Важно! Как работает трамблер и опережение зажигания.
Опережение зажигания — воспламенение рабочей смеси в цилиндре двигателя до достижения поршнем верхней мёртвой точки.
Момент зажигания оказывает большое влияние на работу двигателя. При работе четырёхтактного ДВС во время такта сжатия перед достижением поршнем ВМТ происходит воспламенение рабочей смеси в камере сгорания с помощью свечи зажигания. Происходит возгорание рабочей смеси, расширение рабочих газов и выполняется следующий такт — рабочий ход. В действительности сгорание рабочей смеси происходит не мгновенно. От момента появления искры до момента, когда вся смесь загорится, и давление газов достигнет максимальной величины, проходит некоторое время. Этот отрезок времени очень мал, но так как скорость вращения коленчатого вала весьма велика, то даже за это время поршень успевает пройти некоторый путь от того положения, при котором началось воспламенение смеси. Поэтому, если воспламенить смесь в ВМТ, то горение происходит при увеличивающемся объёме (начало рабочего хода) и закончится, когда поршень пройдёт некоторый путь и максимальная величина давления газов будет меньше, чем в том случае, если бы сгорание всей смеси произошло до достижения ВМТ. Если воспламенение смеси происходит слишком рано, то давление газов достигает значительной величины до того, как поршень подойдёт к ВМТ и будет противодействовать движению поршня. Всё это приводит к уменьшению мощности двигателя, его перегреву. Поэтому, при правильном выборе момента зажигания, давление газов достигает максимальной величины примерно через 10-12 градусов поворота коленчатого вала после прохода поршнем верхней мертвой точки. Опережение зажигания характеризуется углом опережения зажигания.
Угол опережения зажигания — угол поворота кривошипа от момента, при котором на свечу зажигания начинает подаваться напряжение для пробоя искрового промежутка до занятия поршнем верхней мёртвой точки.
Наивыгоднейшее опережение зажигания в основном зависит от соотношения между скоростью горения смеси и числом оборотов двигателя. Чем больше число оборотов двигателя, тем больше должно быть опережение зажигания, а чем больше скорость горения смеси, тем меньше. Скорость горения зависит от конструкции двигателя, от состава рабочей смеси и некоторых других факторов. Наибольшее влияние на скорость сгорания оказывает содержание остаточных газов в рабочей смеси. При малом открытии дроссельной заслонки процентное содержание остаточных отработавших газов велико, смесь горит медленно, поэтому опережение зажигания должно быть большим. По мере открытия дроссельной заслонки в цилиндр поступает всё больше свежей горючей смеси, а количество отработавших газов остаётся примерно неизменным, в результате процентное содержание их уменьшается и смесь горит быстрее — опережение зажигания должно уменьшаться. При одновременном изменении положения дросселя (изменение нагрузки) и числа оборотов наивыгоднейшее опережение зажигания зависит от обоих факторов одновременно и в зависимости от условий работы двигателя оба фактора могут влиять на наивыгоднейшее опережение в одном или в разных направлениях.
Для изменения опережения зажигания в зависимости от оборотов коленчатого вала используют центробежные регуляторы, расположенные обычно в прерывателях. При изменении нагрузки двигателя и сохранении его оборотов постоянными центробежный регулятор не меняет опережения зажигания, в то время как в этих условиях (постоянные обороты и переменная нагрузка) угол опережения зажигания должен изменяться. Для этого центробежный регулятор дополняют вакуумным регулятором.
Всё это справедливо при условии, что топливо допускает бездетонационную работу двигателя. Однако в действительности предельная величина опережения зажигания ограничивается явлением детонации в двигателе. Поэтому при переходе с топлива одного качества на другое, отличающееся от первого антидетонационными свойствами, установка зажигания должна быть изменена. Это осуществляется при помощи специального устройства — октан-корректора, позволяющего корректировать установку зажигания в зависимости от качества применяемого топлива.
В современных инжекторных системах установкой УОЗ занимается бортовая ЭВМ (ECM) на основании программы и показания датчиков, в том числе и датчика детонации, поэтому установка центробежных регуляторов, октан-корректоров и прочих элементов карбюраторных систем не требуется. Поскольку, зачастую, каждая свеча имеет собственную катушку зажигания, ECM может управлять УОЗ каждого цилиндра в отдельности. Это же может достигаться и на т.н. трамблёрных системах поджига, поскольку моментом подачи искры управляет также ECM.
П.с : Годная инфа с Википедии. Теперь понятно, почему график центробежного регулятора имеет излом и далее более пологую линию — ближе к верху нагрузки меньше и смесь горит быстрее, следовательно и зажигание должно быть позднее.
