20.05.2012г. Вторая жизнь карбюраторного двигателя

На дорогах нашей страны, и стран СНГ, ездит ещё очень много автомобилей с  карбюраторным двигателем. В больших городах, особенно в Киеве, уже достаточно много современных автомобилей с инжекторными двигателями, но стоит отъехать от большого города на 100-150км и картинка поменяется. Все больше появляется автомобилей ранних лет выпуска. Может слово «старых», применять не совсем справедливо к автомобилям прежних лет выпуска, в данном случае идет сравнение с современными автомобилями 2003-2011г.г. выпуска.

Можно сказать, что именно в этот период наступил расцвет в эре выпуска автомобилей с современными системами впрыска и напичканных электроникой. Системы впрыска  устанавливались и раньше, особенно зарубежными производителями, ВАЗ их серийно начал устанавливать в 1994г. Но есть статистика. По некоторым оценкам возраст автомобилей превышающих 20лет составляет более 30% всего парка легковых автомобилей страны. Это все автомобили с карбюраторными двигателями. Они исправно служат своим хозяевам, которые их поддерживают в исправном состоянии, но все таки они не достаточно экономичны и не достаточно резвые оп сравнению с современными автомобилями. Есть ли возможность улучшить их характеристики без радикального вмешательства в конструкцию двигателя? Есть! Правильно будет сказать, она появилась! Это электронный блок управления углом опережения зажигания. Для  чего он служит и как исправляет положение. Для начала рассмотрим работу классического распределителя зажигания.  

Высокое напряжение, подводимое к центральному электроду свечи зажигания, пробивает воздушный зазор между электродами и между ними проскакивает искра, воспламеняющая рабочую смесь в цилиндре двигателя. Рабочая смесь сгорает примерно за тысячные доли секунды. За это время коленчатый вал двигателя поворачивается на 20-50° (в зависимости от частоты вращения).

Для получения максимальной мощности и экономичности двигателя необходимо воспламенять рабочую смесь несколько раньше прихода поршня в в. м. т., чтобы сгорание закончилось при повороте кривошипа коленчатого вала на 10-15° после в. м. т., т. е. искровой разряд должен создаваться с необходимым опережением. При излишне раннем зажигании, когда угол опережения зажигания слишком большой, рабочая смесь сгорает до прихода поршня в в. м. т. и тормозит его. В результате снижается мощность двигателя, возникают стуки, двигатель перегревается и неустойчиво работает на малых оборотах холостого хода. При позднем зажигании рабочая смесь будет сгорать, когда поршень идет вниз, т. е. в условиях увеличивающегося объема. В этом случае давление газов будет значительно ниже, чем при нормальном зажигании, и мощность двигателя понизится. Кроме того, возможно загорание смеси в выпускном трубопроводе. Чтобы сгорание топлива происходило своевременно, каждой частоте вращения вала двигателя необходим свой угол опережения зажигания. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала угол опережения зажигания должен уменьшаться, а при увеличении частоты вращения увеличиваться. Эту работу выполняет центробежный регулятор опережения зажигания. При увеличении частоты вращения валика распределителя, угол опережения зажигания увеличивается. При уменьшении частоты вращения угол опережения зажигания уменьшается.

При изменении нагрузки на двигатель изменяется содержание остаточных газов в цилиндрах двигателя. При больших нагрузках, когда дроссельные заслонки карбюратора полностью открыты, содержание остаточных газов в рабочей смеси низкое, поэтому смесь сгорает быстрее и зажигание должно происходить позже. При снижении нагрузки на двигатель (прикрытие дроссельных заслонок) содержание остаточных газов увеличивается, рабочая смесь горит дольше и зажигание должно происходить раньше. Корректировку угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки на двигатель выполняет вакуумный регулятор опережения зажигания.

Когда дроссельная заслонка закрыта (холостой ход двигателя), отверстие для отбора разрежения находится выше кромки дроссельной заслонки, поэтому разрежения нет и вакуумный регулятор не работает. При небольших открытиях дроссельной заслонки появляется разрежение, диафрагма 4 оттягивается и тягой поворачивает подвижную пластину прерывателя против направления вращения валика распределителя зажигания. Угол опережение зажигания увеличивается. По мере дальнейшего открытия дроссельной заслонки (увеличение нагрузки) разрежение уменьшается, и пружина отжимает диафрагму в исходное положение. Подвижная пластина прерывателя поворачивается в направлении вращения валика распределителя зажигания, и  угол опережение зажигания уменьшается.

          Несомненным достоинством механических распределителей зажигания является то, что конструктивно все элементы системы объединены в один узел. Распределитель обеспечивает функции формирования и регулирования момента зажигания (а в контактных системах – и коммутации тока в катушке), а так же производит распределение высоковольтной энергии в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Главный недостаток таких систем, с точки зрения управления моментом зажигания – неспособность обеспечить сложную трехмерную характеристику, необходимую для удовлетворения жёстких и порой противоречивых требований, предъявляемых к современным двигателям. На рис. 3.16а представлен пример трехмерной характеристики (угол опережения зажигания, в зависимости от количества оборотов и нагрузки на двигатель), которую способен обеспечить механический распределитель зажигания, а на рис.3.16б – пример характеристики, реально необходимой для выполнения жестких норм по токсичности и сохранения хороших показателей мощности и экономичности. Получение подобной характеристики возможно только при использовании микропроцессорной системы зажигания.

