TUNE-IT: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 13

Λόγω της εξέλιξης που είχε –και έχει ακόμα- ο συγκεκριμένος τομέας στην αυτοκίνηση, είναι τεράστια η πληροφόρηση που υπάρχει και θα επιχειρήσω να αρχίσω από μια ιστορική αναδρομή και την βασική εξήγηση της λειτουργίας του.

Τα βασικά

Ο κινητήρας Otto, είναι ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης ο οποίος χρησιμοποιεί έναν ηλεκτρικό σπινθήρα για να μετατρέψει την ενέργεια του καυσίμου σε κινητική ενέργεια. Δημιουργείται ένα καύσιμο μίγμα το οποίο εισάγεται στον κύλινδρο και συμπιέζεται από το ανερχόμενο έμβολο (… μπιστόνι, για να μη ξεχάσουμε και τους… επιστημονικούς μας συνερ-γάτες!). Κάποια συγκεκριμένη στιγμή, δημιουργείται ένας σπινθήρας στις ακίδες του σπινθηριστή (μπουζί) με τον οποίο αρχίζει η καύση του συμπιεσμένου μίγματος. Η καύση αυτή, αναπτύσσει μεγάλη θερμοκρασία και πίεση στον θάλαμο καύσης και η πίεση υποχρεώνει το έμβολο να κινηθεί προς τα κάτω, περιστρέφοντας τον στρόφαλο μέσω της μπιέλας –τόσο απλά. Αφού παραχθεί το έργο και εκκενωθεί ο κύλινδρος, η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται κ.ο.κ. Αυτός λοιπόν είναι εν συντομία ο 4χρονος κινητήρας:                                                                                           

1^ος χρόνος: Εισαγωγή μίγματος

2^ος χρόνος: Συμπίεση

 3^ος χρόνος: Ανάφλεξη /παραγωγή έργου

4^ος χρόνος: Εξαγωγή

Ο σχεδιασμός του συστήματος ανάφλεξης εξαρτάται από τον τρόπο παραγωγής του σήματος, τον χρονισμό εμφάνισης του σπινθήρα και το σύστημα ψηλής τάσης.

Χρονισμός σπινθήρα: Εξαρτάται κυρίως από δύο παράγοντες, τις στροφές του μοτέρ και το φορτίο. Από τις στροφές, διότι εφόσον ο χρόνος για πλήρη καύση δεδομένης ποσότητας μίγματος είναι σταθερός, ο σπινθήρας πρέπει να εκδηλωθεί νωρίτερα όσο αυξάνουν οι στροφές, για να αρχίσει η ώθηση στο έμβολο στο ίδιο σημείο κάθε φορά. Από το φορτίο, διότι το λιγότερο/φτωχότερο μίγμα στις μικρές γωνίες πεταλούδας αλλάζει τον χρόνο που απαιτείται για την πλήρη καύση.                                                                                       Προπορεία σπινθήρα (αβάνς): Η ρύθμιση του αβάνς, εμφανίστηκε από τα πρώτα κιόλας βήματα της αυτοκίνησης, αν και στις αρχές του περασμένου αιώνα γινόταν από τον οδηγό, με ένα λεβιεδάκι που υπήρχε στο τιμόνι. Αυτό τραβούσε μια ντίζα που κινούσε το ντιστριμπιτέρ μπρος-πίσω, σύμφωνα με την επιθυμία του οδηγού. Το επόμενο -τεράστιο πραγματικά- βήμα, δημιούργησε τον φυγοκεντρικό μηχανισμό του αβάνς και τη φούσκα υποπίεσης. Ικανοποιήθηκαν έτσι και τα δύο κριτήρια ελέγχου του σπινθήρα (στροφές/φορτίο). Με την πάροδο των ετών, η ηλεκτρονική τεχνολογία εξαφάνισε και αντικατέστησε πολλούς μηχανισμούς στο αυτοκίνητο, μειώνοντας δραστικά τις ανάγκες συντήρησης και αυξάνοντας την αξιοπιστία –αυτό το τελευταίο αποτελεί προσφιλές θέμα τριβής για πολλούς… Όταν πχ βρίσκεσαι στη μέση του πουθενά, μέρες μακριά από οτιδήποτε, προτιμάς ένα μοτέρ με… πλατίνες και πολλαπλασιαστή ή σύγχρονο «εγκέφαλο»? Επειδή είμαι «παλιός» θεωρώ πολύ εύλογο και καθόλου δύσκολο το ερώτημα! Με τα ηλεκτρονικά όμως, μπορέσαμε να βάλουμε και άλλους παράγοντες στο παιχνίδι με αποτέλεσμα να φτάσουμε στα σημερινά συστήματα διαχείρισης, πετυχαίνοντας όλο και καλύτερη οικονομία λειτουργίας (μείωση κατανάλωσης καυσίμου) μεγάλη αύξηση της ζωής του κινητήρα, αφού λειτουργεί πλέον πάντα σε ιδανικές συνθήκες τροφοδοσίας και θερμοκρασιών, αλλά και σχεδόν μηδενισμό των εκπεμπόμενων ρύπων, κάτι πού από το τέλος της δεκαετίας του ’60 απέκτησε τεράστια σημασία..

