|
Artikelgruppe:
Tændingen
Opsætning af
tændingsmap
Teori og vejledning
til opsætning af dit eget tændingsmap
Når et tændingsmap skal
sættes op er der et par grundregler der er værd at kende til. Vi
starter her med den helt basale teori. Når der tales om indstilling
af tænding menes der indstilling af tændingstidspunktet målt i
grader. Helt grundlæggende skal vi se stemplets cyklus som 360
grader på krumtappen og når vi taler om 4 taktsmotor så tager
krumtappen 720 grader mellem hver afgivet gnist, da 4 taktsmotoren
kun forbrænder i hver anden cyklus/takt. Tales der om tænding på -25
grader, så menes der at tændrøret er sat til at afgive gnist 25
grader før stemplet er nået toppen i cylinderen. Grunden til at vi
antænder brændstoffet på den ”forkerte” side af toppunktet, er at
forbrændingshastigheden ikke er hurtig nok til at vi kan undgå
kompensering i forhold til stemplets hastighed. Vi antænder således
brændstoffet når stemplet er på vej mod toppen for at eksplosionen
kan nå at udvikle sig og kraften herfra rammer på det rigtige sted (LPP)
på den anden side.
Inden vi fortsætter er
der forskellige forkortelser som er værd at kende. Når vi snakker om
stemplets cyklus gælder her følgende forkortelser:
TDC (Top Dead Center) =
Der hvor stemplet lige nøjagtig er i toppen af cylinderen
BDC (Bottom Dead
Center) = Der hvor stemplet lige nøjagtig er i bunden af cylinderen
BTDC (Before Top Dead
Center) = Der hvor stemplet er på vej fra BDC mod TDC
ATDC (After Top Dead
Center) = Der hvor stemplet er på vej fra TDC mod BDC
Når vi taler om
kraftoverførslen så gælder følgende forkortelser:
PP (Peak Pressure) =
Eksplosionens er her på sit kraftigste
LPP (Location of Peak
Pressure) = Der hvor PP rammer i cyklusen og målt i grader
LPPBT (Location of Peak
Pressure for Best Tourge) = optimalt punkt for højeste moment
MBT (Minimal advance
for Best Tourge) = Mindst mulig tændingsfremrykning for højeste
moment
Disse forkortelser er
lidt sværere at illustrere, men nedenstående er et eksempel hvor de
14 grader ATDC skal ses som LPP og de -25 grader som MBT (blot et
tænkt eksempel).
Barbere vi alt snak om
tændingsjustering ned, så står vi tilbage med LPP. Det er den faktor
som er afgørende for optimal tænding. Alle andre faktorer er ting vi
justere på for at nå optimalt LPP (LPPBT, kommer senere)
LPP er som sagt
locationen af PP i grader ATDC. Det hele handler om at få
kraftoverførslen det rigtige sted ATDC. Rammer eksplosionen for
langt efter TDC mister vi effekt og rammer den for tidligt ATDC mister vi
også effekt. Al justering af tænding går ud på at antænde
brændstoffet så eksplosionen lige nøjagtig rammer der på den anden
side af TDC hvor kraftoverførslen er mest effektiv. Dette sted refereres
generelt til som LPP og i denne artikel/powerpage vælger jeg at kalde punktet LPPBT (forklaring kommer længere nede). Så langt så godt. Herefter er der meget stor
diskussion om hvor LPPBT befinder sig. Er det en fast faktor eller
er det afhængig af motorkonstruktion? Nogen står fast på det er en fast og
konstant mekanisk faktor på 14 grader ATDC for rotation, uanset
længden og dermed vinklen på plejlstængerne. Prøv at kigge på
nedenstående model. Jeg har
endnu ikke fundet argumenter der har overbevidst mig om at det optimale kraftoverføringspunkt (LPPBT)
skulle være fast for enhver motor. Kigger vi på de to tænkte
eksempler/motorer. Den ene har lige nøjagtig den længde på
plejlstangen som det er muligt for fri bevægelighed (kortest mulig)
mellem TDC og BDC. Den anden har en meget lang plejlstang og
stempelvandringen og vinklerne på plejlstangen har nu mindre
udsving. Her ses altså to ens opsætninger med forskellig længde
plejlstænger. LPP er i begge eksempler sat til 14 grader ATDP for eksemplets skyld. Den lader vi lige stå lidt og vurdere i hvilken vinkel vi selv ville træde på et cykelhjul. Herfra er
holdningen ikke længere end at kraftoverførslen aldrig kan blive
den samme så længe vinklen på plejlstangen er forskellig på krumtappen. Det er
ikke ligegyldigt om kraften overføres lige på hjulet/krumtappen
eller mere i hjulets/krumtappens retning. Der skal ikke
estimeres i forskellenes størrelser, men blot informeres om at synspunktet herfra
efterfølgende er at
optimal LPP (LPPBT) ikke kan blive en fast faktor på 14 grader ATDC, sålænge
vi har forskellig længder plejstænger. Det optimale kraftoverføringspunkt (LPPBT - og nu kommer beskrivelsen) anses således forskellig fra motor til motor afhængig
af forholdet mellem krumtap og plejlstang, samt forankring i
stempel.