Блок-схема микропроцессорной системы зажигания, представлена на рис. 3.17. Необходимо сказать, что в современных автомобилях используются более сложные комплексные системы управления двигателем, в которых управление зажиганием и впрыском объединены в один блок. В этом блоке происходит анализ состояния всех систем автомобиля (положение педали газа, сигналы от датчика массового расхода воздуха, катализатора, кондиционера и др.). Мы же рассматриваем подсистему этого блока – формирование угла опережения зажигания.

         Основу системы составляет блок управления 1, выполненный на базе микропроцессора. В ПЗУ блока управления, при изготовлении, записывается «матрица» значений углов опережения зажигания, подобная изображенной на рис. 3.15а.  Матрица определяется на этапе испытаний и доводке двигателя путем многочисленных измерений на динамометрическом стенде. Для получения информации о частоте вращения и положении коленчатого вала используется датчик. В качестве датчика нагрузки в микропроцессорных системах используется датчик абсолютного давления, устанавливаемы во впускном трубопроводе.

          После получения информации о частоте вращения коленчатого вала и нагрузке на двигатель блок управления выбирает из записанной в ПЗУ матрицы необходимое в данный момент значение угла опережения зажигания. При необходимости это значение корректируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и сигнала от датчика детонации, после чего формируется сигнал управления выходным каскадом. Выходной каскад – коммутатор.

При установке электронного блока регулировки опережения зажигания, управление углом опережения зажигания производиться через коммутатор. Рассмотрим, как это происходит.

Кривая угла опережения зажигания записана в памяти блока, и корректируется в зависимости от количества оборотов двигателя и от данных, полученных от  датчиков абсолютного давления, датчика детонации и температуры двигателя. Управляющий сигнал от блока подается на коммутатор стоящий в первичной цепи катушки зажигания.

 На карбюраторном двигателе отсутствуют датчики температуры всасываемого воздуха, датчик положения дроссельной заслонки. Частоту оборотов двигателя электронный блок получает с распределителя зажигания (установлен датчик Холла). Допускается использование штатного распределителя зажигания. Для определения частоты вращения коленчатого вала используются контакты прерывателя распределителя зажигания.  При этом, ток протекающий через его контакты, снижается в десять раз, соответственно уменьшается подгорание контактов и значительно увеличивается пробег автомобиля без зачистки контактов и их регулировки.  Рекомендуется установка  более современного распределителя зажигания – с датчиком Холла. В этом случае отсутствует дребезг контактов и  происходит более четкое формирование сигнала.  Функцию датчика нагрузки несет на себе датчик абсолютного давления (устанавливается). Показания температуры снимаются с датчика на двигателе, установленного штатно. Датчик детонации устанавливается.

Схема подключения электронного  блока регулирования угла опережения зажигания

          При использовании современных марок бензина, соответствующих стандарту ЕВРО4 и ЕВРО5, которые требуют увеличенных УОЗ, механический регулятор не в состоянии в полной мере использовать потенциал двигателя. Предельный угол опережения зажигания у него составляет максимум 35 градусов, в то время как электронный блок позволяет регулировать угол опережения зажигания в пределах 0-70 градусов. К тому же реакция на изменение параметров   у электронного блока регулировки опережения зажигания, в разы быстрее, чем у механического. Электронный блок позволяет  компенсировать разброс в качестве топлива (октановое число на  ± 10 единиц) и снизить, как минимум вдвое выбросы в окружающую среду вредных веществ в выхлопных газах. При установке электронного блока, автомобиль быстрее разгоняется, двигатель становиться более эластичным, снижается расход топлива.

      Конечно, возврата к карбюраторному двигателю не будет, но используя потенциал электронного блока регулировки опережения зажигания, можно в значительной мере улучшить свойства подержанного автомобиля с карбюраторным двигателем и снизить расходы на его эксплуатацию.

      При стоимости блока с датчиками от 1310 до  1600грн, вместе с работой по установке, и в зависимости от модели, вся система в целом окупается (экономия топлива минимум 7%) при пробеге в среднем за 15000-21000км, в зависимости от режимов эксплуатации. Реальные показатели экономии топлива на автомобиле Москвич 2141 с двигателем ВАЗ 2106, 1,6л составила 11%, т.е. при стоимости бензина А-95  11грн/литр, система окупается при пробеге  13000км. Но это мы взяли только экономию топлива. Если же оценить поведение автомобиля, то можно сказать, автомобиль преобразился. По ощущениям автомобиль стал быстрее разгоняться, при движении нет необходимости переходить на более низкие передачи, двигатель тянет с 1300об/мин. В общем, помимо экономии, еще и положительные эмоции от эксплуатации автомобиля, после установки электронного блока управления опережением зажигания.

При установке электронного блока регулировки опережения зажигания для карбюраторного двигателя, предусматривается аварийная схема, на случай выхода из строя блока. По желанию, штатную систему зажигания тоже можно оставить, но при переходе на неё, потребуется время и знания предмета.

Более подробно об электронном блоке регулирования угла опережения зажигания читайте в разделе "Электронный блок регулировки УОЗ для карбюраторных двигателей"