Ο Αλέξανδρος Καλτσάς, Director του School of Engineering & Information Technology του ΙΕΚ ΔΕΛΤΑ και Καθηγητής Ηλεκτορολογίας-Μηχανολογίας, μας δίνει όλες τις λεπτομέρειες για το Χρονισμό Ανάφλεξης (Ignition Timing), τη χρονική στιγμή δηλαδή της εμφάνισης του σπινθήρα στους κυλίνδρους, που αποτελεί ένα από τα πιο σημαντικά γεγονότα στη λειτουργία ενός βενζινοκινητήρα, αλλά και πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση των επιδόσεων του.

Σε ένα βενζινοκινητήρα, η ανάφλεξη του μίγματος αέρα καυσίμου επιτυγχάνεται με την εφαρμογή υψηλής τάσης (~20.000 volts) στους σπινθηριστές (μπουζί). Η υψηλή τάση προκαλεί την εμφάνιση σπινθήρα και ανάφλεξη του μίγματος. Τα υπέρθερμα αέρια της καύσης του μίγματος δημιουργούν συνθήκες υψηλής πίεσης και πιέζουν το πιστόνι του κινητήρα, μεταδίδοντας ενέργεια στον στροφαλοφόρο άξονα.

Πολλές φορές μιλάμε για έκρηξη του μίγματος στον κινητήρα. Ο όρος «έκρηξη» χρησιμοποιείται καταχρηστικά για να περιγράψει αυτό που πραγματικά συμβαίνει σε έναν κύλινδρο μετά την εμφάνιση του σπινθήρα. Συνήθως, η έκρηξη υποδηλώνει ένα βίαιο γεγονός που ολοκληρώνεται εξαιρετικά γρήγορα και συνοδεύεται από υπερηχητικά κύματα πίεσης. Κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει σε έναν κινητήρα. Εκεί έχουμε ανάφλεξη του μίγματος. Το μίγμα καίγεται αργά (σε σχέση με τους χρόνους που έχουμε σε μία πραγματική έκρηξη).

Από τη στιγμή που θα εμφανιστεί ο σπινθήρας, θα χρειαστεί κάποιο χρονικό διάστημα για να μεταδοθεί η φλόγα στο σύνολο του μίγματος, ώστε να παραχθούν τα απαραίτητα αέρια που θα πιέσουν το πιστόνι του κινητήρα. Στην παρακάτω εικόνα μπορούμε να δούμε, σε αργή κίνηση, τι συμβαίνει στο εσωτερικό ενός βενζινοκινητήρα.

Εικόνα 1. Ανάφλεξη μίγματος σε αργή κίνηση

Αν η εμφάνιση του σπινθήρα γινόταν ακριβώς ή μετά το Άνω Νεκρό Σημείο (Top Dead Cender), το πιστόνι του κινητήρα θα είχε ξεκινήσει την καθοδική του πορεία, χωρίς να πιέζεται από αέρια καύσης (δεν θα είχαν ακόμη παραχθεί). Αν η εμφάνιση του σπινθήρα γινόταν πολύ πριν το ΑΝΣ, η πίεση των αερίων θα εμπόδιζε το πιστόνι που θα είχε ακόμη ανοδική πορεία. Υπάρχει ένα κατάλληλο σημείο, πριν το ΑΝΣ του πιστονιού, που μπορεί να γίνει η εμφάνιση του σπινθήρα, ώστε να προλάβουν να δημιουργηθούν αέρια καύσης που θα σπρώξουν το πιστόνι. Ο χρόνος εμφάνισης του σπινθήρα, πριν το ΑΝΣ, ονομάζεται Προπορεία Σπινθήρα (Advance).

Ο χρόνος αυτός δεν μετριέται σε δευτερόλεπτα, αλλά σε μοίρες πριν το Άνω Νεκρό Σημείο (TDC) του πιστονιού. Ένα από τα πρώτα πράγματα που ξεκινά να «πειράζει» ένας tuner στον εγκέφαλο ενός κινητήρα είναι η χαρτογράφηση του χρόνου εμφάνισης του σπινθήρα (Εικόνα 2). Ο χρόνος αυτός μπορεί να επηρεάσει την απόδοση του κινητήρα.


Εικόνα 2. Τυπικός χάρτης προπορείας σπινθήρα

 Σε ένα χάρτη προπορείας σπινθήρα, θα έχουμε τρεις ποσότητες. Έναν άξονα με τις στροφές του κινητήρα, έναν άξονα με το φορτίο του κινητήρα και τις τιμές με την προπορεία σπινθήρα (σε μοίρες). Αυτό που παρατηρούμε σε έναν τυπικό χάρτη είναι πως όσο μεγαλύτερες είναι οι στροφές του κινητήρα, με μικρό φορτίο, η προπορεία σπινθήρα μεγαλώνει. Κάτι που είναι λογικό. Τα πιστόνια κινούνται άνετα, με μεγάλη ταχύτητα, οπότε πρέπει η εμφάνιση του σπινθήρα να γίνει αρκετά πριν το ΑΝΣ, ώστε να προλάβουν να παραχθούν αέρια πίεσης.

