зачем нужно опережение зажигания
Зачем нужно опережение зажигания
Для начала проговорим процесс работы двигателя. На такте сжатия, когда поршень подходит к верхней мертвой точке (ВМТ), свеча зажигания формирует искру, от которой воспламеняется топливовоздушная смесь. Смесь, однако, сгорает не моментально, а относительно медленно, поэтому если воспламенить ее непосредственно в ВМТ, основное давление газов будет достигнуто, когда поршень уйдет уже довольно далеко вниз. При этом от сгорания заряда смеси будет получено очень немного полезной работы.
А вот если поджечь смесь немного заранее, то можно сделать это так, чтобы к ВМТ газы создали максимальное давление и с максимальным усилием направили поршень вниз. В этом случае полезная работа будет максимальной.
Возможна и обратная ситуация, когда воспламенение произойдет слишком рано. В этом случае давление газов при сгорании смеси разовьется еще до подхода поршня к ВМТ. Тогда тоже не выйдет получить от двигателя полную мощность.
Временной промежуток между достижением ВМТ и воспламенением называется опережением зажигания. Измеряется он, однако, не в единицах времени, а в градусах угла поворота коленчатого вала, поэтому и сам параметр называется «угол опережения зажигания» (или УОЗ).
Современные технологии позволили нам «заглянуть» внутрь камеры сгорания прямо во время работы двигателя, и теперь любой может собственными глазами увидеть опережение зажигания. Если попытаться зафиксировать это картинкой, то это будет выглядеть примерно так:
Красным выделено положение поршня в момент воспламенения, а синим — положение ВМТ. В динамике это можно увидеть на видео внизу.
На любом бензиновом двигателе угол опережения зажигания должен быть правильно выставлен. На самых первых автомобилях опережение зажигания выставлялось водителем прямо во время движения — для этого на руле был отдельный рычажок, наряду с рычагом акселератора. В документации тех лет особо подчеркивался этот аспект водительского мастерства — правильно выбрать режим работы двигателя. В некоторых документах (например, на автомобили Buick периода 1910-1920 годов) использовался термин «чувство лошади».
Времена показали, что водителю и без того хватает забот, поэтому со временем это бремя с него сняли. Если переместиться в советский автопром семидесятых годов, мы увидим, что опережение зажигания регулировалось уже механиком, с помощью поворота трамблера (прерывателя-распределителя) на определенный угол. В то время умение выбрать УОЗ уже не было обязательным для водителя, однако хорошим тоном считалось, когда автовладелец сам умел настроить этот угол правильно, а также снять, почистить, собрать, поставить и настроить карбюратор. Тем не менее, уже тогда в составе системы зажигания был механический и/или вакуумный корректор, сдвигающий УОЗ в зависимости от нагрузки на двигатель (фактически — от разрежения в задроссельном пространстве или от оборотов двигателя).
Совершим еще один скачок во времени. В наши дни управление УОЗ полностью отдано электронному блоку управления (ЭБУ) двигателем. На него не может влиять ни водитель, ни механик — автопроизводители не дают штатных средств управлять этим параметром. От этого, однако, данный параметр не стал менее важен для работы двигателя. А значит, и при диагностике нужно понимать, что означает этот параметр и как им управляет ЭБУ.
УОЗ является одним из параметров, влияющих на экологичность выхлопа, поэтому он обязательно присутствует в наборе параметров, выдаваемых по стандартному протоколу OBD/EOBD. Зачастую его выдача выглядит очень упрощенной, так как ЭБУ нередко вычисляет его отдельно для каждого цилиндра, но и существущего параметра часто достаточно, чтобы оценить работу двигателя. Тем более ее достаточно, чтобы оценить зависимости.
Подключимся к автомобилю Opel Astra H (он выбран, потому что есть под рукой, а не из каких-то глубоких соображений) и посмотрим, как выглядит зависимость УОЗ от оборотов двигателя:
Видно, что на холостых оборотах УОЗ находится где-то в диапазоне 18-20 градусов. Это в наших условиях. При более холодной погоде, например, он будет сдвигаться, т. к. температура воздуха во впуске будет отличаться. На непрогретом двигателе УОЗ тоже будет отличаться, например, сразу после старта зажигание будет максимально поздним. Дело в том, что особых мощностных характеристики сразу после старта от мотора не требуется, а вот прогревать катализатор и лямбда-зонд как раз нужно скорее. Позднее зажигание приводит к тому, что в выпуск уходят максимально горячие отработавшие газы, что и способствует максимально быстрому разогреву датчика кислорода и катализатор.
