Кроме классической контактной системы зажигания в двигателях автомобилей "Москвич" используются следующие системы:
1. В двигателях с впрыском топлива (Renault F3R, F4R, F7R, УЗАМ-33181, УЗАМ-2481) электронная система зажигания входит в состав комплексной системы управления двигателем (КСУД). Эти системы выполнены на основе единого микроконтроллера, анализирующего режим работы двигателя с помощью специальных датчиков, сигналы с которых обрабатываются микроконтроллером с помощью зашитой в него программы и оптимальные характеристики углов опережения зажигания наряду с характеристиками времени и длительности подачи топлива через форсунки вычисляются по заданному алгоритму или считываются из ПЗУ для определеных режимов. Эти системы не имеют датчика-распределителя зажигания, а свечи каждого из цилиндров подключаются к двум двухвыдовыми катушками так, что в свече одного из цилиндров, свеча которого подключена к разряжающейся катушке, происходит рабочее искрообразование, в это время в свеча второго подключенного к катушке цилиндра происходит холостое искрообразование, а в самом цилиндре - такт выпуска. Недостатком системы является ее плохая ремонтопригодность - в случае отказа контроллера или датчика необходимо иметь в запасе такой же датчик или контроллер, иначе продолжить движение будет невозможно. Т.к. в отдаленных местностях эти элементы системы для автомобилей "Москвич" как правило отсутствуют в розничной торговой сети, это делает систему весьма уязвимой в плане ее надежности. Выходом из положения может быть стопроцентный запас уязвимых компонентов системы, но они имеют весьма значительную стоимость и, кроме того, необходимо обеспечить место для их постоянного хранения в автомобиле.
2. В двигателях УЗАМ с карбюраторной системой питания применяется микропроцессорная система зажигания (МПСЗ) на основе специализированного микроконтроллера МС-4004 производства Болгария (г. Пловдив) или контроллера 331.01 отечественного производства (г. Новополоцк) с двумя двухвыдовыми сухими катушками зажигания без высоковольтного распределителя зажигания, аналогично системе комплексного управления двигателем. МПСЗ также работает без датчика-распределителя зажигания, а в качестве датчиков положения коленчатого вала двигателя используются размещенные на маховике датчики начала оборота (НО) и угловых импульсов (УИ). Применение МПСЗ в системе зажигания дает те же преимущества, что и применение КСУД, кроме того, более просто осуществляется изменение требуемых характеристик зависимости УОЗ от оборотов и разрежения, при этом кривая наклона этих зависимостей может иметь учаски как с положительным, так и с отрицательным наклоном. Важно и то, что применение МПСЗ позволяет получить независимые характеристики изменения УОЗ от оборотов и разрежения, т.е. характеристика зависимости УОЗ от этих параметров является трехмерной, а не просто суммой вычисленных зависимостей от исходных параметров. МПСЗ обеспечивает специальные характеристики УОЗ при прогреве двигателя, а отдельные экземпляры - дополнительно переключаемые характеристики для различных режимов движения или сортов топлива (ручной октан-корректор, размещаемый в салоне на рабочем месте водителя или в моторном отсеке). Конструкция МПСЗ является наиболее прогрессивной для двигателей с карбюраторными системами питания, т.к. позволяет легко изменять зависимости УОЗ, обеспечивает высокую стабильность характеристик этих зависимостей, а отсутствие низко расположенного распределителя зажигания делает систему зажигания намного менее чуствительной к воздействию воды и грязи, которые часто "заливают" распределитель зажигания в двигателе УЗАМ, нарушая нормальное искрообразование. Более подробное описание системы МПСЗ на основе контроллера МС-4004 приведено в разделе "Микропроцессорная система зажигания (МПСЗ)". В плане обеспечения характеристик надежности при поездке в отдаленные области МПСЗ имеет те же недостатки, что и КСУД, однако, в отличие от нее, это достаточно легко исправимо - т.к. компоненты МПСЗ не используют штатных мест для своего размещения, возможно при ее установке не демонтировать штатную систему зажигания, а оставить ее в качестве резервной.
