Углы зажигания – Разоблачение Мифов
- Код: Выделить всё
Широко распространен миф о том, что максимальное значение угла опережения зажигания всегда означает максимум мощности. В этой статье вы прочитаете, что собственно ошибочно в таком утверждении:
Свеча зажигания воспламеняет смесь, и смесь начинает гореть. Скорость распространения фронта пламени зависти от качества смешения, а именно насколько много молекул воздуха и топлива находятся в непосредственной близости в камере сгорания. Насколько ближе находятся друг от друга молекулы друг от друга, настолько легче пламени перепрыгнуть с одного набора молекул на другой. Скорость воспламенения также зависит от соотношения воздух к топливу. Смесь с параметром AFR в пределах 12.5-13 загорается наиболее быстро. Более бедная смесь загорается медленнее. Но более богатая смесь тоже горит медленнее. Вот почему смесь максимальной мощности это смесь с максимальной скоростью воспламенения. Проходит некоторое время пока этот фронт горения охватит все топливо в камере сгорания. По мере возгорания давление и температура в цилиндре возрастает. Давление достигает пика в некоторой точке после ВМТ. Многие эксперименты показали, что оптимальное положение пика давления находится в 15-20 градусах после ВМТ. Конкретное положение этого пика не зависит ни от нагрузки на двигатель ни от его оборотов, но зависит от геометрии мотора.
Обычно смесь полностью сгорает примерно до 70 градусов после ВМТ. Но так как плотность смеси и AFR в двигателе постоянно меняются, смесь должна воспламеняться в соответствующей точке для достижения максимума давления в оптимальном положении поршня. При увеличении оборотов двигателя, вы должны поджигать смесь в камере сгорания раньше, так как меньше остается на горение смеси между искрой и углом достижения оптимального давления. Если плотность смеси изменяется вследствие наддува или увеличенной степени сжатия, смесь должна поджигаться позже для того что бы давление достигало максимума в той же оптимальной точке.
Если смесь воспламенена слишком рано, поршень продолжает движение к ВМТ, испытывая давление от уже горящей смеси. Это приводит к следующим эффектам:
• Возникающее давление до достижения ВМТ пытается провернуть коленвал в обратном направлении, что приводит к потере мощности
• Точка в которой давление в цилиндре достигает максимума находится существенно ближе к ВМТ, и как результат плечо силы приложенной к коленчатому валу оказывается меньше(соответственно меньше крутящий момент и мощность) а также ведет к серьезному возрастанию температуры и давления в цилиндре, что ведет к детонации.
Многие из тех, кто устанавливают более производительные турбины, не изменяют угол опережения зажигания соответствующим образом, искренне веря в то, что более ранние углы зажигания соответствуют большей мощности. Они начинают воевать с детонацией обогащением смеси. Действительно, за счет более медленного возгорания богатой смеси, точка максимального давления оказывается близкой к оптимальной. Однако тот же результат можно получить (при этом мощность как правило увеличивается, выбросы уменьшаются и самое приятное снижается расход топлива) оставив параметры смеси на оптимальном для этого мотора уровне, но сдвинув углы зажигания в более позднюю область.
Турбо наддув, также как и увеличение степени сжатия, изменяют плотность смеси (большее количество молекул топлива и воздуха находятся в непосредственном взаимодействии). Это увеличивает пиковое давление и температуру. Давление и температура могут достигнуть настолько высоких значений, что оставшиеся невоспламенившиеся к этому моменту участки смеси самовоспламеняются в самых горячих участках камеры сгорания. Такой самоподжиг происходит взрывным образом, и называется детонация. Любой мотор детонирует в любом режиме. Но если к моменту самовозгорания только малая часть смеси остается несгоревшей, взрыв малого количества смеси не доставляет проблем, так как не может сформировать сильного и резкого пика давления. Более позднее воспламенение ведет к тому что пик давления достигает меньших величин и таким образом “лечит” детонацию.
Достижения в увеличении мощности современных моторов, несмотря на постоянно снижающееся качество современного топлива, определяется в основном улучшениями в конструкции камеры сгорания и расположением свечей зажигания. Современные моторы оптимизированы таким образом, что фронт горения имеет минимальный путь и поджигает топливную смесь настолько быстро, насколько это возможно. Однажды подожженная смесь уже не обладает способностью к детонации и следовательно допускает применение более высокой степени сжатия на менее качественном бензине. Некоторые гоночные моторы имеют для этого две и более свечи на цилиндр для того что бы поджигать смесь с разных сторон, при этом фактическое время возгорания смеси оказывается меньше. Опять таки это делается для того что бы максимально быстро сжечь все топливо без опасности возникновения детонации.
Высокооктановое топливо более устойчиво к возникновению детонации. Оно выдерживает более высокие температуры и давления без самовозгорания. Вот почему высокооктановые топлива применяются в двигателях с высокой степенью сжатия и наддувом. Свинцовые добавки эффективно снижают порог самовозгорания топливной смеси, однако они токсичны и в настоящее время не используются. Хотя рассыпавшийся на низко октановом топливе мотор не менее токсичен для вашего кошелька.
Klaus Allmendinger is the VP of Engineering for Innovate Motorsports, a division of Innovate! Technology, Inc. Innovate develops digital tools for tuning internal-combustion engines.
