Что такое угол опережения зажигания?

Начнем с самого начала. Почти все легковые автомобили, произведенные за последние 50 лет, имеют так называемый 4-тактный или 4-тактный двигатель. То есть процесс сгорания требует, чтобы поршень два раза прошел вверх и вниз в цилиндре (или четыре такта, вверх-вниз-вверх-вниз), что равняется двум полным оборотам коленчатого вала.

Четырехтактный двигатель

Большинство классических двигателей имеют два клапана на цилиндр. Один из них — это впускной клапан, который позволяет воздушно-топливной смеси поступать в цилиндр в соответствующее время, а другой — выпускной клапан, который позволяет сгоревшим газам или выхлопным газам выходить из цилиндра в соответствующее время.

Такт впуска
Такт впуска — это первый такт четырехтактного цикла. В этом такте поршень движется вниз, как это диктуется вращением коленчатого вала. Поскольку впускной клапан открыт, когда поршень движется вниз, создается вакуум, который всасывает воздушно-топливную смесь через воздушный фильтр, карбюратор, впускной коллектор и, наконец, в цилиндр. Примерно в то время, когда поршень достигает дна цилиндра или нижней мертвой точки (НМТ), впускной клапан закрывается, тем самым завершая такт впуска.

Такт сжатия
Второй такт называется тактом сжатия. Свое название он получил потому, что поршень сжимает топливно-воздушную смесь. Когда оба клапана закрыты, коленчатый вал толкает поршень вверх по цилиндру, который сжимает воздушно-топливную смесь в камере сгорания. Поршень движется вверх, пока не достигнет верхней мертвой точки (ВМТ). Мы хотим зажечь свечу зажигания около ВМТ, так как это когда воздушно-топливная смесь является наиболее сжатой и летучей. Точка, в которой свеча зажигания срабатывает относительно ВМТ (время), влияет на эффективность двигателя, но мы обсудим это через минуту.

Рабочий ход
Третий такт называется рабочим тактом или тактом сгорания. При срабатывании свечи зажигания воспламеняется топливно-воздушная смесь, которая создает тепловую энергию. Это вызывает быстрое расширение заряженных газов, заставляя поршень со значительной силой возвращаться в канал ствола. Эта сила вращает коленчатый вал, который передает мощность через ряд деталей и в конечном итоге приводит в движение ваш автомобиль. Рабочий ход заканчивается, когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ).

Такт выпуска
Четвертый такт называется тактом выпуска, потому что поршень вытесняет сгоревшие газы из цилиндра. Во время такта выпуска поршень движется вверх по цилиндру от НМТ к ВМТ, выталкивая выхлопные газы из открытого выпускного клапана. Газы выходят через выпускной коллектор и остальную часть выхлопной системы. Когда поршень достигает ВМТ, он вытесняет все сгоревшие газы, и 4-тактный процесс начинается заново.

Вы можете запомнить четыре цикла: Впуск-Сжатие-Сгорание-Выпуск; хотя кое-кому в отрасли проще запомнить принцип «соси-сжимай-бах-дуй». Вам решать. Теперь, когда вы знаете основы работы 4-тактного двигателя внутреннего сгорания, искра или угол опережения зажигания будут иметь больше смысла.

Как работает опережение зажигания?

Термины «искра» или «установка угла опережения зажигания» относятся к моменту зажигания свечи зажигания относительно ВМТ. Чаще всего его называют мерой поворота коленчатого вала в градусах. Например, почти все основные моменты опережения зажигания устанавливаются либо в ВМТ, когда поршень находится в самом верху цилиндра, либо в градусах до ВМТ (до верхней мертвой точки), что является мерой того, сколько градусов до ВМТ горит свеча зажигания.

Причина, по которой 99% автомобилей на дорогах имеют базовую синхронизацию, установленную до ВМТ, состоит в том, чтобы компенсировать разницу в скорости между ходом поршня и ходом пламени воспламененной воздушно-топливной смеси. Поскольку поршень может двигаться со скоростью, превышающей скорость фронта пламени воздушно-топливной смеси, нам нужно дать фронту пламени фору, чтобы воспламенение произошло в идеальное время для мощного и эффективного сгорания.

Допустим, в вашем листе спецификаций или руководстве по ремонту рекомендуется установить базовый угол опережения зажигания на шесть градусов до ВМТ. Это очень распространенная настройка для многих старинных малоблочных двигателей Ford. Эта настройка требует, чтобы ваше зажигание зажигало свечу зажигания при шести градусах вращения коленчатого вала, прежде чем поршень достигнет верхней части цилиндра. Хотя может показаться безумием включать зажигание, когда поршень все еще движется вверх в такте сжатия, установка его на зажигание всего на шесть градусов до ВМТ дает пламя небольшую фору. Таким образом, когда происходит фактическое сгорание, коленчатый вал уже повернулся на эти шесть градусов, и поршень находится в положении, необходимом для начала рабочего такта.

Что происходит, когда время установлено неправильно?

Если угол опережения зажигания установлен неправильно, это может привести к снижению эффективности двигателя или даже к его внутреннему повреждению. Вот почему важно проверять и при необходимости сбрасывать время.

Предположим, что спецификация синхронизации для вашего двигателя составляет шесть градусов до ВМТ. Если ваш тайминг установлен слишком поздно, скажем, всего на два градуса до ВМТ, или даже с задержкой до верхней мертвой точки (ВМТ), энергия сгорания не начнет толкать поршень вниз до тех пор, пока он уже не будет двигаться вниз по цилиндру. Это приведет к потере мощности и эффективности, потому что меньше энергии сгорания передается на поршень. Эта неэффективность не только приведет к потере мощности и пробега, но также может привести к перегреву двигателя.

В противоположном сценарии, если угол опережения зажигания установлен слишком рано (слишком далеко заблаговременно), скажем, на 12 градусов до ВМТ, вы воспламените воздушно-топливную смесь слишком рано, и фронт пламени смеси столкнется с ваш поршень, поскольку он все еще находится на пути вверх в такте сжатия. Это вызовет стук и значительно снизит производительность вашего двигателя. Это может привести к повреждению поршня с течением времени, если его не устранить. Трудный запуск — еще один признак того, что время слишком далеко зашло.