3. В двигателях ВАЗ и УЗАМ с карбюраторной системой питания применяются системы бесконтактного электронного зажигания (БСЗ) с модифицированным датчиком-распределителем зажигания, датчик которого выполнен на основе датчика Холла, с электронным коммутатором, с одной сухой катушкой зажигания и высоковольтным распределителем зажигания традиционного типа, но имеющим улучшенные энергетические характеристики. Эта система аналогична системе зажигания автомобилей ВАЗ-2108 и имеет прерыватель-распределитель, целый ряд деталей которого унифицирован с прерывателем-распределителем автомобиля ВАЗ-2108 (крышка распределителя, бегунок, датчик Холла). Для двигателей ВАЗ подходит прерыватель-распределитель автомобиля ВАЗ-2121, оснащенный такой системой зажигания - без проблем можно приобрести и установить этот прерыватель распределитель вместе с коммутатором и комплектом проводки от этого автомобиля. Для двигателей УЗАМ такой датчик-распределитель зажигания выпускается заводом АТЭ-2. Электронный коммутатор от автомобиля ВАЗ-2108 обеспечивает сопряжение датчика Холла со специальной высоковольтной катушкой. Существует большой выбор коммутаторов как отечественного производства, так и зарубежного (фирм REWIX, BOSCH и т.д.), а также катушек зажигания для этих систем. При использовании качественных комплектующих эта система зажигания очень надежна. Большим ее достоинством также является легкодоступность ее компонентов - элементы прерывателя распределителя (датчик Холла, бегунок, крышка), коммутатор и катушка зажигания унифицированы с широкораспространенными аналогичными узлами автомобилей ВАЗ и в случае необходимости могут быть легко приобретены в торговой сети даже в отдаленной местности. Недостатком системы для двигателя УЗАМ является такое же низкое и открытое для воды и грязи место расположения прерывателя-распределителя зажигания, что может вызвать его заливание и нарушение искрообразования.
4. В двигателях УЗАМ с карбюраторной системой питания применяются системы электронного зажигания с датчиком-распределителем, имеющим индуктивный привод, со стандартной катушкой и традиционным высоковольтным распределителем зажигания (ИБСЗ, производство г. Старый Оскол). Система зажигания с индуктивным датчиком имеет недостаток, заключающийся в малой амплитуде импульсов датчика при малых оборотах двигателя, что может вызвать его неустойчивую работу на холостом ходу, и, кроме того, система имеет невысокую надежность, малую распространенность, а при отказе придется полностью заменять эту систему зажигания на штатную. Кроме того, сохраняется неудачное нижнее расположение прерывателя-распределителя зажигания. По этим причинам едва ли можно рекомендовать эту систему для применения.
5. В двигателях ВАЗ и УЗАМ с карбюраторной системой питания применяются ситсемы электронного зажигания с одним или двумя датчиками положения к/вала, выполненными в стандартном корпусе прерывателя-распределителя, выполненными на основе датчика Холла и с двумя двухвыводными сухими катушками зажигания без высоковольтного распределителя зажигания (ДБСЗ). Основой системы является штатный или аналогичный системе 3 датчик-распределитель зажигания, из которого удалена высоковольтная часть (распределитель), установлен датчик Холла и экран (в распределителе на основе системы 3 датчик Холла уже есть, а экран делается с измененными прорезями). Датчик Холла и прорези в экране установлены таким образом, что момент зажигания в 1-м и 4-м цилиндрах соответствуют по ходу вращения экрана переходу от открытого положения датчика Холла в закрытое экраном, а момент зажигания во 2-м и 3-м цилиндрах - моменту перехода от закрытого положения в открытое. Далее датчик Холла подключается к одному коммутатору, работающему через двухвыводную катушку на цилиндры 1 и 4, второй коммутатор подключается к датчику Холла через инвертор и работает на цилиндры 2 и 3. Возможно также применение специального сдвоенного коммутатора. Система зажигания выпускалась заводом АТЭ-2. Мною была самостоятельно изготовлена такая система, на основе штатного прерывателя-распределителя, кроме этого в систему входили самодельный инвертор, схема управления тахометром, два стандартных коммутатора REWIX, 2 катушки зажигания 29.3705. Система сначала эксплуатировалась на автомобиле "Москвич-214123" с двигателем УЗАМ-3313, позже - на автомобиле "Москвич-2140ДЭ". Система показала неплохие результаты - уверенное искрообразование, легкий пуск при низких температурах, хорошую надежность. Достоинством системы является отсутствие высоковольтного коммутатора на штатном месте двигателя УЗАМ, там находится только датчик положения, который некритичен к воздействию воды и грязи. Недостатком системы является необходимость ее замены на штатную в случае отказа. Однако потенциально уязвимые компоненты системы (коммутатор, катушки, датчик Холла) аналогичны применяемым в системе 3 и также легкодоступны. Кроме того, в ряде случаев есть возможность проехать некоторое время даже при неисправной системе. Так, мне довелось однажды проехать около 100 км с одной отказавшей катушкой, т.е. при двух неработающих цилиндрах. Ниже показана такая система зажигания под капотом автомобиля "Москвич-2140ДЭ":
6. Также широкое распространение получили различные системы электронного зажигания, встраиваемые в штатную системуконтактного зажигания (ЭСЗ). Примером хорошего решения в этом направлении является система "Октан-4" с микропроцессорным управлением, позволяющая легко подстроить характеристики зажигания под требования, предъявляемые к форсированным двигателям.
