Προπορεία Ανάφλεξης (Αβάνς)

powerslave · Τετ Ιουν 03, 2009 9:21 pm

Πολύς κόσμος πιστεύει οτι σε ένα τετράχρονο βενζινοκινητήρα (στα αμάξια μας κοινώς), μόλις το πιστόνι φτάσει στην κορυφή της δαδρομής του (Άνω Νεκρό Σημείο, ΑΝΣ, TDP) στη φάση της συμπίεσης, το μπουζί δίνει το σπινθήρα και γίνεται ακαριαία μια έκρηξη στο θάλαμο καύσεως που πιέζει το πιστόνι προς τα κάτω. Σωστά; Λάθος! Το μείγμα καίγεται μέσα σε κάποιο χρονικό διάστημα, και η καύση κινείται περίπου σφαιρικά απο το μπουζί προς τα έξω, και μέχρι να φτάσει στο πιστόνι, αυτό δεν πιέζεται απο τα προϊόντα της καύσης (καυσαέρια). Μόνο όταν η καύση φτάσει το πιστόνι ξεκινούν τα καυσαέρια να ασκούν δύναμη στο πιστόνι. Έτσι, άν αυτό ήταν πραγματικά το σημείο οπου συνέβαινε ο σπινθήρας, το πιστόνι θα είχε ήδη φτάσει αρκετά χαμηλά στη διαδρομή του όταν θα άρχιζε να πιέζεται απο τα καυσαέρια (παράγοντας "ωφέλιμο" έργο στον κινητήρα μας), και ο κινητήρας θα υπολειτουργούσε, ή δε θα λειτουργούσε καν (ανάλογα τον κινητήρα). Στην πραγματικότητα, ο σπινθήρας δίνεται αρκετά ΠΡΙΝ το πιστόνι φτάσει στο ΑΝΣ. Η διαφορά αυτή (σε απόσταση, όχι χρόνο) του σπινθήρα πρίν απο το σημείο που το πιστόνι φτάνει στο ΑΝΣ λέγεται Προπορεία Άνάφλεξης (Αβάνς, ignition advance, ignition timing), και μετριέται σε μοίρες περιστροφής του στροφάλου πρίν το πιστόνι φτάσει το Άνω Νεκρό Σημείο. Η αβάνς στα αυτοκίνητα ρυθμίζεται/ελέγχεται με διάφορους τρόπους, που τελικά ανήκουν σε 3 χονδροειδείς κατηγορίες: Παλαιότερης τεχνολογίας που ρυθμίζουν την αβάνς απο τον ίδιο το διανομέα (ντιστριμπιτέρ, ignition distributor), ή απο τον εγκέφαλο, ή κάτι ενδιάμεσο. Η αβάνς πάντως προσπαθούμε σε κάθε αυτοκίνητο να είναι διαφορετική ανα φάσμα στροφών και εί δυνατόν ανάλογα με το φορτίο της μηχανής (μέσω φυγοκεντρικών συστημάτων και αισθητήρων υποπίεσης για παλαιότερα αυτοκίνητα).

