Угол опережения зажигания¶

Угол опережения зажигания (УОЗ) — параметр системы зажигания двигателей внутреннего сгорания, определяющий момент подачи искры на свечу зажигания относительно положения поршня в верхней мёртвой точке (ВМТ). Измеряется в градусах поворота коленчатого вала относительно ВМТ. Задача УОЗ — обеспечить воспламенение рабочей смеси с таким опережением, чтобы максимальное давление в цилиндре создавалось в момент, когда поршень начинает рабочий ход (примерно за 10–15° после ВМТ), что обеспечивает максимальную отдачу энергии топлива.

¶Физический смысл

Сгорание топливовоздушной смеси в цилиндре происходит не мгновенно: от момента искрообразования до полного сгорания проходит определённый интервал времени (обычно 2–5 мс). За это время коленвал продолжает вращаться. Если подать искру точно в ВМТ, давление в цилиндре достигнет пика уже на такте расширения, когда объём камеры увеличивается, — часть энергии будет потеряна. Поэтому искру дают заранее, до ВМТ, чтобы пик давления совпал с началом рабочего хода.

Оптимальный угол зависит от множества факторов:

• частоты вращения коленвала;
• нагрузки двигателя;
• октанового числа топлива;
• калильного числа свечи;
• конструкции камеры сгорания;
• степени сжатия;
• температуры и давления воздуха.

При росте оборотов интервал времени сгорания остаётся примерно постоянным, а коленвал за это время успевает повернуться на больший угол, поэтому УОЗ должен увеличиваться. При росте нагрузки (открытии дросселя) смесь сгорает быстрее, поэтому УОЗ уменьшается.

¶Виды УОЗ

¶Статический УОЗ

Устанавливается механически (индикатором или стробоскопом) для конкретного режима, как правило, для холостого хода. В карбюраторных двигателях подразумевается базовый угол, на который затем накладываются поправки от регуляторов.

¶Опережение зажигания на холостом ходу

Небольшое дополнительное опережение (обычно 5–10°), обеспечивающее устойчивую работу двигателя на минимальных оборотах и снижение содержания СО и CH в отработавших газах.

¶Вакуумное опережение

Реализуется вакуумным регулятором, подключённым к дроссельной заслонке. При малой нагрузке (дроссель приоткрыт, разрежение за заслонкой велико) угол увеличивается — это снижает расход топлива. При полной нагрузке разрежение падает, опережение отключается.

¶Центробежное опережение

Осуществляется механическим регулятором с грузиками внутри распределителя. С ростом оборотов грузики расходятся под действием центробежной силы и поворачивают платформу прерывателя, увеличивая угол. Характеристика регулятора подбирается под конкретный двигатель.

¶Детонационное (корректирующее) опережение

Блок управления при обнаружении детонации (по сигналу датчика детонации) уменьшает угол на 5–10° до прекращения стука, затем постепенно возвращает к номинальному значению. Позволяет работать на более раннем зажигании с учётом качества топлива.

¶Управление УОЗ в инжекторных двигателях

В современных двигателях с электронным впрыском топлива угол опережения зажигания задаёт электронный блок управления (ЭБУ) на основе карты (таблицы) опережения, заложенной в прошивке. Блок учитывает сигналы датчиков:

• положения коленвала (ДПКВ);
• положения распредвала (ДПРВ);
• массового расхода воздуха (ДМРВ) или давления во впускном коллекторе (ДАД);
• температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ);
• температуры воздуха (ДТВ);
• детонации (ДД);
• положения дроссельной заслонки (ДПДЗ).

Электронное управление заменило вакуумный и центробежный регуляторы, обеспечивая точное соответствие угла режиму работы и качеству топлива. Многие ЭБУ поддерживают индивидуальную коррекцию угла по цилиндрам на основе обратной связи по детонации.

¶Детонация и детонационная граница

Слишком раннее зажигание приводит к детонации — взрывному сгоранию смеси, сопровождающемуся металлическим стуком, перегревом и разрушением поршней и клапанов. Детонационная граница зависит от октанового числа топлива: чем выше октановое число, тем раньше можно зажигать смесь. Поэтому ЭБУ стремится работать на максимально раннем зажигании, но не допускать детонации — это режим максимальной экономичности и мощности.

¶Проявления неправильного УОЗ

¶Исторический очерк

Ранние системы зажигания (прерывательные, с механическим распределителем) требовали ручной регулировки УОЗ с помощью стробоскопа. Электронное управление зажиганием начало внедряться в 1970-е годы, а к 1990-м полностью вытеснило механические регуляторы в массовом автомобилестроении. В России электронные системы зажигания получили широкое распространение на автомобилях ВАЗ с впрыском («инжекторные» модели с 2004 года) и на автомобилях с блоками управления «Январь», «М73», «Bosch M1.5.4» и аналогичными.

¶Применение

Помимо автомобильных двигателей, управление УОЗ применяется в стационарных газовых двигателях, тракторных и судовых ДВС, в авиационных поршневых двигателях (там опережение часто реализовано автоматическим регулятором, связанным с высотомером и тахометром). В дизелях с воспламенением от сжатия понятие УОЗ заменяется моментом подачи топлива, однако принцип опережения подачи относительно ВМТ аналогичен.

Источники:

• Боровиков А. С., Казаков В. А. Устройство автомобиля.
• Максимов Н. А. Устройство и ремонт автомобилей.
• Кульчанский В. Н. Конструкция и расчёт автомобильных двигателей.
• Материалы руководств по эксплуатации автомобилей ВАЗ.