Men hvad skal vi så
kalde punktet, nu hvor det ikke er en konstant. LPP betyder som sagt
blot "Location of Peak Pressure" og er ikke betegnelsen for den
optimale "location". MBT er betegnelsen for tændingen i forhold til
"Best Tourge", altså højeste moment, hvilket er det vi i sidste ende
går efter. Denne artikel og de efterfølgende omkring detonation og
pre-igntion tager derfor udgangspunkt i punktet for optimal LPP som
LPPBT (Location of Peak Pressure for Best Tourge). Uanset om
vi af holdning befinder os i den ene eller anden grøft mht. fast
faktor på de 14 grader ATDC som LPPBT, så er det i princippet
irrelevant for forståelsen, da teorien bygger på det samme.
MBT er den næste faktor
som er meget væsentlig ved justering af tænding. Som sagt sigter vi
mod LPPBT, men problemet er, at det er meget svært at
identificere hvor LPP roder rundt når vi justerer på vores
tændingstabel. Det er ikke noget vi måler på, dels fordi sådanne målinger foregår via kompliceret måleudstyr
og sensorer i forbrændingskammeret – altså ikke noget for os der arbejder i garagen eller
på værkstedet, og dels fordi vi jo ikke kender LPPBT for netop vores
motor. Så hvad skulle vi lige sigte efter. Derimod så kan
vi måle på kraftoverførslen. Vi ved at LPPBT
giver største kraftoverføring, derfor måler vi på momentet via et
rullefelt. Størst mulig moment betyder, alt andet lige, optimal
kraftoverførsel per rotation (LPPBT). MBT er tanken om at nå størst moment ved mindst mulig
risiko. MBT betyder som sagt Minimal advance for Best Tourge.
Oversat betyder det minimal tændingsfremskydning ved maksimal
moment. Egentlig to ting. Først finder vi det antal grader tændrøret
skal tænde før TDC som giver maksimal moment (her taler vi altid kun
i et enkelt loadområde, f.eks. 3200 rpm / 0,2 bar). Herefter trækker
vi tændingen lidt tilbage (minimere antal grader tændrøret skal
tænde før TDC) lige indtil at momentet begynder at falde. Lige inden
momentet falder, har vi MBT for netop det loadområde. Alle
loadområder justeres optimalt efter MBT.
Der snakkes altid om at
tændingen justeres i området før TDC (BTDC). Det er også som
udgangspunkt korrekt. Motoren skal ikke have mange omdrejninger før
vi er nød til at lade tændrøret tænde før toppunktet (TDC) for at
justere eksplosionen i forhold til LPPBT. Det man blot bør huske her,
er at vi ikke justerer tændingen ydelsesmæssigt i forhold til TDC,
det er kun rent teknisk og opsætningsmæssigt at vi udregner grader
ud fra toppunktet, men i virkeligheden justerer vi jo tændingen til
at antænde lige nøjagtig rettidigt til LPPBT.
Det er teorien, men en
anden ting er praksis. Det er desværre langt fra sikkert at det
fysisk er muligt at hive det maksimale moment ud af motoren ud fra
den teoretiske mængde luft/brændstof blanding. Dvs. det er ikke
sikkert, at det vi tror, er MBT i virkeligheden er MBT, idet vi kan
være nødsaget til at trække tændingen tilbage ved tændingsbanken
(detonation) og dermed ved vi ikke om der var mere at hente i dette
loadområde. Det kunne være MBT skulle ligge lidt længere fremme,
men vi har ikke muligheden at teste det. Vi kender dermed ikke altid
det teoretiske maksimale moment, fordi tændingsbanken forhindrer os
i at kommer nærmere LPPBT. Det der hæmmer os her,
er en række ting som bl.a. beskrives under risikoen for detonation/tændingsbanken.