Как проверить и отрегулировать момент зажигания

Первое, на что мы должны обратить внимание, это инструменты, необходимые для этой задачи. Ниже приведен список инструментов, некоторые из которых вам абсолютно необходимы, а некоторые могут вам понадобиться или не понадобиться в зависимости от вашего приложения:

• Индикатор синхронизации
• Тахометр (если в вашем автомобиле его еще нет)
• Ключ для распределителя или стандартный ключ
• Мел или восковой мелок
• Тройник для гольфа, вакуумный колпачок или болт для подключения вакуумной линии к распределителю
• Проволочная щетка
• • Выключатель ударного пуска
• Рампы или домкрат и подставки
• Чистящий растворитель

Первый шаг — убедиться, что у вас есть хороший индуктивный индикатор времени. Индикаторы времени специально разработаны для этой задачи и необходимы для проверки и настройки вашего времени. Хороший базовый индикатор времени можно приобрести в Sears или заказать по почте примерно за 50 долларов. Хотя это не совсем дешево, приличный индикатор времени прослужит долгие годы.

Вам также понадобится гаечный ключ, чтобы ослабить и затянуть болт в основании распределителя. Тип ключа, который вам понадобится, сильно различается в зависимости от области применения. В некоторых случаях подойдет обычный рожковый/накидной ключ; в других случаях потребуется специально изготовленный ключ для распределителя. Я сделал свой собственный распределительный ключ, взяв недорогой накидной ключ от Sears, нагрев его горелкой и согнув в тисках под удобным для этого применения углом. Вы можете просто хотеть купить один! С некоторыми небольшими блоками Ford, особенно оснащенными кондиционером, может быть трудно добраться до болта без довольно творческих инструментов. Для решения этой проблемы производятся розетки, удлинители и другие приспособления. Опять же, вам придется определить, какой инструмент вам нужен, в зависимости от вашего конкретного приложения.

Начните с отметки точки гармонического балансира, которая соответствует заводской спецификации для вашего приложения (шесть градусов до ВМТ в приведенном выше примере). Гармонический балансир — это большой балансировочный груз, который крепится болтами к передней части коленчатого вала. Это также то, к чему крепятся болтами нижние шкивы, поэтому вы можете найти его, найдя самые нижние шкивы на вашем двигателе.

Если ваша спецификация составляет шесть градусов до ВМТ, вам нужно найти это место на гармоническом балансире и отметить линию мелом, а еще лучше восковым мелком. Вы можете найти маленькие желтые восковые мелки в большинстве магазинов автозапчастей. Воск хорошо прилипает к гармоническому балансиру и будет оставаться там долгое время. Работает намного лучше, чем мел.

Причина, по которой я указал проволочную щетку в разделе инструментов, заключается в том, что довольно часто заводская краска отслаивалась от гармонического балансира, и он покрывался поверхностной ржавчиной. Поскольку числа синхронизации выгравированы на гармоническом балансире, вам, возможно, придется использовать проволочную щетку, чтобы очистить балансир достаточно, чтобы увидеть метки.

В зависимости от доступа также могут быть трудности с доступом к балансиру гармоник сверху. Есть много ремней, шлангов и кронштейнов, которые прикручены к передней части двигателя, и довольно часто они будут мешать вам. Обычно очень легко получить доступ к гармоническому балансиру из-под автомобиля. Для этого вам понадобятся либо пара пандусов, либо домкрат и подставки для домкрата. Если вы меняете свое масло, они у вас уже должны быть.

Иногда вам нужно будет подтолкнуть стартер, чтобы поставить установочную метку в место вращения коленчатого вала, где вы можете легко ее отметить. Вы можете либо включить стартер с помощью ключа, либо вы можете получить дистанционный выключатель стартера. Дистанционные переключатели стартера очень удобны и могут использоваться для различных задач, таких как установка точек зажигания, проверка компрессии в цилиндрах, регулировка клапанов и, конечно же, установка времени. Если вы планируете выполнять несколько таких задач, я настоятельно рекомендую одну из них. Их можно купить в Summit или Jegs примерно за 15 долларов, и после того, как вы их приобретете, вы удивитесь, как вы жили без них. Всегда не забывайте отсоединять провод катушки при включении зажигания, иначе ваш автомобиль попытается завестись!

Теперь, когда вы установили установочные метки, вам нужно завести автомобиль и дать ему поработать, пока он не прогреется до рабочей температуры. При настройке времени важно, чтобы воздушная заслонка была полностью отключена, и самый простой способ сделать это — прогреть двигатель. После того, как двигатель прогреется, выключите его и отсоедините вакуумную магистраль от вакуумного бачка на распределителе. Это опережение вакуума обеспечивает опережение искры в распределителе в зависимости от определенных условий движения. Важно отключить это перед установкой базовой скорости холостого хода и установкой времени. Вы можете заткнуть вакуумную линию клюшкой для гольфа, карандашом или даже небольшим болтом.

Теперь, когда подача вакуума отключена, необходимо убедиться, что скорость холостого хода соответствует спецификации. Задать холостые обороты очень просто, но чтобы правильно это сделать нужен тахометр. Если в вашем автомобиле его нет, вам придется использовать внешний тахометр для определения частоты вращения двигателя. Тахометры или мультиметры, которые действуют как тахометры, доступны в Sears, а также в ряде сетей магазинов товаров для дома и магазинов автозапчастей. Некоторые из них называются мультиметрами, потому что они выполняют функции, отличные от тахометра, например, действуют как вольтметры, омметры и т. д. Они поставляются с инструкциями по подключению тахометра к вашему двигателю.

