Pojem „časování zapalování“ majitelé moderních automobilů a dokonce i mechanici příliš často neslyší. A navzdory tomu časování zapalování stále existuje a hraje důležitou roli v provozu motoru. Který přesně zjistíme níže s pomocí Motordata OBD a znalostí o konstrukci spalovacích motorů.
Fyzický význam
Nejprve si promluvme o procesu provozu motoru. Během kompresního zdvihu, když se píst blíží horní úvrati (TDC), zapalovací svíčka vytvoří jiskru, která zapálí směs vzduchu a paliva. Směs ale nehoří okamžitě, ale poměrně pomalu, takže pokud ji zapálíte přímo na TDC, hlavního tlaku plynu dosáhnete, když už píst šel dost dolů. V tomto případě bude spalováním náplně směsi získáno velmi málo užitečné práce.
Pokud ale směs zapálíte trochu předem, můžete to udělat tak, že při TDC plyny vytvoří maximální tlak a nasměrují píst dolů s maximálním úsilím. V tomto případě bude užitečná práce maximální.
Je možná i opačná situace, kdy dojde k zapálení příliš brzy. V tomto případě se tlak plynu během spalování směsi vyvine ještě předtím, než se píst přiblíží TDC. Pak také nebude možné dostat z motoru plný výkon.
Časový interval mezi dosažením TDC a zapálením se nazývá časování zapalování. Neměří se však v jednotkách času, ale ve stupních úhlu natočení klikového hřídele, proto se samotný parametr nazývá „časování zapalování“ (neboli časování zapalování).
Moderní technologie nám umožnily „nahlédnout“ do spalovací komory za chodu motoru a časování zážehu nyní může vidět každý na vlastní oči. Pokud se to pokusíte zachytit obrázkem, bude to vypadat nějak takto:
Poloha pístu v okamžiku zážehu je zvýrazněna červeně a poloha TDC je zvýrazněna modře. To můžete vidět v akci ve videu níže.
U každého benzínového motoru musí být správně nastaveno časování zapalování. U úplně prvních vozů nastavoval časování zapalování řidič za jízdy – k tomu byla na volantu samostatná páka spolu s pákou plynu. V dokumentaci oněch let byl zvláště zdůrazněn tento aspekt řidičského umění – volba správného provozního režimu motoru. Některé dokumenty (například vozy Buick z období 1910-1920) používaly termín „koňský smysl“.
Čas ukázal, že řidič už má starostí dost, a tak z něj postupem času byla tato zátěž sejmuta. Přeneseme-li se do sovětského automobilového průmyslu sedmdesátých let, uvidíme, že časování zapalování již reguloval mechanik natočením rozdělovače (přerušovače rozdělovače) do určitého úhlu. V té době již možnost výběru OZ nebyla pro řidiče povinná, ale považovalo se to za dobrou formu, když majitel vozu sám věděl, jak tento úhel správně nastavit, stejně jako demontovat, vyčistit, sestavit, nainstalovat a nastavit karburátor. Již tehdy však zapalovací systém obsahoval mechanický a/nebo vakuový korektor, který posouval OZ v závislosti na zatížení motoru (ve skutečnosti na podtlaku v prostoru škrticí klapky nebo na otáčkách motoru).
Udělejme další skok v čase. Řízení OZ je v dnešní době zcela svěřeno elektronické řídicí jednotce (ECU) motoru. Řidič ani mechanik to nemohou ovlivnit – automobilky neposkytují standardní prostředky k ovládání tohoto parametru. To však nečiní tento parametr o nic méně důležitým pro chod motoru. To znamená, že při diagnostice musíte pochopit, co tento parametr znamená a jak jej ECU řídí.
Zásady řízení
SOP je jedním z parametrů, který ovlivňuje ekologičnost výfuku, proto je nezbytně přítomen v souboru parametrů vydávaných podle standardního protokolu OBD/EOBD. Jeho výstup často vypadá velmi zjednodušeně, protože ECU jej často počítá samostatně pro každý válec, ale existující parametr často stačí k vyhodnocení výkonu motoru. Navíc stačí vyhodnotit závislosti.