При нарастании оборотов УОЗ увеличивается. Здесь очень простой физический смысл: на повышенных оборотах поршень движется быстрее, а скорость сгорания смеси не меняется. Значит, смесь надо поджигать раньше. Эта зависимость сохраняется как на холостом ходу, так и во время движения.
На автомобилях с трамблером и корректором зажигания зависимость УОЗ была только от одного параметра. Однако с ужесточением экологических требований появились более жесткие требования — стало необходимо учитывать гораздо больше факторов. Это и явилось одной из основных причин перехода на электронное управление зажиганием.
Поэтому, если нужно выразить зависимость УОЗ от внешних условий, она будет выглядеть как набор сложных трехмерных графиков типа таких:
Кстати, при чип-тюнинге, как правило, эти зависимости также затрагиваются. В зависимости от целей чип-тюнинга, прошивка может сдвигать эту зависимость либо в более экономичный режим, либо в более динамичный.
Штатно работающая система с трамблером на тех же «Жигулях» и «Волгах», вообще говоря, допускала детонацию в определенных режимах, более того, ее наличие в этих режимах было признаком правильно настроенного УОЗ. Руководства по ремонту содержали рекомендацию разогнаться до скорости 50 км/ч и на прямой передаче и резко нажать педаль акселератора в пол. При правильно настроенном УОЗ должна была проявиться кратковременная детонация.
В современных системах ЭБУ тоже отслеживает детонацию, и чаще всего тем же «дедовским» способом, в буквальном смысле на слух. В состав системы входит датчик детонации, представляющий собой практически микрофон. Датчик этот крепится на блок цилиндров.
Угол опережения зажигания
В этой статье рассмотрим такое важное понятие для бензинового двигателя внутреннего сгорания как угол опережения зажигания.
Опережение зажигания – это воспламенение искрой свечи топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя до достижения поршнем верхней мертвой точки.
Для чего собственно надо делать опережение зажигания.
Очень рекомендую, если вы еще не видели, посмотреть как работает двигатель внутреннего сгорания.
Дело в том, что для получения максимальной мощности и крутящего момента от двигателя нужно чтобы давление газов, после сгорания рабочей смеси, достигало максимальной величины в точке 10-12° после верхней мертвой точки. Тогда сила давления газов на поршень будет максимально эффективно преобразована в механическую энергию вращения коленчатого вала. Вопреки расхожему мнению, топливно-воздушная смесь (далее ТВС) не сгорает мгновенно и уж тем более не взрывается в цилиндрах. Реакция окисления, а именно это происходит при сгорании топлива, имеет некую скорость. Так вот, чтобы получить максимум давления газов в нужной нам точке нужно согласовать скорость движения поршня (читай оборотов двигателя) и скорость сгорания ТВС.
Далее позволю себе немного углубится в теорию сгорания ТВС. Фронт распространения пламени начинается с маленького очага, когда искра проскакивает между электродами свечи.
Угол опережения зажигания
Средняя длительность горения искры 1 – 1,5 миллисекунды (одна тысячная секунды). Температура в шнуре пробоя в этот ничтожно малый промежуток времени достигает отметки 10000° С. Тот маленький объем ТВС, что находится в этом промежутке пробоя, сгорает практически мгновенно. Далее, от тепла, которое выделилось при сгорании, происходит дальнейшее распространение фронта пламени по камере сгорания. Первоначальная скорость горения совсем не велика – около 1 м/с. Далее по мере распространения фронта скорость горения достигает 50-80 м/с. Последние порции ТВС, находящиеся около относительно холодных стенок камеры сгорания догорают с гораздо меньшей скоростью. Таким образом, весь процесс горения занимает около 30° угла поворота коленчатого вала.