Угол опережения зажигания. Зачем он и как им управлять
Термин «угол опережения зажигания» современный автовладелец, да и механик, слышит не так уж часто. А опережение зажигания, несмотря на это, по-прежнему есть и играет важную роль в работе двигателя. Какую именно — разбираемся ниже с помощью Motordata OBD и знаний об устройстве двигателей внутреннего сгорания.
Физический смысл
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.
Принципы управления
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.
Нештатные режимы
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.
<
 |
 |
Датчик детонации и его характерное расположение на блоке цилиндров
В случае возникновения характерных стуков в двигателе ЭБУ «слышит» их и принимает меры. На некоторых системах отдельного датчика детонации нет, и детонация отслеживается не «на слух», а посредством отслеживания тока, протекающего через свечи зажигания. Детальнее эту методику мы рассматривать не будем, обмолвимся лишь, что так сделано, например, на системе Trionic на автомобилях Saab 9000.
Так или иначе, после обнаружения детонации ЭБУ должен сделать так, чтобы детонации больше не было. Как правило, ЭБУ сдвигает зажигание позднее, то есть уменьшает УОЗ, до тех пор, пока не поймет, что детонации прекратились. Излишне позднее зажигание приведет к снижению мощности, о чем мы уже говорили в начале статьи, но снижение мощности гораздо лучше, чем механическое повреждение мотора. Именно таким образом современный двигатель принципиально способен работать хоть на «восьмидесятом» бензине. Он будет заводиться и работать, и скорее всего не развалится тут же. Однако нормальной мощности он развить не сможет, и будет «затыкаться» при попытках активно ехать.
Поэтому же являются несостоятельными все утверждения о том, что современный мотор способен «адаптироваться» под любой бензин и якобы можно лить АИ-92 в любой двигатель. Никакой адаптации нет. Случается примерно следующее: ЭБУ «слышит» детонацию и сдвигает УОЗ до ее пропадания, потом постепенно возвращает УОЗ обратно, снова «слышит» детонацию, и так по замкнутому кругу, пока в мотор не попадет бензин с правильным октановым числом. Основная проблема этого режима — детонация все равно происходит, только не постоянно, а с перерывами. Конечно, это позволяет мотору не развалиться сразу, но и пользы от этого никакой. К тому же позднее зажигание приводит к тому, что на выпуск попадают более горячие отработавшие газы, а то и еще горящая смесь, что может приводить и к прогару клапанов, и к перегреву катализатора, а перегрев катализатора — это почти гарантированное его разрушение.
На ряде двигателей с турбонаддувом ЭБУ также имеет возможность управлять давлением наддува. Конечно, не напрямую, а через управление электромагнитным клапаном в пневмомагистрали до актуатора вастгейта (wastegate) турбины. Как правило, это сделано в тех двигателях, где давление наддува достигает тех величин, которые при определенных ситуациях могут провоцировать детонацию. В этих системах при возникновении детонации при наличии высокого давления наддува помимо сдвига УОЗ будет открываться упомянутый электромагнитный клапан, приводя к открытию вастгейта и снижению давления наддува. Так сделано на уже упомянутых автомобилях Saab, а клапан этот называется APC.
Поэтому настоятельно рекомендуется использовать топливо с тем октановым числом, под которое двигатель спроектирован. В исправном двигателе с правильным топливом детонаций возникать не будет.
Калильное зажигание
Бывают ситуации, когда топливовоздушная смесь воспламеняется не от искры, а из-за того, что в камере сгорания присутствует место, нагретое выше допустимой температуры. Это может быть, например, нагар в камере сгорания, или свеча с неправильным калильным числом — как правило, это следствие ошибки при подборе свечей.
Эта ситуация называется «калильное зажигание» и плоха в первую очередь тем, что воспламенение происходит раньше, чем запланировано. Это плохо тем же, чем и излишне ранний УОЗ — фактически, часть работы газов будет направлена «против» полезной работы. Кроме того, такое воспламенение смеси может стать причиной детонации, а о связанных с этим проблемах мы уже говорили довольно много.
Проблема с калильными зажиганием, впрочем, является проблемой чисто «механической» — блок управления не имеет возможности как-то повлиять на этот процесс, поэтому и диагностический сканер тут не очень поможет.
