Τρία είναι τα απαραίτητα συστατικά για τη λειτουργία ενός βενζινοκινητήρα, το καύσιμο, ο αέρας και ο σπινθήρας για την έναρξη της καύσης. Για την είσοδο του αέρα υπάρχει το σύστημα εισαγωγής, για την τροφοδοσία καυσίμου υπάρχει το σύστημα ηλεκτρονικής έγχυσης και, τέλος, για τον σπινθήρα υπάρχει το σύστημα ανάφλεξης. Το τελευταίο πρόκειται να μας απασχολήσει στο συγκεκριμένο κείμενο. Μπορεί να νομίζετε ότι η δημιουργία υψηλής τάσης για τη λειτουργία των μπουζί είναι εύκολη υπόθεση, αλλά στην πραγματικότητα τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά. Υπάρχει μία σειρά διαδικασιών που εκτελούνται από διάφορα εξαρτήματα ώστε τα 12 volt του συνεχούς ρεύματος να γίνουν περίπου 20.000 και, εν τέλει, να έχουμε καύση. Πώς λειτουργεί, λοιπόν, ένα σύστημα ανάφλεξης; Από ποια εξαρτήματα αποτελείται και πώς τροποποιήθηκε με την πρόοδο της τεχνολογίας. Ας το γνωρίσουμε καλύτερα!
Info Πώς μπορούμε να μετρήσουμε πόσοι σπινθήρες πραγματοποιούνται σε έναν κινητήρα ανά λεπτό; Ο υπολογισμός είναι ο εξής: πολλαπλασιάζουμε τις στροφές ανά λεπτό του κινητήρα με τον αριθμό των κυλίνδρων και έπειτα, το γινόμενο που προκύπτει το διαιρούμε με τον αριθμό δύο. Για παράδειγμα, ένας τετρακύλινδρος κινητήρας που λειτουργεί στις 2.000 σ.α.λ χρειάζεται 4000 σπινθήρες ανά λεπτό.
Ξέρετε ότι:
Στους σύγχρονους κινητήρες, κάθε μπουζί έχει τον δικό του πολλαπλασιαστή.
Η τάση στις πρώτες γενιές πολλαπλασιαστών έφτανε περίπου στα 20.000 Volt, ενώ οι σύγχρονοι πολλαπλασιαστές αγγίζουν τα 45.000 Volt.
Το σύστημα στροφαλοφόρος άξονας-διανομέας έχει σχέση μετάδοσης 2:1, δηλαδή ο άξονας του διανομέα περιστρέφεται με τη μισή ταχύτητα σε σχέση με τον στρόφαλο.
Στα παλαιότερα αυτοκίνητα ο έλεγχος προπορείας γινόταν μέσω του διανομέα, τώρα κάτι τέτοιο γίνεται μέσω της ECU.
Ένα ασφαλές εύρος προπορείας ανάφλεξης είναι από 5 έως 40 μοίρες πριν το ΑΝΣ, ανάλογα με το είδος του κινητήρα.
Ο διανομέας (ή ντιστριμπιτέρ) αποτελείται από έναν άξονα που περιστρέφεται με τη μισή ταχύτητα σε σχέση με τον στροφαλοφόρο άξονα και φέρει κάποιες επαφές, οι οποίες την κατάλληλη στιγμή περνούν το ρεύμα υψηλής τάσης στο κατάλληλο μπουζί.
Η λειτουργία του συστήματος ανάφλεξης ξεκινά από τις πηγές ρεύματος χαμηλής τάσης (συνήθως 12 volt), που δεν είναι άλλες από τη γνωστή σε όλους μπαταρία ή το δυναμό. Το αμέσως επόμενο βήμα είναι η αύξηση της τάσης του ρεύματος και για να γίνει αυτό αναλαμβάνει δράση ο πολλαπλασιαστής. Αποτελείται κυρίως από δύο πηνία που είναι τυλιγμένα γύρω από έναν μεταλλικό πυρήνα. Το ένα πηνίο ονομάζεται πρωτεύον και αποτελείται από χοντρό σύρμα τυλιγμένο σε λίγες σπείρες, ενώ αντίθετα το άλλο ονομάζεται δευτερεύον και το χάλκινο σύρμα του είναι πολύ λεπτό, ενώ οι σπείρες πολύ περισσότερες. Μόλις «φορτιστεί» το πρώτο πηνίο με το ρεύμα των 12 volt, παράγει ένα μαγνητικό πεδίο. Κατά την απότομη διακοπή του ρεύματος στο πρωτεύον, διαδικασία που γίνεται με τις «πλατίνες», δημιουργείται τάση χιλιάδων Volt στο δευτερεύον πηνίο λόγω αυτεπαγωγής.