А теперь рассмотрим повнимательней, что происходит в цилиндре двигателя при различных углах опережения зажигания. Ниже приведена индикаторная диаграмма зависимости давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала при нормальном угле опережения зажигания (далее УОЗ).
Угол опережения зажигания
Здесь максимум давления газов приходится почти сразу (10 — 15°), как только поршень пройдет верхнюю мертвую точку. Мощность и крутящий момент такого двигателя на максимуме.
А теперь посмотрим, что произойдет, если сдвинуть УОЗ в более позднюю сторону.
Угол опережения зажигания
Как видно пик максимального давления газов сместился также в более позднюю сторону и сам по себе он гораздо ниже, чем при нормальном УОЗ. То есть получается, что ТВС сгорая, как бы догоняет уходящий поршень вниз. КПД такого двигателя оставляет желать лучшего.
Иногда смесь может продолжить гореть и после открытия выпускных клапанов, тогда раскаленные выпускные газы могут раньше времени поджечь поступающий свежий заряд ТВС. В таком случае, при позднем зажигании, могут наблюдаться хлопки во впускной коллектор.
И противоположный случай, когда слишком раннее зажигание.
Угол опережения зажигания
Пик максимального давления газов приходится на верхнюю мертвую точку движения поршня или даже раньше. То есть на начальном этапе сгорания ТВС газы давят на поршень в противоход, что естественно тоже снижает мощность двигателя и может стать причиной такого нежелательного явления как детонация.,
От чего зависит угол опережения зажигания.
1.Прежде всего УОЗ зависит от скорости вращения коленчатого вала двигателя. Чем больше количество оборотов в минуту делает коленчатый вал, тем раньше надо воспламенять ТВС, чтобы пик максимального давления был в нужной нам точке.
Угол опережения зажигания
2. От температуры. Чем ниже температура двигателя и ТВС, тем ниже скорость реакции окисления (сгорания), соответственно УОЗ должен быть более ранним. И соответственно наоборот.
3. От нагрузки на двигатель. Чем больше нагрузка на двигатель, тем больше цикловое наполнение цилиндра ТВС, соответственно тем меньше должен быть УОЗ для того чтобы избежать детонации.
Оптимальная настройка УОЗ.
В эпоху карбюраторных Жигулей настройка начального УОЗ делалось просто на слух. На 4й передаче при скорости 50 км/ч резко надавить педаль газа, должна кратковременно быть слышна детонация. Если детонации нет, крутим трамблер на опережение, пока не будет слышно. Если детонация слышна более 1-2 секунд, то крутим трамблер на более поздний угол.
На СТО для настройки УОЗ использовался стробоскоп. В любом случае в системах зажигания, где используется трамблер, настройке подлежит только начальный УОЗ.
С появлением микропроцессорных систем управления двигателем появилась возможность более точно настраивать УОЗ для различных режимов работы двигателя. Если в трамблерах за изменение УОЗ отвечал вакуумный и центробежный регулятор, то умная электроника на основании данных с датчиков системы управления двигателем сама высчитает необходимый оптимальный угол согласно картам калибровок, заложенных в прошивке контроллера. Вот типичный пример трехмерной карты калибровок УОЗ для одного режима работы двигателя (ВАЗ, блок М73).
Управление углом опережения зажигания производится в два этапа. При начальном управлении используется фиксированный угол опережения зажигания при запуске двигателя. При последующем управлении угол опережения зажигания определяется коррекцией угла опережения зажигания по сигналам датчиков, которая применяется к базовому значению угла опережения зажигания, рассчитанному по сигналу нагрузки двигателя (давление во впускном коллекторе и расход воздуха) и сигналу частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Настройка оптимальных углов опережения зажигания является одной из самых сложных и приоритетных задач при чип-тюнинге, поскольку от этого зависит динамика и мощность двигателя, расход топлива и в целом удобство управления автомобилем.