Снимите корпус воздушного фильтра, чтобы получить доступ к винту регулировки холостого хода. Регулировка этого винта увеличивает или уменьшает скорость холостого хода двигателя. Регулировочный винт является частью тяги карбюратора, и его легко найти. Если вы вручную увеличиваете обороты двигателя во время движения автомобиля, легко увидеть, какой винт нужно отрегулировать. Если имеется более одного винта, что бывает редко, то винт будет упираться в упор в основании карбюратора. Положительный упор остается неподвижным, и при повороте винта по часовой стрелке поворотное движение приводит к тому, что рычажный механизм останавливается дальше от основания. Это предотвращает полное закрытие дроссельных заслонок в основании карбюратора. Зазор, оставленный в дроссельных заслонках, позволяет большему количеству воздуха поступать в двигатель на холостом ходу, увеличивая скорость холостого хода. Перед выполнением этой регулировки важно полностью прогреть автомобиль. Поверните винт по часовой стрелке, и скорость двигателя увеличится; крутишь против часовой и обороты падают. Максимально приблизить скорость к заводской спецификации.

После установки оборотов холостого хода пришло время подключить к автомобилю индикатор времени. Фонарь имеет положительные и отрицательные соединения, которые идут к соответствующим клеммам, а не к аккумулятору. Также должен быть индуктивный зажим, чтобы пройти через провод штепсельной вилки для цилиндра номер один. Цилиндр номер один на малоблочных автомобилях Ford находится спереди со стороны пассажира, а у рядных шестицилиндровых двигателей Ford это цилиндр спереди. Обратитесь к руководству, если вы не уверены, какой цилиндр является номером один для вашего конкретного применения. Индуктивный зажим получает сигнал каждый раз, когда напряжение проходит через провод вилки и зажигает вилку. Этот сигнал также запускает стробоскоп в вашем индикаторе времени.

Затем направьте индикатор синхронизации на гармонический балансир и нажмите на спусковой крючок. Строб будет срабатывать один раз за оборот двигателя, а желтая метка, нанесенная на гармонический балансир, будет ярко мигать под стробоскопом. Посмотрите, где находится желтая метка по отношению к указателю времени, и вы сможете увидеть, где установлено ваше время.

(Одно предостережение: пожалуйста, будьте очень осторожны во время этой процедуры с индикатором времени и тахометром. Когда двигатель работает, вентилятор охлаждения вращается, и вы должны быть очень осторожны, чтобы держать все провода И руки подальше от вращающегося вентилятора. Больно.Сильно.)

Теперь, когда вы знаете, где устанавливается время, вы знаете, нужно ли его настраивать. Надеюсь, это не за горами! Чтобы ускорить или замедлить время, вы просто поворачиваете распределитель. Ослабьте болт и прижимной хомут в основании распределителя. Ослабьте его ровно настолько, чтобы повернуть распределитель, но не снимайте его. Достаточное ослабление болта облегчает выполнение небольших регулировок (один градус — это не так уж и далеко!) и затягивание его после правильной настройки времени. Вращение распределителя по часовой стрелке ускоряет синхронизацию, а вращение против часовой стрелки замедляет синхронизацию.

При работающем двигателе нажмите на спусковой крючок индикатора времени и наблюдайте, как метка времени на гармоническом балансире перемещается при вращении распределителя. Отрегулируйте его до тех пор, пока метка времени, которую вы сделали восковым мелком, не совпадет с указателем времени, когда сработает стробоскоп синхронизации. Как только вы установите правильное время, затяните прижимной болт распределителя.

Возможно, вы заметили, что изменение настройки времени может изменить скорость вашего двигателя. Как правило, опережение опережения зажигания увеличивает скорость двигателя, а замедление опережения зажигания уменьшает ее. Если синхронизация вашего двигателя была далека от заводской спецификации, вам, возможно, придется установить синхронизацию и скорость холостого хода с шагом. Обязательно проверьте скорость холостого хода после того, как вы установили синхронизацию, чтобы убедиться, что она все еще находится в пределах спецификации. Если нет, отрегулируйте скорость холостого хода в соответствии со спецификацией, а затем дважды проверьте время. Затем вернитесь и снова проверьте холостой ход, и так далее, пока они оба не станут идеальными.

Возможно, вам придется сделать это несколько раз, чтобы правильно установить синхронизацию и скорость холостого хода, но это звучит сложнее, чем есть на самом деле. Просто постепенно регулируйте каждый, двигаясь вперед и назад, пока не наберете их.

Подсоедините обратно вакуумные линии и переустановите воздухоочиститель. Убедитесь, что индикатор времени и внешний тахометр отключены и убраны. Совершите быстрый тест-драйв и посмотрите, как машина едет. Он не должен пинговаться ни при каких обстоятельствах, а рабочая температура должна быть в допустимых пределах. Если это так, то все готово! Если ваш автомобиль гудит при ускорении, вам нужно будет снова пройти процедуру и немного замедлить время, пока пинг не исчезнет. Если ваш автомобиль работает слишком тепло, вы можете увеличить время, чтобы помочь с этой проблемой, хотя может быть множество причин, помимо угла опережения зажигания, для того, чтобы он прогрелся.

Синхронизация мощности

Довольно часто энтузиасты производительности регулируют синхронизацию, чтобы получить максимальную мощность. Обычно вы можете немного увеличить время, превышающее заводскую спецификацию, чтобы получить немного больше мощности, чем завод был готов рискнуть. Производитель отвечал за гарантию на каждое транспортное средство, поэтому он тщательно настроил все, чтобы свести к минимуму жалобы клиентов и претензии по гарантии.

Синхронизация мощности — это сленговое название старой техники, используемой хот-роддерами для получения максимальной мощности от двигателя без поломки каких-либо деталей. По сути, тюнеры просто увеличивали время пошагово, пока не начинали слышать пинг под нагрузкой или ускорением, а затем уменьшали его пошагово, пока пинг не исчезал. Хотя слышать небольшой звон во время тестирования и настройки довольно безопасно, установка времени так, чтобы ваш автомобиль постоянно звонил, является опасной территорией.

Допустим, ваша заводская спецификация для базового угла опережения зажигания составляет шесть градусов до ВМТ. Попробуйте установить его на восемь градусов до ВМТ и протестируйте его. Если он не пингуется, продолжайте увеличивать время с шагом в два градуса, пока он не начнет пинговаться. Как только это произойдет, задержите синхронизацию с шагом в один или два градуса, пока он не перестанет пинговаться.

