Угол опережения зажигания. Зачем он и как им управлять
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.
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
Проверка угла опережения зажигания
Вы вдавливаете педаль газа в пол, чтобы обогнуть поток въезжающих машин, и понимаете, что автомобиль почти не откликается. Такси тормозит в каком-то дюйме от заднего бампера вашего автомобиля, и таксист возмущенно жмет на клаксон, чтобы высказать вам все, что он думает. Однако разгон вашего автомобиля не похож сам на себя. Что может быть не так? Двигатель работает гладко, ему просто не хватает мощности. Нет ни сигнала CHECK ENGINE (проверь двигатель), ни кодов неисправности.
Извините за вопрос, но когда в последний раз вы проверяли опережение зажигания? Опережение зажигания, ответите вы. Ведь вы водите модель 1997 года с большим, быстрым компьютером двигателя. Все эти компьютерные штуковины должны управлять этой ерундой, правда?
В действительности вам может понадобиться откопать ваш старый стробоскоп и пустить его в дело. Проверка и, возможно, регулировка угла опережения зажигания могут оказаться утраченными навыками, но большинство легковых и грузовых автомобилей все еще имею: метку для установки зажигания – и она там не просто для красоты.
Если искры возникают на свечах слишком рано или слишком поздно, эксплуатационные характеристики двигателя падают, и транспортное средство, вероятно, не пройдет проверку состава отработавших газов. Конечно, изменения в опережении зажигания контролируются компьютерами уже много лет и легковых, и на грузовых автомобилях. Те не менее базовая установка угла опережения зажигания все равно должна оставаться правильной.
Наблюдается тенденция к использованию зажигания типа «катушка на свече», без проводов к свечам зажигания (и без удобного приспособления для стробоскопа) и без меток для установки зажигания тоже. Если ваш двигатель не имеет меток, вам придется проверять регулирование зажигания при помощи сканирующего прибора для испытаний, который покажет сведения датчика, обработанные компьютером. Тем не менее если имеются метки, то лучше произвести целенаправленную проверку – настоящего угла опережения зажигания, а не обработанного компьютером сигнала.
Если у вас автомобиль с распределителем, опережение зажигания, возможно, регулируемое. Оно может иметь очень небольшой диапазон регулирования, но если вы заметите какую-нибудь щель в отверстиях распределителя под болты или гайки, момент зажигания можно переустановить.
Даже если нет распределителя, есть нормативы базового опережения зажигания, и если они неправильные, двигатель не будет работать так, как нужно. Проблема может быть вызвана слабым сигналом от датчика или даже неисправным компьютером, но пока вы не проверите установку опережения зажигания, вы не узнаете.
Большинство автомобилей, выпущенных до 1996 года, были оборудованы диагностической системой отработавших газов, названной OBD (On-Board Diagnostics – бортовая диагностика). Большое число таких моделей, включая двух лидеров продаж, «Хонда Аккорд» и «Тойота Камри», имеют регулируемую установку опережения зажигания. В 1996-м вошла в использование гораздо более чувствительная, сложная система, названная OBD II. При любой системе нет никакой гарантии, что ошибка в установке опережения зажигания заставит загореться сигнал CHECK ENGINE или даже код неисправности.
Проверять установку опережения зажигания довольно несложно – если у вас есть хороший стробоскоп, подходящий к вашему автомобилю. Тип, который вам нужен, зависит от типа четок для установки опережения зажигания на вашем двигателе. Найдите нормативы опережения зажигания в руководстве по эксплуатации или в информационной системе по послепродажному обслуживанию.
Как найти метки для установки опережения зажигания
Найти метки для установки опережения зажигания может оказаться нелегко, если они на передней части двигателя и покрыты грязью.
В моторном отделении темно и глубоко, да и довольно грязно. На холодном двигателе почистите табличку опережения зажигания и шкалу, чтобы их было хорошо видно.