Η ενέργεια του σπινθήρα από κάπου πρέπει να έρθει. Υπάρχει συσσωρευμένη στον πολλαπλασιαστή ή σε κάποιο πυκνωτή (ανάλογα με το σύστημα ανάφλεξης). Ο δε χρονισμός, όπως είπαμε, υπολογίζεται από διάφορες παραμέτρους οι οποίες υπολογίστηκαν μετά από δοκιμές χιλιάδων ωρών στο εργοστασιακό δυναμόμετρο.     

Υψηλή τάση: Η σύσταση του καύσιμου μίγματος, η πίεση και η θερμοκρασία στον θάλαμο καύσης και το διάκενο στο μπουζί, καθορίζουν πόση τάση χρειάζεται για να «σκάσει» ο σπινθήρας. Βλέπετε, η απαιτούμενη τάση μεταβάλλεται από περίπου 5.000 έως και 30.000V ανάλογα με τον συνδυασμό κάθε φορά των παραγόντων. Όταν λοιπον ακούμε ότι ένας πολλαπλασιαστής «βγάζει» 35.000V, αυτό σημαίνει ότι μπορεί να τα βγάλει όταν χρειαστούν και όχι συνέχεια. Αν τώρα το μπουζί είναι βρώμικο, έχει μεγαλώσει το διάκενο λόγω φθοράς και τουρμπίζουμε 1,5bar, μπορεί κάλλιστα να ακούσουμε «ρετάρισμα» γιατί ο πολλαπλασιαστής δεν είναι σε θέση να μας δώσει την απαιτούμενη τάση, που μπορεί πια να είναι 40.000V. Η απαιτούμενη τάση στο μπουζί δεν είναι σταθερή, αλλά μεταβάλλεται διαρκώς ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν στον θάλαμο. Τριάκιδα και τετράκιδα μπουζί δεν αποτελούν την παραμικρή βελτίωση πέρα από τα κλασσικά. Σημασία έχει να είναι καθαρά τα ηλεκτρόδια για να διευκολύνεται η έναυση του σπινθήρα. Αυτό που πρέπει να προσέχουμε όμως, είναι η θερμική κλίμακα που πρέπει να συμβαδίζει με τον λόγο συμπίεσης, τη θερμοκρασία λειτουργίας του μοτέρ αλλά και την προσαρμογή της θέσης του διακένου στον θάλαμο καύσης. Τα μπουζί με προτεταμένη ακίδα (projected nose) απαιτούν 2-3⁰ λιγότερο αβάνς από εκείνα που δεν προεξέχει η πορσελάνη. Επειδή ακούμε πολλά, θα πω ότι δεν υπάρχουν… μαγικά μπουζί! Πολλά επιστημονικά εργαστήρια τεχνολογίας αυτοκινήτων –συνεργεία δηλαδή- πλασάρουν τέτοια στους πελάτες τους, για περισσότερη ισχύ και μικρότερη κατανάλωση… Αν ήταν πραγματικά έτσι, όλοι οι υπόλοιποι θα είχαν κλείσει… Μην ακούτε λοιπόν παραμύθια, έστω κι’ αν σας τα σερβίρουν καταξιωμένα… ερευνητικά κέντρα –και όχι μόνο για μπουζί, αλλά και για μαγνητάκια, μπουζοκαλώδια, φίλτρα, λάστιχα κλπ.    