Получается, рано пока автомеханику и автовладельцу выкидывать знание об УОЗ на задворки сознания. Например, понимание этого параметра запросто поможет даже при наличии только стандартного протокола «поймать» факт детонации, а по заводскому протоколу на многих автомобилях доступны и такие параметры, как сдвиг УОЗ по детонации для каждого цилиндра. А понимание процессов, происходящих в двигателе и системе управления — главное условие для скорейшего понимания причин неисправности и ее устранения. А о других процессах мы продолжим рассказывать в следующих статьях.
Бочканов Евгений Александрович
© Легион-Автодата
Москва, г. Зеленоград
service-193@mail.ru
Как работает трамблер в автомобиле?
Трамблер, или прерыватель распределитель зажигания — это важный элемент бензинового двигателя внутреннего сгорания. Именно благодаря трамблеру подается электрический импульс на каждую из свечей зажигания, из-за чего происходит ее разряд и воспламенение топливно-воздушной смеси в камере сгорания каждого из поршней.
Конструкция данного устройства оставалась практически неизменной с момента его изобретения в 1912 году американским изобретателем и успешным предпринимателем Чарльзом Кеттерингом (Charles Franklin Kettering). В частности, Кеттеринг являлся основателем известной компании Delco, ему принадлежит 186 патентов связанных с электрической контактной системой зажигания.
Попробуем разобраться с устройством и принципом работы прерывателя распределителя зажигания.
Устройство
Детально описывать каждую шайбочку и пружинку мы не будем, поскольку имеется на нашем сайте Vodi.su статья, в которой устройство прерывателя раскрыто вполне доступно.
Основными же элементами являются:
- привод распределителя (ротор) — шлицевой валик, который входит в сцепление с шестерней распредвала или специального промвала (в зависимости от устройства двигателя);
- катушка зажигания с двойной обмоткой;
- прерыватель — внутри него находятся кулачковая муфта, группа контактов, центробежная муфта;
- распределитель — бегунок (он прикреплен к валу привода сцепления и вращается вместе с ним), крышка трамблера (от нее отходят высоковольтные провода к каждой из свечей).
Также неотъемлемыми элементами трамблера является вакуумный регулятор опережения зажигания. В схему входит конденсатор, основная задача которого — брать на себя часть заряда, таким образом оберегая группу контактов от быстрого плавления под воздействием высокого напряжения.
Кроме того, в зависимости от вида трамблера, в нижней части конструктивно связанный с приводным валиком, установлен октан-корректор, который корректирует скорость вращения под определенный тип бензина — октановое число. В более старых версиях его нужно корректировать вручную. Что такое октановое число мы тоже рассказывали на нашем сайте Vodi.su.
Принцип работы
Принцип работы достаточно простой.
Когда вы поворачиваете ключ в замке зажигания, замыкается электрическая цепь и напряжение от аккумулятора подается на стартер. Бендикс стартера входит в зацепление с венцом маховика коленвала, соответственно, движение от коленвала передается на приводную шестерню валика распределителя зажигания.
При этом на первичной обмотке катушки замыкается цепь и возникает низковольтный ток. Контакты прерывателя размыкаются и ток высокого напряжения аккумулируется на вторичной цепи катушки. Затем этот ток поступает на крышку трамблера — в нижней ее части имеется графитовый контакт — уголек или щетка.
Бегунок постоянно находится в контакте с этим центральным электродом и, вращаясь, передает часть напряжения попеременно на каждый из контактов, связанный с определенной свечой зажигания. То есть индуцированное в катушке зажигания напряжение поровну распределяется между всеми четырьмя свечами.
Вакуумный регулятор связан трубкой с впускным коллектором — задроссельным пространством. Соответственно, он реагирует на изменение интенсивности подачи воздушной смеси в двигатель и изменяет угол опережения зажигания. Это нужно для того, чтобы искра подавалась в цилиндр не в тот момент, когда поршень находится в верхней мертвой точке, а немного с опережением. Детонация будет происходить точно в момент впрыска топливно-воздушной смеси в камеру сгорания, а ее энергия будет толкать поршень вниз.
Центробежный регулятор, который находится в корпусе, реагирует на изменение скорости вращения коленчатого вала. Его задача также состоит в изменении угла опережения зажигания, чтобы топливо использовалось максимально эффективно.
Следует отметить, что данный вид трамблера с механическим распределителем устанавливается преимущественно на автомобилях с двигателями карбюраторного типа. Понятно, что при наличии каких-либо вращающихся деталей происходит их износ. В инжекторных двигателях или даже более современных карбюраторных используется, вместо механического бегунка, датчик Холла, благодаря ему распределение производится за счет изменения интенсивности магнитного поля (см. эффект Холла). Данная система более эффективная и занимает меньше места под капотом.