Pojďme se připojit k vozu Opel Astra H (byl vybrán, protože je po ruce, a ne z nějakých hlubokých důvodů) a podívejme se, jak vypadá závislost SOP na otáčkách motoru:
Je vidět, že na volnoběh je SOP někde v rozmezí 18-20 stupňů. To je v našich podmínkách. V chladnějším počasí se například bude pohybovat, protože teplota vzduchu v sání bude jiná. Na nezahřátém motoru bude OZ také jiné, např. ihned po startu bude zážeh co nejpozději. Motor totiž nevyžaduje hned po nastartování speciální výkonové charakteristiky, ale je nutné co nejdříve zahřát katalyzátor a lambda sondu. Pozdní zážeh vede k tomu, že do výfuku unikají nejžhavější výfukové plyny, což přispívá k nejrychlejšímu zahřívání lambda sondy a katalyzátoru.
Se zvyšující se rychlostí se zvyšuje OZ. Existuje zde velmi jednoduchý fyzikální význam: při vyšších rychlostech se píst pohybuje rychleji, ale rychlost spalování směsi se nemění. To znamená, že směs musí být zapálena dříve. Tato závislost přetrvává jak na volnoběh, tak za jízdy.
U vozů s rozdělovačem a korektorem zapalování závisela SOP pouze na jednom parametru. Se zpřísněním požadavků na ochranu životního prostředí se však objevily přísnější požadavky – bylo nutné vzít v úvahu mnohem více faktorů. To byl jeden z hlavních důvodů přechodu na elektronické řízení zapalování.
Pokud tedy potřebujete vyjádřit závislost SOP na vnějších podmínkách, bude to vypadat jako sada složitých trojrozměrných grafů, jako jsou tyto:
Mimochodem, při ladění čipu jsou tyto závislosti zpravidla také ovlivněny. V závislosti na cílech chiptuningu může firmware tuto závislost posunout buď do ekonomičtějšího režimu, nebo do dynamičtějšího.
Abnormální režimy
V normálním režimu hoří směs pomalu, ale při detonaci hoří o řád, nebo dokonce o dva řády rychleji. Jedná se vlastně o výbuch směsi. Problémem tohoto režimu je, že tlak také roste mnohem rychleji než při běžném spalování. To vede k rázovému zatížení částí motoru, především pístu. Takové zatížení může vést ke zničení motoru, takže je třeba se vyhnout detonaci.
Pravidelně fungující systém s distributorem na stejných vozech Zhiguli a Volha obecně umožňoval detonaci v určitých režimech, navíc jeho přítomnost v těchto režimech byla známkou správně nakonfigurovaného OZ. Opravárenské manuály obsahovaly doporučení zrychlit na rychlost 50 km/h a na přímý převod a prudce sešlápnout plynový pedál k podlaze. Při správně nastaveném OZ mělo dojít ke krátkodobé detonaci.
V moderních systémech ECU také monitoruje detonaci, a to nejčastěji stejným „staromódním“ způsobem, doslova podle sluchu. Součástí systému je snímač klepání, což je prakticky mikrofon. Tento snímač je namontován na bloku válců.
 |  |
Snímač klepání a jeho charakteristické umístění na bloku válců
Pokud se v motoru objeví charakteristické zvuky klepání, ECU je „slyší“ a zasáhne. Některé systémy nemají samostatný snímač klepání a klepání není monitorováno „uchem“, ale sledováním proudu protékajícího zapalovacími svíčkami. Touto technikou se nebudeme blíže zabývat, pouze zmíníme, že to bylo provedeno například pomocí systému Trionic na vozech Saab 9000.
Tak či onak, po detekci detonace se ECU musí ujistit, že již k detonaci nedochází. ECU zpravidla posune zapalování později, tj. sníží SOP, dokud si neuvědomí, že detonace ustala. Příliš pozdní zapalování povede k poklesu výkonu, jak jsme již probrali na začátku článku, ale mnohem lepší je pokles výkonu než mechanické poškození motoru. Právě tak je moderní motor v zásadě schopen provozu i s osmdesátistupňovým benzínem. Nastartuje a bude fungovat a s největší pravděpodobností se hned nerozpadne. Nebude však schopen vyvinout normální výkon a při pokusu o aktivní jízdu „ztichne“.
