Влияние момента зажигания на работу двигателя

Момент зажигания (угол опережения зажигания)

Существенное влияние на мощность, экономичность и токсичность двигателя оказывает момент зажигания (появление искрового разряда в свече). Для каждого режима работы двигателя имеется оптимальный момент зажигания, обеспечивающий наилучшие показатели работы двигателя.

Угол опережения зажигания, при котором двигатель внутреннего сгорания развивает максимальную мощность на данном скоростном и нагрузочном режимах, называют оптимальным.

При раннем зажигании (угол опережения больше оптимального) максимальное давление в цилиндре создается до прихода поршня в верхнюю мертвую точку. В результате поршень принимает сильные встречные удары, что приводит к потере мощности с характерными металлическими стуками и форсированным износом деталей двигателя.

При позднем зажигании после перехода поршня через верхнюю мертвую точку (угол опережения зажигания меньше оптимального) топливо–воздушная смесь горит в такте расширения и в процессе выпуска. Давление газов не достигает своей максимальной величины, мощность и экономичность двигателя снижаются. Происходит также повышение токсичности выхлопных газов и температуры, так как двигатель перегревается из–за увеличения отдачи тепла в охлаждающую жидкость.

С повышением частоты вращения коленчатый вал проходит больший угловой путь за время горения топливо–воздушной смеси, и угол опережения зажигания необходимо увеличивать. При непрерывно изменяющейся частоте вращения коленчатого вала, угол опережения зажигания автоматически корректирует центробежный регулятор.

С уменьшением нагрузки двигателя (прикрытием дроссельной заслонки), при постоянной частоте вращения наполнение цилиндров свежей топливо–воздушной смесью уменьшается, а процентное содержание остаточных газов в рабочей смеси увеличивается, она горит медленнее и требует увеличения угла опережения зажигания. Автоматическое изменение угла опережения зажигания при изменении нагрузки осуществляет вакуумный регулятор опережения зажигания.

При переходе на топливо, имеющее меньшее октановое число, угол опережения уменьшают в ручную, с помощью октан–корректора.

На рис. 4.5 показано изменение давления в цилиндре двигателя в зависимости от угла опережения зажигания.

Оптимальное протекание процесса сгорания происходит в том случае, когда угол опережения зажигания является наиболее выгодным (кривая 2). Максимум мощности двигатель развивает в том случае, если наибольшее давление в цилиндре создается после верхней мертвой точки через 10 — 15° угла поворота коленчатого вала двигателя, т. е. когда процесс сгорания заканчивается несколько позднее верхней мертвой точки. Оптимальный угол опережения зажигания определяется временем, которое отводится на сгорание топливо–воздушной смеси и скоростью ее сгорания. В свою очередь, время, отводимое на сгорание, зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, а скорость сгорания определяется составом рабочей смеси и степенью сжатия.

Рис. 4.5. Изменение давления в цилиндре двигателя

в зависимости от момента зажигания:

1 — раннее зажигание; 2 — нормальное зажигание;
3 — позднее зажигание; а — момент зажигания;
б — детонация; Pz — максимум давления в цилиндре

По современным представлениям, угол опережения зажигания должен выбираться с учетом частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя, температуры охлаждающей жидкости и всасываемого (забортного) воздуха, атмосферного давления, состава выхлопных газов, скорости изменения положения дроссельной заслонки (разгон, торможение).

На рис. 4.6 и 4.7 приведены зависимости оптимального угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя.

Кроме обеспечения оптимального угла опережения зажигания, система зажигания также должна обеспечивать очередность подачи импульсов высокого напряжения на свечи соответствующих цилиндров

двигателя в соответствии с порядком его работы.

Рис. 4.6. Зависимость угла опережения зажигания от частоты вращения коленчатого вала двигателя

Рис. 4.7. Зависимость угла опережения зажигания от нагрузки при различной частоте вращения коленчатого вала ДВС

Читайте также:  Вебасто дизельного двигателя своими руками

Источник

Влияние момента зажигания на работу двигателя

Термин «угол опережения зажигания» современный автовладелец, да и механик, слышит не так уж часто. А опережение зажигания, несмотря на это, по-прежнему есть и играет важную роль в работе двигателя. Какую именно — разбираемся ниже с помощью Motordata OBD и знаний об устройстве двигателей внутреннего сгорания.

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.

Читайте также:  Чем отличается двигатель qg15de от qg15

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.