После того, как вы продвинете свой тайминг настолько далеко, насколько сможете без пинга, вы засечете свой двигатель. Лучше делать это в теплых условиях, так как в жаркие дни двигатели более склонны к стуку. После того, как вы закончите, проверьте расход топлива и мощность, и вы можете быть удивлены, обнаружив, что вы найдете настройку времени, которая намного лучше для вашего автомобиля и кошелька, чем заводская спецификация.

Это типичный дистрибьютор Ford 1960-х годов. Металлическая капсула спереди слева — это канистра вакуумного продвижения, которая соединена с вакуумным тройником или фитингом на вашем карбюраторе через черный вакуумный шланг. Вы можете увидеть прижимной болт и скобу распределителя в основании распределителя. Ослабление этого болта и вращение распределителя изменяет угол опережения зажигания.

Вот вид гармонического балансира снизу. Как видите, поднять автомобиль на домкрате, чтобы получить доступ к балансиру снизу, зачастую проще, чем получить доступ к нему сверху. Это облегчает очистку поверхности от ржавчины (при необходимости) и нанесение соответствующей метки синхронизации на ваш балансир (желтая полоса).

Сверху можно увидеть временную метку, указатель времени и балансировщик гармоник. Как видите, вокруг этой области часто много беспорядка, и довольно часто у вас достаточно места только для того, чтобы увидеть указатель времени, и мало места для чего-либо еще. Вот почему маркировка балансира снизу часто проще. Стрелка должна совпадать с отметкой, которую вы делаете на балансире при установке времени.

Это держатель дистрибьютора послепродажного обслуживания производства ARP. Вместо заводских болтов и хомутов в ARP используются шпилька, гайка и хомут. Любой будет работать хорошо.

С помощью гаечного ключа или специальной головки ослабьте и затяните прижимной болт, устанавливая синхронизацию. Это изготовленный на заказ накидной ключ, изогнутый специально для этого применения. Существует множество вариантов, в том числе специальные ключи для распределителя, специальные головки и поворотные головки для ослабления и затягивания болта. Доступ здесь довольно прост, отсюда и накидной ключ. В зависимости от аксессуаров, особенно кондиционера, доступ к держателю распределителя может быть немного сложнее. Не существует одного инструмента для всех приложений, и вам нужно будет посмотреть на свой движок, прежде чем приступить к работе, чтобы определить, какой инструмент будет работать лучше всего для вас. Помните, что во время выполнения этой процедуры двигатель будет работать, поэтому выберите инструмент, который будет держать ваши руки подальше от вращающихся лопастей вентилятора и горячих частей двигателя.

Отрегулируйте холостой ход с помощью отвертки, вращая винт регулировки холостого хода. Поворот по часовой стрелке увеличивает скорость холостого хода, а поворот против часовой стрелки уменьшает скорость холостого хода двигателя. Не забудьте убедиться, что двигатель прогрет до рабочей температуры при установке скорости холостого хода.

Вакуумная линия от вакуумного адсорбера ведет к источнику вакуума на двигателе. Его необходимо отключить, чтобы правильно установить базовое опережение зажигания. Здесь показан портированный источник вакуума на 4-камерном карбюраторе Holley. Это обычный источник вакуумного продвижения. Чтобы отключить этот источник вакуума от карбюратора, снимите вакуумную магистраль и поместите на карбюратор вместо нее вакуумную заглушку. Вакуумную линию можно заткнуть тройником для гольфа, маленьким карандашом или болтом. Вы также можете отсоединить этот шланг от вакуумного бачка, поставить на его место вакуумный колпачок, а затем заткнуть шланг на этом конце. В любом случае будет работать.

На этой фотографии показан вакуумный колпачок, используемый для заглушки источника подачи вакуума. Ассортиментные упаковки вакуумных крышек можно найти в магазинах автозапчастей, скобяных изделий и товаров для дома.

Если у вас есть винтажный Ford и вы планируете самостоятельно проводить техническое обслуживание и ремонт, я настоятельно рекомендую дистанционный выключатель стартера. Они используются для запуска двигателя без необходимости садиться в машину и поворачивать ключ. Удаленный стартер очень удобен для настройки клапанов, вращения двигателя для маркировки гармонического балансира, установки точек и т. д. Здесь мы будем использовать переключатель для запуска двигателя до тех пор, пока установочные метки на гармоническом балансире не окажутся в месте, где нам будет легко отметить их восковым мелком.

На соленоиде стартера Ford есть четыре контакта. Начиная с крайнего левого угла, есть большая клемма, к которой подключается положительный кабель аккумулятора. Затем в середине есть два меньших терминала, тот, что слева, — это терминал «S», а тот, что справа, — это терминал «I». Наконец, большая клемма в крайнем правом углу — это клемма, которая идет к вашему стартеру через другой пусковой кабель. Чтобы использовать дистанционный переключатель стартера, подключите один провод к клемме «S» на соленоиде стартера (должна быть помечена на соленоиде), расположенной на стенке моторного отсека рядом с аккумулятором. Вам, вероятно, потребуется вытащить существующий провод и загрузиться с этого терминала, чтобы получить доступ. Обычно это угловой ботинок, как показано на этом изображении на терминале прямо справа от терминала «S».

Другой провод выключателя стартера подключается к положительной клемме аккумуляторной батареи.

Светильник таймера очень просто подключить. Просто подключите положительный провод к положительному выводу батареи, а отрицательный вывод к отрицательному выводу батареи. Здесь показан единственный провод, который вам нужно подключить. Это индуктивный зажим, который зажимает провод штепсельной вилки номер один. На индуктивном зажиме будет стрелка, указывающая, какая сторона обращена к свече зажигания. Будьте очень осторожны, чтобы проложить всю проводку индикатора времени таким образом, чтобы она не касалась чего-либо горячего или не попадала в вентилятор. Когда вы используете индикатор времени, двигатель будет работать, поэтому очень важно соблюдать осторожность.