Proto všechna tvrzení, že moderní motor se dokáže „přizpůsobit“ jakémukoli benzínu a že AI-92 lze údajně nalít do jakéhokoli motoru, jsou nepodložená. Neexistuje žádná adaptace. Stane se něco takového: ECU „slyší“ detonaci a posouvá OZ, dokud nezmizí, pak postupně vrací OZ zpět, znovu „slyší“ detonaci a tak dále v začarovaném kruhu, dokud se benzín se správným oktanovým číslem nedostane do motor. Hlavním problémem tohoto režimu je, že k detonaci stále dochází, jen ne neustále, ale přerušovaně. To samozřejmě zabraňuje okamžitému rozpadu motoru, ale žádný užitek z toho není. Pozdní zážeh navíc vede k tomu, že se k výstupu dostanou teplejší výfukové plyny, nebo dokonce ještě hořící směs, což může vést k vyhoření ventilů a přehřátí katalyzátoru a přehřátí katalyzátoru jej téměř zaručeně zničí.
U některých přeplňovaných motorů má ECU také schopnost řídit plnicí tlak. Samozřejmě ne přímo, ale přes ovládání solenoidového ventilu v pneumatickém vedení až k pohonu odpadního ventilu turbíny. Zpravidla se to děje v těch motorech, kde plnicí tlak dosahuje hodnot, které v určitých situacích mohou vyvolat detonaci. V těchto systémech, když dojde k detonaci za přítomnosti vysokého plnicího tlaku, dojde kromě posunu plnicího tlaku k otevření zmíněného elektromagnetického ventilu, což vede k otevření wastegate a poklesu plnicího tlaku. Dělá se to na již zmíněných vozech Saab a tento ventil se nazývá APC.
Proto se důrazně doporučuje používat palivo s oktanovým číslem, pro které je motor konstruován. V provozuschopném motoru se správným palivem k detonacím nedochází.
Žhavící zapalování
Existují situace, kdy se směs vzduchu a paliva vznítí nikoli z jiskry, ale proto, že ve spalovací komoře je místo, které je zahřáté nad přípustnou teplotu. Mohou to být například usazeniny karbonu ve spalovací komoře nebo svíčka s nesprávným tepelným hodnocením – zpravidla se jedná o důsledek chyby ve výběru svíček.
Tato situace se nazývá „žhavé zapálení“ a je špatná především proto, že zapálení nastane dříve, než bylo plánováno. To je špatné stejně jako příliš raný OZ – ve skutečnosti bude část práce plynů nasměrována „proti“ užitečné práci. Navíc takové vznícení směsi může způsobit detonaci a o problémech s tím spojených jsme už mluvili docela dost.
Problém s doutnavým zapalováním je ale čistě „mechanický“ – řídící jednotka nemá možnost tento proces nějak ovlivnit, takže zde diagnostický skener moc nepomůže.
Ukazuje se, že je příliš brzy na to, aby automechanici a majitelé aut hodili znalosti o UOP do kouta své mysli. Například pochopení tohoto parametru snadno pomůže, byť pouze se standardním protokolem, „chytit“ fakt detonace a podle továrního protokolu na mnoha autech jsou k dispozici i parametry, jako je detonační posun OZ pro každý válec. A pochopení procesů probíhajících v motoru a řídicím systému je hlavní podmínkou pro rychlé pochopení příčin poruchy a její odstranění. O dalších procesech budeme nadále mluvit v dalších článcích.
Bochkanov Jevgenij Alexandrovič
© Legion-Avtodata
Moskva, Zelenograd
service-193@mail.ru
Otázka šetrnosti automobilů k životnímu prostředí se každým rokem vyostřuje. Kromě výroby automobilů způsobují největší škody na životním prostředí výfukové plyny. Pro snížení emisí výfukových plynů do atmosféry je nutné dosáhnout lepšího a úplného spalování paliva. Ale nejspíš se bude jednat o chudé směsi, které zvyšují teplotu spalování. Úplnost spalování paliva je zase dána dodržením stechiometrického složení směsi a okamžiku jejího vznícení, a to ovlivňuje nejen šetrnost k životnímu prostředí, ale i vyvinutou sílu. Tento bod zážehu lze označit jako úhel časování zážehu (IAP).
