|
Ток
ограничения, А
|
Коэффициент
Ку
|
Емкость
конденсатора, мкФ
|
|
8
|
0,97
|
1
|
Добавочный резистор 14.3729
Сопротивление, Ом 0,5 - 0,7
Т.к система зажигания дает высоковольтный
импульс с небольшой энергией, то ставить провода с высоким распределенным
сопротивлением не стоит. Это снизит мощность искры и, при неблагоприятных
условиях, возможны пропуски воспламенения горючей смеси (например, при зимнем
пуске холодного двигателя). Поэтому были выбраны ВВ провода марки ПВВП, имеющие
следующие параметры[10]
2. Расчет требуемых выходных характеристик
системы зажигания
Расчет требуемых выходных
характеристик заданной системы зажигания ведется по номограммам. Исходными
данными для расчета являются:
· геометрическая
степень сжатия заданного двигателя ε=7,6;
· величина
искрового промежутка свечи зажигания d=0,85;
· характеристика
центробежного автомата распределителя θ=f(nдв)
представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Характеристика
центробежного автомата распределителя 33.3706.
Точность расчета по номограммам
составляет 15-30%.
.1 Расчет максимального
значения вторичного напряжения
Требуемое значение
максимального вторичного напряжения системы зажигания определяется в
соответствии с ОСТ 37.003.003-70 /1/. Согласно стандарту требуемое значение
выходного напряжения системы зажигания определяется по формуле
U2* = Uпр(d)
Кз*,
где Кз* - требуемое значение коэффициента запаса
по вторичному напряжению (при расчетах можно принять Кз*=1,5); Uпр(d)
- пробивное напряжение новой свечи зажигания.
Для определения зависимости пробивного
напряжения свечи зажигания от частоты вращения применяется метод номограмм.
Определить пробивное напряжение новой свечи в режиме пуска можно по номограмме,
приведенной на рисунке 2.
Рисунок 2. Номограмма определения пробивного
напряжения свечи при пуске двигателя: ε=7,6;
n=150мин-1;
d=0,85мм; Uпр=15кВ
Для расчета необходимы следующие исходные
данные: геометрическая степень сжатия ε,
величина искрового промежутка свечи d,
частота вращения двигателя n
при пуске.
Расчет ведут следующим образом: на оси “ε”
откладывают значение геометрической степени сжатия ε
(ε=7,6),
затем через эту точку и точку, определяющую пусковые обороты двигателя на оси “n”
(n=150 мин-1),
проводят прямую до пересечения с осью “Pсж”.
Полученную точку пересечения на оси “Pсж”
соединяют прямой линией с точкой на оси “d”,
соответствующей заданному зазору свечи (d=0,85
мм). Пересечение этой прямой с осью “Uпр”
дает искомое значение величины пробивного напряжения новой свечи зажигания в
режиме пуска двигателя Uпр
= 15 кВ.
Пробивное напряжение новой свечи в режиме
полного дросселя определяют по номограммам, приведенным на рисунках 3,4,5.
Расчет ведут для искрового промежутка 0,7 мм по формуле
Uпр(0,7) = Uпр1
- Uпр2 - Uпр3,
где Uпр1
- пробивное напряжение свечи при температуре +20°С, определяемое по номограмме
на рисунке 3; Uпр2 - снижение
пробивного напряжения свечи в результате ионизации при температуре сжатия,
определяемое по номограмме на рисунке 4; Uпр3
- снижение пробивного напряжения свечи вследствие ионизации под влиянием
температуры центрального электрода свечи, определяемое по номограмме на рисунке
5.
Пробивное напряжение Uпр1
определяют по номограмме (рисунок 3). Для расчета необходимы следующие исходные
данные: геометрическая степень сжатия ε,
частота вращения коленчатого вала и угол опережения зажигания θ.
Угол опережения зажигания определяют по характеристике центробежного автомата
распределителя выбранной системы зажигания (рисунок 1).
На оси “ε”
откладывают заданное значение степени сжатия (ε=7,6).
Через эту точку и точку на оси “n”,
соответствующую выбранной частоте вращения коленчатого вала двигателя (n=1000
мин-1), проводят прямую до пересечения с осью “1”. Полученную точку
на оси 1 и точку на оси “θ”,
соответствующую углу опережения зажигания для выбранной скорости вращения
коленчатого вала двигателя (θ=6°ПКВ),
соединяют прямой линией, продолжая ее до пересечения с осью “Рсж”. Полученную
точку на оси “Рсж” и точку на оси “d”,
соответствующую зазору в свече 0,7 мм, соединяют прямой линией и продолжают ее
до пересечения с осью “Uпр1”.
Точка пересечения прямой линии с осью даст искомое значение Uпр1
= 28 кВ.
Рисунок 3. Номограмма определения пробивного
напряжения свечи в режиме полного дросселя при температуре +20°С: n=1000мин-1;
ε=7,6;
θ=60ПКВ;
d=0,85мм; Рсж=15Па×105;
Uпр1=28кВ
Второй член формулы Uпр2
определяют по номограмме (рисунок 4) аналогичным образом. На оси “ε”
откладывают заданное значение степени сжатия (ε=7,6)
и полученную точку соединяют с точкой на оси “n”,
соответствующей заданной частоте вращения коленчатого вала (n=1000
мин-1), линию продолжают до пересечения с осью “1”.