ΑΝΕΒΑΖΟΝΤΑΣ ΑΒΑΝΣ
Τί κερδίζουμε λοιπόν απο την αβάνς? Στην Μηχανική, το έργο μιάς δύναμης (η ενέργεια που δίνει σε κάποιο σώμα), είναι το μέτρο αυτής της δύναμης επι την απόσταση που διανύει το σημείο εφαρμογής της κατα τη διεύθυνση της δύναμης αυτής (1) (δηλαδή η δύναμη που ασκούν τα καυσαέρια στο πιστόνι λόγω πίεσης επι την απόσταση που διανύει το πιστόνι υπο την πίεση αυτή). Αυτό αμέσως αμέσως σημαίνει αφ' ενός οτι όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση των καυσαερίων (προφανώς! για αυτό πατάμε γκάζι!), και αφετέρου όσο νωρίτερα αρχίσουν να πιέζουν το πιστόνι τα καυσαέρια, (δηλαδή όσο νωρίτερα συμβεί ο σπινθήρας) τόσο νωρίτερα θα καεί το μείγμα και τόσο νωρίτερα θα αρχίσουν να πιέζουν το πιστόνι τα καυσαέρια, και τόσο περισσότερο έργο θα καταλήξει να παράγει η μηχανή (2). Αυξάνοντας (ανεβάζοντας) την αβάνς, δηλαδή, αυξάνουμε έτσι απλά την ισχύ του κινητήρα σε όλο το φάσμα των στροφών, και συνήθως ιδίως ψηλά. Αρκετά, σε πολλές περιπτώσεις, και πάντα ανάλογα την τεχνολογία και το στήσιμο του μοτέρ. Ενδικτικά νούμερα σε νορμάλ περιπτώσεις μπορεί να είναι 2-10+ ίπποι!! Στην φύση όμως τίποτα δεν είναι τσάμπα. Απο πού έρχεται αυτή η ενέργεια? Απλά. Όσο περισσότερο διογκώνεται ένα αέριο τόσο ψύχεται. Η επιπλέον ενέργεια που "απομυζούμε" απο τα καυσαέρια έρχεται από την θερμότητα που περιέχουν. Δηλαδή έχουμε και ψυχρότερα καυσαέρια! Μόνο αυτό? Όχι μόνο, ανάλογα τον κινητήρα, επιτρέποντας στην καύση να γίνει ξεκινώντας απο μικρότερο όγκο (όταν δηλαδή το πιστόνι είναι ψηλότερα και τα καυσαέρια είναι πιό συπιεσμένα), (πιθανότατα) θα επιτρέψουμε στην βενζίνη να καεί τελειότερα, μειώνοντας (μάλλον!) λίγο τις εκπομπές υδρογονανθράκων. Τέλος, έχουμε μία επιπλέον αύξηση του έργου, επειδή όταν ξεκινά να εφαρμόζεται η πίεση ψηλότερα στη διαδρομή του πιστονιού, έχει και μεγαλύτερη τιμή η πίεση λόγω μειωμένου όγκου, οπότε το έργο αυτό είναι μεγαλύτερο απο ότι θα ήταν απλώς λόγω την αύξηση της απόστασης! Παρατηρούμε λοιπόν οτι το να αυξήσουμε την αβάνς όσο περισσότερο μπορούμε, είναι από τους καλύτερους (ο καλύτερος?), αποτελεσματικότερους, ενεργειακά αποδοτικούς τρόπους να βελτιώσουμε τον κινητήρα μας, απο κάθε άποψη! Κέρδος παντού και πάντα? Όχι ακριβώς!

ΚΑΤΕΒΑΖΟΝΤΑΣ ΑΒΑΝΣ
Πού βρίσκεται το όριο στο οποίο όμως μπορούμε να ανεβάσουμε την αβάνς? Τί γίνεται άν η καύση ολοκληρωθεί ΠΡΙΝ το Α.Ν.Σ.? Τότε το πιστόνι έχει να αντιμετωπίσει τις τερατώδεις πιέσεις των καυσαερίων, καί όχι απλά δεν έχει να τις εκτονώσει πουθενά, αλλά μάλιστα κινείται αντίθετα με αυτές μέχρι το Α.Ν.Σ., καταπονούμενο ακόμα περισσότερο. Αυτό σημαίνει αυτόματα οτι τό πιστόνι και η μπιέλα καταπονούνται τρομακτικά απο τις πιέσεις αυτές, και οτι τα καυσαέρια πιέζουν το πιστόνι αντίθεται απο την φορά κίνησής του, παράγοντας αρνητικό έργο. (3). Αυτό ομολογουμένως είναι το μικρότερό μας πρόβλημα, γιατί καταστρέφεται εντελώς η ισορροπία/ομοιομορφία λειτουργίας του κινητήρα, και οι καταπονήσεις είναι τρομακτικές. Το όλο αυτό φαινόμενο ονομάζεται Προανάφλεξη, ή πυρράκια. Σε εκτεταμένες καταστάσεις προανάφλεξης, μπορεί το μοτέρ μας να πάθει ιδιαιτέρως δυσάρεστα πράγματα. Για αυτό και στα νεότερα μοτέρ υπάρχει συνήθως ένα knock-sensor το οποίο αισθάνεται τα πυρράκια και μειώνει αντίστοιχα την προπορεία ανάφλεξης για να σταματήσουν τα πυρράκια. Εκτός απο τα πυρράκια υπάρχει και ένας τελευταίος παράγοντας που καλό είναι να κατανοούμε. Όσο πιό κοντά στο ΑΝΣ βρίσκεται το πιστόνι, τόσο πιό κοντά στην κορυφή του στροφάλου βρίσκεται η μπιέλα. Όταν το πιστόνι βρίσκεται στο ΑΝΣ η μπιέλα δεν μπορεί να μεταφέρει τη δύναμή της σάν περιστροφή στο στρόφαλο, αντίθετα απλά τον καταπονεί κάθετα. Έτσι, όσο νωρίτερα ξεκινάν τα καυσαέρια να δρούν στο πιστόνι, τόσο μεγαλύτερη η καταπόνηση πιστονιού-μπιέλας-στροφάλου (4). Σε φυσιολογικές βέβαια συνθήκες αυτό δέν θα με ανησυχούσε ιδιαίτερα, όταν όμως έχουμε ένα έντονα βελτιωμένο μοτέρ που βρίσκεται κοντά τα όρια αντοχής των εργοστασιακών πιστονιών-μπιελών, ίσως είναι ένας παράγοντας που αξίζει να μελετήσουμε για να βοηθήσουμε τη μακροοζωία του κινητήρα μας.

ΑΛΛΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ - ΡΥΘΜΙΖΟΝΤΑΣ ΑΒΑΝΣ
Καταννοούμε λοιπών πλέον οτι επιθυμούμε όσο το δυνατόν περισσότερη αβάνς χωρίς να δημιουργήσουμε προβλήματα στο μοτέρ μας. Ποιοί είναι οι παράγοντες που θα καθορίσουν του πόση είναι η μέγιστη αβάνς που μπορούμε να ρυθμίσουμε και πώς τελικά θα γίνει αυτό? Πρώτος παράγοντας είναι η ποιότητα (οκτάνια) της βενζίνης. Όσο περισσότερων οκτανίων είναι η βενζίνη, σε τόσο υψηλότερη θερμοκρασία αναφλέγεται το μείγμα, και τόσο περισσότερο μπορούμε να αυξήσουμε την αβάνς. Αντίστοιχα, σε ένα κινητήρα που είναι φτιαγμένος για να δουλεύει με υψηλών οκτανίων βενζίνες μπορούμε να κατεβάσουμε την αβάνς για να επιτρέψουμε στον κινητήρα να δουλέψει με φτηνότερες, χαμηλότερων οτκανίων βενζίνες. Επίσης να παρατηρηθεί οτι το φαινόμενο της προανάφλεξης εντείνεται απο καταστάσεις φτωχών (πλούσιων σε αέρα) μειγμάτων (φτωχότερα μείγματα καίγονται σε πολύ υψηλότερη θερμοκρασόας). Η διαδικασία ρύθμισης είναι γενικά η παρακάτω:
Βάζουμε στον κινητήρα την χειρότερη βενζίνη με την οποία θέλουμε να μπορεί να λειτουργήσει, οσο το δυνατον χωρίς να είναι αναμεμειγμένη στο ρεζερβουάρ με σημαντικό ποσοστό διαφορετικών οκτανίων βενζίνης (για παράδειγμα άν θέλουμε ένας κινητήρας να δουλεύει με Superplus, V-power racing, Ultimate ή απλή αμόλυβδη, γεμίζουμε με καθαρή απλή αμόλυβδη, για ένα κινητήρα που θέλουμε να λειτουργεί αποκλειστικά με V-power Racing, Ultimate και Kinitron γεμίζουμε με αυτήν απο τις τρείς που έχει τα χαμηλότερα οκτάνια, άν θέλουμε να λειτουργεί με οποιαδήποτε βενζίνη βάζουμε απλή αμόλυβδη. ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΜΗΜΑ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΤΕΡΟ!!!). Ρυθμίζουμε άν χρειάζεται το μείγμα μας εκεί που πρέπει να βρίσκεται, κατόπιν αυξανουμε λίγο την αβάνς, ρυθμίζουμε πάλι το μείγμα μας άν θέλουμε να είμαστε ψείρες, ελέγχουμε για πυρράκια, άν δεν είχαμε πυρράκια ξανααυξάνουμε την αβάνς λίγο, (ρυθμίζουμε το μείγμα), ελέγχουμε για πυρράκια κ.ο.κ. μέχρι να βρούμε ακριβώς το σημείο οπου το αυτοκίνητο βαράει πυρράκια. Στις περισσότερας περιπτώσεις φτάνει να ρυθμίσουμε το μείγμα μας αρχικά και δέν είναι απαραίτητο να ρυθμίσουμε το μείγμα ενδιάμεσα, αλλά καλό είναι να το ρυθμίσουμε και στο τέλος. Απο αυτό το σημείο κατεβάζουμε λίγο την αβάνς για να έχει λίγο "αέρα" το μοτέρ και να μή βαράει πυρράκια με το παραμικρό άν χειροτερεύσουν οι συνθήκες. Για πυρράκια