Her gemmer sig forhold som ladetryk, blandingen, squish, temperatur,
oktan, mm. Alt sammen forhold som har indflydelse på
forbrændingshastigheden, mængden af brændstof som udnyttes,
varmeforhold mm. Læs artiklen om detonation for nærmere information
om dette emne. Det samme gør sig gældende for artiklen om
pre-igntion.
Det vi står tilbage med i denne artikel som er relevant
for opstartsfasen, er de marginer vi kan tillade os at sætte op for
at motoren starter. Disse marginer kan erfaringsmæssigt rimelig
fornuftigt fastlægges ved at kigge på antal ventiler og sætte
nogle retningsgivende værdier på 100 kpa linjen (atmosfærisk tryk
ved vandoverfladen). Der kommer på ingen måde korrekt
tændingsjustering ud fra sådanne estimeringer, men vi skal jo starte
et sted for at kunne starte motoren og justere ind mod MBT. Normalt
hedder det sig at ældre 2 ventilede motorer har maksimal
tændingsfremrykning på ca. 35 - 38 grader ATDC på 100 kpa linjen ud
for max rpm,
nyere 2 ventilede motorer ligger i området 30 – 35 og 4 & 5
ventilede motorer ligger med 22 – 28 grader. Alle disse
grader/punkter gælder altså for 100 kpa linjen. Når der snakkes om
nyere 2 ventilet motorer, menes der med "nyere" her i overført betydning
forbedret squish (forbrændingskammeret/processen).
Tændingsfremrykningen (ignition advance) for tomgangen varierer
oftest i områderne fra 5-12 for 4-5 ventilede motorer og fra 8 – 19
for 2 ventilede motorer. Igen afhængig af squish mm.
Her ses et eksempel på
et opstartsmap (bemærk opstartsmap) for en nyere trykladet 2 ventilet motor
med maksimal tænding på 31 grader.
Tomgangen er sat til 16
grader BTDC og maksimal tændingsfremrykning er sat til 31 grader
BTDC. Stadig kun på 100 kpa linjen. Herefter skal de øvrige
loadområder have fastlagt en fornuftig indstilling. Kigger vi over
og under 100 kpa linjen ser vi at værdierne falder ovenover linjen
og modsat stiger under linjen. Over linjen har vi trykladning. Under
linjen er NA sug (naturally aspirated). En NA motor ligger kun i
området under og op til 100 kpa linjen. Det kan være lidt mystisk at
forstå forholdende ved vakum og 0 bar / 100 kpa. Men når en
sugemotor (NA) har fuldgas vil den optimalt ikke have noget vakum i
manifolden – der er ingen modstand for motoren når den suger luft
ned ved fuld gas (WOT – Wide Open Throttle). Der er fri gennemgang.
Lukker vi gasspjældet får vi pludselig et vakum. Ved tomgang ligger
det typisk omkring 0,5 og 0,8 bar. Motoren kan ikke længere suge
frit gennem systemet da gasspjældet er helt eller delvist lukket.
Fra tomgang og op WOT vil vakumet dermed mere og mere forsvinde. En
trykladet motor arbejder over hele skalaen. Den arbejder som en
sugemotor indtil ladetrykket slår til og vi kommer nu over 100 kpa
linjen. Reglen hedder sig, at forbrændingshastigheden afhænger af
intensiviteten af fyldningen.
Forbrændingshastigheden er vigtig, da den jo indgår i den tid vi
trækker tændingen frem for at eksplosionen lige nøjagtig rammer
korrekt til LPPBT. Dvs. jo højere ladetryk (og dermed fyldning), jo højere intensitet i
fyldningen af forbrændingskammeret og dermed hurtigere
forbrændingshastighed, hvilket endeligt betyder at vi skal have
mindre tændingsfremrykning for at ramme LPPBT. Altså jo
højere ladetryk jo mindre tændingsfremrykning - som udgangspunkt. Det modsatte er
tilfældet ved mindre cylinderfyldning. Her er forbrændingshastigheden lavere, idet
der er længere mellem de brændbare molekyler i forbrændingskammeret.
Dvs. høj vakum betyder lavere fyldning og dermed alt andet lige større tændingsfremrykning for
at kunne ramme LPPBT. Samlet set så skal tændingen falde i værdierne jo
højere trykket er i motoren pga. stigende forbrændingshastighed.
Graden af hvor meget den falder afhænger af lang række faktorer
(nævnes senere) og falder brat så snart motoren har tendens til tændingsbanken/detonation. Jo mere
motoren vil tændingsbanke jo mere er vi nød til at lade
tændingsgraderne falde (alt andet lige og vi ser bort for blandingen som kompensation) og på et tidspunkt, må vi
blot konstatere at vi ikke kan hæve ladetrykket mere, da
tændingsbanken indtræffer uanset hvad. Læs mere om tændingsbanken
under artiklen for detonation.