Точку на оси “1” соединяют прямой с точкой на
оси “θ”,
соответствующей заданному углу опережения зажигания (6°ПКВ) для выбранной
частоты вращения коленчатого вала двигателя, и на пересечении с осью “Тсж”
находят точку, которую соединяют прямой линией с точкой на оси “2”, полученной
от пересечения с прямой, проведенной через точку, отложенную на оси “Рсж”
(Рсж=15 Па×105 из
номограммы, приведенной на рисунке 3), и точку на оси “d”,
соответствующую зазору свечи 0,7 мм. Пересечение прямой линии, соединяющей
точки на оси “2” и оси “Тсж”, с осью “Uпр2”
дает искомое значение Uпр2
= 12,2 кВ.
Рисунок 4. Номограмма определения снижения
пробивного напряжения свечи в результате ионизации при температуре сжатия: n=1000мин-1;
ε=7,6;
θ=60ПКВ; d=0,7;
Рсж=15Па×105;
Uпр2=12,2кВ
Третий член формулы находят по номограмме,
приведенной на рисунке 5. На оси “Рсж” откладывают значение Рсж, определенное
ранее по номограмме (рисунок 3), и через полученную точку и точку на оси “d”,
соответствующую зазору 0,7 мм, проводят прямую до пересечения с осью “1”.
Полученную точку на оси “1” соединяют с точкой на оси “n”,
соответствующей заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя (n=1000
мин-1). Пересечение полученной прямой с осью “Uпр3”
дает искомое значение Uпр3
= 2,2 кВ.
Рисунок 5. Номограмма определения снижения
пробивного напряжения свечи вследствие ионизации под влиянием температуры
центрального электрода: d=0,7мм;
n=1000мин-1;
Рсж=15Па×105;
Uпр3=2,2кВ
Результирующее значение Uпр
в режиме полного дросселя при n=1000
мин-1 для зазора свечи 0,7 мм будет равно
Uпр(0,7) = Uпр1
- Uпр2 - Uпр3
= 28 - 12,2 - 2,2 = 13,6 (кВ).
Для зазора свечи, отличающегося
от 0,7 мм, значение пробивного напряжения определяют по формуле
Uпр(d)=
Uпр(0,7) + 10(d
- 0,7).
Для приведенного примера Uпр(0,6)=
Uпр(0,7) + 10(0,85 -
0,7) = 13,6 + 1.5 = 15,1 кВ.
Расчет величины пробивного напряжения для других
частот вращения в режиме полного дросселя, производится аналогично. Результаты
расчета сведены в таблицу 1.
По полученным результатам расчетов построены
зависимости пробивного напряжения свечи зажигания Uпр
и требуемого вторичного напряжения системы зажигания U2*
от частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме полного дросселя: Uпр
= ƒ(nдв)
и U2* = ƒ(nдв).
Зависимости приведены на рисунках 6 и 7 соответственно.
Таблица 1.
|
n, мин-1
|
θ, град ПКВ
|
d = 0,7 мм
|
d = 0,85 мм
|
|
|
UПР1, кВ
|
UПР2, кВ
|
UПР3, кВ
|
UПР, кВ
|
U2*, кВ
|
|
150
|
-
|
-
|
-
|
-
|
15
|
22,5
|
|
1000
|
6
|
28
|
12,2
|
2,2
|
15,1
|
22,65
|
|
2000
|
17,8
|
26
|
12
|
2,7
|
11,3
|
16,95
|
|
3000
|
29
|
23,4
|
10,5
|
2,6
|
10,3
|
15,45
|
|
4000
|
40
|
20,9
|
9,5
|
2,4
|
9
|
13,5
|
Рисунок 6. Зависимость пробивного напряжения
свечи зажигания UПР
от частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме полного дросселя.
Рисунок 7. Зависимость требуемого вторичного
напряжения системы зажигания U2*
от частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме полного дросселя.
2.2 Расчет энергии искрового разряда
На основании экспериментальных данных /2/ была
выведена эмпирическая формула, связывающая величину энергии искры с параметрами
двигателя:
(мДж).
Эта формула показывает, что
требуемая для надежного воспламенения энергия искры обратно пропорциональна
степени сжатия, частоте вращения коленчатого вала двигателя, зазору в свече
зажигания и прямо пропорциональна тактности двигателя τ.
Данная формула действительно
соответствует тепловой природе зажигания. С увеличением степени сжатия растут
давление и температура в момент искрового разряда, а следовательно, величина
требуемой для надежного воспламенения энергии уменьшается. Увеличение зазора
также приводит к снижению величины требуемой энергии.
Увеличение частоты вращения
коленчатого вала двигателя приводит к возрастанию температуры в камере сгорания
(из-за уменьшения теплообмена газов в стенки цилиндра и увеличения содержания
остаточных газов), и, хотя вместе с этим усиливаются турбулентные пульсации,
требуется меньшие значения энергии искрового разряда для воспламенения
топливной смеси.