Если же говорить о наиболее современных автомобилях с инжектором и распределенным впрыском, то там используется электронная система зажигания, ее также называют бесконтактной. За изменением режимов работы двигателя следят различные датчики — кислорода, коленвала — от которых сигналы подаются на электронный блок управления, а с него уже идут команды на коммутаторы системы зажигания.
Вакуумный регулятор опережения зажигания ВАЗ 2107
В трамблере системы зажигания двигателей автомобилей ВАЗ 2107, 2105, 2104 установлен вакуумный регулятор опережения зажигания.
Разберемся для чего он нужен и как влияет на работу двигателя автомобиля. Данная информация поможет понять в причины неисправности «почему двигатель автомобиля не тянет».
Вакуумный регулятор опережения зажигания ВАЗ 2107
1. Для чего нужен вакуумный регулятор опережения зажигания ВАЗ 2107?
Вакуумный регулятор нужен для автоматической регулировки угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки на двигателя автомобиля (величины открытия дроссельных заслонок карбюратора). Тем самым достигается наиболее эффективное сгорание топливной смеси и остаточных газов в камерах сгорания двигателя, что непосредственно влияет на увеличение его мощности и приемистости.
2. Как устроен вакуумный регулятор опережения зажигания?
Вакуумный регулятор установлен на трамблере и представляет собой корпус с крышкой между которыми зажата эластичная диафрагма. С одной стороны диафрагма подперта пружиной, с другой к ней крепится тяга, шарнирно соединенная с подвижной пластиной прерывателя если зажигание контактной или с опорной пластиной с датчиком Холла, если зажигание бесконтактное.
Разрежение в полость корпуса подается по резиновой трубке, которая одевается одним концом на штуцер корпуса, а другим на штуцер в карбюраторе. Канал от штуцера карбюратора выходит над его дроссельной заслонкой первой камеры.
3. Как работает вакуумный регулятор опережения зажигания?
Вакуумный регулятор опережения зажигания работает за счет перепадов давления (разрежения, вакуума) во впускном коллекторе двигателя автомобиля.
— При работе двигателя на холостых оборотах дроссельная заслонка закрыта, разрежение в наддроссельном пространстве низкое и на положение мембраны ни как не влияет – вакуумный регулятор не работает.
— По мере открытия дроссельной заслонки (водитель нажимает на педаль «газа») разрежение в смесительной камере карбюратора растет и передается по трубке от карбюратора в корпус вакуумного регулятора, за диафрагму. Диафрагма перемещается, преодолевая сопротивление пружины. Ее тяга втягивается вовнутрь корпуса и проворачивает опорную пластину с датчиком Холла против вращения вала распределителя зажигания (БСЗ). Это приводит к тому, что прорези в экране на валу распределителя зажигания раньше проходят в зазоре датчика Холла и соответственно свой импульс на коммутатор и далее на катушку и свечи он начинает выдавать раньше. Угол опережения зажигания растет (более раннее зажигание). Топливная смесь с цилиндрах дожигается наиболее эффективно.
В случае контактного зажигания — перемещается подвижная пластина с контактами и их размыкание происходит раньше, угол опережения зажигания становится более ранним.
— По мере дальнейшего увеличения нагрузки на двигатель (еще большее или вообще полное открытие дроссельной заслонки), смесеобразование в цилиндрах двигателя улучшается, необходимость в ранних углах опережения зажигания отпадает. Разрежение в смесительной камере карбюратора при больших углах открытия дроссельной заслонки падает и диафрагма вакуумного регулятора перемещается обратно, возвращая на место опорную пластину с датчиком Холла (либо подвижную пластину с контактами). Угол опережения зажигания становится более поздним – приходит в норму, смесь сгорает наиболее эффективно.
4. Неисправности вакуумного регулятора опережения зажигания
Пробитая диафрагма, негерметичная трубка подведения разрежения, заедание опорной пластины, засорение канала в корпусе карбюратора, негерметичный корпус приводят к отказу вакуумного регулятора опережения зажигания. А это в свою очередь влечет за собой падение мощности и приемистости двигателя, повышение его топливного аппетита, так как из-за неверного угла опережения зажигания (не соответствующего данному режиму работы двигателя) дожигание остаточных газов и смесеобразование в цилиндрах ухудшаются.
Примечания и дополнения
— В контактной системе зажигания двигателя автомобилей ВАЗ 2107, 2105, 2104 применяется распределитель зажигания (трамблер) 30.3706 с вакуумным регулятором опережения зажигания. В бесконтактной 38.3706, так же с вакуумным регулятором.