίστροφα, όταν διακοπεί ένα μαγνητικό πεδίο, δημιουργείται ηλεκτρισμός σε κάθε σπείρα σύρματος μέσα στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Η αρχική τάση ανυψώνεται όταν υπάρχουν δύο πηνία (σπειρώματα συρμάτων), που το ένα έχει περισσότερες σπείρες από το άλλο. Οι σπείρες των δύο πηνίων περιτυλίγουν ένα πυρήνα από μαλακό σίδηρο, που ενισχύει και συγκεντρώνει το μαγνητικό πεδίο. Το ένα από τα δύο πηνία, το πρωτεύον, αποτελείται από μερικές εκατοντάδες σπείρες κάπως χοντρού σύρματος. Αυτό είναι το τμήμα χαμηλής τάσεως και τροφοδοτείται με ρεύμα από τον συσσωρευτή. Το άλλο, το δευτερεύον πηνίο, αποτελείται από

5 χιλιάδες σπείρες πολύ λεπτού σύρματος. Αυτό είναι το τμήμα υψηλής τάσεως, που τροφοδοτεί με ρεύμα τα μπουζί. Όταν γυριστεί το κλειδί στο διακόπτη της μηχανής, το ηλεκτρικό ρεύμα από τον συσσωρευτή διοχετεύεται στον ένα ακροδέκτη του πολλαπλασιαστή, διατρέχει το πρωτεύον πηνίο και από τον άλλο ακροδέκτη του πηνίου φτάνει στις πλατίνες που βρίσκονται στο ντιστριμπιτέρ. Αν οι πλατίνες είναι κλειστές, το ρεύμα θα τις διατρέξει, μεταβάλλοντας το πρωτεύον πηνίο και τον σιδερένιο πυρήνα σε ένα ηλεκτρομαγνήτη και δημιουργώντας έτσι ένα μαγνητικό πεδίο. Το ρεύμα ολοκληρώνει το κύκλωμά του μέσω του αμαξώματος του αυτοκινήτου επιστρέφοντας στον συσσωρευτή. Όταν οι πλατίνες ανοίξουν, το ρεύμα παύει να ρέει μέσα από το πρωτεύον πηνίο του πολλαπλασιαστή και το μαγνητικό πεδίο καταρρέει μέσα στις χιλιάδες σπείρες σύρματος του δευτερεύοντος πηνίου. Αυτό δημιουργεί μια πολύ μεγάλη τάση στο δευτερεύον πηνίο. Όσο περισσότερες είναι οι σπείρες του τόσο ισχυρότερο το μαγνητικό πεδίο. Κι όσο πιο απότομη η διακοπή, τόσο μεγαλύτερη η τάση. Το ρεύμα υψηλής τάσεως διοχετεύεται από το δευτερεύον πηνίο στα μπουζί μέσω του ντιστριμπιτέρ κι από εκεί πάλι στον πολλαπλασιαστή μέσω του αμαξώματος. Ο διανομέας ή ντιστριμπιτέρ Το ντιστριμπιτέρ (διανομέας) είναι ένας κινούμενος μηχανικός συνδετικός κρίκος μεταξύ των ηλεκτρικών εξαρτημάτων του συστήματος αναφλέξεως και του κινητήρα. Διακόπτει και αποκαθιστά, με τις πλατίνες, τη ροή του ρεύματος στο πρωτεύον πηνίο του πολλαπλασιαστή και να διανέμει στα μπουζί, με ένα

6 περιστρεφόμενο βραχίονα (ράουλο), το ρεύμα υψηλής τάσεως που παρέχει ο πολλαπλασιαστής. Το ράουλο είναι στερεωμένο πάνω στον άξονα του ντιστριμπιτέρ και καθώς περιστρέφεται ενώνει τον κεντρικό ακροδέκτη του καπακιού, που συνδέεται με ένα καλώδιο με τον πολλαπλασιαστή, με τα καλώδια των μπουζί, διαδοχικά, το ένα μετά το άλλο. Οι ακροδέκτες που βρίσκονται στην περιφέρεια του καπακιού του ντιστριμπιτέρ συνδέονται, με ξεχωριστά καλώδια, με τα μπουζί. Επειδή η σειρά αναφλέξεως των κυλίνδρων καθορίζει την αλληλουχία με την οποία διοχετεύεται ρεύμα στα μπουζί, κάθε φορά που για οποιονδήποτε λόγο αποσυνδέεται κάποιο καλώδιο πρέπει να επανατοποθετείται με προσοχή στο σωστό μπουζί. Ο άξονας του ντιστριμπιτέρ (κονδυλοφόρος) παίρνει συνήθως κίνηση από τον εκκεντροφόρο μέσω γραναζιών που εξομοιώνουν την ταχύτητα περιστροφής και των δύο. Με τον τρόπο αυτό, το ρεύμα διοχετεύεται στα μπουζί τη σωστή στιγμή σε σχέση με τον τετράχρονο κύκλο. Σε μερικούς κινητήρες, ο άξονας του ντιστριμπιτέρ παίρνει κίνηση κατευθείαν από τον στροφαλοφόρο, με ένα σύστημα γραναζιών που περιορίζει τις στροφές του στο ήμισυ των στροφών του κινητήρα.