Для контроля настройки системы зажигания используют стробоскоп, а сама настройка производится в зависимости от типа системы зажигания. В системах зажигания с датчиком-распределителем настраивают его положение и жесткость пружин центробежного и вакуумного автоматов, в электронных системах изменяют содержимое постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) - для систем с микропроцессорным зажиганием и систем с комплексным блоком управления двигателем, в ряде электронных систем (например, "Октан-4") подстройка осуществляется непосредственно с места водителя с помощью имеющихся органов управления.
Для настройки системы зажигания для форсированного двигателя необходимо знать ее исходные характеристики. Ниже приведены базовые характеристики углов опережения зажигания в зависимости от оборотов двигателя для различных двигателей:
| Модель двигателя | модель датчика- распределителя | Угол опережения зажигания, град, при скорости вращения коленчатого вала, 1/мин | |||||
| 1000 | 1500 | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | ||
|
ВАЗ-2106-70 |
30.3706 | 3.5 | 9 | 13 | 21.5 | 26 | 30 |
|
УЗАМ-412 |
Р-147А | 4.5 | 8.5 | 12.5 | 21 | 26 | 30 |
|
УЗАМ-331.10, УЗАМ-412*, УЗАМ-3317, УЗАМ-3318, УЗАМ-3320, УЗАМ-248 |
47.3706 | 0 | 1 | 3 | 9 | 14.5 | 19 |
|
УЗАМ-412Д, УЗАМ-3313 |
Р-147В | 4 | 11.5 | 13.5 | 17.5 | 22 | 26 |
Ниже приведены характеристики вакуумных автоматов опережения зажигания:
| Модель двигателя | модель датчика-распределителя |
В числителе - разрежение, мм рт.ст., в знаменателе - угол изменения зажигания по коленчатому валу, град |
||
|
ВАЗ-2106-70 |
30.3706 | 80 / 0-2 | 100 / 2-5.5 | 160 и > / 10-14 |
|
УЗАМ-412 |
Р-147А | 80 / 0-6 | 130 / 9.5-15.5 | 170 и > / 17-23 |
|
УЗАМ-331.10, УЗАМ-412*, УЗАМ-3317, УЗАМ-3318, УЗАМ-3320, УЗАМ-248 |
47.3706 | 70 / 0-5 | 100 / 7-12 | 150 и > / 18-24 |
|
УЗАМ-412Д, УЗАМ-3313 |
Р-147В | 80 / 0-6 | 130 / 9.5-15.5 | 170 и > / 17-23 |
При форсировании двигателя как правило изменяются и требования к характеристикам опережения зажигания. Скорость распространения фронта пламени в цилиндре увеличивается с ростом оборотов двигателя. В двигателях с низкой степенью сжатия и малой турбулентностью смеси в камере сгорания это соотношение непропорционально на оборотах до 3000 об/мин, т.к. скорость сгорания увеличивается относительно медленнее, и механизм регулировки опережения зажигания компенсирует медленный рост скорости сгорания увеличением опережения зажигания при увеличении оборотов двигателя, начиная с оборотов холостого хода. Однако при увеличении числа оборотов турбулентность поступающей смеси начинает ускорять распространение пламени и уменьшать время сгорания, так что необходимость дальнейшего опережения зажигания уменьшается. Поэтому кривая зависимости угла опережения зажигания от оборотов резко возрастает до оборотов 2500-3000 об/мин, а после этого становится практически горизонтальной. Иногда эта кривая имеет не пологую форму после указанного значения оборотов, а перегиб, обеспечивающий дальнейший рост угла опережения, но по более пологой кривой. Такие кривые опережения зажигания характерны для низкооборотных двигателей, они продолжают обеспечивать опережение зажигания, описываемое длинной и пологой кривой, а максимальное опережение зажигания достигается только при высоких оборотах двигателя. Такие характеристики оптимальны для двигателей с невысокой степенью сжатия, особенно при использовании низкооктанового топлива. В форсированных двигателях кривая опережения зажигания делается более крутой, что позволяет увеличить крутящий момент на средних оборотах [19].