При работающем двигателе направьте индикатор времени в направлении указателя времени и нажмите на спусковой крючок. Индикатор времени на самом деле представляет собой простой стробоскоп, который мигает, когда срабатывает штепсельная вилка номер один. Когда индикатор мигает, временная метка, которую вы сделали на гармонике, должна быть где-то рядом с указателем времени. Ослабьте прижимной болт и поверните распределитель, пока обе метки не совпадут. Вращение распределителя по часовой стрелке ускоряет синхронизацию; против часовой стрелки замедляет его.

Вот некоторые из основных инструментов, которые будут полезны для настройки времени. Руководство по ремонту очень удобно, особенно если вам нужны параметры настройки. В самом верху находится храповик и гнездо для ручного проворачивания двигателя. Этого можно избежать, если вы купите переключатель стартера, который показан черным элементом в правом нижнем углу. Индикатор синхронизации представляет собой серый предмет в форме пистолета. Также показаны некоторые специальные гаечные ключи для удержания распределителя, восковой мелок для маркировки вашего положения синхронизации и проволочная щетка для очистки любых ржавых деталей.

Изучение влияния угла опережения зажигания на характеристики и выбросы бензиновых двигателей | European Transport Research Review

• Оригинальный документ
• Открытый доступ
• Опубликовано: 25 апреля 2013 г.

• Дж. Зари ¹ и
• А. Х. Какаи ¹  

Европейский обзор транспортных исследований том 5 , страницы 109–116 (2013 г.)Процитировать эту статью

• 53 тыс. обращений

• 31 цитирование

• Сведения о показателях

Abstract

Введение

Момент зажигания в двигателе с искровым зажиганием представляет собой процесс установки времени, когда в камере сгорания произойдет воспламенение (во время такта сжатия) относительно положения поршня и угловой скорости коленчатого вала. Установка правильного угла опережения зажигания имеет решающее значение для производительности и выбросов выхлопных газов двигателя. Цель настоящей работы состоит в том, чтобы оценить, может ли изменение угла опережения зажигания влиять на выбросы выхлопных газов и характеристики двигателя SI.

Метод

Для достижения этой цели при частоте вращения 3400 об/мин момент зажигания был изменен в диапазоне от 41° до ВМТ до 10° до ВМТ, а для оптимизации работы был разработан угол опережения зажигания при полностью открытой дроссельной заслонке и наконец, получают и обсуждают рабочие характеристики, такие как мощность, крутящий момент, BMEP, объемный КПД и выбросы.

Результаты

Результаты показывают, что оптимальная мощность и крутящий момент достигаются при 31°C перед верхней мертвой точкой и объемный КПД, BMEP увеличиваются с увеличением угла опережения зажигания. О ₂ , CO ₂ , CO был почти постоянным, но HC с опережением опережения зажигания увеличивался, и наименьшее количество NO _x достигается при 10 ВМТ.

Выводы

В заключение было получено, что угол опережения зажигания можно использовать как альтернативный способ прогнозирования работы двигателей внутреннего сгорания. Также было обнаружено, что частота вращения двигателя и положение дроссельной заслонки значительно влияют на характеристики этого двигателя.

1 Введение

Работа двигателей с искровым зажиганием зависит от многих факторов. Одним из самых важных является момент зажигания. Кроме того, это один из наиболее важных параметров для оптимизации эффективности и выбросов, позволяющий двигателям внутреннего сгорания соответствовать будущим целям и стандартам выбросов [1]. С момента появления первого четырехтактного двигателя Отто разработка двигателя с искровым зажиганием достигла высокого уровня успеха. В первые годы главными задачами конструкторов двигателей были увеличение мощности и надежности двигателя. В последние годы, однако, момент зажигания привлек повышенное внимание к разработке усовершенствованных двигателей SI для достижения максимальной производительности [2, 3].

Чан и Чжу работали над моделированием термодинамики в цилиндрах при высоких значениях задержки воспламенения, в частности над влиянием задержки зажигания на распределение давления в цилиндре. Также были рассчитаны температура газа в цилиндре и захваченная масса при различных условиях зажигания [4]. Сойлу и Герпен разработали двухзонную термодинамическую модель для исследования влияния угла опережения зажигания, состава топлива и коэффициента эквивалентности на скорость горения и давление в цилиндре двигателя, работающего на природном газе [5]. Был проведен анализ скорости горения для определения периода возникновения и распространения пламени при различных режимах работы двигателя [5].

Модель нульмерного термодинамического цикла с двухзонной моделью сжигания/несгорания, в основном основанная на работе Фергюсона и Крикпатрика [6], была разработана для прогнозирования давления в цилиндре, выполненной работы, тепловыделения, энтальпии выхлопных газов и т.д. вперед. Нульмерная модель основана на первом законе термодинамики, в котором устанавливается эмпирическая связь между скоростью сгорания топлива и положением кривошипа.

Сегодня поддержание чистоты окружающей среды стало важной проблемой в промышленно развитом обществе. Загрязнение воздуха, вызванное автомобилями и мотоциклами, является важной экологической проблемой, которую необходимо решить. Для этой цели поиск новых альтернативных источников энергии вместо нефти в двигателях внутреннего сгорания становится необходимостью как никогда.

2 Испытательный двигатель

Средства для контроля и управления параметрами двигателя (такими как: частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, температура воды и смазочного масла, потоки топлива и воздуха и т. д.) установлены на полностью автоматизированном испытательном стенде, экспериментальный стандартный двигатель SI , расположенный в лаборатории компании «Иран Ходро». Первый набор рабочих характеристик был получен при изменении угла синхронизации, давление во впускном коллекторе составляло 100 кПа, а эквивалентность поддерживалась на уровне единицы. Технические характеристики испытательного двигателя приведены в таблице 1.

