Как известно [Дмитриевский А.В., Тюфяков А.С. "Бензиновые двигатели"], оптимальный угол опережения зажигания (УОЗ) бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС) зависит от многих факторов - таких, как температура двигателя, скорость вращения коленвала, степень разрежения во впускном коллекторе, октановое число топлива, качество топливо-воздушной смеси.

Штатные механические регуляторы УОЗ корректируют опережение только в зависимости от оборотов коленвала (центробежный регулятор) и степени разрежения во впускном коллекторе (вакуумный регулятор). Температурная коррекция здесь не учитывается, что является бесспорным минусом. Отсюда и родилась идея создания устройства, которое, как предполагалось, будет носить название "температурный октан-корректор". Эксперимент показал, что холодный мотор обладает прекрасными тяговыми свойствами при ранних углах опережения зажигания, при этом, начиная детонировать, или "звенеть", по мере прогрева. Это объясняется тем, что гомогенная смесь, впрыснутая в горячий цилиндр, сгорает значительно быстрее, чем смесь, впрыснутая в цилиндр холодный. Таким образом, температурная коррекция угла опережения зажигания позволяет значительно сократить время прогрева двигателя, обеспечив тем самым экономию топлива, столь недешевого в наши дни. Именно так работают современные инжекторные ДВС, на которых можно ехать практически сразу после запуска. Однако, при раннем зажигании завести мотор весьма проблематично, т.к. ранняя вспышка в цилиндре толкает поршень в обратную сторону и он начинает препятствовать вращению стартера. При этом через стартер протекают большие по величине токи, что отрицательно сказывается на его ресурсе. После запуска мотора при раннем зажигании, он очень быстро набирает высокие обороты и на некоторое время (пока не отпущено втягивающее реле стартера) стартер превращается в генератор с высокой частотой вращения ротора, что также сокращает его ресурс.

Бытует мнение, что при заводе двигателя искра должна "проскакивать" в верхней мёртвой точке (ВМТ), однако при этом в цилиндре создаётся максимальное давление, а, следовательно, расстояние искрового пробоя сокращается пропорционально степени сжатия. Иными словами, если при атмосферном давлении искровой зазор составляет сантиметр, то при степени сжатия около девяти (для мотора на 92-м бензине) это расстояние уменьшается приблизительно до миллиметра. При пуске мотора в холодное время года при пониженном напряжении на аккумуляторной батарее, напряжения на выводах электродов свечи зажигания может не хватить для искрового пробоя при высоком давлении, что наталкивает на мысль в момент пуска сделать зажигание позже ВМТ, а затем плавно увеличивать угол в сторону опережения. Тем самым обеспечивается не только уверенный запуск двигателя, но и увеличение ресурса стартера. Именно таким образом работает данная микроконтроллерная система. Опыт показывает, что при этом обеспечивается уверенный запуск двигателя как в тёплое, так и в холодное время года. При таком подходе первые вспышки в цилиндрах прогревают камеру сгорания и облегчают работу стартера. В дальнейшем мотор плавно начинает набирать обороты. Также была идея реализации многоискрового зажигания (когда при вращении стартера в цилиндр поступает несколько искровых разрядов), однако опытным путём было установлено, что при таком подходе катушка зажигания не успевает полностью заряжаться, а следовательно сильно уменьшается энергия искры. Отсюда был сделан вывод, что лучше вовремя подать одну мощную искру, чем беспорядочно и невпопад несколько слабых. Соответственно, от многоискрового зажигания пришлось отказаться.

Также необходимо отметить реализованную в рассматриваемом устройстве функцию корректировки оборотов холостого хода при работе на бензине. При работе на оборотах холостого хода (750-850 об/мин) имеется возможность незначительного увеличения УОЗ без риска попадания в зону детонации. При этом произойдёт некоторое увеличение скорости вращения коленвала. Эта особенность используется при корректировке работы двигателя на холостом ходу под нагрузкой (включённые потребители электроэнергии) для исключения возможности падения оборотов холостого хода ниже 800 об/мин. Режим холостого хода определяется по замкнутому концевому выключателю карбюратора. Если концевой выключатель карбюратора замкнут и скорость вращения коленвала менее 800 об/мин, УОЗ начинает плавно увеличиваться (с дискретностью 0,1 градус) до тех пор, пока скорость вращения коленвала не станет равной 800 об/мин, или не будет достигнут предел регулировок. Если концевой выключатель карбюратора замкнут и скорость вращения коленвала более 800 об/мин или равна 800 об/мин, корректировки УОЗ по холостому ходу не производятся. При размыкании выключателя все настройки по холостому ходу сбрасываются, и двигатель начинает функционировать в нормальном режиме.