7 Η προπορεία της ανάφλεξης (Αβανς) Όποιες κι αν είναι οι στροφές του κινητήρα, η καύση γίνεται μέσα στα ίδια περίπου χρονικά πλαίσια. Στο ρελαντί, η ανάφλεξη γίνεται μόλις πριν το έμβολο φτάσει στο ΑΝΣ της διαδρομής του κατά το χρόνο της συμπιέσεως. Έτσι, υπάρχει ο χρόνος για τη διαστολή του μείγματος, πράγμα που ωθεί το έμβολο προς τα κάτω. Καθώς όμως αυξάνουν οι στροφές, ο χρόνος μεταξύ του ΑΝΣ και του ΚΝΣ της διαδρομής του εμβόλου μειώνεται. Έτσι η ανάφλεξη πρέπει να επισπευθεί, ώστε να υπάρχει χρόνος για την καύση και τη διαστολή του μείγματος. Αυτό επιτυγχάνεται με ένα φυγοκεντρικό μηχανισμό χρονισμού της προπορείας, που μπορεί να συμπληρώνεται με ένα μηχανισμό ρυθμίσεως της προπορείας με υποπίεση. Διακοπή του ρεύματος από τις πλατίνες Οι πλατίνες παίρνουν κίνηση από ένα έκκεντρο που αποτελεί τμήμα του κονδυλοφόρου (άξονα ντιστριμπιτέρ). Το έκκεντρο αυτό έχει τόσους λοβούς (γωνίες), όσοι είναι και οι κύλινδροι του κινητήρα. Καθώς ο κονδυλοφόρος περιστρέφεται, το έκκεντρο ωθεί έναν βραχίονα που αναγκάζει τις πλατίνες να ανοίξουν. Ένα ελατήριο τις ξανακλείνει, καθώς το έκκεντρο συνεχίζει την περιστροφή του. Με τον τρόπο αυτό, οι πλατίνες διακόπτουν και αποκαθιστούν το κύκλωμα χαμηλής τάσεως. Η δημιουργία σπινθήρα μεταξύ των πλατινών εμποδίζεται από έναν πυκνωτή που συνδέεται μαζί τους. Όταν οι πλατίνες ανοίγουν, το ρεύμα χαμηλής

8 τάσεως, που ξεκινώντας από το συσσωρευτή διασχίζει το πηνίο χαμηλής τάσεως του πολλαπλασιαστή, διακόπτεται και το μαγνητικό πεδίο μηδενίζεται. Αυτό δημιουργεί ένα ρεύμα υψηλής τάσεως στο δευτερεύον πηνίο του πολλαπλασιαστή. Το ρεύμα αυτό διοχετεύεται από ένα καλώδιο στο καπάκι του ντιστριμπιτέρ και από εκεί, μέσω του ηλεκτροδίου του ράουλου, σε έναν από τους εξωτερικούς μεταλλικούς ακροδέκτες του καπακιού. Από εκεί, ένα καλώδιο εξασφαλίζει τη μεταφορά του ρεύματος του μπουζί. Το ράουλο και οι ακροδέκτες δεν εφάπτονται. Επίσης, το διάκενο που υπάρχει μεταξύ τους δεν είναι τόσο μεγάλο ώστε να δυσχεραίνει σοβαρά τη δίοδο του ρεύματος που έρχεται από τον πολλαπλασιαστή. Αντίθετα, χρησιμεύει σαν ενισχυτής του σπινθήρα. Η ηλεκτρονική ανάφλεξη και τα πλεονεκτήματά της Όσο περισσότεροι είναι οι κύλινδροι και όσο περισσότερες οι στροφές στις οποίες δουλεύει ο κινητήρας, τόσο μεγαλώνει η ανάγκη για ένα ηλεκτρονικό σύστημα αναφλέξεως. Σε ένα συμβατικό σύστημα αναφλέξεως, η διαθέσιμη ενέργεια και τάση στο μπουζί για την ανάφλεξη του μείγματος βενζίνης / αέρα στους κυλίνδρους, περιορίζεται από την ηλεκτρική και μηχανική δυνατότητα διακοπής των πλατινών. Μερικά συστήματα μπορούν να δώσουν μόνο σπινθήρες το λεπτό περίπου. Η δημιουργία σπινθήρα και η ρύθμιση του διακένου στις πλατίνες, οι ανεπαρκείς επιδόσεις στις χαμηλές ταχύτητες, η αναπήδηση του έκκεντρου στις μεγάλες ταχύτητες και η αναπόφευκτη προοδευτική μείωση της αποδόσεως των πλατινών, έχουν όλα κατανικηθεί στις ηλεκτρονικές αναφλέξεις. Τα κυριότερα πλεονεκτήματά τους είναι :

