на что влияет выбор оптимального угла опережения зажигания
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.
Углы зажигания — разоблачение мифов…
Широко распространен миф о том, что максимальное значение угла опережения зажигания всегда означает максимум мощности. В этой статье вы прочитаете, что собственно ошибочно в таком утверждении:
Свеча зажигания воспламеняет смесь, и смесь начинает гореть. Скорость распространения фронта пламени зависти от качества смешения, а именно насколько много молекул воздуха и топлива находятся в непосредственной близости в камере сгорания. Насколько ближе находятся друг от друга молекулы друг от друга, настолько легче пламени перепрыгнуть с одного набора молекул на другой. Скорость воспламенения также зависит от соотношения воздух к топливу. Смесь с параметром AFR в пределах 12.5-13 загорается наиболее быстро. Более бедная смесь загорается медленнее. Но более богатая смесь тоже горит медленнее. Вот почему смесь максимальной мощности это смесь с максимальной скоростью воспламенения. Проходит некоторое время пока этот фронт горения охватит все топливо в камере сгорания. По мере возгорания давление и температура в цилиндре возрастает. Давление достигает пика в некоторой точке после ВМТ. Многие эксперименты показали, что оптимальное положение пика давления находится в 15-20 градусах после ВМТ. Конкретное положение этого пика не зависит ни от нагрузки на двигатель ни от его оборотов, но зависит от геометрии мотора.
Обычно смесь полностью сгорает примерно до 70 градусов после ВМТ. Но так как плотность смеси и AFR в двигателе постоянно меняются, смесь должна воспламеняться в соответствующей точке для достижения максимума давления в оптимальном положении поршня. При увеличении оборотов двигателя, вы должны поджигать смесь в камере сгорания раньше, так как меньше остается на горение смеси между искрой и углом достижения оптимального давления. Если плотность смеси изменяется вследствие наддува или увеличенной степени сжатия, смесь должна поджигаться позже для того что бы давление достигало максимума в той же оптимальной точке.
Если смесь воспламенена слишком рано, поршень продолжает движение к ВМТ, испытывая давление от уже горящей смеси. Это приводит к следующим эффектам:
• Возникающее давление до достижения ВМТ пытается провернуть коленвал в обратном направлении, что приводит к потере мощности
• Точка в которой давление в цилиндре достигает максимума находится существенно ближе к ВМТ, и как результат плечо силы приложенной к коленчатому валу оказывается меньше(соответственно меньше крутящий момент и мощность) а также ведет к серьезному возрастанию температуры и давления в цилиндре, что ведет к детонации.
Угол опережения зажигания
Дата: january 21, 2021 3:33 pm
Найдите специалиста по чип-тюнингу
Сделайте чип-тюнинг у проверенного специалиста с выдачей сертификата и возможностью манибэка.
АДАКТ против удаления корректно работающего катализатора.
Узнайте про возможные последствия для автомобиля.
При работе на обедненных смесях, используемых все чаще, требуется больший угол опережения зажигания, чтобы компенсировать меньшую скорость горения. Так будет обеспечено снижение потребления топлива и высокий крутящий момент, но смесью нужно управлять очень точно, чтобы добиться лучшего компромисса в отношении экологичности выхлопа.
Эффективность снижения выбросов отработавших газов при смещении УОЗ для бензина АИ-95-К5 Газпромнефть: а) изменение коэффициента Кge (удельный расход топлива), б) изменение коэффициента KCH (углеводорода), в) изменение коэффициента KNOx (оксиды азота)
В современных ДВС УОЗ меняется в зависимости режима работы мотора. При его росте значительно возрастает температура сгорания, что в свою очередь вызывает повышение окислов азота NOx. При уменьшении процесс сгорания смещается на такт расширения. Температура отработавших газов также повышается в конце расширения. Это способствует более полному окислению СН.
УОЗ и работа двигателя
Негативные последствия при раннем зажигании:
Если поджечь смесь позже оптимального момента (позднее зажигание), когда поршень после достижения ВМТ начинает движение вниз, энергия от сгоревших газов уходит в выпуск, снижается эффективность работы мотора.
Неправильно подобранное зажигание негативно влияет на эффективность и ресурс двигателя, а также приводит к увеличению расхода топлива.
