На сколько градусов изменяется угол опережения зажигания центробежным регулятором

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.

Аппараты регулирования угла опережения зажигания

Для регулирования угла опережения зажигания в соответствии с режимами работы автомобильного двигателя при различных эксплуатационных условиях системы зажигания снабжаются автоматическими и ручными регуляторами. Автоматическое регулирование угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала обеспечивается центробежным регулятором, а в зависимости от нагрузки  вакуумным регулятором.

Центробежный регулятор опережения зажигания

Центробежный регулятор опережения зажигания представлен на рис. 4.24. На ведущем валике 4 закреплена пластина с осями 7 для установки грузиков 3. Грузики могут проворачиваться вокруг осей 7 и связаны между собой пружинами 6. На каждом грузике имеется штифт 5, входящий в прорези пластины 2, укрепленной на втулке кулачка 1. Привод кулачка осуществляется от валика через грузики.

Рис. 4.24. Центробежный регулятор опережения зажигания: а – положение грузиков на холостом ходу двигателя; б – положение грузиков при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя

С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя, начиная с некоторого ее значения, грузики под действием центробежной силы расходятся. При этом штифты, двигаясь в прорезях пластины, поворачивают ее и связанный с ней кулачок в сторону вращения ведущего валика. Вследствие этого контакты размыкаются раньше. При уменьшении частоты вращения грузики с помощью возвратных пружин возвращаются в исходное положение. Пружины имеют различную жесткость, что позволяет получить требуемый закон изменения угла опережения зажигания при изменении частоты вращения двигателя. На рис. 4.25 приведены типовые характеристики центробежных регуляторов, представляющие собой зависимость угла опережения зажигания по валику распределителя _р от частоты его вращения n. При достижении определенной частоты вращения грузики полностью расходятся и автомат перестает работать. Характеристика становится горизонтальной.

Рис. 4.25. Типовые характеристики центробежных регуляторов:

1 – пружины с одинаковыми характеристиками жесткости;

2 – пружины с разными характеристиками жесткости;

Вакуумный автомат опережения зажигания

Вакуумный автомат опережения зажигания регулирует момент зажигания при изменении угла открытия дроссельной заслонки, т. е. при изменении нагрузки двигателя. При малых нагрузках двигателя уменьшается наполнение цилиндров топливо–воздушной смесью и, следовательно, давление в момент воспламенения. В то же время увеличивается загрязнение смеси остаточными выхлопными газами, что приводит к уменьшению скорости сгорания, а это требует увеличения угла опережения зажигания. С увеличением нагрузки процент остаточных выхлопных газов, наоборот, уменьшается. Коэффициент избытка воздуха находится в пределах  = 0,8. 0,9. Такая топливо–воздушная смесь имеет наибольшую скорость сгорания, поэтому угол опережения зажигания должен быть минимальным.

Устройство вакуумного автомата опережения зажигания показано на рис. 4.26. Полость вакуумного регулятора, в которой размещена пружина 6, соединяется трубкой 5 со смесительной камерой карбюратора над дроссельной заслонкой. Полость регулятора с левой стороны диафрагмы сообщается с атмосферой. К диафрагме 7 прикреплена тяга 9. Она связана шарниром с подвижной пластиной 11, на которой установлен прерыватель.

Рис. 4.26. Вакуумный регулятор:

1 –крышка корпуса; 2 и 3 – соответственно регулировочная и уплотнительная прокладки; 4 – штуцер трубки, 5 –трубка; 6 – пружина; 7 – диафрагма, 8 – корпус регулятора, 9 – тяга; 10 – ось тяги; 11 – подвижная пластина прерывателя; I – положения диафрагмы вакуумного регулятора при большей (а) и меньшей (б) нагрузках на двигатель

При уменьшении нагрузки двигателя дроссельная заслонка прикрывается и разрежение в месте подсоединения вакуумного регулятора, а следовательно, и в полости правой стороны диафрагмы увеличивается. Под действием разности давлений диафрагма 7, преодолевая усилия пружины 6, перемещается и тягой 9 поворачивает подвижную пластину 11 вместе с прерывателем навстречу направлению вращения кулачка. Таким образом, угол опережения зажигания увеличивается.

С увеличением нагрузки двигателя дроссельная заслонка открывается, разрежение в полости регулятора уменьшается, и пружина 6 перемещает влево диафрагму 7 и связанную с ней тягу 9. Тяга поворачивает подвижную пластину 11 и прерыватель в направлении вращения кулачка, уменьшая, таким образом, угол опережения зажигания.

Отверстие для подсоединения трубки вакуумного автомата опережения зажигания расположено таким образом, что при холостом ходе двигателя заслонка карбюратора перекрывает отверстие, и оно оказывается на стороне диффузора карбюратора. Разрежение в полости вакуумного регулятора опережения зажигания небольшое и он не работает.