ελέγχουμε ώς εξής σε ένα συμβατικό αυτοκίνητο: Βάζουμε πέμπτη και με 1500-2000 rpm, πατάμε το γκάζι τέρμα και ακούμε για πυρράκια (5). Αντίστοιχα μπορούμε να κάνουμε το ίδιο με 2000-2500 στροφές σε μιά ανηφόρα, ή στο δυναμόμετρο σε όλο το φάσμα. Γενικά ελέγχομε γισα πυρράκια σε κάποια περίπτωση που ο κινητήρας βρίσκεται υπο έντονο φορτίο και ταυτόχρονα δεν είναι ελεύθερος να "στροφάρει", μήν περιμένετε γενικά να βρείτε πυρράκια π.χ. με πρώτη, ή με 5.000 rpm στην ευθεία εκτός αν έχετε κάνει κάτι ΠΟΛΥ στραβά. Η διαδικασία αυτή σε ένα αυτοκίνητο με εγκέφαλο συνίσταται κοινώς στην σύνθεση ενός custom προγράμματος με πολύ ψείρα προγραμματιστή, και μπορεί να γίνει ταυτόχρονα αλλά ξεχωριστά για κάθε φάσμα στροφών.
Σε ένα αυτοκίνητο οπού η αβάνς ρυθμίζεται απο το ντιστριμπιτέρ (για παράδειγμα σε ένα Golf 2 με το K-Jetronic thumbsup.gif ), τα πράγματα μπορεί να είναι πολύ απλούστερα, και μπορούν να γίνουν ώς εξής χωρίς να επισκευθείτε καν μηχανικό-βελτιωτή:
Κατ' αρχάς γεμίζουμε με την κατάλληλη βενζίνη (ΣΚΕΤΗ ΣΤΟ ΡΕΖΕΡΒΟΥΑΡ ΟΧΙ ΜΙΣΗ ΜΙΣΗ ΜΕ ΑΛΛΗ!). Κάνουμε δυό σημάδια που να ταιριάζουν, μιά στο σώμα του ντιστριμπιτέρ και μιά στο σημείο που πατάει στον κύλινδρο, ωστε να μπορούμε να αντιστρέψουμε τις αλλαγές μας άν κάτι κάνουμε λάθος. Χαλαρώνουμε λίγο τις (συνήθως 2) βίδες που κρατάν το ντιστριμπιτέρ σταθερό στη θέση του ώστε να μπορούμε με λίγη δύναμη να το περιστρέψουμε. Περιστρέφουμε (με αναμμένο κινητήρα αν θέλουμε καλύτερα) λίγες μοίρες το ντιστριμπιτέρ αντίθετα απο την περιστροφή της μηχανής (νομίζω αντιωρολογιακά στο golf αλλά με επιφύλαξη). Κανονικά θα παρατηρήσουμε να αλλάζει λίγο ο ήχος του κινητήρα και να αυξάνεται λίγο το ρελαντί, αλλά αυτό εξαρτάται απο το σύστημα που έχει το αυτοκίνητο για τη σταθεροποίηση του ρελαντί. Σφίγκουμε λιγάκι τις βίδες και πάμε το αυτοκίνητο για μια βόλτα, ελέγχοντας για πυρράκια όπως αναφέρθηκε. Αυξάνουμε λίγο την ακόμα την αβάνς άν δεν είχαμε πυρράκια, μειώνουμε λίγο άν είχαμε και επαναλαμβάνουμε μεχρι να βρούμε ακριβώς πού ξεκινάν τα πυρράκια, ή σε εξαιρετικές περιπτώσεις (ή άν έχουμε knock-sensor!) πού ξεκινάνα πέφτει η απόδοση του κινητήρα. Βρίσκουμε έτσι το "sweet spot" που θέλουμε, και ρυθμίζουμε την αβάνς λίγο πρίν απο αυτό για τους λόγους που αναφέρθηκαν και πρίν. Οταν τελειώσουμε (η και μετά απο κάθε αλλαγή της ρύθμισης άν θέλουμε να είμαστε τελείως ψείρες!) ρυθμίζουμε σωστά το μείγμα μας. Είμαστε έτοιμοι! Καλά γκάζια!