Ανάφλεξη του μίγματος: Περίπου 0,2mJ (milli-Joule) ενέργειας χρειάζονται για να «ανάψει» σε σταθερές και ελεγχόμενες συνθήκες εργαστηρίου ένα στοιχειομετρικό μίγμα. Πλούσια/φτωχά μίγματα χρειάζονται πάνω από 3mJ. Στους «πραγματικούς» όμως κινητήρες, για να είμαστε σίγουροι ότι θα έχουμε έναυση του μίγματος σε οποιεσδήποτε συνθήκες, δίνουμε σπινθήρες με 35-40 φορές μεγαλύτερη ενέργεια! Ας αναλογιστούμε ότι όταν υπήρχαν οι απλές πλατίνες με πολλαπλασιαστή, η ενέργεια του σπινθήρα ήταν περίπου 40-50mJ για δεκαετίες! Οι καλές ηλεκτρονικές αναφλέξεις του εμπορίου φτάνουν και τα 230mJ ανά σπινθήρα! Πού χρειάζεται τόση ενέργεια? Στα επαγγελματικά dragster των 8-10.000cc με τερατώδεις κομπρέσσορες και νιτρομεθάνια. Αν ρετάρουν έστω και μία φορά, υπάρχει φόβος να «κάνουν υδραυλική» και να καταστραφούν! Αυτός όμως είναι ένας άλλος κόσμος, χωρίς μεγάλη σχέση πρακτικά με την καθημερινή αυτοκίνηση.

Εξέλιξη

Εδώ και μία-δύο δεκαετίες, έχουν εξαφανιστεί τα μπουζοκαλώδια και τα ντιστριμπιτέρ. Μόνο σε κάτι χρέπια νεκρόφιλων τα βλέπουμε τώρα, για να θυμόμαστε την προϊστορία της αυτοκίνησης. Πιο συγκεκριμένα, τα καλώδια δεν χάθηκαν για λόγους κόστους, αλλά κυρίως για να μην υπάρχουν παρεμβολές στα όλο και περισσότερα ηλεκτρονικά συστήματα. Περάσαμε από τη «στατική» ανάφλεξη (χωρίς κινούμενα μέρη) στα COP (coil on plug) όπου οι πολλαπλασιαστές τοποθετήθηκαν απευθείας επάνω στα μπουζί. Μηδενίστηκαν έτσι οι φθορές/απώλειες των καλωδίων και κυριότερα η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία τους, που ήταν τελείως ασύμβατη με τα σύγχρονα ηλεκτρονικά «μαύρα κουτιά».

Ένα σημαντικότατο βήμα στην όλη εξέλιξη της ανάφλεξης, είναι χωρίς αμφιβολία ο έλεγχος αυτανάφλεξης (knock control). Η τεχνολογία αυτή έγινε απαραίτητη ύστερα από την μετάβαση στην αμόλυβδη βενζίνη. Η καταλυτική λειτουργία απαιτεί φτωχά μίγματα με λ>1. Μέχρι τότε, η βιομηχανία χρησιμοποιούσε τον μόλυβδο σαν «αντικροτικό» πρόσθετο, ιδιαίτερα σε καύσιμα για κινητήρες με ψηλό λόγο συμπίεσης. Η εξάπλωση της αμόλυβδης έφερε χαμηλότερους λόγους συμπίεσης και μεγαλύτερη κατανάλωση.                                       Τα «πηράκια» (πυράκια, πειράκια, πιράκια… διαλέχτε!) είναι μια μορφή ανώμαλης καύσης που μπορεί να προκαλέσει σοβαρή ζημιά στο μοτέρ αν δεν περιοριστεί σε διάρκεια και ένταση. Γι’ αυτό το λόγο, το αβάνς προγραμματίζεται με αρκετό περιθώριο ασφάλειας. Επειδή όμως τα πηράκια εμφανίζονται και όταν η ποιότητα της βενζίνης είναι κακή, το απαιτούμενο περιθώριο ασφάλειας του αβάνς θα έπρεπε να αυξηθεί σε σημείο που θα έβλαπτε σοβαρά την οικονομία, αλλά και τις επιδόσεις. Αποφεύγουμε αυτό το μειονέκτημα αν το ηλεκτρονικό «αυτί» μας είναι σε θέση να εντοπίσει την απαρχή της αυτανάφλεξης, βασισμένο σε κριτήρια που έχουν βρεθεί στο στάδιο των εργοστασιακών δοκιμών.