Углы опережения зажигания двигателей автомобилей ВАЗ

Угол опережения зажигания при необходимости можно подкорректировать вращением трамблера

Посмотрим какие требуются углы опережения зажигания для некоторых карбюраторных двигателей автомобилей ВАЗ рассматриваемых на нашем сайте.

Нас будет интересовать начальный угол опережения зажигания, а так же до каких значений он увеличивается при работе центробежного и вакуумного регуляторов с увеличением оборотов коленчатого вала двигателя.

1. Двигатели 2103 (1,45 л), 2106 (1,6 л), 2105 (1,3 л).

Контактная система зажигания.

Начальный угол опережения зажигания : 5 градусов (средняя метка на передней крышке двигателя). Для двигателей 2103, 2106 на автомобилях ВАЗ 2105, 21051, 21053, 2104, 21043, 2107, 21072, 21074 с контактной системой зажигания.

Угол опережения зажигания регулируемый центробежным регулятором опережения зажигания : 31±2 градуса.

Угол опережения зажигания регулируемый вакуумным регулятором опережения зажигания : 12±2 градуса.

Бесконтактная система зажигания.

Начальный угол опережения зажигания: 3-5 градусов (средняя метка на передней крышке двигателя). Для двигателей 2103 и 2106 на автомобилях ВАЗ 2105, 21051, 21053, 2104, 21043, 2107, 21072, 21074 если на них установлена бесконтактная система зажигания.

Угол опережения зажигания регулируемый центробежным регулятором опережения зажигания : 33±2 градуса.

Момент зажигания для двигателей ВАЗ 2104, 2105, 2106, 2107

2. Углы опережения зажигания для двигателей 2108 (1,3 л), 21081 (1,1 л) и 21083 (1,5 л).

Двигатель 2108 (1,3 л) автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

Начальный угол опережения для двигателя 2108 (1,3 л) под 92-й бензин составляет -1°±1°.

Начальный угол опережения зажигания для двигателя 2108 под 92-й бензин

Начальный угол опережения для двигателя 2108 (1,3 л) под 95-й бензин составляет 1°±1°.

Начальный угол опережения зажигания для двигателя 2108 под 95-й бензин

Двигатель 21081 (1,1 л) автомобилей ВАЗ 21081, 21091, 21099

Начальный угол опережения для двигателя 21081 (1,1 л) под 92-й бензин составляет 1°±1°.

Начальный угол опережения зажигания для двигателя 21081 под 92-й бензин

Начальный угол опережения зажигания для двигателя 21081 под 95-й бензин

Двигатель 21083 (1,5 л) автомобилей ВАЗ 21083, 21093, 21099

Начальный угол опережения для двигателя 21083 (1,5 л) под 92-й бензин составляет 1°±1°.

Начальный угол опережения зажигания для двигателя 21083 под 92-й бензин

Начальный угол опережения для двигателя 21083 (1,5 л) под 95-й бензин составляет 4°±1°.

Начальный угол опережения зажигания для двигателя 21083 под 95-й бензин

Вакуумный регулятор может изменять угол опережения (делать его более ранним) до 10°±2° (21081 с трамблером 40.3706-10) или 14°±2° (2108, 21083 с трамблером 40.3706) поворота коленчатого вала от начального угла.

Центробежный регулятор увеличивает угол до 29°±2° (21081 с трамблером 40.3706-10) или 24°±2° (2108, 21083 с трамблером 40.3706) поворота коленчатого вала от начального угла.

3. Двигатель 21213 (1,69 л) автомобиля Нива.

Начальный угол опережения зажигания под 92-й бензин : 1±1 градус.

Начальный угол опережения зажигания под 95-й бензин : 3±1 градус.

Угол опережения зажигания регулируемый центробежным регулятором опережения зажигания : 31±2 градуса.

Угол опережения зажигания регулируемый вакуумным регулятором опережения зажигания : 12±2 градуса.

Примечания и дополнения

— Если на указанных углах опережения зажигания двигатель автомобиля перестал тянуть, возможно есть проблемы с работоспособностью системы зажигания. Например, неисправность вакуумного или центробежного регуляторов опережения зажигания. Или в цилиндрах двигателя снижена компрессия, или не отрегулированы клапана. В таком случае (если нет особого желания или времени искать причину) можно опытным путем подобрать оптимальный угол. Ориентироваться при подборе следует на приведенную ниже проверку.

— Проверка правильности момента зажигания при работе двигателя автомобиля. Двигаясь на автомобиле со скоростью 45-50 км/ч на 4-й передаче по ровной дороге, резко, на непродолжительное время, нажмите на педаль «газа». Одновременно прислушайтесь к работе двигателя. Кратковременно возникшая детонация — 1-3 сек (стук «пальцев») свидетельствует о правильной установке угла опережения зажигания, длительная о слишком раннем зажигании, отсутствие детонации о позднем зажигании. Необходимо подкорректировать угол опережения вращением трамблера (против часовой стрелки – делаем зажигание более ранним, по часовой – более поздним). После чего провести проверку еще раз.