Углы зажигания — разоблачение мифов…
Широко распространен миф о том, что максимальное значение угла опережения зажигания всегда означает максимум мощности. В этой статье вы прочитаете, что собственно ошибочно в таком утверждении:
Свеча зажигания воспламеняет смесь, и смесь начинает гореть. Скорость распространения фронта пламени зависти от качества смешения, а именно насколько много молекул воздуха и топлива находятся в непосредственной близости в камере сгорания. Насколько ближе находятся друг от друга молекулы друг от друга, настолько легче пламени перепрыгнуть с одного набора молекул на другой. Скорость воспламенения также зависит от соотношения воздух к топливу. Смесь с параметром AFR в пределах 12.5-13 загорается наиболее быстро. Более бедная смесь загорается медленнее. Но более богатая смесь тоже горит медленнее. Вот почему смесь максимальной мощности это смесь с максимальной скоростью воспламенения. Проходит некоторое время пока этот фронт горения охватит все топливо в камере сгорания. По мере возгорания давление и температура в цилиндре возрастает. Давление достигает пика в некоторой точке после ВМТ. Многие эксперименты показали, что оптимальное положение пика давления находится в 15-20 градусах после ВМТ. Конкретное положение этого пика не зависит ни от нагрузки на двигатель ни от его оборотов, но зависит от геометрии мотора.
Обычно смесь полностью сгорает примерно до 70 градусов после ВМТ. Но так как плотность смеси и AFR в двигателе постоянно меняются, смесь должна воспламеняться в соответствующей точке для достижения максимума давления в оптимальном положении поршня. При увеличении оборотов двигателя, вы должны поджигать смесь в камере сгорания раньше, так как меньше остается на горение смеси между искрой и углом достижения оптимального давления. Если плотность смеси изменяется вследствие наддува или увеличенной степени сжатия, смесь должна поджигаться позже для того что бы давление достигало максимума в той же оптимальной точке.
Если смесь воспламенена слишком рано, поршень продолжает движение к ВМТ, испытывая давление от уже горящей смеси. Это приводит к следующим эффектам:
• Возникающее давление до достижения ВМТ пытается провернуть коленвал в обратном направлении, что приводит к потере мощности
• Точка в которой давление в цилиндре достигает максимума находится существенно ближе к ВМТ, и как результат плечо силы приложенной к коленчатому валу оказывается меньше(соответственно меньше крутящий момент и мощность) а также ведет к серьезному возрастанию температуры и давления в цилиндре, что ведет к детонации.
зачем нужно опережение зажигание в бензиновом и дизельном двигателе? польза какая?
Наивыгоднейшее опережение зажигания в основном зависит от соотношения между скоростью горения смеси и числом оборотов двигателя. Чем больше число оборотов двигателя, тем больше должно быть опережение зажигания, а чем больше скорость горения смеси, тем меньше. Скорость горения зависит от конструкции двигателя, от состава рабочей смеси и некоторых других факторов. Наибольшее влияние на скорость сгорания оказывает содержание остаточных газов в рабочей смеси. При малом открытии дроссельной заслонки процентное содержание остаточных отработавших газов велико, смесь горит медленно, поэтому опережение зажигания должно быть большим. По мере открытия дроссельной заслонки в цилиндр поступает всё больше свежей горючей смеси, а количество отработавших газов остаётся примерно неизменным, в результате процентное содержание их уменьшается и смесь горит быстрее — опережение зажигания должно уменьшатся. При одновременном изменении положения дросселя (изменение нагрузки) и числа оборотов наивыгоднейшее опережение зажигания зависит от обоих факторов одновременно и в зависимости от условий работы двигателя оба фактора могут влиять на наивыгоднейшее опережение в одном или в разных направлениях.
Для изменения опережения зажигания в зависимости от оборотов коленчатого вала используют центробежные регуляторы, расположенные обычно в прерывателях. При изменении нагрузки двигателя и сохранении его оборотов постоянными центробежный регулятор не меняет опережения зажигания, в то время как в этих условиях (постоянные обороты и переменная нагрузка) угол опережения зажигания должен изменяться. Для этого центробежный регулятор дополняют вакуумным регулятором.