Полноразмерная таблица

Двигатель установлен на полностью автоматизированном испытательном стенде и соединен с вихретоковым динамометром Schenck W130, способным поглощать нагрузку и приводить в движение двигатель. Имеется один электрический датчик скорости и один датчика нагрузки, сигналы от которых подаются на индикаторы на панели управления и на контроллер. С помощью ручек на панели управления оператор может настроить динамометр на контроль скорости или нагрузки. Также имеется возможность установки угла опережения зажигания с помощью переключателя на панели управления. Циркуляция охлаждающей жидкости и смазочного масла осуществляется насосами с электрическим приводом, а температура регулируется теплообменниками с подачей воды. Нагреватели используются для поддержания температуры масла и охлаждающей жидкости во время прогрева и в условиях легкой нагрузки. На рис. 1 показана панель управления и испытательный двигатель на динамометрическом стенде.

Панель управления и испытательный двигатель на динамометрическом стенде

Увеличенное изображение

3 Метод

3.1 Прибор для анализа выхлопных газов

Прибор для анализа выхлопных газов состоит из ряда анализаторов для измерения сажи, NOx, CO и общее количество несгоревших углеводородов (HC). Уровень дыма (сажи) в выхлопных газах измерялся с помощью «AVL Di Gas», показания которого представлены в единицах Харта (% непрозрачности) или эквивалентной плотности дыма (сажи) (миллиграммы сажи на кубический метр выхлопных газов). ). Концентрация оксидов азота в ppm (частей на миллион по объему) в выхлопных газах измерялась анализатором «Сигнал» серии-4000, оснащенным обогреваемой линией с термостатическим управлением.

3.2 Экспериментальные ошибки

Никакая физическая величина не может быть измерена с полной уверенностью; всегда есть ошибки в любом измерении. Это означает, что если мы измерим некоторую величину, а затем повторим измерение, то почти наверняка во второй раз измерим другую величину.

Однако по мере того, как мы проявляем большую осторожность в наших измерениях и применяем все более совершенные экспериментальные методы, мы можем уменьшить ошибки и, таким образом, обрести большую уверенность в том, что наши измерения все больше приближаются к истинному значению [7].

3.2.1 Объединение ошибок в расчетах

При выполнении нескольких измерений и их объединении в формулы результирующая ошибка будет представлять собой комбинацию отдельных ошибок. Хотя ошибки могут компенсироваться, мы должны вычислить максимально возможную ошибку, предполагая, что ошибки аддитивны [8, 9].

Сначала преобразуйте абсолютные ошибки в % ошибок. Максимально возможная ошибка определяется путем сложения % ошибок вместе. Если при расчете показание возводится в степень, то % ошибки для этой части представляет собой степень, умноженную на % ошибки. Как правило, ошибки можно разделить на два широких и грубых, но полезных класса: систематические и случайные.

Систематические ошибки — это ошибки, которые имеют тенденцию к систематическому сдвигу всех измерений, так что их среднее значение смещается. Это может быть связано с такими вещами, как неправильная калибровка оборудования, постоянное неправильное использование оборудования или неспособность должным образом учесть какой-либо эффект [10].

Источниками систематических ошибок являются внешние воздействия, которые могут изменить результаты эксперимента, но поправки на которые недостаточно известны. В науке причины, по которым часто требуется несколько независимых подтверждений экспериментальных результатов (особенно с использованием разных методов), заключаются в том, что разные устройства в разных местах могут подвергаться различным систематическим эффектам. Поэтому следует учитывать погрешности прибора перед тестированием.

3.2.2 Расчетная комбинированная ошибка

Коэффициент вероятной ошибки в каждом среднем получается из комбинированных ошибок каждой части. Предположим, что M равно u ₁ ,   u ₂ ,   …  u _n независимая переменная n функция количества [11, 12]

$$ \begin{array}{c}\hfill f\left({u}_1\pm \varDelta {u}_1,\kern0. 2f}{\partial {u}_1}+\dots \right\} +\dots \hfill \end{массив} $$

(1)

(2)

Вероятная ошибка

(3)

Вероятная ошибка в полученных измерениях

(4)

Вероятная ошибка каждого измерения ошибка с доверительной вероятностью 99 %

(6)

Средняя величина вероятной ошибки с доверительной вероятностью 95 %

(7)

После проведения некоторых экспериментальных измерений они обычно объединяются в соответствии с некоторой формулой для получения желаемой величины. Чтобы найти предполагаемую ошибку для вычисленного результата, нужно знать, как комбинировать ошибки во входных величинах. Простейшей процедурой было бы добавить ошибки. Это было бы консервативным предположением, но оно переоценивает неопределенность результата. Ясно, что если ошибки во входных данных случайны, то они будут компенсировать друг друга по крайней мере некоторое время. Случайны ли ошибки измеряемых величин и независимы ли они, можно получить из нескольких простых формул. В этом исследовании среднее количество вероятных ошибок с 9Достигнута достоверность 9 %.

3.2.3 Состояние и параметры испытаний-экспериментальная методика

Серию испытаний проводят с изменением угла опережения зажигания при работе двигателя на частоте вращения 3400 об/мин при угле опережения зажигания 41 угол поворота коленчатого вала перед ВМТ и при полная нагрузка. Из-за различий между теплотворной способностью и содержанием кислорода в испытуемых топливах сравнение должно проводиться при одном и том же среднем эффективном давлении моторного торможения, т. е. при нагрузке, а не при соотношении воздух/топливо. в этом же тесте учитываются точность измерений, а также точность измерений и неопределенность вычисленных результатов.

В каждом испытании измеряются объемный расход топлива, дымность выхлопных газов и регулируемые выбросы выхлопных газов, такие как оксиды азота (NOx), окись углерода (CO) и общее количество несгоревших углеводородов (HC). Из первого измерения рассчитываются удельный расход топлива и термическая эффективность тормозов с использованием плотности образца и низшей теплотворной способности. В таблице 2 показана точность измерений и неопределенность результатов вычислений различных параметров.

Полноразмерная таблица

4 Результаты и обсуждение

Первая корректировка рабочих характеристик была проведена при изменении положения дроссельной заслонки. Изменяя положение дроссельной заслонки, давление во впускном коллекторе изменялось до 100 кПа в положении полностью открытой дроссельной заслонки. Скорость поддерживалась на уровне 3400 об/мин, а коэффициент эквивалентности оставался равным единице.