Knocksensor: Φυσικά, είναι αδύνατον να βρεθεί το όριο της αυτανάφλεξης χωρίς να συμβεί αυτανάφλεξη. Γι’ αυτό το λόγο, κατά τη λειτουργία του κινητήρα με μίγματα στο όριο της αυτανάφλεξης θα υπάρχει πάντα μια υποψία από πηράκια! Ο προγραμματισμός όμως του συστήματος για κάθε αυτοκίνητο είναι τόσο ακριβής και λεπτομερής, που ακόμα και σε οριακές καταστάσεις δεν ακούγεται τίποτε και βέβαια δεν παρουσιάζει καμία βλάβη το μοτέρ. Το ευαίσθητο «αυτί» που αντιλαμβάνεται τον παραμικρό ήχο στο φάσμα συχνοτήτων της αυτανάφλεξης είναι ο περίφημος knock sensor. Στα 4κύλινδρα μοτέρ αρκεί ένας και στα 6κύλινδρα και πάνω απαιτούνται δύο. Τοποθετούνται σε σημεία που «ακούγεται» καθαρά το σήμα το οποίο και μεταφέρουν στον εγκέφαλο για περαιτέρω επεξεργασία.         

Επεξεργασία σήματος: Η επεξεργασία του σήματος αρχίζει με το φίλτρο που επιτρέπει τη διέλευση των σχετικών με τα πηράκια συχνοτήτων. Κατόπιν, ορίζεται ένα «επίπεδο ανοχής» για κάθε κύλινδρο, πάνω απ’ το οποίο επεμβαίνει το σύστημα και μειώνει σταδιακά το αβάνς στον καθένα ξεχωριστά! Όταν πλέον δεν εντοπίζεται σήμα αυτανάφλεξης, το αβάνς επανέρχεται σταδιακά στην αρχική τιμή του. Βλέπουμε δηλαδή ότι κάθε κύλινδρος μπορεί να έχει ανεξάρτητο αβάνς από τους υπόλοιπους και αυτό έχει ευεργετικά αποτελέσματα στην απόδοση και κατανάλωση του μοτέρ. Αν το συγκεκριμένο αυτοκίνητο προορίζεται για χρήση αμόλυβδης 98αρας ή 100αρας για παράδειγμα, κατά πάσα πιθανότητα θα έχει και ένα δεύτερο «χάρτη» για χρήση 95αρας βενζίνης. Η μετάβαση σ’ αυτόν τον δεύτερο χάρτη γίνεται αυτόματα, μόλις αναγνωριστούν αρκετές αυταναφλέξεις με βάση τον πρώτο χάρτη (με τα πολλά οκτάνια). Το μόνο που ενδέχεται να παρατηρήσει ο οδηγός, είναι μία μικρή πτώση στις επιδόσεις.

Αποτέλεσμα

Όλη αυτή η εξέλιξη, ξανάφερε τις επιδόσεις στα παλιά επίπεδα αλλά κι’  ακόμα ψηλότερα. Βλέπουμε ατμοσφαιρικούς κινητήρες με λόγους συμπίεσης πάνω από 11.5:1 και με ειδική ισχύ πάνω από 120 ίππους/λίτρο! Η δε κατανάλωση είναι πολύ καλύτερη για τις επιδόσεις αυτές απ’ ο,τι θα μπορούσε να φανταστεί κανείς πριν 20 μόλις χρόνια, για να μη μιλήσουμε για τα μοτέρ των αγωνιστικών και ιδιαίτερα των WRC -θα τα πιάσουμε αυτά όταν καταπιαστούμε με τους σαλίγκαρους.

