Расчет системы зажигания для автомобиля ЗАЗ-1102

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
  • 2. РАСЧЕТ ТРЕБУЕМЫХ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ
    • 2.1 Расчет максимального значения вторичного напряжения
    • 2.2 Расчет энергии искрового разряда
    • 2.3 Расчет длительности искрового разряда
  • 3. РАСЧЕТ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАДАННОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ
    • 3.1 Расчет величины тока разрыва Ip
    • 3.2 Расчет максимального значения вторичного напряжения
    • 3.3 Расчет длительности искрового разряда
    • 3.4 Расчет энергии искрового разряда
  • 4. ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ ЗАДАННОМУ ДВИГАТЕЛЮ
  • ВЫВОД
  • ПРИЛОЖЕНИЯ
  • ВВЕДЕНИЕ
  • К современным системам зажигания предъявляется множество требований, основными из которых являются следующие:
  • 1. Вторичное напряжение должно обеспечивать устойчивое искрообразование на всех режимах работы двигателя в различных неблагоприятных условиях (загрязнение свечей, колебания питающего напряжения, температуры и т. п).
  • Вторичное напряжение оценивают по коэффициенту запаса, который обычно выбирают, исходя из того, чтобы к концу гарантийного пробега (20−30 тыс. км.) без регулировки зазора между Электродами свечи обеспечивалось бесперебойное искрообразование.
  • За время гарантийного пробега в результате увеличения зазора и округления электродов свечи пробивное напряжение Unp увеличивается на 40−50%. Чтобы гарантировать коэффициент запаса Кз=1 в конце пробега, его расчетное значение должно быть 1,4−1,6.

2. Энергия и длительность искрового разряда должны быть достаточны для надежного воспламенения смеси на всех режимах работы двигателя.

Небольшое уменьшение энергии не должно приводить к заметному ухудшению характеристик двигателя. При установившемся режиме работы двигателя с максимальной мощностью требуется 10−15 мДж, тогда как для пуска и работы на переходных режимах необходима энергия 30 мДж и выше.

Длительность искрового разряда также влияет на процесс воспламенения. На режимах работы двигателя, близких к максимальной мощности (для состава смеси, при котором коэффициент избытка воздуха, а = 0,85.. 0,98), рабочий процесс в нем не лимитируется временем сгорания смеси. При обеднении рабочей смеси (а = 1,0… 1,4) и работе двигателя на режимах с ухудшенными условиями при уменьшении длительности искрового разряда повышается расход топлива и снижается мощность двигателя. К таким режимам относятся:

а) режимы малых (частичных) нагрузок, особенно при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя;

б) режим холостого хода — рабочая смесь переобогащена и сильно разбавлена остаточными газами;

в) переходные режимы, при которых смесь обедняется или обогащается;

г) режим пуска двигателя, характеризующийся резкой неоднородностью смеси, низкими значениями её температуры и давления.

Считается, что длительность искрового разряда должна быть не менее 1 мс.

Для того чтобы правильно подобрать систему зажигания к двигателю, необходимо рассчитать выходные характеристики системы зажигания, требуемые для данного двигателя, а также выходные характеристики выбранной системы зажигания, если они не известны, и произвести сравнение выходных характеристик, требуемых для данного двигателя, с характеристиками выбранной системы зажигания.

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

1. Для заданной марки автомобильного двигателя рассчитать требуемые выходные характеристики системы зажигания:

— зависимость максимального вторичного напряжения системы зажигания U2* от частоты вращения коленчатого вала двигателя nдв;

— зависимость минимальной длительности искрового разряда tp* от частоты вращения коленчатого вала двигателя nдв;

— зависимость энергии искрового разряда Wp*, требуемой для надежного воспламенения топливной смеси, от частоты вращения коленчатого вала двигателя nдв.

Расчет производить для двух режимов работы двигателя:

режим пуска (nдв=100…300 мин-1) и режим полного дросселя (nдв=1000… 7000 мин-1).

2. Для выбранной системы зажигания рассчитать её выходные характеристики в зависимости от величины шунтирующей нагрузки:

— зависимость максимального вторичного напряжения системы зажигания U2 от частоты вращения коленчатого вала двигателя nдв;

— зависимость длительности искрового разряда tр от частоты вращения коленчатого вала двигателя nдв;

— зависимость энергии искрового разряда Wp от частоты вращения коленчатого вала двигателя nдв.

Расчет производить для режимов работы двигателя, указанных в пункте 1, при двух значениях шунтирующей нагрузки RШ=, Сш=0 и RШ= 2,5 МОм, Сш=50 пФ.

3. Построить графические зависимости рассчитанных характеристик и произвести их совмещение. Рассчитать зависимость реальных коэффициентов запаса по напряжению, энергии и длительности разряда от частоты вращения коленчатого вала двигателя для различной шунтирующей нагрузки.

Оценить соответствие выбранной системы зажигания заданному двигателю внутреннего сгорания.