Οι παρακάτω σημειώσεις είναι καθαρά για την φυσική του θέματος, για λόγους πληρότητας.

Σημειώσεις:

(1) dW=F(x)*dx (για δύναμη που εξαρτάται απο το x), W=F*x για σταθερή δύναμη (αυτάν την προσέγγιση θα ακολουθήσουμε και παρακάτω για συντομία). W: έργο που μας δίνει το πιστόνι, F: δύναμη στο πιστόνι απο τα καυσαέρια, x: απόσταση που διανύει το πιστόνι απομακρυνόμενο απο το ΑΝΣ (όταν πλησιάζει το ΑΝΣ είναι αρνητική)

(2) Αν x1,x2 η απόσταση που διανύει το πιστόνι υπο το φορτίο των καυσαερίων πρίν και μετά την αύξηση της αβάνς αντίστοιχα, βλέπουμε οτι άν αυξήσουμε την αβάνς, τότε x2 > x1, οπότε από την παραπάνω εξίσωση
F * x2 > F * x1 => W2 > W1, θεωρώντας τη δύναμη σταθερή. Δηλαδή αυξάνεται το έργο. Άν λάβουμε δε υπ' όψη και οτί όσο πιό κοντά στο ΑΝΣ το πιστόνι τόσο μεγαλύτερη η δύναμη, τότε η διαφορά μεγαλώνει ακόμα περισσότερο.

(3) Άν x1',F1',W1' η απόσταση που διανύει το πιστόνι πρίν το ΑΝΣ και το έργο που παράγουν τα καυσαέρια απο το σημείο που αρχίζουν να ασκούν δύναμη στο πιστόνι και μέχρι να φτάσει το πιστόνι στο ΑΝΣ
x2,F2,W2 η απόσταση που διανύει το πιστόνι και το έργο των καυσαερίων απο το ΑΝΣ μέχρι το ΚΝΣ
x1,F1,W1 απόσταση/δύναμη/έργο, απο το ΑΝΣ και μέχρι το αντίστοιχο σημείο οπου ξεκίνησε να εφαρμόζεται η δύναμη των καυσαερίων, με αντίθετη φορά (x1'=-x1, F1'=F1)
W: Το συνολικό ωφέλιμο έργο που δίνει το πιστόνι μας, ΤΟΤΕ:

W1 = F1 * x1 , W2 = F2 * x2 , W1' = F1' * x1'
W = W1'+ W2 => W = F1' * x1' + F2 * x2 => (F1'=F1, x1'=-x1) W = -F1 * x1 + F2 * x2 => W = W2 - W1 , οπου W2 το maximum έργο που θα μπορούσε να παράγει το πιστόνι άν τα καυσαέρια ξεκινούσαν να ασκούν δύναμη ακριβώς στο Α.Ν.Σ., και W1 το έργο που θα κερδίζαμε αν αυξάναμε την αβάνς απο το σημείο οπου η δράση των καυσαερίων θα ξεκινούσε να δρά στο x1 μέχρι το σημείο που θα ξεκινούσαν να δρουν τα καυσαέρια στο ΑΝΣ. Βλέπουμε δηλαδή οτι πλέον όσο αυξάνουμε μετά απο αυτό το σημείο την αβάνς τα αποτελέσματα είναι σάν να την μειώνουμε πλέον, χάνοντας έργο ίσο με αυτό που θα παράγουν κατα την κάθοδο του πιστονιού για την ίδια απόσταση. Είναι δηλαδή πλέον σάν να μειώνουμε την αβάνς όσον αφορά την ισχύ του κινητήρα.

(4) Όταν το πιστόνι βρίσκεται στο ΑΝΣ ή το ΚΝΣ, η ευθεία που ενώνει το σημείο οπου η μπιέλα είναι αρθρωμένη στο στρόφαλο με τον άξονα περιστροφής του στροφάλου.

πηγη vwclub