Возможные проблемы с неправильно выставленными углами зажигания:
Настройка угла зажигания при чип-тюнинге
На заводах настраивают УОЗ с расчетом на низкокачественное топливо, обычно оставив запас в пару градусов. Это позволяет обеспечить гарантийный ресурс двигателя даже при использовании топлива плохого качества. Но на таком топливе мощность и крутящий момент снижаются. При обычной езде владелец может и не заметить, что с авто что-то не так, но при активном педалировании проблема проявит себя.
Визуализация карты базового УОЗ в программе ChipTuningPRO
При чип-тюнинге калибровщик правит УОЗ, используя запасы, оставленные заводом-производителем. После чиповки повысятся требования к топливу: нужно будет заливать хороший АИ-95 или АИ-98. Из плюсов — автомобиль станет более динамичным и отзывчивым.
Подробнее о возможностях чип-тюнинга читайте в материале сайта.
Провести регулировку углов опережения зажигания и сделать чип-тюнинг можно у наших партнеров в любом городе России. Ближайших из них можно найти на карте ниже.
С каждым годом вопрос об экологичности автомобилей стоит все острей: люди начинают больше заботиться об окружающей среде. Не считая автомобильного производства, основной урон экологии наносят выхлопные газы. Чтобы снизить выбросы ОГ в атмосферу, нужно добиться лучшего и полного сгорания топлива. Но такие смеси, скорее всего, будут бедными, а это увеличивает температуру. Полнота сгорания топлива, в свою очередь, определяется поддержанием стехиометрического состава смеси и моментом ее поджога, а это влияет не только на экологичность, но и на развиваемую мощность. Эта точка воспламенения может обозначается как угол опережения зажигания (УОЗ).
УОЗ — это угол, на который успевает повернуться коленчатый вал от момента возникновения искры до момента достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ). При нормальном угле опережения зажигания смесь воспламеняется за 10–12ᴼ до попадания поршня в ВМТ.
При корректно выставленном УОЗ, энергия, высвободившаяся при сгорании смеси, должна с силой толкнуть поршень вниз. Для этого воспламенение должно происходить в момент до достижения поршнем ВМТ — на такте сжатия.
Влияние УОЗ на выбросы выхлопных газов
Угол опережения зажигания влияет не только на расход топлива и момент, но и на состав выхлопных газов: с его увеличением возрастает содержание углеводорода (НС) и окислов азота (NOx) в выхлопе. Это связано с ростом температуры сгорания.
При работе на обедненных смесях, используемых все чаще, требуется больший угол опережения зажигания, чтобы компенсировать меньшую скорость горения. Так будет обеспечено снижение потребления топлива и высокий крутящий момент, но смесью нужно управлять очень точно, чтобы добиться лучшего компромисса в отношении экологичности выхлопа.
Эффективность снижения выбросов отработавших газов при смещении УОЗ для бензина АИ-95-К5 Газпромнефть: а) изменение коэффициента Кge (удельный расход топлива), б) изменение коэффициента KCH (углеводорода), в) изменение коэффициента KNOx (оксиды азота)
В современных ДВС УОЗ меняется в зависимости режима работы мотора. При его росте значительно возрастает температура сгорания, что в свою очередь вызывает повышение окислов азота NOx. При уменьшении процесс сгорания смещается на такт расширения. Температура отработавших газов также повышается в конце расширения. Это способствует более полному окислению СН.
УОЗ и работа двигателя
Негативные последствия при раннем зажигании:
Если поджечь смесь позже оптимального момента (позднее зажигание), когда поршень после достижения ВМТ начинает движение вниз, энергия от сгоревших газов уходит в выпуск, снижается эффективность работы мотора.
Неправильно подобранное зажигание негативно влияет на эффективность и ресурс двигателя, а также приводит к увеличению расхода топлива.
Возможные проблемы с неправильно выставленными углами зажигания:
Настройка угла зажигания при чип-тюнинге
На заводах настраивают УОЗ с расчетом на низкокачественное топливо, обычно оставив запас в пару градусов. Это позволяет обеспечить гарантийный ресурс двигателя даже при использовании топлива плохого качества. Но на таком топливе мощность и крутящий момент снижаются. При обычной езде владелец может и не заметить, что с авто что-то не так, но при активном педалировании проблема проявит себя.
Визуализация карты базового УОЗ в программе ChipTuningPRO
При чип-тюнинге калибровщик правит УОЗ, используя запасы, оставленные заводом-производителем. После чиповки повысятся требования к топливу: нужно будет заливать хороший АИ-95 или АИ-98. Из плюсов — автомобиль станет более динамичным и отзывчивым.