Расчет требуемой для надежного
воспламенения энергии искрового разряда Wp* можно
производить по номограмме, представленной на рисунке 8. Расчет ведется
следующим образом. На оси “n, мин-1” откладывают
значение частоты вращения коленчатого вала двигателя, для которой определяется
величина энергии разряда (n=1000 мин-1). Затем через
эту точку и точку на оси “ε”, которая соответствует
величине степени сжатия двигателя (ε=7,6), проводят прямую до
пересечения с осью “1”.
Рисунок 8. Номограмма определения энергии
искрового разряда, требуемой для надежного воспламенения: n=1000мин-1;
ε=7,6;
d=0,85; Wp*=14,8мДж
Полученную точку на оси “1” соединяют прямой с
точкой 4 на оси “3”, соответствующей 4-тактному двигателю, и отмечают точку
пересечения прямой с осью “2”. Через полученную на оси “2” точку и точку на оси
“d, мм”,
соответствующую величине зазора в свече (d=0,85),
проводят прямую до пересечения с осью “Wp*”
дает искомое значение требуемой величины энергии в мДж (Wp*
= 14,8 мДж).
Для других частот вращения расчет ведется
аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 2 и построена
графическая зависимость Wp*
= ƒ(nдв)
(рисунок 9).
Таблица 2
|
n, об/мин
|
150
|
1000
|
2000
|
3000
|
4000
|
|
Wp*, мДж
|
31
|
14,8
|
10,8
|
9
|
7,5
|
Рисунок 9. Зависимость требуемой энергии
искрового разряда Wp*
от частоты вращения коленчатого вала двигателя n.
2.3 Расчет длительности искрового разряда
Для вывода формулы определения минимальной
длительности искрового разряда, обеспечивающего надежное воспламенение
топливной смеси, также были использованы экспериментальные данные /2/. Было
получено следующее выражение:
(мс).
Эта формула показывает, что минимальная
длительность искрового разряда, требуемая для надежного воспламенения топливной
смеси, прямо пропорциональна величине требуемой энергии и тактности двигателя и
обратно пропорциональна зазору в свече зажигания и частоте вращения двигателя.
Определение величины минимальной
длительности искрового разряда можно проводить по номограмме, представленной на
рисунке 10. Расчет ведется следующим образом. Полученное по номограмме на
рисунке 8 значение требуемой энергии разряда Wp* (14,8 мДж)
откладывают на оси “Wp*”, затем через полученную точку и
точку на оси “d”,
соответствующую зазору в свече (d=0,85 мм), проводят прямую до
пересечения с осью “1” (точка а).
Рисунок 10. Номограмма определения
минимальной длительности искрового разряда: n=1000мин-1;
d=0,85; Wp*=14,8мДж; tp* = 0,72 мс
На оси “n”
откладывают заданное значение частоты вращения коленчатого вала двигателя (n=1000 мин-1)
и полученную точку соединяют с точкой 4 на оси “4”, соответствующей 4-тактному
двигателю. Полученную от пересечения данной прямой с осью “5” точку b соединяют с
точкой а на оси “1”.
Точку пересечения прямой линии аb с осью “3”
(точку с) соединяют прямой с точкой 4 на оси “2”, соответствующей тактности
двигателя, и продолжают ее до пересечения с осью “tp*”.
Полученная точка на оси “tp*” дает искомое значение
минимальной длительности заряда в мс (tp* = 0,72
мс).
Для других частот вращения расчет
ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 3 и построена
графическая зависимость tp* = ƒ(nдв) (рисунок
11).
Таблица 3
|
n, об/мин
|
150
|
1000
|
2000
|
3000
|
4000
|
|
tр*, мc
|
1,1
|
0,72
|
0,5
|
0,44
|
0,41
|
Рисунок 11. Зависимость минимальной длительности
искрового разряда tp*
от частоты вращения коленчатого вала двигателя n.
3. Расчет выходных характеристик
бесконтактно-транзисторной системы зажигания
Расчет выходных характеристик выбранной системы
зажигания производить в следующем порядке.
. Рассчитать зависимость тока разрыва Ip
от частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме пуска и в рабочем
диапазоне частот вращения.
. Рассчитать зависимости максимального вторичного
напряжения U2, энергии Wp
и длительности tp
искрового разряда от частоты вращения вала двигателя в режиме пуска и в рабочем
режиме для двух значений шунтирующей нагрузки: Rш=∞,
Сш=0 и Rш=2,5 МОм, Сш=50
пФ.
Принципиальная электрическая схема выбранной
системы зажигания представлена в приложении С.
.1 Расчет величины тока разрыва Ip
бесконтактно-транзисторной системы зажигания с ненормируемым временем
накопления энергии
Под током разрыва понимают значение тока,
протекающего в первичной цепи системы зажигания в момент закрытия выходного
транзистора. Величина тока разрыва при прочих равных условиях зависит от
времени его протекания. Современные системы зажигания подразделяются на системы
с ненормируемым и нормируемым временем протекания первичного тока (или, иначе,
временем накопления энергии).