Dernæst har vi
omdrejningerne. Hastigheden på cyklussen og dermed stemplet varierer
åbenlyst og tændingsmappet er dermed så
absolut omdrejningsbestemt da vi ved at forbrændingshastigheden
langt fra kan ignoreres i forhold til stempelhastigheden. Det
betyder dermed at tændingsfremrykningen, som udgangspunkt, er stigende med omdrejninger.
Her kommer et lille ønskescenarie til forståelsen.
Et ønskescenarie ville være en forbrænding der foregår med lysets
hastighed, så kunne vi blot sætte tændingen til LPPBT for den
specifikke motor, f.eks. 15 grader overalt i tændingsmappet og alle var glade. I en sådan
ønskesituation ville tændingsfremrykningen, eller nærmere betegnet,
tændingstilbagerykningen dermed være lig LPPBT. Sådan fungere det desværre
ikke og vi må vride hovederne for at få justeret og få timet
tændingen ud fra forbrændingshastigheden. Lidt nemmere ville det
være hvis forbrændingshastigheden så bare var konstant, men det er
den
heller ikke – desværre.
Vi er derfor nød til også at justere
tændingen efter omdrejninger. Fremgangsmåden er at fastlægge et fornuftigt
udgangspunkt i 100kpa linjen og herefter øge tændingen (fremrykke
tændingen længere mod BTDC) under 100 kpa linjen og sænke tændingen
(trække tændingen længere tilbage mod ATDC) over 100 kpa linjen. Hvor meget
der skal ligges til og fratrækkes afhænger helt af motoren og skal
som sagt optimalt findes på rullefelt i jagten efter MBT. Indtil da
ligger faktorerne mellem +/- 0,5 til +/-3 for hver 10 kpa. Start
derfor ud med et stort fald og arbejd dig opad indtil du er
tilfreds eller hører tændingsbanken.
De væsentligste
faktorer som indflydelse på tændingsfremrykningen, er antal
ventiler, kompression, cylinderdiameter (bore), oktan, temperatur, forbrændingskammerets udformning (squish),
blandingen og
vandindsprøjtning. Antal ventiler har noget med squish at gøre og jo
bedre forbrændingskammer jo mindre tændingsfremrykning har vi brug
for for at nå LPPBT. Kompressionen har den indflydelse at jo højere
kompression, jo højere temperatur og dermed øget risiko for
detonation som igen betyder kompensering herfor med mindre
tændingsfremrykning. Cylinderdiameteren har indflydelse i form af
forbrændingshastighed. Jo større diameter jo længere er der fra
tændrøret og ud til yderområderne, dvs. langsommere
forbrændingshastighed og dermed har vi brug for mere
tændingsfremrykning for at justere mod LPPBT. Oktan er alene et
udtryk for hvor villig brændstoffet er til at selvantænde. Dvs. jo
højere oktantal jo større tændingsfremrykning kan vi også tillade
os. Lufttemperaturen mindsker muligheden for tændingsfremrykning jo
højere temperaturen bliver. Høj indsugningstemperatur "bærer" mindre ilt da varm
luft fylder mere. Dvs. fyldningen er den samme, eller større, men iltindholdet mindre. Forbrændingstemperaturen og temperaturen på de
omgivende materialer har også indflydelse på tændingsfremrykningen.
Jo varmere forbrænding og/eller omgivende materialer, jo lettere har
motoren ved at tændingsbanke og dermed skal tændingen igen stilles
tilbage. Et forbedret squish betyder hurtigere
forbrændingshastighed og ofte større mængde udnyttet brændstof. Øget
forbrændingshastighed betyder som sagt at eksplosionen ikke skal
bruge så lang tid til at udvikle sig og vi dermed kan nøjes med
mindre tændingsfremrykning for at ramme LPPBT. Blandingen -
brændstof køler, og en fed blanding køler så det kan lade sig gøre
at øge tændingsfremrykningen således at der kan kommes tættere på
MBT. Tabet ved federe blanding er som udgangspunkt godt givet ud i
forhold til gevindsten ved korrekt MBT. Vandindsprøjtning
køler forbrændingen og kan med diverse adjektiver tilført hæve
oktantallet. Køling i sig selv giver mulighed for større
tændingsfremrykning og øget oktantal har de ovennævnte fordele.