SOP je úhel, o který má klikový hřídel čas otočit se od okamžiku, kdy dojde k jiskře, dokud píst nedosáhne horní úvratě (TDC). Při normálním časování zážehu se směs zapálí o 10–12° předtím, než píst dosáhne TDC.
Při správně nastaveném OZ by energie uvolněná při spalování směsi měla silou tlačit píst dolů. K tomu musí dojít k zapálení v okamžiku, než píst dosáhne TDC – při kompresním zdvihu.
Pokud je směs zapálena v předstihu v bodě, který je nejvzdálenější od počátečního bodu vznícení směsi, pak energie ze spálených plynů bude interferovat se stoupajícím pístem a bude se k němu pohybovat. Kvůli tomu začne energie uvolněná při spalování směsi narážet na stěny válce a na dno pístu. V důsledku toho se v motoru objeví nepříjemný zvuk podobný výbuchu.
Vliv UOP na výfukové emise
Předstih zapalování ovlivňuje nejen spotřebu paliva a časování, ale také složení výfukových plynů: s jeho narůstajícím množstvím se zvyšuje obsah uhlovodíků (HC) a oxidů dusíku (NOx) ve výfukových plynech. To je způsobeno zvýšením teploty spalování.
Při provozu na chudé směsi, které se stále více používají, je zapotřebí delší časování zapalování, aby se kompenzovala nižší rychlost spalování. To zajistí sníženou spotřebu paliva a vysoký točivý moment, ale směs musí být řízena velmi přesně, aby bylo dosaženo nejlepšího kompromisu z hlediska emisí.
Účinnost snižování emisí výfukových plynů při řazení OZ u benzínu AI-95-K5 Gazpromněfť: a) změna koeficientu Kge (měrná spotřeba paliva), b) změna koeficientu KCH (uhlovodíky), c) změna koeficientu KNOx (oxidy dusíku).
U moderních spalovacích motorů se SOP mění v závislosti na provozním režimu motoru. Při jejím zvyšování se výrazně zvyšuje teplota spalování, což následně způsobuje nárůst oxidů dusíku NOx. Při snižování se spalovací proces přesouvá do expanzního zdvihu. Na konci expanze se také zvyšuje teplota výfukových plynů. To podporuje úplnější oxidaci CH.
OZ a chod motoru
Negativní důsledky předčasného zapálení:
- přehřívání částí spalovacího motoru,
- pokles výkonu,
- zničení těsnění hlavy válců,
- zničení přepážky pístního kroužku.
Pokud směs zapálíte později, než je optimální okamžik (pozdní zážeh), kdy se píst po dosažení TDC začne pohybovat směrem dolů, energie ze spálených plynů jde do výfuku a snižuje tak účinnost motoru.
Nesprávně zvolené zapalování negativně ovlivňuje účinnost a životnost motoru a vede také ke zvýšené spotřebě paliva.
Možné problémy s nesprávně nastavenými úhly zapalování:
- potíže se startováním motoru,
- zvýšená spotřeba paliva,
- špatná reakce motoru na sešlápnutí plynového pedálu,
- detonace ve spalovacím motoru,
- černý kouř z tlumiče.
Nastavení úhlu zážehu při chiptuningu
V továrnách je OZ nastaven s ohledem na palivo nízké kvality, obvykle s rezervou několika stupňů. To umožňuje zajistit garantovanou životnost motoru i při použití nekvalitního paliva. Ale s takovým palivem se snižuje výkon a točivý moment. Při běžné jízdě si majitel nemusí všimnout, že s autem není něco v pořádku, ale při aktivním šlapání se problém projeví.
Vizualizace základní mapy OZ v programu ChipTuningPRO.
Při chiptuningu kalibrátor upraví OZ pomocí rezerv zanechaných výrobcem. Po naštípání se požadavky na palivo zvýší: budete muset doplnit dobrý AI-95 nebo AI-98. Pozitivní je, že vůz bude dynamičtější a pohotovější.
U našich partnerů můžete upravit časování zapalování a provést chiptuning. Ty nejbližší najdete na mapě níže.