Результаты показывают, что среднее эффективное давление в тормозной системе (BMEP) имеет тенденцию увеличиваться с увеличением угла опережения зажигания до 31° перед верхней мертвой точкой (ВМТ), а затем падает. Наилучшие характеристики будут достигнуты при максимальном зажигании 31° до ВМТ. Если угол опережения зажигания недостаточно опережен, первоначальная часть максимального давления будет создаваться в такте расширения, и в этом случае мы теряем полезную эффективность и снижаем производительность.

Максимальный BMEP достигается при моменте зажигания 31°ВМТ. Минимальное опережение для максимального тормозного момента (МВТ) определяется как наименьшее опережение, при котором достигается 99 % максимальной мощности.

Следует отметить, что MBT будет изменяться как в зависимости от положения дроссельной заслонки, так и от частоты вращения двигателя при большем количестве дроссельной заслонки; плотности заряда в цилиндре на менее плотных смесях потребуется не очень большое опережение зажигания. В этом случае воспламенение происходит и дает соответствующие характеристики (рис. 2).

Взаимосвязь между IMEP и BMEP и опережением зажигания — полностью открытая дроссельная заслонка; Коэффициент эквивалентности одного

Изображение в натуральную величину

На приведенном выше рисунке показано, что указанное среднее эффективное давление (IMEP) имеет тенденцию к увеличению с опережением опережения зажигания между 21 и 41° до ВМТ. Ожидается, что IMEP должен увеличиваться с увеличением угла синхронизации до определенной точки, а затем уменьшаться. Наилучшие характеристики достигаются, когда большая часть сгорания происходит вблизи верхней мертвой точки. Если момент зажигания недостаточно опережен, поршень уже будет двигаться вниз, когда происходит большая часть сгорания. В этом случае мы теряем возможность расширять эту порцию газа на весь диапазон, снижая производительность. Если угол опережения зажигания будет слишком опережать, слишком много газа сгорит, пока поршень все еще поднимается. Работа, которую необходимо совершить для сжатия этого газа, уменьшит произведенную чистую работу. Эти конкурирующие эффекты приводят к тому, что IMEP достигает максимума в зависимости от опережения зажигания.

Как видно на рис. 3, пиковое давление увеличивается с увеличением угла опережения зажигания перед верхней мертвой точкой. Максимальное давление будет достигнуто, если весь газ сгорит к моменту достижения поршнем ВМТ. Но давление уменьшается с менее опережающим опережением зажигания, потому что; газ не сгорает полностью, пока поршень не опустится на такте расширения.

Зависимость между температурой выхлопных газов и пиковым давлением в цилиндре в зависимости от момента зажигания при полностью открытом дросселе; отношение эквивалентности одного

Изображение полного размера

На приведенном выше рисунке также видно, что температура выхлопных газов снижается по мере приближения к ВМТ и ВМТ. IMEP представляет собой работу, совершаемую поршнем. Температура выхлопных газов представляет собой энтальпию выхлопных газов для идеальных газов. Энтальпия является функцией только температуры, и энергия, выделяемая при сгорании топлива, должна идти на работу расширения. Температура выхлопных газов также снижается, если необходимо сохранить энергию (рис. 4).

Зависимость между BMEP и моментом зажигания. Частота вращения двигателя 3400 об/мин, давление во впускном коллекторе 100 кПа

Изображение с полным размером

Результаты показывают, что BMEP увеличивается с опережением опережения зажигания. Это ожидало, что BMEP уменьшится с закрытием времени зажигания до верхней мертвой точки. Если зажигание недостаточно опережающее, поршень уже будет двигаться вниз, когда происходит большая часть сгорания. В этом случае мы теряем возможность расходовать эту порцию газа и снижаем производительность. Если зажигание слишком раннее, большая часть газа сгорит, пока поршень еще поднимается; работа, которую необходимо совершить, чтобы сжать этот газ, уменьшит произведенную чистую работу. Кроме того, результаты показывают, что максимальное значение BMEP находится в диапазоне от −21° до 41°, а максимальное значение BMEP для даты имеет момент зажигания при 31° до ВМТ.

Рисунок 5 показывает, что удельный расход топлива при торможении (BSFC) имеет тенденцию улучшаться с увеличением угла опережения зажигания до верхней мертвой точки. Следует отметить, что при увеличении BMEP обратно пропорционально увеличивается BSFC.

Взаимосвязь между BSFC и опережением зажигания при 3400 об/мин и коэффициентом эквивалентности, равным единице

Изображение в натуральную величину

На рис. 6 показаны O ₂ и концентрация УВ в зависимости от угла опережения зажигания. Угол опережения зажигания вызывает более высокое пиковое давление в цилиндре. Это более высокое давление выталкивает больше топливно-воздушной смеси в щели (в первую очередь пространство между днищем поршня и стенками цилиндра), где пламя гасится, а смесь остается несгоревшей. Кроме того, температура в конце цикла, когда смесь выходит из этих щелей, ниже при более раннем зажигании. Более поздняя температура означает, что углеводороды и кислород не реагируют. Это увеличивает концентрацию кислорода в выхлопных газах и несгоревших углеводородов.

Зависимость между O ₂ и концентрацией углеводородов в зависимости от угла опережения зажигания при 3400 об/мин и давлении во впускном коллекторе 100 кПа

Изображение в натуральную величину

Рис. Концентрация CO и HC в зависимости от момента зажигания, давления во впускном коллекторе 100 кПа и коэффициента эквивалентности, равного единице

Изображение в натуральную величину

На приведенном выше рисунке концентрации монооксида углерода, кислорода и диоксида углерода очень мало изменяются в зависимости от момента зажигания в исследованном диапазоне (рис. 7). ).