Всё это справедливо при условии, что топливо допускает бездетонационную работу двигателя. Однако в действительности предельная величина опережения зажигания ограничивается явлением детонации в двигателе. Поэтому при переходе с топлива одного качества на другое, отличающееся от первого антидетонационными свойствами, установка зажигания должна быть изменена. Это осуществляется при помощи устройства снабжённого шкалой с делением. Такое устройство называется октан-корректором, позвг
Как отрегулировать зажигание
Зажигание автомобильных бензиновых двигателей — это процесс образования искр на электродах свечей зажигания, поджигающих смесь в камере сгорания. От момента зажигания напрямую зависят эффективность процесса сгорания топлива, да и работоспособность двигателя в целом, поэтому опережение зажигания должно быть выставлено в самое оптимальное для вашего автомобиля положение. Регулировка опережения зажигания производится при помощи стробоскопа и набора ключей — инструментов, имеющихся в любом автомагазине.
Часть 1: Принцип работы системы зажигания
1.Выясните, требуется ли вашему автомобилю регулировка зажигания. Большинство современных машин оборудовано системами электронного управления зажиганием, не имеющими никаких регулировок. Но для эффективной эксплуатации более старых автомобилей с четырехтактными двигателями требуется периодическая подстройка опережения зажигания, гарантирующая своевременное искрообразование.
— Если во время работы двигателя появились признаки неполадок системы зажигания (например, стук пальцев, детонация или слишком раннее/позднее зажигание), то автомобиль необходимо отвезти к мотористу либо выставить зажигание самостоятельно.
2.Что такое рабочий цикл двигателя. Под четырьмя тактами работы двигателя внутреннего сгорания подразумеваются впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Зажигание происходит на границе тактов сжатия и рабочего хода — в этот момент свеча вырабатывает искру, поджигающую топливную смесь. Энергия, высвободившаяся в результате горения, толкает поршень, который, в свою очередь, вращает коленвал двигателя.
— Свеча должна дать искру в момент, когда поршень, двигаясь в процессе такта сжатия, почти достиг положения, называемого «верхней мертвой точкой» (ВМТ). Со временем момент срабатывания свечи может немного сбиться, уменьшив время эффективного действия искры. Промежуток между воспламенением смеси и достижением ВМТ называется опережением зажигания; его значение определяется по нумерованной шкале, нанесенной на маховик двигателя.
3.Разберитесь в обозначениях угла опережения зажигания. Найдите на передней части маховика шкалу меток; ее нумерация представляет собой ряд цифр, убывающий до ноля, а затем снова возрастающий. Как правило, заводские установки таковы, что когда первый цилиндр находится в ВМТ, видна нулевая отметка. По мере увеличения оборотов двигателя угол опережения зажигания меняется; получившийся диапазон требует периодической проверки и регулировки при помощи стробоскопа.
Цифры на шкале слева от ноля обозначают движение поршня вниз, а справа — соответственно, вверх. Перемещение маховика вправо делает зажигание более ранним, а влево — более поздним.
Часть 2. Проверка угла опережения зажигания
1. Подключите стробоскоп. Подсоедините провода питания стробоскопа к клеммам аккумулятора и прикрепите датчик стробоскопа к высоковольтному проводу свечи первого цилиндра. Для получения более точных инструкций по подключению стробоскопа изучите руководство по эксплуатации своего прибора.
Стробоскоп короткими вспышками освещает шкалу на вращающемся маховике, высвечивая конкретную метку, соответствующую углу опережения зажигания, при котором свеча дает искру. В момент вырабатывания искры датчик посылает сигнал в стробоскоп, который включается и освещает цифру, появившуюся в данный конкретный момент времени.
2. Попросите помощника добавить оборотов. Для проверки угла зажигания и наблюдения за процессом вам потребуется ассистент, который бы нажал на педаль газа, пока вы будете разглядывать шкалу при свете стробоскопа. Ну и, конечно же, предварительно вы должны надежно припарковать свой автомобиль, а в процессе работы — держать руки подальше от движущихся частей двигателя.
3. Направьте свет стробоскопа прямо на маховик и найдите цифру. Несмотря на то, что маховик вращается, вспышки стробоскопа должны четко высветить определенную цифру. Это — значение угла опережения зажигания в градусах. Также запомните положение этой цифры — справа или слева от ноля.