9 1. Κάνουν πιο ακριβή τον έλεγχο της αναφλέξεως, πράγμα που κάνει ανεκτό ένα πιο φτωχό μείγμα βενζίνης \ αέρα, με αποτέλεσμα μια ελαφριά οικονομία βενζίνης. 2. Δεν χρειάζονται συντήρηση, τουλάχιστον για έως χιλιόμετρα και παρατείνουν τη ζωή των μπουζί κατά 50% περίπουεπειδή προκαλούν ισχυρούς σπινθήρες και επηρεάζονται λιγότερο από την υγρασία και τη βρώμα των καλωδίων υψηλής τάσεως στα μπουζί. 3. Είναι ιδανικές για υψηλή απόδοση των κινητήρων, σε συνδυασμό με τους αυστηρούς νόμους ελέγχου των καυσαερίων. Οι δυο βασικοί τύποι Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι ηλεκτρονικής αναφλέξεως με επαγωγική, ή πυκνωτική εκφόρτιση. Και στα δύο συστήματα, το πήγαινε έλα των πλατινών του συμβατικού συστήματος έχει αντικατασταθεί από έναν οπτικό, ή μαγνητικό, διακόπτη που είναι γρηγορότερος και ακριβέστερος. Αυτό βοηθά στη δημιουργία ενός ρεύματος υψηλής τάσεως από τον πολλαπλασιαστή, ή το μηχανισμό πυκνωτικής εκφορτίσεως και λύνει το πρόβλημα στα δύσκολα ξεκινήματα, τις διακοπές και τις άλλες ανωμαλίες του κινητήρα, που έχουν σχέση με τις διάφορες συνθήκες λειτουργίας, όπως η υγρασία, ο κρύος καιρός το χειμώνα, τα συχνά σταματήματα και ξεκινήματα και οι μικρές ταχύτητες στην πόλη. Το σύστημα με πολλαπλασιαστή είναι συνήθως κατάλληλο για τετρακύλινδρους κινητήρες, αλλά για τους πολύστροφους κινητήρες με 6, 8 ή 12 κυλίνδρους, το σύστημα με πυκνωτική εκφόρτιση προσφέρει περισσότερα πλεονεκτήματα, αν και είναι πιο πολυσύνθετο και πιο ακριβό επειδή αποδίδει πολύ ισχυρό σπινθήρα και έχει πολύ μεγαλύτερη ικανότητα

10 <<σπινθηρισμού>>, ακόμα και από το καλύτερο ηλεκτρονικό σύστημα αναφλέξεως με πολλαπλασιαστή. Επειδή η ανάγκη για όλο και πιο ακριβή ανάφλεξη μεγαλώνει μέρα με τη μέρα, πολλά από τα σύγχρονα αυτοκίνητα εφοδιάζονται από το εργοστάσιο με ηλεκτρονικές αναφλέξεις. Εν τω μεταξύ, πολλά από τα ήδη κυκλοφορούντα αυτοκίνητα μπορούν να εφοδιαστούν με ηλεκτρονικές αναφλέξεις. Σύστημα ανάφλεξης με δυο αναφλεκτήρες (Twin Spark) Ορισμένοι κατασκευαστές κινητήρων έχουν υιοθετήσει τη λύση της τοποθέτησης δυο αναφλεκτήρων σε κάθε κύλινδρο του κινητήρα. Η λύση αυτή έχει ορισμένα θετικά χαρακτηριστικά, τα οποία την καθιστούν αρκετά αποδοτική. Σε ορισμένες συνθήκες λειτουργίας, οι κινητήρες δεν μπορούν να πετύχουν τέλεια καύση. Για παράδειγμα, όταν η ταχύτητα λειτουργίας του κινητήρα είναι πολύ υψηλή, ο αναφλεκτήρας αναφλέγει το καύσιμο, δημιουργώντας ένα μέτωπο φλόγας το οποίο εξαπλώνεται σχεδόν ακαριαία στο θάλαμο καύσης. Ωστόσο όσο γρήγορη και αν είναι η καύση, δεν είναι δυνατή η ανάφλεξη ολόκληρου του μίγματος στο θάλαμο καύσης πριν το ξεπεράσει τις 5-10 ο μετά το ΑΝΣ, όπου είναι το ιδανικό σημείο ανάφλεξης.

11 Έτσι λοιπόν ορισμένοι κατασκευαστές τοποθέτησαν δυο αναφλεκτήρες σε κάθε θάλαμο καύσης, όπου ο ένας είναι ο κύριος ο οποίος λειτουργεί πάντα, ενώ ο άλλος είναι βοηθητικός και λειτουργεί όταν υπάρχουν αυξημένες απαιτήσεις. Το σύστημα Twin Spark της Alfa Romeo παρουσιάζεται στο παραπάνω σχήμα.