Здесь отношение эквивалентности поддерживалось постоянным и равным единице, поэтому кислорода было достаточно, чтобы большая часть углерода превратилась в CO ₂ . Концентрация CO увеличилась, а концентрация CO ₂ уменьшилась, когда не хватает кислорода. Некоторое количество угарного газа действительно появляется в выхлопных газах из-за замороженной равновесной концентрации CO, O ₂ и CO ₂ .

Рис. 8

Зависимость между концентрациями NO и моментом зажигания. Частота вращения двигателя при 3400 об/мин и давлении во впускном коллекторе 100 кПа

Изображение полного размера

На рисунке показана зависимость концентрации NO в отработавших газах от момента зажигания. Образование NO зависит от температуры. С увеличением угла опережения зажигания пиковое давление в цилиндре увеличивается. Закон идеального газа гласит, что увеличение пикового давления должно соответствовать увеличению пиковой температуры, а более высокая температура приводит к увеличению концентрации NO (рис. 8).

Рис. 9

Зависимость мощности и крутящего момента от угла опережения зажигания

Изображение полного размера

Результаты показывают, что мощность имеет тенденцию к увеличению с опережением зажигания между 17 и 35°CA до ВМТ. Ожидается, что мощность должна увеличиваться с продвижением искры до точки, а затем падать. Наилучшие характеристики достигаются, когда большая часть сгорания происходит вблизи верхней мертвой точки. Если искра недостаточно развита, поршень уже будет двигаться вниз, когда происходит большая часть сгорания. В этом случае мы теряем возможность расширять эту порцию газа на весь диапазон, снижая производительность. Если зажигание слишком раннее, слишком много газа сгорит, пока поршень все еще поднимается. В результате работа, которую необходимо совершить для сжатия этого газа, уменьшит произведенную чистую работу. Эти конкурирующие эффекты приводят к тому, что максимальная мощность зависит от опережения зажигания.

Также показывает, что крутящий момент увеличивается с увеличением опережения зажигания. Это связано с увеличением давления в такте сжатия и, следовательно, с увеличением полезной работы. Следует отметить, что при дальнейшем увеличении опережения зажигания крутящий момент не будет увеличиваться в основном из-за пикового давления в цилиндре в период сжатия и снижения давления в такте расширения. По этой причине определение оптимального угла опережения зажигания является одной из наиболее важных характеристик для двигателя SI (рис. 9).).

На рисунке 10 представлены прогнозируемые результаты теплового КПД в сравнении с экспериментальными данными. Тепловой КПД — это работа, деленная на потребляемую энергию. Видно, что чистая работа увеличивается с увеличением опережения зажигания до точки, а затем несколько уменьшается. Это происходит из-за увеличения трения при высоких значениях опережения зажигания и, следовательно, уменьшения полезной работы. Согласно рис. 6, наибольшее количество сети происходит при 31° СА до ВМТ.

Рис. 10

Зависимость КПД от момента зажигания

Изображение в натуральную величину

5 Заключение

Целью данной статьи было изучение влияния угла опережения зажигания в двигателе с искровым зажиганием, использующего различные начальные моменты времени и обороты двигателя, на характеристики двигателя экспериментально. Общие результаты показывают, что угол опережения зажигания можно использовать как альтернативный способ прогнозирования работы двигателей внутреннего сгорания. В этой работе наилучшие результаты были получены при 31°ВМТ для 3400 об/мин. Также было обнаружено, что частота вращения двигателя и положение дроссельной заслонки значительно влияют на характеристики этого двигателя. Объемный КПД, BMEP увеличивались с увеличением угла опережения зажигания. HC с увеличением опережения зажигания, O ₂ , CO ₂ , содержание CO было почти постоянным, а наименьшее количество NOx было получено при 10°BTDC. Для будущей работы рекомендуется управлять синхронизацией зажигания и фаз газораспределения вместе и изменять положение дроссельной заслонки на разных скоростях.

Ссылки

1. Голку М., Секмен Ю., Салман М.С. (2005) Моделирование на основе искусственных нейронных сетей изменения фаз газораспределения в двигателе с искровым зажиганием. Applied Energy 81:187–197

   Статья Google Scholar

2. Чан С.Х., Чжу Дж. (2001) Моделирование. Int J Therm Sci 40(1):94–103

   Статья MathSciNet Google Scholar

3. Soylu S, Van Gerpen J (2004) Разработка основанных на опыте подмоделей скорости горения для двигателя, работающего на природном газе. Energy Convers Manage 45 (№ 4): 467–481. doi:10.1016/S0196-8904(03)00164-X

   Статья Google Scholar

4. Чан С.Х., Чжу Дж. (2001) Моделирование термодинамики двигателя в цилиндрах при высоких значениях задержки зажигания. Int J Therm Sci 40 (1): 94–103

   Артикул MathSciNet Google Scholar

5. Soylu S, Van Gerpen J (2004) Разработка основанных на опыте подмоделей скорости горения для двигателя, работающего на природном газе. Energy Convers Manage 45(4):467–481

   Статья Google Scholar

6. Фергюсон К.Р., Крикпатрик А.Т. (2001) Двигатели внутреннего сгорания — Прикладные термонауки. Уайли, Нью-Йорк

   Google Scholar

7. Choia GH, Chungb YJ, Hanc SB (2005) Рабочие характеристики и характеристики выбросов двигателя внутреннего сгорания на сжиженном нефтяном газе, обогащенном водородом, при 1400 об/мин. Int J Hydrogen Energy 30:77–82

   Статья Google Scholar

8. Тетер В. Д. (2007 г.) Профессор приборостроения и управления, Департамент гражданского строительства, Инженерный колледж, Университет штата Делавэр. Раздел 16

9. Публикация UKAS M 3003 (1997) Выражение неопределенности и уверенности в измерении. Издание 1, декабрь. измерения, 2-е издание, University Science Books

10. Bevington PR, Robinson DK (1992) Сокращение данных и анализ ошибок для физических наук, 2-е издание, WCB/McGraw-Hill

Download references

Author information

Authors and Affiliations

1. Department of Automotive, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

   J. Zareei & A. H. Kakaee

Authors

1. J. Zareei

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. A.