К системам зажигания с ненормируемым временем
накопления энергии относятся контактные системы зажигания (КСЗ), контактно -
транзисторные (КТСЗ) и системы зажигания с управлением от магнитоэлектрического
датчика импульсов (БСЗ с МЭД). В этих системах время накопления энергии для
данной частоты вращения коленчатого вала полностью определяется углом
замкнутого состояния контактов (для КСЗ и КТСЗ) или углом открытого состояния
транзистора (для БСЗ с МЭД), который является неизменным.
Рассмотрим порядок расчета зависимости тока
разрыва Iр от частоты
вращения коленчатого вала двигателя n
для данной системы.
. Определяем суммарное сопротивление первичной
цепи системы зажигания Rц
с добавочным резистором Rд
по формуле:
Rц = Rп
+ Rд + R1
+ Rк.
к - сопротивление участка первичной цепи в
электронном коммутаторе,
к = Uнаскэ/Iогр
наскэ - напряжение насыщения перехода коллектор
- эмиттер выходного транзистора КТ848Б, Uнаскэ = 2В;[7]огр - ток ограничения,
Iогр = 8А;к =2/8 = 0,25 Ом, принимаем Rк = 0,2;
R1 - сопротивление
первичной обмотки катушки зажигания, R1=0,6Ом;[6]
Rд - сопротивление
добавочного резистора 14.3729, Rд
= 0,5-07 Ом,
Rп - сопротивление
контактов выключателя зажигания, переходных контактов и проводов, Rп
= 0,2 Ом;[6]
При пуске
ц1 = Rп + Rд1+
R1 + Rк,
Rц1 = 0,2+0,5+0,6
+0,2 =1,5 Ом.
В рабочем режиме
Rц2 = Rп
+ Rд1 + Rд2+
R1 + Rк,
Rц2 = 0,2 + 0,5 +
0,7 +0,6 + 0,2 = 2,2 Ом.
напряжение разряд транзисторный
зажигание
2. Рассчитываем зависимость времени протекания
тока в первичной цепи tн
от частоты вращения двигателя nдв
по формуле
tн = αЗ/(3nдв),
где αЗ
- значение угла поворота валика распределителя, в течение которого в первичной
цепи протекает ток (для систем зажигания с ненормируемым временем накопления энергии),
αЗ
= 35° ПРВ;
nдв
- обороты двигателя
При nдв
= 1000 мин-1
tн = 35/(3·1000) =
35/3000 = 0,011 (с) = 11 (мс).
Для других частот вращения коленчатого вала
двигателя nдв
расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 4.
Таблица 4
|
nдв, мин-1
|
150
|
1000
|
2000
|
3000
|
4000
|
|
tн, мc
|
78
|
11
|
5,3
|
3,5
|
2,6
|
. Рассчитываем зависимость тока разрыва Iр
от частоты вращения двигателя по формулам:
При пуске nдв
= 150 мин-1
Ip=Uбп(1-exp(-tнRц1/L1))/Rц1,
где L1
- индуктивность первичной обмотки катушки зажигания, L1
= 4,9мГнбп - напряжение аккумуляторной батареи(6СТ-55ЭМ) в режиме пуска;
Uбп = Е - Iраз · Rвн,
где Е - номинальное напряжение АКБ, Е = 12 В;раз
- ток стартерного разряда, Iраз = 190 А при температуре -20°С;[8]
вн- внутреннее сопротивление АКБ;
вн = Ro + Rп,
где- омическое сопротивление АКБ. Принимаем
равным 15мОм, исходя из 50% разряженности АКБ и температуре -20°С;[1]п
- сопротивление поляризации АКБ. При разрядном токе Iраз = 270А и температуре
-20°С,
Rп = 6 мОм;[1]вн =15 +6 = 21мОмбп = 12 - 190 · 0,021 = 12 - 4 = 8 В,
Ip = 8·(1-exp(-78·1,5/4,9))/1,5=5,3
(А).
В рабочем режиме при nдв
= 1000 мин-1
Ip = Uп·
(1-exp(-tнRц2/L1))/Rц2
п - напряжение в системе электроснабжения в
рабочем режиме Uп=14В
Ip = 14·(1-exp(-12·2,2/4,9))/2,2
= 6,3 (A).
Для других частот вращения коленчатого вала
двигателя nдв
расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 5.
Таблица 5
|
nдв, мин-1
|
150
|
1000
|
2000
|
3000
|
4000
|
|
Iр, А
|
5,3
|
6,3
|
5,93
|
5,31
|
4,71
|
По полученным данным строим графическую
зависимость Ip = ƒ(nдв)
(рисунок 14).
Рисунок 12.Зависимость тока разрыва Ip
от частоты вращения коленчатого вала двигателя n.