Σήμερα λοιπόν, έχουμε τη δυνατότητα να αγοράσουμε αυτόνομα συστήματα με knock sensor που προγραμματίζονται σύμφωνα με τις ανάγκες του μοτέρ μας. Φυσικά υπάρχουν και ισχυρές ηλεκτρονικές αναφλέξεις για υπερτροφοδοτούμενα μοτέρ και μάλιστα του τύπου εκφορτίσεως πυκνωτή (capacitive discharge) που «δεν μασάνε» από βρώμικα, λαδωμένα και μισοπεθαμένα μπουζί. Όλα τα καλά υπάρχουν αλλά… ο  «Αργύρης» ασθενεί…!

Αυτό όμως που φαίνεται ανεξήγητα περίεργο, είναι το γεγονός ότι οι aftermarket «άγραφοι» εγκέφαλοι, δεν έχουν αξιοσημείωτα στάδια εξόδου σε ο,τι αφορά την παρεχόμενη ισχύ στο σπινθήρα. Ίσα-ίσα επαρκούν για ένα μέτρια «φτιαγμένο» μοτέρ, αναγκάζοντας τους ιδιοκτήτες να αγοράζουν ακριβά μπουζί με… πλατίνα, ιρίδιο και λοιπά περίεργα μέταλλα. Θα μπορούσαν να έχουν ισχυρά στάδια εξόδου, επιτρέποντας τη χρήση μπουζί των 2€ αντί των 15-20€… No problem όμως, όπως είχε πει και ένας από τους… σοφούς νέας κοπής, «λεφτά υπάρχουν» σ’ αυτή τη χώρα…..

Σε ο,τι αφορά τη βελτίωση που μπορείτε να κάνετε στην ήδη υπάρχουσα ανάφλεξη σας, εξαρτάται από το πόσο… παραμελημένη την έχετε! Όσοι έχετε άμεση ανάφλεξη (COP) δεν μπορείτε να κάνετε πολλά πράγματα, εκτός από το να βεβαιωθείτε ότι τα πάντα είναι καθαρά ώστε να μην υπάρχουν διαφυγές/διαπηδήσεις ψηλής τάσης, μια κατάσταση που σχεδόν πάντα καταλήγει σε καταστροφή του εμπλεκόμενου πολλαπλασιαστή. Η επαφή του πολλαπλασιαστή με το μπουζί πρέπει να είναι καθαρή και σφιχτή, όπως και οι φίσες της πλεξούδας και η γείωση. Όσοι έχετε μπουζοκαλώδια (εργοστασιακά ή τα χοντρά χρωματιστά… καρναβαλικά) φροντίστε την καθαριότητα και τις σφιχτές επαφές. Αν είναι εφικτό, απομακρύνετε τα από τα μεταλλικά μέρη του κινητήρα και διαχωρίστε τα με τα κατάλληλα πλαστικά κλιπ. Όσοι πάλι –αρχαιοκάπηλοι- έχετε ντιστριμπιτέρ, καθαρίστε το καπάκι καλά μέσα-έξω και το ράουλο. Ελέγξτε με ένα πολύμετρο την αντίσταση στο ράουλο, γιατί αν και οπτικά μπορεί να φαίνεται οκ, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να έχει αυξηθεί η τιμή της με αποτέλεσμα να “κόβει” πολύ το ρεύμα που φτάνει στα μπουζί –για να το πω απλά. Στα ντιστριμπιτέρ, ένα πιο σοβαρό πρόβλημα είναι ο τζόγος του άξονα, που μεταφράζεται πολλές φορές σε αρκετές μοίρες «παίξιμο» του αβάνς, πράγμα που μπορείτε να διαπιστώσετε σχετικά εύκολα με το πιστόλι του αβάνς. Αν συμβαίνει κάτι τέτοιο και ψάχνετε για το τελευταίο άλογο… δεν θα το βρείτε. Η εξάλειψη του τζόγου σε τέτοιες περιπτώσεις είναι πολλές φορές αρκετά δύσκολη υπόθεση. Όλες οι σχετικές με το σύστημα φίσες πρέπει να είναι καθαρές και σφιχτές –κάτι που ισχύει βέβαια για όλες τις φίσες στο αυτοκίνητο! Δεν έχω τίποτε παραπέρα να πω για το θέμα, είμαι σίγουρος όμως ότι ο Φονσό θα έχει δει τις αρκουδιές και σε ότι αφορά την ανάφλεξη… Πέστα όμως, γιατί μόνο εγώ τα ακούω από την επιστημονική κοινότητα, έτσι?