— В процессе увеличения оборотов момент появления искры должен немного измениться. Это нормально, ведь зажигание работает нелинейно, и с увеличением скорости в значение угла опережения зажигания вводится поправка.
— Для определения суммарного угла опережения необходимо раскрутить двигатель хотя бы до 3500 об/мин. Только в таком случае вы добьетесь того, что к начальному значению угла опережения зажигания добавится поправка.
4. Не забудьте про вакуумный регулятор опережения зажигания, если он у вас установлен. Во время работы двигателя вакуумный регулятор вносит поправку в значение угла опережения зажигания, поэтому перед запуском двигателя его нужно отключить. Для этого на заглушенной машине сначала ослабьте болт крепления корпуса трамблера, а затем на время проверки и регулировки угла опережения зажигания снимите с вакуумного регулятора трубку и заткните ее куском материи.
— На малых оборотах вакуумный регулятор вносит в угол опережения зажигания лишь незначительные поправки, потому что в таких условиях мембрана внутри регулятора перемещается на небольшое расстояние.
5. При необходимости отрегулируйте угол опережения зажигания. Теперь, когда вы узнали действующую величину угла опережения зажигания, как понять, нужна ли регулировка? Каждой конкретной модели автомобиля соответствует свой угол опережения зажигания; это зависит от типа двигателя, года выпуска, трансмиссии и многих других параметров. Чтобы понять, требуется ли дополнительная регулировка угла опережения зажигания, выясните паспортное значение этого параметра для своего автомобиля и, сравнив это число с полученным значением, при необходимости проведите настройку.
— Если вы не знаете требуемого угла зажигания, то обратитесь за помощью к автомеханику или работнику автомагазина, чтобы они поискали по своим справочникам значение этого параметра для вашего автомобиля.
Часть 3: Регулировка угла опережения зажигания
1 Ослабьте болт крепления корпуса распределителя зажигания (трамблера), чтобы его можно было свободно вращать. Для регулировки угла опережения зажигания вам нужно будет поворачивать трамблер в том или другом направлении, в зависимости от того, потребуется ли вам более раннее или более позднее зажигание.
— Если бегунок вращается по часовой стрелке, то при повороте корпуса трамблера против часовой стрелки вы устанавливаете более раннее зажигание, и наоборот. Возможно, прежде чем вы разберетесь, придется немного повозиться; тут и пригодятся помощники: один будет газовать, другой — проверять метку, а третий — крутить трамблер.
2 Пока двигатель работает на повышенных оборотах, проведите настройку. Плотно возьмитесь за корпус трамблера и начните медленно его вращать в одну или другую сторону. Продолжайте настройку, пока метка не окажется в правильной позиции. Вращая трамблер и периодически перепроверяя положение метки при помощи стробоскопа, добейтесь требуемой настройки. Когда это произойдет, зафиксируйте трамблер, затянув крепежный винт.
3 Если настройка угла вызывает затруднения, то установите трамблер «на глаз», в положение 34°.36°. Характеристики типичного двигателя Шевроле «смол-блок» таковы, что для максимальной производительности при 3500 об/мин зажигание должно быть выставлено в указанных пределах; такой угол опережения зажигания обеспечивает наиболее стабильную работу двигателя.[3]
— После установки угла зажигания «на глаз» нелишним будет затем отпустить газ, дождаться, пока установятся обороты холостого хода и еще раз перепроверить угол опережения зажигания, чтобы узнать, какова метка оптимального угла зажигания на холостом ходу.
4 После успешного окончания регулировки угла опережения зажигания затяните крепежный винт трамблера.
Советы
— При проведении любых работ с автомобилем всегда имеет смысл очищать снятые детали и перед обратной установкой производить их дефектовку.
— Хорошенько очистите шкалу, нанесенную на маховик, и для облегчения считывания наметьте белым или желтым маркером центральную метку, соответствующую ВМТ.
— Не забывайте, что вы работаете под открытым капотом своего автомобиля при включенном (или выключенном) двигателе. Предпримите все необходимые меры безопасности, в том числе наденьте защитные перчатки и закрытую обувь, а также не надевайте свободную одежду, которая может быть затянута движущимися частями двигателя.