Исходные данные

Степень сжатия

Кол-во

цилиндров

ИП, мм

Свеча

Распред.

Катушка зажигания

Коммутатор

8

4-цилиндр.

0,8

А17ДВ-10

53. 3706

27. 3705

36. 3734−20

Технические характеристики датчика распределителя 53. 3706[2]:

Чередование искр — 90є;

Мах частота врщения — 7000 мин-1 ПКВ;

Сопротивление помехоподавительного резистора — 1 кОм;

Устройство распределителя приведено в приложении Б.

Параметры катушки зажигания 27. 3705[1]:

R1 = 0,43 Ом;

R2 = 4,7 кОм;

L1 = 3,7 мГн;

L2 = 24,5 Гн;

Ктр = 82.

Катушка маслонаполненная, с разомкнутой магнитной системой.

Конструкция катушки представлена в Приложении В.

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 =8;

— величина искрового промежутка свечи зажигания d = 0,8 мм;

— характеристика центробежного автомата распределителя =f (nдв), представленная на рисунок 1[3]. Устройство распределителя53. 3706 приведено в приложении Б.

Точность расчета по номограммам составляет 15−30%.

Рисунок 1. Характеристика центробежного автомата распределителя =f (nдв)

2.1 Расчет максимального значения вторичного напряжения.

Требуемое значение максимального вторичного напряжения системы зажигания определяется в соответствии с ОСТ 37. 003. 003−70. Согласно стандарту требуемое значение выходного напряжения системы зажигания определяется по формуле

U2* = Unp (d)Кз*,

где Кз* - требуемое значение коэффициента запаса по вторичному напряжению (при расчетах можно принять Кз*=1,5); Unp (d) — пробивное напряжение новой свечи зажигания

Для определения зависимости пробивного напряжения свечи зажигания от частоты вращения в стандарте применяется метод номограмм. Определить пробивное напряжение новой свечи в режиме пуска можно по номограмме, приведенной на рисунок 2.

Для расчета необходимы следующие исходные данные:

геометрическая степень сжатия = 8;

величина искрового промежутка свечи d = 0,8;

частота вращения двигателя при пуске n = 150 мин-1.

Расчет ведут следующим образом: на оси «» откладывают значение геометрической степени сжатия, затем через эту точку и точку, определяющую пусковое обороты двигателя на оси «n», проводят прямую до пересечения с осью «Рсж». Полученную точку пересечения на оси «Рсж» соединяют прямой линией с точкой на оси «d», соответствующей заданному зазору свечи. Пересечение этой прямой с осью «Unp» дает искомое значение величины пробивного напряжения новой свечи зажигания в режиме пуска двигателя (Unp=16 кВ).

Рисунок 2. Номограмма определения пробивного напряжения свечи при пуске двигателя

=8; n = 150 мин -1; d = 0,8 мм; Uпр = 15 кВ

Пробивное напряжение новой свечи в режиме полного дросселя определяют по номограммам, приведённым на рисунках 3, 4, 5. Расчет ведут для искрового промежутка 0,7 мм по формуле

Unp (0,7) = Unp1-Unp2-Unp3,

где Unp1 — пробивное напряжение свечи при температуре +20° С, определяемое по номограмме на рис. 3; Unp2 — снижение пробивного напряжения свечи в результате ионизации при температуре сжатия, определяемое по номограмме на рис. 4; Unp3 -снижение пробивного напряжения свечи вследствие ионизации под влиянием температуры центрального электрода свечи, определяемое по номограмме на рис. 5.

Пробивное напряжение Uпр1 определяют по номограмме (рисунок 3). Для расчета необходимы следующие исходные данные: геометрическая степень сжатия, частота вращения коленчатого вала и угол опережения зажигания. Угол опережения зажигания определяют по характеристике центробежного автомата распределителя выбранной системы зажигания (см. рис. 1). На оси «» откладывают заданное значение степени сжатия (= 8). 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 ««, соответствующую углу опережения зажигания, для выбранной скорости вращения коленчатого вала двигателя (=3° ПКВ), соединяют прямой линией, продолжая её до пересечения с осью «Рсж». Полученную точку на оси Pсж» и точку на оси «d», соответствующую зазору в свече 0,7 мм, соединяют прямой линией и продолжают её до пересечения с осью «Uпр1». Точка пересечения прямой линии с осью даст искомое значение Unp1 (30 кВ).

Рисунок 3. Номограмма определения пробивного напряжения свечи в режиме полного дросселя при температуре +20C

n = 1000 мин -1; =8; d = 0,8 мм; = 3 ПКВ; Рсж = 16 Па; Uпр1 = 30 кВ

Второй член формулы Unp2 определяют по номограмме (рис. 4) аналогичным образом. На оси «» откладывают заданное значение степени сжатия (=8) 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 ««, соответствующей заданному углу опережения зажигания (3°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 = 16 Па из номограммы, приведенной на рисунок 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 «Unp2» дает искомое значение Unp2 (15 кВ).