.2 Расчет максимального значения вторичного
напряжения
Рисунок 13. Упрощенная схема контактно -
транзисторной системы зажигания после запирания транзистора
Величину максимального вторичного напряжения U2
в рабочем и пусковом режимах рассчитываем по формуле
U2(nдв) = Ip(nдв)·Ктр·Ксв·Ку·
·η,
где Ip(nдв) - значение
тока разрыва при частоте вращения коленчатого вала двигателя nдв;
Ктр - коэффициент трансформации
катушки зажигания, Ктр = 115;[6]
Ксв - коэффициент магнитной связи
между первичной и вторичной обмотками катушки зажигания, зависящий от формы
магнитопровода и взаимного расположения обмоток, Ксв = 0.93;[6]
Ку - коэффициент уменьшения тока
разрыва, учитывающий потери энергии в транзисторе при его запирании, Ку =
0,97;[6]
L1 -
индуктивность первичной обмотки катушки зажигания, L1 =
5,7мГн;[6]
С - эквивалентная, приведенная к
первичной обмотке емкость системы зажигания. Величина емкости С определяется из
соотношения
С = С1 + С2·Ктр2,
где С1 - емкость конденсатора
первичной цепи, включенного параллельно выходному транзистору в коммутаторе
С1=1·10-6 Ф;
С2 - емкость вторичной цепи системы
зажигания (относительно массы автомобиля);
С2 = Ск + Ср + Сп + Сс,
где Ск - собственная сосредоточенная
емкость вторичной обмотки катушки зажигания, эквивалентная распределенной
емкости; Ск = 40 пФ.[6]
Ср - емкость токоведущих деталей
распределителя, Ср = 20 пФ. [6]
Сп - емкость высоковольтных
проводов, Сп = 10 пФ.[6]
Сс - емкость свечи, Сс = 35 пФ.[6]
при Сш = 0
С2 = 40+20+10+35=70 пФ
С = 1·10-6 + 70·10-12·1542
= 2,66·10-6 (Ф)
при Сш = 50 пФ
С2 = 40+20+10+35+ 50 =120 пФ.
С = 1·10-6 + 120·10-12·1542
= 3,84·10-6 (Ф)
Коэффициент затухания вторичного
напряжения η
рассчитываем по формуле
где R - суммарное
сопротивление потерь, приведенное к первичной обмотке, находим по формулам
R = Rпк/Ктр2,
если Rш = ∞;
, если Rш ≠ ∞.
Rпк -
сопротивление потерь катушки зажигания, учитывающее потери энергии в
магнитопроводе катушки, меди обмоток, изоляции.
Rпк = 
= 8,7 МОм
Rш -
шунтирующее сопротивление, учитывающее потери энергии через нагар на тепловом
конусе свечи.
Таким образом,
при Rш = ∞
R = 8,7·106/1542
= 366,84 Ом;
при Rш = 2,5 МОм,
Ом
при Rш = 2,5 МОм
и Сш = 50 пФ
Теперь рассчитываем зависимость U2 = ƒ(nдв) для двух
значений параметров шунтирующей нагрузки: Rш = ∞,
Сш = 0 и Rш = 2,5 МОм,
Сш = 50 пФ.
Для частоты вращения коленчатого
вала nдв= 1000 мин-1
при Rш = ∞,
Сш = 0
U2(nдв) = Ip(nдв) · Ктр ·
Ксв · Ку ·
· η = 6,3 · 154
· 0,9 · 0,97 ·
·0,92 = 33,5
кВ;
при Rш = 2,5 МОм,
Сш = 50 пФ
U2(nдв) = Ip(nдв) · Ктр ·
Ксв · Ку ·
· η = 6,3 · 154
· 0,9 · 0,97 ·
·0,76 = 23
кВ.
Расчет максимального вторичного
напряжения для других частот вращения проводится аналогично. Результаты
расчетов сведены в таблицу 6.
Рисунок 14. Зависимость максимального вторичного
напряжения U2 от частоты вращения коленчатого вала двигателя nдв:
Кривая 1 - при Rш = ∞, Сш = 0 пФ; Кривая 2 - при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50
пФ.
Таблица 6
|
nдв, мин-1
|
150
|
1000
|
2000
|
3000
|
4000
|
|
U2, кВ, при Rш=∞,
Cш=0
|
28,1
|
33,5
|
31,5
|
28,2
|
25,0
|
|
U2, кВ, при Rш=2,5 МОм,
Cш=50 пФ
|
19,3
|
23,0
|
21,6
|
19,4
|
17,2
|
По полученным данным строим графическую
зависимость U2 = ƒ(nдв) для
двух значений шунтирующей нагрузки (рисунок 14).
.3 Расчет длительности искрового разряда
Длительность искрового разряда определяем по
формуле
R2 -
сопротивление вторичной обмотки катушки зажигания, R2 = 16,5кОм;
[6]
Rпп -
сопротивление помехоподавительного резистора во вторичной цепи, Rпп = 5 кОм;
[6]
Rвв -
сопротивление высоковольтных проводов. Длина центрального провода - 150 см,
длина свечного провода -100 см. Общая длина - 2.5 м. Распределенное
сопротивление - 2 кОм/м. Rвв = 2.5∙2 =5кОм [10]
R2Σ = 16,5×103+5×103+5×103=26,5
кОм.