Метки можно найти на картере маховика трансмиссии. (Для защиты картера от дорожной пыли может использоваться резиновая заглушка. Удалите заглушку для проверки установки опережения зажигания). Почистите метку и выделите установленное техническими условиями опережение зажигания с помощью мела или белого лака для ногтей. Выделение должно быть тонким, так как широкая метка может перекрыть несколько градусов. Вам необходима точная установка опережения зажигания.
Когда стробоскоп направлен на метки установки опережения зажигания при работающем двигателе, неподвижная метка должна совпасть с освещенной меткой на вращающейся части, будь это шкив коленчатого вала, или демпфер, или маховик. Если метки не совпадают, произведите необходимую регулировку распределителя или следуйте процедуре диагностики из руководства по эксплуатации, чтобы выяснить, нормально ли работают датчик и компьютер.
Метка для установки опережения зажигания на маховике может находиться под крышкой для защиты от пыли или под заглушкой. 1 – РЕЗИНОВАЯ ПЫЛЕЗАЩИТНАЯ ЗАГЛУШКА. 2 – МАХОВИК. 3. – МЕТКА ДЛЯ УСТАНОВКИ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ.
Если есть только неподвижная точка и одиночная линия на демпфере или шкиве коленвала, вам, возможно, не удастся проверить угол опережения зажигания с помощью простого стробоскопа. Когда эти две метки совпадают, угол опережения зажигания равен нулю, если не отмечен как-то по-иному. Нуль означает, что искра возникает тогда, когда поршень находится в самой верхней точке своего хода – «верхней мертвой точке» (ВМТ). В действительности опережение зажигания обычно составляет несколько градусов перед (или даже после) верхней мертвой точки. Если нет метки для этой нормы, все, что вы увидите с помощью стробоскопа, что две метки немного расходятся. Правильное ли это число градусов? Вам нужен настраиваемый стробоскоп. С его помощью вы можете изменить синхронность стробируюущего светового сигнала, чтобы свет вспыхивал раньше или позже. Затем вы снимаете показания с круговой шкалы или цифрового дисплея, чтобы определить, на сколько градусов вам нужно изменить вспышки стробоскопа, прежде чем метки установки опережения зажигания совпадут. Если вы измените ее на 16° в сторону уменьшения, угол опережения зажигания увеличится на 16°. Если заводская норма 10° опережения, это будет слишком много. Если вы изменили его на 6°, но норма опережения зажигания 10°, опережение зажигания запаздывает. В любом случае, необходима регулировка.
Мел или подкрашивающая краска светлого цвета поможет вам лучше видеть метку угла опережения зажигания 1. – МЕЛ. 2 – МЕТКА ДЛЯ УСТАНОВКИ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ. 3 – ШКИВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА.
Ладно, вот таким образом вам следует действовать. Давайте пройдем через реальную проверку угла опережения зажигания для демонстрации. Во-первых, метки установки опережения зажигания должны быть чистыми и хорошо видны. Обычно их не очень хорошо видно из-за того, что в моторном отсеке много всего. Возможно, вам придется открутить и убрать питательный бачок, чтобы получить хороший угол обзора. Это важно, потому что, если угол обзора слабый, вы можете совершить так называемую «параллактическую ошибку» (от обзора в направлении, не перпендикулярном поверхности), в результате которой ошибетесь на пару градусов.
Подсоедините стробоскоп. Провод питания и заземления подсоединяют к аккумулятору, провод с пластмассовым зажимом (называемый «датчик») подсоединяют к свече зажигания № 1. Датчик должен быть помещен под прямым углом на проводе к свече. На однорядном четырехцилиндровом или шестицилиндровом двигателе свеча, расположенная ближе всех к стороне двигателя с ремнем и шкивами, практически всегда № 1. Если у вас V-образный двигатель, вам необходимо свериться с руководством по эксплуатации, так как свеча № 1 может оказаться на любой стороне.
