Угол опережения зажигания

Содержание:

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

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.

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).

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.

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.

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.

Зависимость угла опережения зажигания от оборотов двигателя

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.

Зависимость угла опережения зажигания от нагрузки на двигатель

В эпоху карбюраторных двигателей 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).

Калибровка угла опережения зажигания на программе Chip Tuning PRO

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 ВАЗ, поскольку от этого зависит динамика и мощность двигателя, расход топлива и в целом удобство управления автомобилем.

Признаки сбитого УОЗ

Процесс воспламенения смеси топлива и воздуха в камерах двигателя (опаздывающий или проходящий с опережением) может приводить к различным сбоям в работе двигателя. Определить, что установка угла опережения зажигания сделана неверно, помогут следующие признаки:

• Наблюдаются трудности с запуском двигателя.

• Ощутимо увеличиваются аппетиты автомобиля.

• Мотор теряет приемистость, снижается мощность двигателя.

• Можно наблюдать неустойчивую работу на холостом ходу.

• При нажатии на газ теряется отзывчивость агрегата, наблюдается перегрев, а также детонация.

• Также можно слышать хлопки – в карбюратор или впускной коллектор или в выхлопную систему.

Последствия неправильного УОЗ

Как запаздывающее, так и раннее зажигание, не лучшим образом влияет на ресурс силового агрегата и его работу. Нужно добавить, что от правильного угла опережения зажигания двигателя зависят не только такие характеристики, как мощность двигателя или расход топлива. Если искра появляется раньше, чем нужно, тогда давление газов, которые расширяются, будет мешать поршню. Воспламенение после того, как элемент начал двигаться вниз, приведет к тому, что энергия догонит поршень и затем попадет в выпускной тракт, а не сделает полезную работу.

При раннем зажигании поднимающийся элемент должен приложить значительные усилия, чтобы сжать газы, которые образуются от раннего сгорания смеси. В данном случае значительно растет нагрузка на цилиндропоршневую группу и коленчатый вал.

Ранее зажигание определяется по следующим характерным признакам – можно слышать металлические звенящие звуки в процессе работы двигателя. Также будут плавать обороты на холостом ходу. После нажатия на газ будет наблюдаться провал.

Позднее зажигание тоже вредит двигателю. Смесь горит при пониженном давлении и повышенном объеме в цилиндре. Нарушается время горения, за счет чего смесь догорает в процессе рабочего хода поршня. Двигатель теряет мощность. Чтобы разогнаться, необходимо усиленно надавить на педаль газа. Также отмечается высокий расход топлива. Внутри мотора образуется кокс, нагар и различные отложения. Неверное сгорание приводит к перегревам.

Поэтому необходимо знать, как выставить угол опережения зажигания. Это позволит улучшить работу мотора, снизить расход топлива и защитить его от преждевременного износа.

Как определить УОЗ

Для того, что определить УОЗ, следует знать несколько важных понятий:

• Угол имеет зависимость от частоты вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем более ранним должен быть УОЗ. Также на него влияет температура двигателя и горючей смеси. Чем ниже температура мотора, тем более медленным будет горение. Поэтому в данном случае регулировка угла опережения зажигания делается в более раннюю сторону. На горячем моторе все наоборот.

• Также на УОЗ существенно влияет нагрузка на двигатель. Чем больше обороты, тем более ранний угол нужен. Это делается, чтобы исключить детонацию, так как при высоких нагрузках в цилиндры подаются увеличенные порции топливной смеси.

Почему УОЗ сбивается

Подобные ситуации довольно распространены. Параметры, рекомендованные изготовителем, сбиваются. Ведь они просто не предназначены для конкретных условий, в которых эксплуатируется автомобиль. Тут необходимо знать, какой должен быть угол опережения зажигания для конкретных условий – он выставляется вручную.

Но вначале нужно удостоверится, а точно ли нужно вмешиваться и что-то менять. Проверить УОЗ можно на слух, ориентируясь на свои ощущения. Для этого машину разгоняют на прямом участке до 40 км/ч и затем резко давят на газ. Должна быть включена четвертая передача.

Если кратковременно будут слышны детонационные звуки, но при этом разгон будет вполне уверенный, с углом можно не делать ровным счетом ничего. Детонация должна полностью исчезнуть за пару секунд, после отметки на спидометре в 60 км/ч.

Когда звуки не прекращаются, а автомобиль не ускоряется, то это говорит о том, что зажигание сбито. Если детонация не пропадает, то УОЗ слишком ранний. Во втором случае зажигание позднее.

Настройка УОЗ

Давайте узнаем, как выставить угол опережения зажигания. Для этого понадобится специальный прибор – стробоскоп для зажигания. Но если этого прибора нет, то ничего страшного. Если зажигание контактное, то оно настраивается с помощью обыкновенной лампочки. Если система бесконтактная, то настройка осуществляется на слух, а правильность регулировок проверяется вышеописанным методом на дороге.

Бесконтактное зажигание

Если имеется стробоскоп, то его подключают по инструкции к прибору. Обычно у большинства устройств три провода питающих, которые подключаются к аккумулятору, и сигнальный. Последний подсоединяют к свече на первом цилиндре.

Выставляют угол опережения зажигания на холостом ходу, но на хорошо прогретом моторе. Делается это следующим образом. Подключают стробоскоп, а его лампу направляют на маховик – на нем имеются отметки. Лучше заранее найти эти отметки, покрутив двигатель за колесо при включенной пятой передаче. Нужную метку помечают канцелярским корректором. Стробоскоп будет мигать, а метка будет казаться неподвижной, если на нее светить. Вращением трамблера добиваются, чтобы метка была на одном месте напротив отлива на корпусе маховика. Угол опережения зажигания ВАЗа по паспорту – плюс-минус один градус.

Нередко после такой настройки двигатель работает стабильно и хорошо. Расход топлива падает, улучшается динамика. Но так бывает далеко не всегда. В таком случае необходимо настраивать зажигание по детонации.

УОЗ и инжектор

Здесь все гораздо проще. В данном случае включают зажигание и наблюдают за приборной панелью. Если горит лампа, говорящая о неисправностях, то берут ноутбук и проводят диагностику. Далее осматривают дроссельную заслонку. Затем проверяют напряжение в бортовой сети. Заслонку открывают на один процент. Далее резко нажимают на педаль газа. В результате заслонка откроется на 90 процентов. Напряжение на датчике положения дроссельной заслонки должно упасть до 0,45 В. Если это не так, регулируют УОЗ.

С инжекторным двигателем будет достаточно установки заводского начального угла. Здесь электроника решает, какой угол опережения зажигания будет в процессе работы мотора в разных режимах. Начальный угол выставляют аналогично бесконтактному зажиганию. Регулировка осуществляется вращением гаек, крепящих распределитель маховика.

Пропуски зажигания. Детонация двигателя. Угол опережения зажигания. Калильное зажигание. Что это? - видео

УОЗ и детонация - видео