8. Керування моментом випередження запалювання сучасних двигунів.

Оскільки горіння робочої суміші в циліндрах двигуна відбу­вається не миттєво, то для повного згоряння робочої суміші та здобуття максималь­ної потужності й економічності потрібно запалювати робочу суміш не в ВМТ ходу стискування, а трохи раніше, тобто з деяким кутом випередження запалювання. Ку­том випередження запалювання називається кут, на який повертається колінчастий вал двигуна від моменту подачі іскри до положення ВМТ.

Кут випередження запалювання вибирають так, щоб на кожному режимі роботи максимум тиску, який створюється в циліндрі в процесі згоряння суміші, розташову­вався через декілька градусів (10-15°) після ВМТ.

Оптимальний кут випередження запалювання визначається часом, який відводиться на згоряння суміші, і швидкістю горіння суміші. У свою чергу, час, відведе­ний на згоряння, залежить від частоти обертання колінчастого вала, а швидкість го­ріння визначається складом робочої суміші й ступенем стискування.

Зі збільшенням частоти обертання колінчастого вала двигуна за один і той самий проміжок часу поршень проходить більший шлях, а колінчастий вал повертається на більший кут. Якби час згоряння пального залишався постійним при збільшенні частоти обертання колінчастого вала двигуна, то закон зміни оптимального кута випередження запалювання був би строго лінійним. Проте, внаслідок збільшення тиску і температури в циліндрі, а також через турбулентність суміші швидкість її згоряння в декілька разів збільшується, а час згоряння відповідно»і стільки ж разів зменшується.

З іншого боку, чим швидше розвивається процес згоряння робочої суміші тим більша ймовірність виникнення детонації, тому кут випередження має бути меншим.

Склад суміші має великий вплив на вибір найвигіднішого кута випередження запалювання. При дуже збагаченій або збідненій суміші вона взагалі не запалиться. При змен­шенні або при збільшенні коефіцієнта надлишку повітря а проти вказаних значень кут 0° випередження запалювання необхідно збільшувати.

Збільшення ступеня стискування є та­кож впливає на кут випередження запалю­вання, оскільки при цьому зростає тиск та температура робочої суміші в кінці такту стискування, що, у свою чергу, спричинює збільшення швидкості згоряння робочої су­міші. Тому із збільшенням ступеня стиску­вання потрібно зменшувати кут випередження запалювання.

Великий вплив на кут випередження за­палювання має навантаження двигуна. Із збільшенням відкриття дросельної за­слінки, тобто із збільшенням навантаження двигуна, збільшується кількість суміші, що надходить до циліндра. Внаслідок цього, збільшується тиск і температура при стискуванні, які спричинюють збільшення швидкості згоряння. Тому зі збільшенням навантаження кут випередження запалю­вання повинен зменшуватися. На рис. 3.9 наведена залежність кута випередження за­палювання від навантаження двигуна за різних частот обертання колінчастого вала.

Отже, кут випередження запалювання, залежно від режиму роботи двигуна, має автоматично регулюватися так, щоб забезпечувалися найвищі його технічні та еко­номічні показники і було виключено детонаційне згоряння пального.

На практиці всі ці суперечливі вимоги реалізувати досить складно. Наприклад, для гарантованого усунення детонації слід знижувати ефективні показники роботи двигуна.

У класичних системах запалювання робота двигуна контролюється та регулюєть­ся за допомогою спільної дії двох механічних регуляторів випередження запалюван­ня: відцентрового та вакуумного. Перший із них реагує на зміну частоти обертання колінчастого вала, а другий — на зміну навантаження на двигун.

Відцентровий регулятор працює так, що зі збільшенням частоти обертання колін­частого вала кут випередження запалювання автоматично збільшується і навпаки.

Вакуумний регулятор автоматично збільшує кут випередження запалювання зі збільшенням розрідження у впускному трубопроводі двигуна (тобто зі зменшенням навантаження) і навпаки.

Механічні регулятори не мають достатньої гнучкості. Тому вони не можуть забез­печити необхідні параметри регулювання на всьому діапазоні режимів роботи дви­гуна. В процесі роботи рухомі частини регулятора спрацьовуються, а пружні деталі (пружини, діафрагми) протягом часу старіють. Цим регуляторам також властива інерційність. Механічні автомати випередження запалювання не можуть відтворити досить складні характе­ристики випередження за швидкістю, наванта­женням, а також температурою двигуна. Крім цього, кутові похибки приводу датчиків-розпо-дільників спричинюють підвищений асинхро-нізм іскроутворення і «розмиття» кута за­палювання. Ці регулятори мають недоліки: спрацювання кулачка, резонансні явища та ін.

Системи запалювання з електронними авто­матами випередження запалювання ліквідують зазначені недоліки цих систем.

Цифрові системи запалювання практично не мають рухомих частин, що забезпе­чує стабільність відтворення оптимального закону регулювання моменту іскроутво­рення в процесі роботи двигуна.

Суттєвий засіб боротьби з детонаційним згорянням і разом із тим робота двигуна з оптимальним кутом випередження запалювання — це електронні (цифрові) систе­ми запалювання з контуром зворотного зв'язку за сигналом датчика детонації, який сприймає механічні коливання блоку або головки блоку двигуна. Як правило, за до­помогою датчика детонації фіксується початок детонаційного згоряння ще до появи сильної детонації, і цифрові системи роблять коригування кута випередження запа­лювання в бік зменшення, й детонація припиняється. Із застосуванням цих систем значно економиться пальне, знижується токсичність і забезпечується можливість ро­боти двигуна на низькооктановому пальному.