Подробнее о возможностях чип-тюнинга читайте в материале сайта.
Провести регулировку углов опережения зажигания и сделать чип-тюнинг можно у наших партнеров в любом городе России. Ближайших из них можно найти на карте ниже.
Тюнинг — тонкости настройки, АФР, зажигание, высокооктановое и гоночное топливо
Тюнинг – установить турбину или компрессор, поменять на больший размер, повысить избыточное давление (boost), Увеличить углы опережения зажигания УОЗ, сделать богатую смесь (из-за детонации) или использовать более высокооктановое топливо. Да, конечно это даст ощутимый прирост мощности. Но, эффективно ли это? А что если вы ограничены. А может, есть более интересные решения? Если Вам интересно, то читайте дальше.
Тюнинг, на самом деле намного сложнее и интереснее чем тот вариант, который я описал выше. Меня часто спрашивают, где этому можно научится, какую литературу почитать. Вот несколько рекомендаций:
— Можно изучить один из лучших учебников по ДВС www.amazon.com/Internal-C…-1&keywords=by+J.+Heywood, автор J. Heywood. 960 страниц, все подробно описано.
— если Вам уже извесны все законы физики, Вы знаете теорию ДВС, в таком случае есть несколько школ, которые обучают принципам именно настройки. Есть базовые курсы, а есть специализированные на определенных ЭБУ, системаx и т.д.
Вот от чего зависит мощность двигателя
Да, я понимаю, это сложно сразу понять (да еще и на непонятном для многих языке). Не переживайте, я постараюсь простым языком объяснит пару моментом из этого уравнения.
Меня часто спрашивают (очень часто) какая смесь АФР наилучшая. Это все зависит от многих факторов (они есть в выше указанном уравнении). Для достижения максимальной мощности, необходимо чтобы все молекулы кислорода, поступающие в камеру сгорания, встретились с молекулами топлива и вступили в реакцию. Стехиометрическая смесь — это смесь, состав которой обеспечивает полное сгорание топлива без остатка избыточного кислорода.
Но так как камера сгорания не идеальна, необходимо немного больше топлива, больше молекул, чтобы они реально вступили в реакцию со всеми молекулами воздуха. Вот как это выглядит на графике
Многие привыкли к указанию смеси АФР (AFR air Fuel Ratio), но в учебниках по ДВС этим мало пользуются. Я опишу лучше все варианты
AFR (AF) = Mass air/Mass Fuel (масса воздуха/массу топлива)
FAR (FA)= Mass Fuel/Mass Air (масса топлива/ Масса Воздуха) = 1/AF
EQ (Equivalence Ratio) = FA act/ FA stoich = AF stoich/ AF act
Lambda (лямбда) = AF act/AF stoich = 1/EQ
Где Stoich — Стехиометрическая смесь, а act – актуальная
EQ (Equivalence Ratio) – все что больше 1 – это богатая смесь (Rich), все что меньше 1 — бедная (lean)
Из графика видно, что самый большой момент (и как следствие мощность) достигается при EQ между 1.1 и 1.15. Или если это перевести в привычную систему для многих АФР – 14.7/1.1=13.35, 14.7/1.15=12.78. Все что делается богаче, так это только для охлаждения камеры в целях безопасности (детонация).
С этим разобрались. Идем дальше. Предлагаю рассмотреть один из 4 коэффициентов эффективности в выше приведенном уравнении мощности (Combustion Efficiency) – коэффициент окисления, сгорания
Теперь взгляните на выше указанное уравнение, и вам станет понятно, что обогащение смеси сильно снижает коэффициент сгорания и как следствие понижет мощность двигателя
Для простоты, пока опустим момент возможной детонации. Если зажигание будет раньше, то отрицательная сила (детонацию, не берем, пока, в расчет) сильно увеличивается т.к. поршень должен преодолеть возрастающее давление, возникшее на его пути к ВМТ (верхней мертвой точке), и конечно момент сильно пострадает ( мощность соответственно). Так же ясно видно, что происходит значительное увеличение давления в КС, соответственно и температуры, что вызовет детонацию
Дизайнеры, инженеры, конструкторы во всем мире пытаются бороться с этими негативными силами, различными способами. Их цель сократить время распространения пламени (как вы можете увидеть на картинке) и использовать момент зажигание смеси, как можно позже, для увеличения эффективности
Современные моторы с непосредственным впрыском топлива на дизелях и на бензиновых моторах имеют такую геометрию камер сгорания, в которых скорость горения намного выше, ну и как следствие – меньше углы, больше мощность.
