Przedstawiam Państwu mój kolejny projekt układu sterowania zapłonem i przepływem gazu do modelu silnika pulsacyjnego. Co prawda sam silnik nie został jeszcze uruchomiony ze względu na brak czasu, ale sterowanie i sam silnik jako taki jest już całkowicie gotowy.
Zbudowany przez nas silnik, który na powyższym zdjęciu możecie Państwo zobaczyć ma postać pojemnika o średnicy 80 mm i długości 150 mm. Zakończenia tej rury nie są płaskie lecz wyoblone w kształt, który miał przypominać nieco kule. Jest to bardzo ważne bo w środku będzie dochodziło do silnych eksplozji mieszanki paliwowo powietrznej i płaskie denka, choć by nie wiem jak je przyspawać, mogły by nie wytrzymać. Z jednej strony naszej komory spalania, bo tak ten zbiornik w dalszej części będę nazywał, wspawana jest gwintowana od środka tulejka w którą będzie można wkręcić świecę zapłonową. Z drugiej natomiast strony wspawane są dwie rurki o średnicy wewnętrznej 8 mm oraz jedna długa rura o średnicy wewnętrznej 30 mm i długości 450 mm. W te dwie małe rurki będę wdmuchiwał z dysz gaz palny a ta długa rura to będzie wylot naszego silnika pulsacyjnego na którym uzyskamy potrzebną nam siłę ciągu.
Opowiem teraz co nieco o pracy tego silnika, zaczniemy od tych dwóch małych rurek po bokach. Są one wyoblone na końcówkach, za pomocą specjalnych łapek, które będzie można w dalszej części zobaczyć wprowadzę w środek miedziane rurki zakończone dyszą. Otrzymamy w ten sposób mieszacz paliwa z powietrzem, który wykorzystuje Prawo Bernouliego - wdmuchujemy strugę gazu w zwężającą się rurkę, w zwężeniu wzrasta prędkość płynącego gazu a co za tym idzie zmniejsza się ciśnienie. Jeśli ciśnienie się zmniejsza zassane zostaje także powietrze, tworzy się swego rodzaju pompa. Podobne zjawisko ma miejsce w palnikach gazowych. W wyniku wdmuchiwania gazu w obie, tak ukształtowane rurki do komory trafia mieszanka paliwowo-powietrzna.
Wtedy następuje podawanie impulsów wysokiego napięcia do świecy zapłonowej co powoduje zapłon mieszanki i eksplozję. Gwałtownie rozszerzający się gaz wydostaje się przez centralną rurę powodując siłę ciągu. Rura na zakończeniu również rozszerza się co znów zgodnie z Prawem Bernouliego powoduje wzrost ciśnienia a tym samym zwiększa się ciąg. Po eksplozji w wyniku przejścia fali uderzeniowej przez długą rurę powstaje podciśnienie, które zasysa kolejną porcję mieszanki i znów dochodzi do eksplozji.
Tyle o samym silniku, założyłem sobie, że ma być sterowany z mikroprocesora więc .....
Powstała sobie taka płyteczka, która oprócz tego, że ładnie wygląda i świeci kolorowymi diodkami
realizuje dwie podstawowe funkcje: Dostarcza impulsy elektryczne do cewki zapłonowej oraz steruje ilością dopływającego gazu do silnika.
Pierwsza z tych funkcji realizowana jest za pomocą układu VB325SP
Zacząłem trochę szukać rozwiązań układów zapłonowych w nowoczesnych instalacjach elektronicznych samochodów i trafiłem na świetny układ scalony firmy STMicroelectronics. Jego symbol to VB325SP, jest to zintegrowany układ mocy z tranzystorem Darlingtona w stopniu wyjściowym i pełną logiką z wejściami TTL. Dzięki tej jednej malutkiej kostce budowa układu zapłonowego jest niezmiernie prosta. Jest tylko jeden malutki problem - układ ten jest w ogóle niedostępny w naszym pięknym kraju. Udało mi się kilka szt. całkiem tanio zakupić w znanym międzynarodowym serwisie aukcyjnym. Na poniższym schemacie zaciągniętym z karty katalogowej układu, przedstawiono przykładowy schemat aplikacji. Praktycznie wystarczy podłączyć jedynie cewkę zapłonową, zasilanie i na wejście logiczne Vin z mikrokontrolera podawać impulsy, w takt których na cewce zapłonowej pojawi się wysokie napięcie a co za tym idzie będzie następował przeskok iskry. Kostka ta ma jeszcze jedno wejście Enable, umożliwia ono wyłączenie układu i zablokowanie generacji impulsów zapłonowych bez względu na to, co pojawia się naw wejściu Vin. Ostatni z pinów logicznych to wyjście diagnostyczne kostki, jego stan zmienia się gdy prąd kolektora przekroczy 4,5 A oraz gdy nadmiernie wzrośnie temperatura struktury.
Ja w mojej aplikacji wykorzystałem jedynie wejście sterujące Vin bo pozostałe niezbyt szczególnie wydawały mi się potrzebne. Po włączeniu zasilania układ działa w ten sposób, że gdy na wejściu Vin jest stan niski nic się nie dzieje, Teraz gdy z mikrokontrolera wystawiam stan wysoki zaczyna wzrastać prąd cewki uzwojenia pierwotnego podłączonego do wyjścia mocy HVc i oczywiście nie rośnie w nieskończoność a jedynie do wartości progowej nastawionej trwale w układzie czyli poniżej 4,5 A.
Przeskok iskry następuje dokładnie w momencie, gdy zacznę zmieniać stan Vin z wysokiego na niski. Jeśli na wejściu pozostawię na dłużej stan wysoki przez układ cały czas będzie płynął duży prąd, co prawda poniżej 4,5A ale to i taj jest bardzo dużo. Na początku w programie zbudowałem fajny generator częstotliwości, mogłem ją dowolnie płynnie regulować, ale zauważyłem że coś nieprzyjemnie zalatuje z płytki, okazało się że układ zrobił się bardzo gorący podobnie jak i sama cewka zapłonowa. Problem zrozumiałem dopiero po wczytaniu się w kartę katalogową i stwierdzeniu, że przebieg z wypełnieniem 50% jest niedopuszczalny.
Impulsy oczywiście zgodnie z częstotliwością następowały, wszystko było pięknie oprócz tego, że przez połowę czasu pracy generatora płynął duży prąd. Wystarczyło wygenerować bardzo krótkie impulsy zdolne zgromadzić w cewce odpowiednią ilość energii by po zmianie stanu powodować przeskok iskry. Dodatkowo pojawiła się możliwość regulacji energii iskry. Regulując czas trwania impulsu podawanego do Vin w zakresie od 4 do 12 ms mogę regulować energię iskry od bardzo słabiutkiej i krótkiej do długiej na ok. 1 cm i grubej i jasnej. Maksymalna częstotliwość z jaką można generować impulsy zapłonowe za pomocą tego układu scalonego wynosi 150 Hz.
Regulację ilości dopływającego gazu zrealizowałem w wyniku połączenia mocnego serwa modelarskiego z kulowym zaworkiem gazowym. Niebawem dołączę program, który napisałem do sterowania tym wszystkim, muszę go najpierw posprzątać bo sam się w nim na razie gubię. Myślę też że w ciągu kilku najbliższych dni uda mi się dokonać pierwszego włączenia, dziś wieczorem postaram się opublikować zdjęcia silnika już w wyciętych na CNC łapkami i z zamontowanymi dyszami.
Zapraszam też do odwiedzin mojego Portalu www.portalnaukowy.edu.pl gdzie nieco szerzej opiszę model.
Cool? Ranking DIY