Ipm -
максимальное значение тока искрового разряда;
iкр -
критическое значение тока, при котором прекращается искровой разряд, iкр = 1,5 мА;
Up -
напряжение индуктивной фазы искрового разряда.
Напряжение индуктивной фазы
искрового разряда Up складывается из падений напряжения
в искровом распределителе и между электродами свечи зажигания Up = Uраспр + Uсв при
наличии механического распределителя. Падение напряжения в механическом
распределителе Uраспр в исправном состоянии при
искровом разряде принимаем 500 В.
Падение напряжения между электродами
свечи зажигания при искровом разряде складывается из катодного падения
напряжения Uк, анодного
падения напряжения Ua и падения напряжения в газовом
столбе между электродами Ud. Величина анодного падения
напряжения незначительна, и ею можно при расчетах пренебречь.
Величина Ud прямо
пропорциональна расстоянию между электродами d и
напряженности электрического поля Е.
Таким образом, получаем
окончательную формулу для расчета величины падения напряжения между электродами
свечи зажигания:
Uсв = Uк + Ed,
где Uк = 350 В; Е
= 100 В/мм; d -
расстояние между электродами разрядника, имитирующего работу свечи зажигания
(для свечи зажигания в рабочем цилиндре d = 8,5 мм).
Таким образом, Uсв = 350 +
100·8,5 = 1200 В.
Up = Uраспр + Uсв = 500 +
1200 = 1700 В.
Максимальное значение тока искрового
разряда Ipm
рассчитываем по формуле
Ipm = Ip·Ky·η/Kт,
где Ip - значение
тока разрыва из таблицы 5;
η - коэффициент затухания,
рассчитанный в п.3.2, учитывающий снижение максимального значение тока разряда
за счет утечки тока через сопротивление потерь, шунтирующее сопротивление и
вторичную емкость;
Кт - коэффициент трансформации
катушки зажигания;
Ку - коэффициент снижения тока
разрыва вследствие потерь энергии на контактах прерывателя или в силовом
транзисторе.
Для частоты вращения nдв = 1000 мин-1
при Rш = ∞,
Сш = 0
Ipm =
6,3·0,97·0,92/154 = 36,5 мА;
при Rш = 2,5 МОм,
Сш = 50 пФ
Ipm =
6,3·0,97·0,76/154 = 30,2 мА.
Для остальных частот вращения расчет
ведется аналогично. Результаты расчета сведены в таблицу 7. По полученным
данным строим графические зависимости Ipm = ƒ(nдв) для двух
значений шунтирующей нагрузки (рисунок 15).
Таблица 7
|
nдв, мин-1
|
150
|
1000
|
2000
|
3000
|
4000
|
|
Iрm, мА, при Rш=∞,
Cш=0
|
30,5
|
36,5
|
34,4
|
30,1
|
27,3
|
|
Iрm, мА, при Rш=2,5 МОм,
Cш=50 пФ
|
25,4
|
30,2
|
28,5
|
25,5
|
22,6
|
Рисунок 15. Зависимость тока искрового разряда Ipm
от частоты вращения двигателя n:
Кривая 1 - при Rш = ∞,
Сш = 0; Кривая 2 - при Rш
= 2,5 МОм, Сш = 50 пФ.
Используя зависимости Ipm
= ƒ(nдв),
рассчитываем зависимости tp=ƒ(nдв)
для двух значений шунтирующей нагрузки.
Для частоты вращения nдв=
1000 мин-1,
при Rш
= ∞, Сш = 0
мс;
при Rш = 2,5 МОм,
Сш = 50 пФ
мс.
Для остальных частот вращения расчет
ведется аналогично. Результаты расчета сведены в таблицу 8. По полученным
данным строим графические зависимости tp = ƒ(nдв) для двух
значений шунтирующей нагрузки (рисунок 16).
Таблица 8
|
nдв, мин-1
|
150
|
1000
|
2000
|
3000
|
4000
|
|
tp, мс, при Rш=∞,
Cш=0
|
1,72
|
2,02
|
1,89
|
1,68
|
1,51
|
|
tp, мс, при Rш=2,5 МОм,
Cш=50 пФ
|
1,43
|
1,72
|
1,6
|
1,43
|
1,3
|
Рисунок 16. Зависимость длительности искрового
разряда tp от частоты
вращения коленчатого вала двигателя nдв:
1 - при Rш = ∞, Сш =
0; 2 - при Rш = 2,5 МОм, Сш =
50 пФ.
.4 Расчет энергии искрового разряда
Энергию искрового разряда определяем по формуле:
Wp = 0,5Ipm·tp·Uсв.
Для частоты вращения коленчатого вала nдв=
1000 мин-1
при Rш
= ∞, Сш = 0
Wp =
0,5·36,5·10-3·2,02·10-3·1000 = 36,9 мДж;
при Rш
= 2,5 МОм, Сш = 50 пФ
Wp =
0,5·30,2·10-3·1,72·10-3·1000 = 20,0 мДж;
Для остальных частот вращения расчет ведется
аналогично. Результаты расчета сведены в таблицу 9. По полученным данным строим
графические зависимости Wp
= ƒ(nдв)
для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунок 17).