В штатном режиме смесь сгорает медленно, а при детонации — на порядок, а то и на два порядка быстрее. Это фактически взрыв смеси. Проблема этого режима в том, что давление тоже нарастает гораздо быстрее, чем при штатном сгорании. Это приводит к ударным нагрузкам на детали двигателя, в первую очередь — на поршень. Такие нагрузки могут привести к разрушению двигателя, поэтому детонации надо избегать.

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.

Источник

Момент зажигания

Момент зажигания — это момент образования искры между электродами свечи зажигания. Величина момента зажигания определяется в градусах угла поворота кривошипа (шатунной шейки) коленчатого вала по отношению к верхней мертвой точке поршня. Эта величина именуется угол опережения зажигания — угол поворота кривошипа от момента, при котором на свече зажигания происходит искрообразование, до занятия поршнем верхней мертвой точки. Величина угла опережения зажигания зависит от режима работы двигателя, который, с учетом задержки воспламенения рабочей смеси, должен обеспечивать оптимальное изменение давления в цилиндре во время сгорания смеси. Следовательно, момент зажигания должен быть выбран так, чтобы основной процесс сгорания и, соответственно, пик давления в цилиндре, происходили вскоре после прохождения поршнем верхней мертвой точки. Соответственно, воспламенение сжатой рабочей смеси в цилиндре осуществляется непосредственно перед верхней мертвой точкой поршня.

Читайте также:  Визг при работе двигателя ваз

При максимально возможном крутящем моменте и незначительном содержании вредных примесей в отработавших газах необходимо обеспечить минимальный расход топлива. При этом не должно происходить детонационное сгорание.

Рис. Распределитель зажигания производства фирмы «Bosch»

В индуктивной (контактной) системе зажигания регулировка угла опережения зажигания осуществляется механически в распределителе зажигания. Так как при увеличении частоты вращения коленчатого вала увеличивается задержка воспламенения рабочей смеси, угол опережения зажигания настраивается как «ранний» с помощью центробежного регулятора. Это необходимо, так как при одинаковом составе горючей смеси задержка воспламенения остается постоянной, и вследствие этого, при росте частоты вращения всегда необходим более «ранний» момент зажигания. В двигателях с непосредственным впрыском бензина и послойным образованием рабочей смеси диапазон изменений момента зажигания посредством окончания впрыскивания и времени, необходимого для подготовки смеси, сильно ограничен. Одновременно время задержки воспламенения увеличивается, если смесь в районе свечи зажигания является бедной. Для решения подобной проблемы иногда используют установку второй свечи зажигания в камере сгорания. Кроме того, необходимо соблюдать оптимальный температурный режим работы свечи зажигания, что достигается точной регулировкой зазора между центральным и боковым электродами свечи.

В прерывателе-распределителе контактной системы зажигания, кроме регулировки угла опережения зажигания с помощью центробежного регулятора, то есть в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, необходимо обеспечить аналогичную регулировку в зависимости от нагрузки на двигатель. Для этого в распределитель встроен вакуумный регулятор угла опережения зажигания (вакуумный корректор), соединенный с впускным коллектором и реагирующий на изменение разрежения воздуха, то есть на изменение нагрузки.

В диапазоне частичных нагрузок воспламенение рабочей смеси должно происходить раньше, чем при полной нагрузке с богатой горючей смесью. В режиме холостого хода и при движении накатом, как правило, происходит увеличение задержки воспламенения рабочей смеси.

Графическое изображение изменения угла опережения зажигания представлено на рисунке.

Рис. Изменение момента зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель, кривые изменения угла опережения зажигания

При использовании системы электронного зажигания возможен более гибкий выбор момента зажигания. При этом обеспечивается лучшая регулировка режимов работы двигателя. Подбор данных для такой регулировки, которая может состоять более чем из 4000 отдельных значений, происходит с помощью испытаний двигателя в различных режимах работы с изменениями параметров (частота вращения коленчатого вала, угол опережения зажигания и др.).

Рис. Диаграмма зависимости угла опережения зажигания от частоты вращения коленчатого вала и расхода воздуха (разработка фирмы «Bosch»)

При испытаниях меняется также нагрузка на двигатель, под которой в данном случае понимается отношение фактического расхода воздуха на каждый цилиндр к теоретическому расходу воздуха.

По результатам испытаний создается программа для работы электронных блоков управления двигателем. В эксплуатации угол опережения зажигания корректируется в зависимости не только от нагрузки на двигатель и дорожных условий. Учитываются также температуры двигателя и воздуха, работа дополнительного оборудования автомобиля и многие другие параметры.

Источник

Adblock
detector