Но вот многие, утверждают, что это все ерунда, надо дунуть и сделать угла побольше и будет Вам мощность. Давайте для примера возьмем мотор 2.0 литра, турбо скажем с форда, и посмотрим будет ли эффект от 30 градусов УОЗ при бусте 1.2 Бара на 6000 оборотах. Для упрощения, представим, что детонация не проблема (ее нет)
Каждый тюнер в состоянии рассчитать с нуля карту зажигания (базовую, с чего начинать). У данного мотора диаметр поршня, если мне не изменяет память 87,5 мм. Скорость горения бензиновой смеси 16,5 метром в секунду (м/с) при АФР 12,8-13, при обогащении скажем до 11.8 она уменьшается до 15 м/с. Кстати, поэтому смесь 12,5-13.35 и есть самая мощная т.к. самая высокая скорость горения, значит меньше углы, меньше углы – меньше отрицательной энергии – меньше отрицательной энергии – больше мощность – ВСЕ ПРОСТО. При не сложных расчетах получается, что при 6000 оборотах нам действительно необходимо сделать угол зажигания – 32.3 градуса. Но, избыточное давление увеличивает скорость горения, поэтому для оптимального угла зажигания, необходимо ввести поправку, а для этой степени сжатия (вида камеры сгорания) и избыточного давления 1.2 бара, он составит 0.387. Значит оптимальный угол (плюс, минус) будет где-то 12.5 градусов.
Таким способом рассчитывается басовая карта зажигания (для определенного вида топлива, в данном примере для 98 бензина). Как найти именно МВТ maximum brake torque. Для этого лучше всего использовать загрузочный стенд, который удерживает необходимую нам точку оборотов и мы в онлайн режиме видим реальную мощность, и также в онлайн режиме изменяя УОЗ, как только увеличение момента прекращается, так пару градусов назад и на следующею точку, пока все не пройдем.
Многие думают, используют метод — настройка до проявления детонации и 2 градуса назад, но это не правильно. Часто бывает так, что детонация намного позже оптимального УОЗ. Вот посмотрите картинку
Мне очень жаль, но я на своем форде такого не добился, у меня он на 6000 составляет около 19-20 градусов. Причина очень простая, я настраивал не на бензине, а на Е85. Этанол горит намного холоднее и как следствие, скорость горения значительно меньше, поэтому и есть такая разница. Это теория.
Теперь от теории к реальной практике. Я часто, настраиваю машины спортсменам выступающим на различных соревнованиях, от Чемпионата Европы и до любительских гонок. Моторы обычно с высокой степенью сжатия, рассчитанные на разрешенный гоночный 102 бензин. Но для тренировок, я им делаю карты с возможностью ездить на Е85 (15% бензин, 85% этанол). Гоночный бензин у нас стоит 6 евро 1 литр, а Е85 — 0.7 евро. Е 85 имеет октановое число близкое к гоночному (разрешенному бензину) 102 ОЧ. Но вот вдумайтесь только, почему гоночное топливо так дорого стоит?
Инженеры, разработчики гоночного топлива так же учили физику и конечно понимают, что топливо должно иметь высокую скорость горения, что бы при настройке не использовать большие значения УОЗ. Обычно, чем выше ОЧ, тем меньше топливо выделяет при сгорании тепла и как следствие – меньше энергии. Но его надо больше лить. Если посчитать, то на килограмм воздуха – Е85 выделяет на несколько процентов больше тепла, чем гоночный бензин, а значит, на нем и мощность как бы должна быть из-за этого выше. Но это не так. Один и тот же мотор при индивидуальной настройке на гоночном топливе, при более чем 10-15 градусах меньших углах выдает большую мощность. Что подтверждает законы физики.
Если кто переживает о температуре выпускных газов ЕГТ, то я об этом уже писал — www.drive2.ru/users/barik-cz/blog/513612/
Проблем не бдет при грамотной настройке и на то есть 2 причины:
1. – ЕГТ минимальное (при прочих условиях) при МВТ maximum brake torque.
2. – угол уменьшился, но и скорость горения также увеличилось, поэтому смесь не будет
догорать на такте выпуска (в большем количестве)
Удачи всем, надеюсь, скучно не было.
Ученье свет, а не ученье чуть свет и в мастерскую, перебирать мотор