Таблица 9
|
nдв, мин-1
|
150
|
1000
|
2000
|
3000
|
4000
|
|
Wp, мДж, при Rш=∞,
Cш=0
|
26,0
|
36,9
|
32,5
|
25,3
|
20,6
|
|
Wp, мДж, при Rш=2,5 МОм,
Cш=50 пФ
|
18,2
|
26,0
|
22,8
|
18,2
|
14,7
|
Рисунок 17. Зависимость энергии искрового
разряда Wp от частоты
вращения коленчатого вала двигателя nдв:
Кривая 1 - при Rш = ∞,
Сш = 0; Кривая 2 - при Rш
= 2,5 МОм, Сш = 50 пФ.
4. Оценка соответствия выбранной системы зажигания
заданному ДВС
Для оценки соответствия выбранной системы
зажигания заданному двигателю произведено графическое совмещение рассчитанных
характеристик (рисунки 18-20) и определен диапазон частот вращения, в котором
данная система удовлетворяет предъявляемым требованиям.
Также произведен расчет зависимостей реальных
коэффициентов запаса по напряжению, длительности и энергии искрового разряда от
частоты вращения коленчатого вала двигателя для различной шунтирующей нагрузки.
Коэффициент запаса по напряжению Кu
рассчитываем по формулам:
при пуске Кu
= (U2 - ΔU)/Uпр;
в рабочем режиме Кu
= (0,85U2 - ΔU)/Uпр,
где ΔU
= 1 кВ учитывает падение напряжения при пробое искрового распределителя или
искрового промежутка свечи в нерабочем цилиндре.
Рисунок 18. Совмещение характеристик вторичного
напряжения: Кривая 1 - требуемое вторичное напряжение системы зажигания U2*;
Кривая 2 - максимальное вторичное напряжение U2
при Rш = 2,5 МОм, Сш =
50пФ; Кривая 3 - максимальное вторичное напряжение U2
при Rш = ∞, Сш =
0.
Рисунок 19. Совмещение характеристик энергии
искрового разряда: Кривая 1 - требуемая энергия искрового разряда,
обеспечивающая надежное воспламенение Wp*;
Кривая 2 - энергия искрового разряда Wp
при Rш = 2,5 МОм, Сш =
50 пФ; Кривая 3 - энергия искрового разряда Wp
при Rш = ∞, Сш =
0.
Рисунок 20. Совмещение характеристик
длительности искрового разряда: Кривая 1 - минимальная длительность искрового
разряда tp*; Кривая 2
- длительность искрового разряда tp
при Rш = 2,5 МОм, Сш =
50пФ; Кривая 3 - длительность искрового разряда tp
при Rш = ∞, Сш =
0.
В режиме пуска при nдв=
150 мин-1,
при Rш
= ∞, Сш = 0;
Кu
= (28.1 - 1)/15 = 1.8;
при Rш
= 2,5 МОм, Сш = 50 пФ;
Кu
= (19.3- 1)/15 = 1.22.
В рабочем режиме для частоты вращения nдв=
1000 мин-1
при Rш
= ∞, Сш = 0;
Кu
= (0,85·33,5 - 1)/15,1 = 1.82;
при Rш
= 2,5 МОм, Сш = 50 пФ;
Кu
= (0,85·23,0 - 1)/15,1 = 1,22.
Коэффициенты запаса по длительности Кt
и энергии Кw определяются по
формулам:
Кt
= tp/tp*
и Кw = Wp/Wp*.
Для частоты вращения nдв=
1000 мин-1
при Rш
= ∞, Сш = 0;
Кt
= 2,02/0,72 = 2,8;
Кw
= 36,9/14,8 = 2,49;
при Rш
= 2,5 МОм, Сш = 50 пФ;
Кt
= 1,72/0,72 = 2,4;
Кw
= 26/14,8 = 1,76.
Для остальных частот вращения расчет ведется
аналогичным образом. Результаты расчетов сведены в таблицу 10.
Таблица 10
|
nдв, мин-1
|
Кu
|
Kt
|
Kw
|
|
при
Rш=∞,
Сш=0
|
при
Rш=2,5МОм,
Сш=50 пФ
|
при
Rш=∞,
Сш=0
|
при
Rш=2,5МОм,
Сш=50 пФ
|
при
Rш=∞,
Сш=0
|
при
Rш=2,5МОм,
Сш=50 пФ
|
|
150
|
1.8
|
1.22
|
1.56
|
1.3
|
0.84
|
0.6
|
|
1000
|
1.82
|
1.22
|
2.8
|
2.4
|
2.49
|
1.76
|
|
2000
|
2.28
|
1.53
|
3.78
|
3.2
|
3
|
2.1
|
|
3000
|
2.23
|
1.5
|
3.8
|
3.25
|
2.8
|
2
|
|
4000
|
2.25
|
1.5
|
3.7
|
3.2
|
2.75
|
1.96
|
Выводы
В результате выполненной работы были построены
выходные характеристики системы зажигания. Проанализировав полученные данные
можно сделать вывод, что:
1. на частотах вращения коленчатого вала
меньше 900 об/мин и Rш = ∞,
Сш = 0 не обеспечивается надежное вторичное напряжение, что видно из графика на
рисунке 18;
2. энергия искрового разряда недостаточна
на частотах вращения коленчатого вала меньше 500 об/мин для обоих
рассчитываемых значений шунтирующей нагрузки, что видно из графика на рисунке
19;
. длительность искрового разряда
достаточна для воспламенения ТВС на всех режимах работы ДВС, что видно из
графика на рисунке 20.