Ниже показаны отличия характеристик угла опережения зажигания от оборотов для стандартного и форсированного двигателя:
Другой фактор, влияющий на оптимальный момент зажигания - плотность топливовоздушной смеси. Плотность смеси намного ниже, когда дроссельная заслонка частично прикрыта, при этом турбулентность и скорость распространения фронта пламени будут меньше, и для сгорания смеси требуется больше времени, т.е. требуется дополнительное опережение зажигания. Плотность смеси напрямую связана с разрежением во впускном коллекторе, поэтому для компенсации требуемого изменения оптимального угла опережения зажигания используют вакуумные автоматы. Систему вакуумной регулировки опережения зажигания можно рассматривать как систему управления опережением в зависимости от нагрузки на двигатель. Характеристики вакуумного автомата регулировки опережения зажигания существенно влияют на экономичность двигателя.
Форсированный двигатель не обеспечивает большую мощность при большом опережении зажигания. Когда процесс сгорания становится более эффективным, скорость распространения фронта пламени увеличивается и требуется меньшее опережение зажигания для обеспечения максимальной мощности и экономичности. При установке опережения зажигания необходимо выбрать оптимальное значение, выше которого значение мощности начнет уменьшаться, а чрезмерное увеличение опережения зажигания может вызвать даже повреждение двигателя. Опережение зажигания при полностью открытой дроссельной заслонке всегда должно быть ниже точки детонации [19].
У большинства высокооктановых бензинов большие времена задержки воспламенения, что требует немного большего опережения зажигания для обеспечения максимальной мощности.
Ниже приводится таблица требуемых изменений характеристик угла опережения зажигания для различных модификациях при форсировании или доводке двигателя, а также при изменении условий его эксплуатации [19]:
|
Модификация |
Требования к вакуумному регулятору |
Требования к центробежному регулятору |
|
Увеличение степени сжатия |
запаздывание всей кривой |
меньшее общее опережение, особенно при пиковой мощности |
|
Установка высокопоточной системы выпуска |
не изменяются |
меньшее опережение во всем диапазоне оборотов |
|
Установка нескольких впускных коллекторов |
возможно увеличение или уменьшение опережения в зависимости от температуры смеси и состава выхлопных газов |
иногда требуется небольшое увеличение опережения зажигания во всем диапазоне оборотов двигателя |
|
Установка распредвала с большим периодом открывания клапанов |
обеспечить более быстрый рост кривой зависимости от разрежения |
начальное опережение зажигания должно быть больше и кривая должна достигать максимума при более низких оборотах, т.е. ее наклон должен быть более крутым |
|
Установка наддува или объемного нагнетателя |
необходим специальный вакуумный регулятор для работы при меньших значениях разрежения |
общее опережение зажигания должно быть меньше, а кривая зависимости УОЗ от оборотов должна быть более пологой, т.е. расти медленней |
|
Установка турбонаддува |
необходим специальный вакуумный регулятор для работы при меньших значениях разрежения |
необходимо уменьшить общее опережение зажигания; до оборотов раскрутки турбины рост кривой УОЗ от оборотов должен быть быстрым, а после раскрутки турбины - более пологим |
|
Установка многоклапанной головки блока цилиндров |
не изменяется |
требуется немного меньшее опережение из-за лучшего наполнения цилиндров, но более крутой наклон начального участка кривой из-за низких скоростей потока в каналах и завихрений |
|
Переход на этилированный бензин с тем же октановым числом |
уменьшить общее опережение зажигания |
уменьшить общее опережение зажигания |
|
Переход на бензин с более низким октановым числом |
уменьшить общее опережение зажигания |
уменьшить наклон начального участка кривой зависимости УОЗ от оборотов |
При настройке системы зажигания необходимо иметь в виду, что оптимизированный момент системы зажигания может измениться при изменении типа системы зажигания, например, при установке электронного зажигания [19]. При установке электронного зажигания также желательно увеличить зазоры между электродами свечей, т.к. более высокое напряжение увеличит энергию искры, но не следует увеличивать зазор более 1.1 мм, поскольку дальнейшего прироста мощности при этом не наблюдается, но увеличивается вероятность пробоя искры на боковые поверхности свечи, кроме того, чрезмерно высокое напряжение может вызвать пробой катушки зажигания.
Применение электронного зажигания с высокой энергией искры позволяет обеспечить устойчивую работу двигателя на более обедненной смеси при соответствующих регулировках карбюратора. Вообще настройку характеристик карбюратора и зажигания следует всегда производить совместно, т.к. характеристики обеднения/обогащения смеси в карбюраторе существенно влияют на оптимальные характеристики зависимости УОЗ от оборотов и разрежения. Для оптимальной настройки часто требуется повторные циклы настройки карбюратор - зажигание - карбюратор, и такое уточнение регулировок этих систем может дать заметные улучшения в экономичности двигателя при частично открытой дроссельной заслонке, а также в достижении максимальной мощности при полностью открытой дроссельной заслонке.