Prøv evt. at teste konfiguratoren til opstartsmap. Her vil du se
de forskellige faktorer i aktion ud fra din motoropsætning. Her
vælger du din motoropsætning og så er faktorerne automatisk lagt ud
så du får et opstartsmap du kan overføre til din motorstyring.
Konfiguratoren og information herom finder i artiklen med
konfiguratoren.
Kigger vi på et færdigt
tændingsmap, vil vi oftest se et dyk i
fremrykningen af tændingen i området omkring 3500 – 5500 på en 2
ventilet motor og anderledes højere for en 4 ventilet motor. Bot et eksempel. Det vi her ser, er kompensering for
fyldningsgraden og dermed momentet. På et tidspunkt i motorens
omdrejninger er fyldningen størst og mest effektiv. Det er her
momentet er på sit højeste og vi har den største frigivne kraft pr.
rotation. Ikke at forveklse med hk (kraft over tid/omdrejninger). Da fyldningsgraden, alt andet lige, er størst hvor momentet er størst, husker vi, at jo
større fyldning/intensitet i forbrændingskammeret, jo kortere
afstand er der mellem de brændbare molekyler og dermed hurtigere
forbrændingshastighed. Dvs. når tændingsfremrykningen i dette område
er mindre, så er det ensbetydende med at vi ikke behøver så lang
reaktionstid for at ramme LPPBT. MBT er dermed justeret ind
efter maks-moment/fyldningsområdet. Dette kan ikke sættes i et
opstartsmap, men skal i stedet findes i søgningen på MBT på et
rullefelt. Vi vil derfor ofte se
et tændingsmap som er stigende med omdrejninger indtil maks-moment
indtræder. Her vil fremrykningen være mindre for igen at stige mod
maksimal fremrykning i de højre omdrejninger. Mange steder kan man
imidlertid finde tændingsmap som stiger i tændingsfremrykning med
omdrejningerne op til omkring 3000 omdrejninger, for herefter at
forblive med samme værdi hele rpm skalaen ud. Teorien bag fortalerne for dette, er
at forbrændingskammerets effektivitet (squish) forbedres i takt med
stigende omdrejninger, idet forbrændingshastigheden øges med øget
turbulens i forbrændingskammeret. Jeg har ikke selv haft positive
erfaringer med denne teori, men det ses og beskrives flere steder. Oftest i forbindelse med vakumstyret mekanisk tænding.
Husk altid, at når vi snakker tænding, så findes der ingen
endegyldige svar eller formler for MBT-proof tændingsopsætninger,
det varierer i hovedreglen for hver motor. Heldigvis er der langt
hen ad vejen nogle retningslinjer, men herefter er det individuelt
fra motor til motor hvad der fungerer bedst. Uanset hvad, så er det
et godt råd at bygge et opstartsmap på stødt stigende værdier også
efter 3000 rpm, da risikoen for at ramme ind i detonation i maks-momentområdet så er mindre (forudsat du vælger størst tændingsfremrykning til højeste omdrejninger og dermed udligner ud til det mindre ved de lavere omdrejninger/maksmomentområdet)
Opsummeret så starter
vi med at fastlægge 100 kpa linjen fra 0 omdrejninger ud til maks
omdrejninger. Denne fastsættelse sætter vi groft ud fra antal
ventiler, kompression, cylinderdiameter (bore), oktan, luft
temperatur, forbrændingskammerets udformning (squish), og evt.
vandindsprøjtning. Ud fra samme faktorer bestemmer vi hvor meget
værdierne skal falde eller stige. Vi starter altid sikkert ud og
arbejder os mod MBT. Alle tændingsmap burde ideelt set sættes ud fra
et rullefelt for at kunne finde MBT præcist. Dog har flere af de
hurtigste biler aldrig set skyggen af et rullefelt (garagefuskerne),
men er blevet kørt ind på vejen og det sidste der kan hentes på
tændingen har ikke betydet det store i denne
målestok. Dertil kan man tale om at indkørsel på vejen er mere skånsomt for motoren. Tændingsjustering drejer sig grundlæggende om at
"time" eksplosionen så den rammer LPPBT (Location of Peak Pressure
for Best Tourge). Det gør vi ved at justere tændingen efter MBT
(Minimal advance for Best Tourge). LPPBT er ikke en fast faktor (ikke på powerpage), men
er forskellig fra motor til motor og MBT findes ideelt set bedst på
et rullefelt, hvor momentet hele tiden kan afmåles i forhold til
tændingsjusteringerne i de enkelte loadområder.
Tilbage til oversigten
|