Также в предлагаемой системе реализована функция цифрового экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ) с защитой от короткого замыкания в цепи управления клапаном ЭПХХ, что позволяет отказаться от использования штатной системы управления ЭПХХ, не имеющей подобной защиты и судя по отзывам, основанным на многолетнем опыте автолюбитетей, не отличающейся хорошей надёжностью. Кроме того, встроенным ЭПХХ осуществляется интеллектуальное управление. Например, экономайзер отключается (клапан ЭПХХ постоянно открыт) при непрогретом двигателе, когда его действия приведут к рывкам и провалам в работе мотора.

Другая особенность штатной системы ЭПХХ заключается в том, что она предназначена для управления подачей бензина, в то время как при работе мотора на газе ЭПХХ рекомендуется отключать. Обусловлено это тем, что управление подачей газа осуществляется в соответствии с разрежением во впускном коллекторе. Предлагаемая система при работе на газовом топливе постоянно держит открытым клапан ЭПХХ, что исключает подобные явления.

Автоматическая адаптация под газовое топливо

Как известно, газ - гораздо более экологически чистое топливо, чем бензин и для того, чтобы ускорить переход на газ, правительство приняло специальное постановление (№ 31 от 15.01.99 г.), согласно которому стоимость 1 куб. м природного газа для автомобильного транспорта не должна превышать 50% стоимости литра бензина марки А-76. Однако бытует мнение, что при работе на газе расход становится на 10-30% больше расхода бензина, мощность двигателя падает и что самое страшное - прогорают выпускные клапана! И это не просто голословные утверждения, а реалии эксплуатации некоторых машин, переоборудованных для работы на газовом топливе. Наслушавшись таких "страшилок" не каждый автолюбитель решится оснастить свой автомобиль газобаллонным оборудованием (ГБО). 

Попробуем разобраться в природе этих явлений. Как известно, октановое число пропанобутановой смеси, или сжиженного нефтяного газа (СНГ) равно 105-110, что гораздо выше, чем у бензина любой марки. Как показывает опыт, если в мотор, рассчитанный для работы на бензине марки АИ80, залить бензин марки АИ98 без соответствующих корректировок угла опережения зажигания, это приведёт к прогоранию выпускных клапанов и падению мощности двигателя, т.к. время горения 98-го бензина значительно больше и догорать этот бензин будет практически в выпускном коллекторе. То же самое происходит при эксплуатации машины на газовом топливе без соответствующих корректировок угла опережения зажигания. Соответственно, для компенсации повышенного времени горения газа, в идеале нам необходимо иметь две характеристики центробежного регулятора УОЗ - одну для бензина, другую для газа, или в худшем случае, при работе на газе просто смещать угол опережения зажигания на фиксированное число градусов. 

Корректировку УОЗ выполняют устройства, называемые октан-корректорами.

Анализ рынка отечественных октан-корректоров показал практически полное отсутствие систем с автоматической регулировкой УОЗ под газовое топливо. Исключение составляет октан-корректор, корректирующий УОЗ по сигналу с датчика детонации. Т.к. на газовом топливе детонация не наблюдается, то при отсутствии сигнала с датчика детонации октан-корректор адаптируется под газовое топливо. Однако, при работе мотора на бензине, в случае выхода из строя датчика детонации, или окисления контактов, при таком принципе работы система включит "газовую" программу, что приведёт к заведомо раннему зажиганию, последующей детонации и преждевременному износу двигателя. При работе на газе при таком принципе в случае появления посторонних шумов, не имеющих отношения к детонации (звон цепи двигателя или помехи на проводах от датчика детонации) система решит, что работает на бензине и сделает заведомо позднее зажигание, что в лучшем случае приведёт к хлопкам в выпускной коллектор, а в худшем к прогоранию выпускных клапанов.

Рассматриваемая система имеет две таблицы корректировок УОЗ центробежного регулятора, переключение между которыми производится в зависимости от наличия или отсутствия напряжения на газовом клапане. Такой подход обеспечивает гарантированное срабатывание системы при переходе на газ. Визуально переключение октан-корректора на газовую программу можно наблюдать по свечению соответствующего светодиода на корпусе блока. При этом падение мощности мотора и динамики автомобиля при переходе на газ практически не наблюдается даже при достаточно обеднённой смеси, что обуславливает значительную экономию газового топлива.

За основу статьи взяты материалы сайта http://www.motorbooster.ru.

08.03.07.