Με ποια λογική όμως θα αλλάξουμε την προπορεία σπινθήρα, ώστε να έχουμε βελτίωση των επιδόσεων; Στην Εικόνα 3 μπορούμε να δούμε διαγράμματα της πίεσης που επικρατεί σε έναν κύλινδρο ενός κινητήρα σε σχέση με τη θέση (σε μοίρες) του πιστονιού. Με μπλε χρώμα βλέπουμε την πίεση σε έναν κινητήρα που περιστρέφεται χωρίς να υπάρχει ανάφλεξη. Μπορούμε να δούμε πως η μέγιστη πίεση δημιουργείται στο ΑΝΣ (στις 0 μοίρες). Κάτι που είναι λογικό, αν αναλογιστούμε πως στη θέση αυτή έχουμε τον ελάχιστο όγκο, άρα τη μεγαλύτερη πίεση.

Εικόνα 3. Πίεση σε σχέση με την προπορεία σπινθήρα.

Τα πράγματα αλλάζουν, όμως, όταν έχουμε ανάφλεξη του μίγματος. Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε την πίεση με ανάφλεξη. Παρατηρούμε πως η πίεση κορυφώνεται μετά το ΑΝΣ. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα η εμφάνιση του σπινθήρα πραγματοποιείται στις 22 μοίρες πριν το ΑΝΣ, ενώ η πίεση κορυφώνεται στις 18 μοίρες μετά το ΑΝΣ.

Οι μοίρες που κορυφώνεται η πίεση μέσα στον κύλινδρο έχουν άμεση σχέση με την απόδοση του κινητήρα. Τυπικά, θέλουμε την πίεση να κορυφώνεται στις 16 με 18 μοίρες μετά το ΑΝΣ. Με μέγιστη πίεση στα σημεία αυτά, τα αέρια πιέζουν με βέλτιστο τρόπο το πιστόνι και έχουμε την καλύτερη δυνατή παραγωγή ισχύος από τον κινητήρα.

-Τι θα βελτιώσουμε όμως; Ο κατασκευαστής από μόνος του δεν το κάνει αυτό; Δεν έχει ρυθμίσει τους χάρτες προπορείας σπινθήρα για μέγιστη πίεση στο σημείο αυτό;

Όχι! Ο κατασκευαστής δεν το κάνει αυτό. Ή ,καλύτερα, δεν το κάνει πάντα. Με προπορεία ανάφλεξης που δημιουργεί την μέγιστη πίεση στο ιδανικό σημείο, μπορεί να έχουμε καλύτερες επιδόσεις αλλά αναλόγως, οι μεγαλύτερες πιέσεις προκαλούν μεγαλύτερο στρες στα μηχανικά μέρη ενός κινητήρα. Αυτό σημαίνει μεγαλύτερη πιθανότητα εμφάνισης βλαβών. Ο κατασκευαστής, για ένα συμβατικό αυτοκίνητο, δεν επιθυμεί να συμβεί κάτι τέτοιο. Αυτό, σε γενικές γραμμές οδηγεί σε μικρότερες πιέσεις.

-Τι χρειάζομαι για να ρυθμίσω την προπορεία σπινθήρα ώστε να έχω μέγιστη πίεση στο κατάλληλο σημείο (16-18 μοίρες μετά το ΑΝΣ);

-Το ιδανικό είναι να έχουμε ένα σετ εργαλείων που μπορεί να μπορεί να μετρήσει την πίεση που επικρατεί στους κυλίνδρους. Συνήθως ένα τέτοιο σετ όμως είναι αρκετά ακριβό. Η καλύτερη εναλλακτική είναι ένα δυναμόμετρο. Όλη η πίεση που νιώθει το πιστόνι από τα αέρια της καύσης, μεταφράζεται σε ροπή στον στροφαλοφόρο άξονα. Η μέγιστη πίεση στο κατάλληλο σημείο μεταφράζεται σαν μία μέγιστη τιμή ροπής του κινητήρα, κάτι που μπορεί με άνεση να μας δείξει ένα δυναμόμετρο.


Εικόνα 4. Ειδικά σχεδιασμένοι σπινθηριστές με ενσωματωμένο αισθητήρα πίεσης.

-Δε μπορώ απλά να μειώσω το Advance στα σημεία που με ενδιαφέρουν; Να έχω δηλαδή εμφάνιση σπινθήρα πιο νωρίς από αυτό που έχει ορίσει ο κατασκευαστής;

-Μπορώ. Πόσο όμως; Πως θα δω την μέγιστη πίεση στο κατάλληλο σημείο; Με τεστ στον δρόμο; Θα είναι λίγο επώδυνο από άποψη χρόνου και δοκιμών. Επίσης ο γενικός κανόνας της μείωσης του Advance για αύξηση της πίεσης, μπορεί να μην ισχύει πάντα. Για παράδειγμα, σε υψηλές στροφές και φορτία, η περιδίνηση του μίγματος, η αύξηση της θερμοκρασίας του κτλ, παίζουν μεγάλο ρόλο στην ταχύτητα καύσης του.

Θέλεις να μάθεις τα πάντα για το Tuning; Δήλωσε συμμετοχή στο Σεμινάριο Βελτίωσης Αυτοκινήτου.

Θέλεις να γίνεις Τεχνικός Μηχανοτρονικής; Σπούδασε σε μια από τις 14 ειδικότητες του School of Engineering & Information Technology του ΙΕΚ ΔΕΛΤΑ.