Современные стробоскопы часто имеют регулируемую функцию задержки/опережения, которая позволяет вам установить угол опережения зажигания на такое значение, которое не напечатано на табличке установки опережения зажигания. 1– УСТАНОВОЧНАЯ МЕТКА ВМТ (ВЕРХНЕЙ МЕРТВОЙ ТОЧКИ). 2 – ШКАЛА УСТАНОВКИ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ. 3 – ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК НА ПРОВОДЕ К СВЕЧЕ N° 1. 4 – ВИБРОГАСИТЕЛЬ (ДЕМПФЕР ВИБРАЦИЙ). 5 – РЕГУЛИРУЕМЫЙ СТРОБОСКОП. 6 – 12-ВОЛЬТОВЫЙ ПРОВОД ПИТАНИЯ ДЛЯ СТРОБОСКОПА.
После подключения стробоскопа запустите двигатель и прогрейте его, так чтобы он работал на холостых оборотах. Редко, но все же иногда производители автомобиля указывают, что проверку опережения зажигания следует проводить при работе двигателя на других оборотах. Если установка опережения зажигания неверная, вам нужно выяснить почему. Обычные причины – дефектный датчик положения коленвала (деталь, которая определяет положение коленвала для регулирования угла опережения зажигания с помощью компьютера) или датчик положения дроссельной заслонки. Может и не быть кода неисправности, но, проверив установку угла опережения зажигания, вы положили хорошее начало. Продолжите анализ датчиков при помощи прибора для сканирования и универсального измерительного прибора.
Зажигание без распределителя
Электронный модуль с двусторонней катушкой зажигания для каждой пары из сопутствующих цилиндров – самый распространенный вид зажигания без распределителя. Сопутствующие цилиндры имеют поршни, которые находятся в одинаковом положении в соответствующих цилиндрах в одно и то же время – один на ходе сжатия, готовый к воспламенению свечи зажигания, другой – на ходе выпуска.
Катушечный блок также содержит электронную схему, которая взаимодействует с компьютером двигателя и выполняет его команду к зажиганию. Существует три ключевых входных устройства к компьютеру: датчики положений коленчатого вала и распределительного вала и датчик детонации.
Зажигание использует отдельную катушку для каждой пары цилиндров, обычно в блоке из трех или четырех катушек, соединенных вместе. 1–ДАТЧИК ДЕТОНАЦИИ. 2 – ЭЛЕКТРОННЫЙ КАТУШЕЧНЫЙ БЛОК. 3 – ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ. 4 – ДАТЧИК РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА. 5 – ВХОДЫ ДАТЧИКОВ. 6 – ДАТЧИК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА.
Первые два – электромагнитные устройства, которые реагируют на точно расположенные зазоры в зубчатых колесиках на шкивах. Изменения напряжения, вызываемые изменениями в электромагнитных явлениях, заставляют датчики подавать сигналы, которые сообщают компьютеру, когда каждый из поршней поднимается на ходе сжатия. Таким образом, компьютер может указать катушечному блоку, когда именно разрядить катушку зажигания, чтобы выработать искру. Затем компьютер может поддерживать цепь последовательного чередования цилиндров относительно электронного модуля катушек для их воспламенения (пока работает двигатель). Все, что нужно системе в дальнейшем, – сигналы от датчика коленвала.
Если погодные условия, качество топлива или условия работы приводят к работе двигателя с детонацией, датчик детонации посылает сигнал компьютеру, который уменьшает угол опережения зажигания. Каждая катушка зажигания выпускает искру с обоих концов, но только в том, который в цилиндре с ходом сжатия, есть топливная смесь для воспламенения. Друга искра без ущерба вылетает в отработавшие газы сопутствующего цилиндра.
Опережение зажигания вместе с впрыском топлива регулируются компьютером, в зависимости от изменений в положении дроссельной заслонки, количества оборотов в минуту двигателя, нагрузки и скорости транспортного средства.
Источник