Зажигательная физика – опережение, трамблер и УОЗ

Что такое угол опережения зажигания – он же УОЗ? Это некая атрибутика древних автомобилей или же нечто незыблемое, сродни всемирному тяготению? Большинству современных автовладельцев это неведомо. Всеми системами автомобиля управляют многочисленные контроллеры, а потому своевременное искрообразование в цилиндрах двигателей целиком на их совести. Между тем по стране бегает огромное количество древних машинок, незнакомых с процессорами и прочими чипами. Поэтому вопросы типа «Как отрегулировать УОЗ?» звучат по сей день.

На технические вопросы отвечать всегда приятно. Но сначала придется вспомнить некоторые «зажигательные» термины.

Терминология

Прерыватель-распределитель зажигания – электромеханическое устройство, обеспечивающее своевременную подачу импульсов высокого напряжения на свечи зажигания. Часто его называют трамблером.

Опережение зажигания – воспламенение рабочей смеси в цилиндре раньше, чем закончится такт сжатия.

Угол опережения зажигания (УОЗ) – угол поворота коленчатого вала двигателя от положения, соответствующего появлению искры на свече до прихода поршня в верхнюю мертвую точку.

Контактная система зажигания – система, в которой коммутация катушки зажигания обеспечивается механическим прерывателем.

Бесконтактная система зажигания – система, в которой коммутация катушки зажигания обеспечивается электронным модулем, управляемым электронным датчиком положения коленчатого вала – например, датчиком Холла (ВАЗ-2108) или магнитоэлектрическим (ГАЗ-2410).

Прерыватель системы зажигания – механический выключатель в трамблере, непосредственно соединенный с первичной цепью катушки зажигания.

Бегунок – элемент трамблера, поочередно передающий высокое напряжение от катушки зажигания на высоковольтные провода, соединенные со свечами зажигания двигателя.

Угол замкнутого состояния контактов (УЗСК) – величина, показывающая, как долго контакты механического прерывателя должны оставаться замкнутыми. Для классических Жигулей УЗСК составляет примерно 55 градусов. Правильно выбранный УЗСК дает катушке зажигания возможность набирать нужную энергию и полностью отдавать ее на свечи зажигания.

Когда и зачем нужно настраивать зажигание?

Сначала немножко теории. Если бы рабочая смесь в цилиндрах сгорала мгновенно, то проблем с опережением не было бы в принципе. Поджигай ее в верхней мертвой точке – и все окей. Но смесь сгорает не мгновенно: ей требуются миллисекунды. При этом реальная частота вращения коленчатого вала, конечно же, непостоянна. Поэтому нельзя тупо поджигать смесь в одно и то же время при разных режимах работы мотора: она будет сгорать либо слишком рано, либо чересчур поздно. Итог всегда будет неутешительный – двигатель плохо тянет, греется, неустойчиво работает, детонирует и т.п.

В частности, если начать «искрить» слишком рано (большой УОЗ), то давление газов станет резко возрастать до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, препятствуя его движению. Из-за этого уменьшится мощность и ухудшится экономичность мотора, он утратит приемистость и будет дергаться на малых оборотах. При позднем искрообразовании (малый УОЗ) смесь будет долго гореть при расширяющемся объеме, а потому давление газов будет значительно ниже расчетного. Мощность и экономичность понизятся, а мотор сильно перегреется, поскольку догорание смеси будет идти на протяжении всего такта расширения.

Способ лечения один — поджигать рабочую смесь согласно частоте вращения и нагрузке на двигатель. Кроме того, корректировка УОЗ может потребоваться при переходе на бензин с другим октановым числом. Кстати, на очень древних автомобилях (в начале прошлого века) момент зажигания регулировал водитель: была предусмотрена специальная рукоятка. Но вскоре она исчезла, поскольку мотор обзавелся трамблером с центробежным механизмом внутри.

Центробежный регулятор содержал, как правило, пару грузиков, уравновешенных пружинами. При увеличении частоты вращения грузики расходились в стороны и поворачивали опорную пластину, на которой находился прерыватель. Чем выше частота вращения, тем сильнее расходятся грузики и тем выше становится УОЗ.

Дальнейшая погоня за экономичностью добавила в помощники к центробежному регулятору его вакуумного коллегу. Дело в том, что с увеличением нагрузки увеличивается и наполнение цилиндров горючей смесью, поскольку водитель сильнее давит на акселератор. При этом процентное содержание остаточных газов в рабочей смеси снижается, что способствует увеличению скорости сгорания. Следовательно, УОЗ надо снижать.