Надежное вторичное напряжение и достаточная
длительность искрового разряда обеспечит устойчивое и бесперебойное
искрообразование при частотах вращения коленчатого вала больше 900 об/мин в
различных неблагоприятных условиях. При пуске могут возникать перебои из - за
недостаточной энергии разряда и недостаточного вторичного напряжения.
Также были посчитаны коэффициенты запаса, для
тех же выходных параметров данной системы зажигания (таблица 10). По
коэффициенту Кu видно, что вторичное
напряжение обеспечивает устойчивое искрообразование на всех режимах работы
двигателя, т.е. до 4000 об/мин. Данная частота вращения удовлетворяет
требованиям характерным для двигателя УАЗ 31511. Эта система зажигания
обеспечит надежное искрообразование к концу гарантийного пробега без
регулировки зазора между электродами свечи. По коэффициенту Кt
и Кw видно, что в целом
энергия и длительность искрового разряда достаточны для надежного воспламенения
на всех режимах работы двигателя. Но полученные значения коэффициентов Кt
и Кw в режиме пуска не
достигают минимального предела 1,5. Это может привести к перебоям в работе, к
пропускам воспламенения, и следовательно к затрудненному пуску двигателя.
В целом данная система зажигания удовлетворяет
предъявляемым требованиям заданной марки автомобильного двигателя.
Приложение А
Система зажигания УАЗ 31511
Рисунок 1. 1 - катушка зажигания; 2 -
тpанзистоpный коммутатоp; 3 - датчик-pаспpеделитель; 4 - свеча зажигания; 5 -
блок пpедохpанителей; 6 - аваpийный вибpатоp; 7 - добавочное сопpотивление.
Датчик-распределитель
Датчик-распределитель имеет корпус, крышку,
валик, датчик синусоидального напряжения, центробежный и вакуумный регуляторы,
а также октан-корректор. Центробежный регулятор автоматически изменяет угол
опережения зажигания в зависимости от частоты вращения.
Датчик напряжения состоит из ротора и статора.
Ротор представляет собой кольцевой постоянный магнит с плотно прижатыми к нему
сверху и снизу четырехполюсными обоймами, жестко закрепленными на втулке. В
верхней части ротора на втулке установлен бегунок.
Статор датчика представляет собой обмотку,
заключенную в четырехполюсные пластины. Статор имеет изолированный многожильный
вывод, присоединенный к выводу датчика. Второй вывод обмотки электрически
связан с корпусом в собранном датчике-распределителе.
На роторе нанесена метка, на статоре стрелка,
которые служат для установки начального момента искрообразования.
Рисунок 2 Датчик распределитель: 1 - крышка
распределителя; 2 - уголек; 3 - пружина крышки; 4 - низковольтный разъем; 5 -
грузик; 6 - пружина центробежного автомата; 7 - ось грузика; 8 - упорный
подшипник; 9 - подшипник валика; 10 - муфта; 11 - валик; 12 - пластина
октан-корректора; 13 - корпус; 14 - шарикоподшипник; 15 - вакуумный регулятор;
16 - статор; 17 - втулка ротора; 18 - фильц; 19 - бегунок
Рисунок 2.Катушка зажигания
Маслонаполненная конструкция;
разомкнутая магнитная цепь;
используется в бесконтактной системе зажигания
синдуктивным датчиком;
Сопротивление обмоток при температуре (25±10)
°С, Ом:
первичной.....0,43
вторичной.....13 000-13 400
Развиваемое вторичное напряжение максимальное,
В.....30 000
Катушка имеет вывод высокого напряжения и два
вывода низкого напряжения:
вывод К - для соединения с выводом К добавочного
сопротивления;
немаркированный вывод - с выводом КЗ
коммутатора.
Добавочное сопротивление
Величина активного сопротивления между выводами
«+» и «С» (0,71±0,05) Ом, между выводами «С» и «К» - (0,52±0,05) Ом.
Транзисторный коммутатор
Состоит из корпуса и платы с радиоэлементами.
Выводы коммутатора предназначены:
вывод Д - для соединения с низковольтным выводом
датчика-распределителя;
вывод КЗ - для соединения с выводом катушки
зажигания;
вывод «+» - для соединения с выводом «+»
добавочного сопротивления или блока предохранителей.
Аварийный вибратор
Состоит из корпуса и платы, на которой
смонтированы все узлы вибратора. Имеет один вывод. Включение его в работу
допускается только в случае выхода из строя транзисторного коммутатора или
катушки статора датчика.