Οι σύγχρονοι πολλαπλασιαστές βρίσκονται μέσα στην κυλινδροκεφαλή και τοποθετούνται απ` ευθείας πάνω στο μπουζί.
Η τάση πλέον έχει αυξηθεί στα επιθυμητά επίπεδα και προχωράμε στο τελευταίο στάδιο πριν το ρεύμα φτάσει στο μπουζί. Το εξάρτημα που θα αναλάβει αυτή την εργασία ονομάζεται διανομέας. Αποτελείται από έναν άξονα που περιστρέφεται με τη μισή ταχύτητα σε σχέση με τον στροφαλοφόρο άξονα και φέρει κάποιες επαφές, οι οποίες την κατάλληλη στιγμή περνούν το ρεύμα υψηλής τάσης στο κατάλληλο μπουζί. Ασφαλώς οι επαφές είναι ίσες με τον αριθμό των κυλίνδρων. Τέλος, τα μπουζί έχουν πλέον την απαραίτητη τάση για να δημιουργήσουν σπινθήρα και η φάση της καύσης του μείγματος μπορεί να ξεκινήσει!
Τα βασικότερα εξαρτήματα ενός σύγχρονου συστήματος ανάφλεξης.
Πλέον γνωρίζετε πως δημιουργείται ρεύμα υψηλής τάσης ώστε να παραχθεί σπινθήρας, αλλά θα πρέπει να ξεκαθαρίσουμε πως στα σύγχρονα αυτοκίνητα το σύστημα ανάφλεξης έχει αλλάξει σε μεγάλο βαθμό. Ξεχάστε «πλατίνες» που ανοιγοκλείνουν το ρεύμα στο πρωτεύον πηνίο, ξεχάστε και το διανομέα που παίρνει το ρεύμα υψηλής τάσης από τον κεντρικό πολλαπλασιαστή και το «μοιράζει» στο κατάλληλο μπουζί. Τα σύγχρονα συστήματα ανάφλεξης αποτελούνται από πολλούς αισθητήρες (συνήθως τύπου Hall), οι οποίοι συλλέγουν τις πληροφορίες, όπως η θέση του εκκεντροφόρου και οι στροφές του κινητήρα και τα μεταφέρουν στον «εγκέφαλο» του αυτοκίνητου ώστε να δοθεί ρεύμα στο πρωτεύον πηνίο των πολλαπλασιαστών την κατάλληλη στιγμή. Οι πολλαπλασιαστές από την άλλη, βρίσκονται μέσα στην κυλινδροκεφαλή και τοποθετούνται απ` ευθείας πάνω στο μπουζί.
Ίσως να νομίζετε ότι ο σπινθήρας δημιουργείται όταν το έμβολο είναι στο Ανω Νεκρό Σημείο (ΑΝΣ) και «ετοιμάζεται» για τη φάση της συμπίεσης, αλλά κάτι τέτοιο δεν ισχύει.
Η γωνιά που διαγράφει ο στροφαλοφόρος άξονας από τη στιγμή που θα υπάρξει σπινθήρας μέχρι το έμβολο να φτάσει στο ΑΝΣ είναι η γωνία προπορείας ανάφλεξης.
Η «υποχρέωση» του συστήματος ανάφλεξης δεν είναι μόνο αυτή που περιγράψαμε παραπάνω, δηλαδή η εξασφάλιση υψηλής τάσης για να δημιουργηθεί σπινθήρας. Η δεύτερη εξΆ ίσου σημαντική δουλειά είναι ο σπινθήρας να ενεργοποιηθεί στον κάθε κύλινδρο την κατάλληλη στιγμή. Και πότε είναι η κατάλληλη στιγμή; Ίσως να νομίζετε ότι ο σπινθήρας έρχεται όταν το έμβολο είναι στο Ανω Νεκρό Σημείο (ΑΝΣ) και «ετοιμάζεται» για τη φάση της συμπίεσης, αλλά κάτι τέτοιο δεν ισχύει. Ο κινητήρας δε θα μπορούσε να λειτουργήσει έτσι διότι το καύσιμο μείγμα χρειάζεται χρόνο για να καεί, άρα ο σπινθήρας πρέπει να έρθει νωρίτερα και πιο συγκεκριμένα λίγο πριν την ολοκλήρωση της συμπίεσης. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται προπορεία ανάφλεξης (ή Αβάνς) και μετριέται σε μοίρες στροφάλοφόρου άξονα. Πιο αναλυτικά, η γωνιά που διαγράφει ο στροφαλοφόρος άξονας από τη στιγμή που θα υπάρξει σπινθήρας μέχρι το έμβολο να φτάσει στο ΑΝΣ είναι η γωνία προπορείας ανάφλεξης.