Напротив, при снижении нагрузки на мотор уменьшается наполнение цилиндров, растет содержание остаточных газов, а потому рабочая смесь будет гореть медленнее. УОЗ в этом случае нужно увеличивать. Эту задачу и решает вакуумный регулятор, отслеживающий разрежение во впускном трубопроводе двигателя. Чем выше нагрузка, тем ниже разрежение, и наоборот. В большинстве классических моторов центробежный и вакуумный регуляторы работают совместно.

Если октановое число топлива не соответствует тому, которым руководствовался конструктор при проектировании мотора, то даже при оптимальной работе упомянутых регуляторов нормальной работы мотора ждать не стоит. Самое неприятное явление, которое может при этом возникнуть, – детонация. Грубо говоря, это взрывообразное сгорание смеси, чреватое капремонтом. Для предотвращения детонации в классических моторах былой эпохи нужно было открыть капот и вручную повернуть корпус трамблера в нужную сторону. Залил низкооктановый бензин – изволь сделать зажигание более поздним…

Само собой, что в современных двигателях оптимальный УОЗ выставляет управляющий контроллер. Он следит за оборотами, нагрузкой, октановым числом, температурой и т.п.

Как регулировать УОЗ?

На слух? По искре? По лампочке? По стробоскопу? Сейчас разберемся.

Сразу скажем, что про стробоскоп говорить не будем. Во-первых, у рядового водителя под рукой его попросту нет. А, во-вторых, с ним лучше не связываться. Дело в том, что стробоскоп показывает момент зажигания только при работающем моторе, но при этом за счет центробежного регулятора УОЗ смещается в сторону опережения даже на минимальных оборотах холостого хода. Поэтому точной регулировки ждать, вообще говоря, не стоит.

Правильные рекомендации по регулировке всегда содержатся в профильной литературе по конкретной модели автомобиля – их и следует придерживаться. Возьмем для примера автомобиль АЗЛК-2141 с двигателем УЗАМ и контактной системой зажигания. Обратите внимание, что бегунок у уфимских моторов вращается ПРОТИВ часовой стрелки.

Последовательность операций для москвичевского мотора должна быть следующая.

• Ослабляем крепление трамблера.
• Определяем начало хода сжатия в первом цилиндре. Для этого выворачиваем свечу этого цилиндра, затыкаем отверстие подходящей пробкой (хоть из смятой бумаги) и проворачиваем пусковой рукояткой коленвал до выскакивания пробки наружу.
• Продолжаем проворачивать коленвал до совмещения первой риски на его шкиве с острием штифта установки зажигания, запрессованным в нижнюю крышку картера.
• Убеждаемся, что бегунок смотрит своей токоведущей пластиной на контакт крышки трамблера, соответствующий проводу первого цилиндра.
• Подсоединяем любую маломощную лампочку (например, в отвертке-пробнике) одним концом к массе, а другим – к клемме низкого напряжения катушки, соединенным с прерывателем.
• Включаем зажигание и поворачиваем корпус трамблера против часовой стрелки до замыкания контактов прерывателя. Лампа, закороченная прерывателем, должна погаснуть.
• Взявшись за бегунок, прикладываем небольшое усилие по часовой стрелке для устранения зазоров механизме привода, после чего медленно поворачиваем трамблер по часовой стрелке до загорания лампочки.
• Затягиваем крепление трамблера. Не забываем вернуть свечу на место!

На автомобилях типа ВАЗ-2108, перешедших на электронное зажигание, но при этом сохранивших как центробежный, так и вакуумный регуляторы, процедура полностью аналогичная – с точностью до иного расположения штатных меток. Бегунок при этом вращается против часовой стрелки. Однако подключать лампочку-пробник при этом нужно между коммутатором и катушкой зажигания, а ни в коем случае не к датчику Холла.

А что означает выражение «выставить по искре»? Грубо говоря, то же самое, что и по лампочке. В этом случае вместо лампочки используют вывернутую заранее свечу зажигания, резьбовую часть которой нужно постараться соединить с массой двигателя. Вместо загорания лампочки ловим момент проскакивания искры – вот и всё.

А как же регулировка на слух? Ее проводят так: при движении на прогретом моторе со скоростью примерно 50 км/ч на 4-й передаче следует резко нажать на правую педаль. Если УОЗ выставлен верно, то при этом должна прослушиваться кратковременная исчезающая детонация. Если детонация слишком сильная, следует повернуть трамблер по направлению вращения бегунка. Если детонации нет вообще – против вращения бегунка. Вы же еще помните, что в отечественном автопроме бегунки вращались и туда, и обратно?

Тем, кому интересна зажигательная тема былых времен, рекомендуем посмотреть вот сюда. Про свечи можно почитать вот тут, а также вот тут.