Рисунок 4. Номограмма определения снижения пробивного напряжения свечи в результате ионизации при температуре сжатия

n = 1000 мин -1; =8; d = 0,8 мм; = 3 ПКВ; Рсж = 16 Па; Uпр2 = 15 кВ

Рисунок 5. Номограмма определения снижения пробивного напряжения свечи вследствие ионизации под влиянием температуры центрального електрода

n = 1000 мин -1; d = 0,8 мм; Рсж = 16 Па; Uпр3 = 3 кВ.

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 «Unp3» дает искомое значение Unp3 (3 кВ).

Результирующее значение Unp в режиме полного дросселя при n=1000 мин-1 для зазора свечи 0,7 мм будет равно

Unp (0,7) = Unp1-Unp2-Unp3 =30−15−3 = 12 (кВ).

Для зазора свечи, отличающегося от 0,7 мм, значение пробивного напряжения определяют по формуле

Unp (d) = Unp (0,7)+10(d-0,7).

Для нашего случая Unp (0,8) = Unp (0,7)+10(0,8−0,7) =12+1 =13 (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 Uпp и требуемого вторичного напряжения системы зажигания U2* от частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме полного дросселя: Uпp = f (nдв) и U2* = f (nдв), которые представлены на рисунок 6.

Таблица 1

nдв, об/мин

150

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Uпp, кВ

16

13

12

11,5

10,1

9,5

8,6

7,2

U2*, кВ

24

20,1

18

17,25

15,15

14,25

12,9

10,8

Рисунок 6. Зависимость пробивного напряжения свечи зажигания Uпр и требуемого вторичного напряжения системы зажигания U2* от частоты вращения коленчатого вала двигателя

2.2 Расчет энергии искрового разряда

На основании экспериментальных данных 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.

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. Двухтактные двигатели, как более напряженные о тепловом отношении требуют меньших значений энергии искрового разряда, что также отражается в формуле.

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, требуются 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 7. 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 ««, которая соответствует величине степени сжатия двигателя (= 7,2), проводят прямую до пересечения с осью «1».

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=0,8 мм), проводят прямую до пересечения с осью «Wp*». Точка пересечения с осью «Wp*» дает искомое значение требуемой величины энергии в мДж (Wp* =13,5 мДж).

Для других частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 2 и построена графическая зависимость Wp* = f (nдв), представленная на рисунке 8.

Рисунок 7. Номограмма определения энергии искрового разряда, требуемой для надёжного воспламенения

n = 1000 мин -1; = 8; d = 0,8 мм; Wр* = 13 мДж.

Таблица 2

nдв, об/мин

150

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Wp*, мДж

25

13

9,5

7,3

5,9

5

4,2

3,8

Рисунок 8. Зависимость энергии индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя Wp* = f (nдв).

2.3 Расчет длительности искрового разряда

Для вывода формулы определения минимальной длительности искрового разряда, обеспечивающего надежное воспламенение топливной смеси, также были использованы экспериментальные данные. 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 рис. 9. Расчет ведется следующим образом. Полученное по номограмме на рис. 7 значение требуемой энергии разряда Wp* (13 мДж) откладывают на оси «Wp*», затем через полученную точку и точку на оси «d», соответствующую зазору в свече (d=0,8 мм), проводят прямую до пересечения с осью"1″ (точка).

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 на оси «1».

Точку пересечения прямой линии с осью «3» (точку с) соединяют прямой с точкой 4 на оси «2», соответствующей тактности двигателя, и продолжают её до пересечения с осью «tp*». Полученная точка на оси «tp*» дает искомое значение минимальной длительности разряда в мс (tp*=0,7 мс).

Для других частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 3 и построена графическая зависимость tp* = f (nдв), представленная на рисунок 10.

Рисунок 9. Номограмма определения минимальной длительности искрового разряда

n = 1000 мин -1; d = 0,8 мм; Wр* = 13 мДж; tр* = 0,7 мс.

Таблица 3

nдв, об/мин

150

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

tp*, мс

1,3

0,7

0,52

0,45

0,42

0,37

0,35

0,33

Рис. 10. Зависимость длительности индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя tp* = f (nдв).

3. РАСЧЕТ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАДАННОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

В состав заданной системы зажигания входят:

— распределитель 53. 3706;

— катушка зажигания 27. 3705;

— свечи зажигания А17ДВ-10.

Определяем исходные данные для расчета характеристик, а именно:

— число цилиндров двигателя z = 4;

— напряжение аккумуляторной батареи (6СТ-44А) в режиме пуска:

Uбп = Е — Iраз · Rвн = 12 — 229 · 0,013 = 9 В

где Е = 12 В — номинальное напряжение АКБ;

Iраз — ток стартерного разряда, 229 А (-20С)[4];

Rвн = Ro + Rп = 10 + 3 = 13 мОм — внутреннее сопротивление АКБ[5];

— напряжение в системе электроснабжения в рабочем режиме Uп = 13,8 В;

— сопротивление контактов выключателя зажигания, переходных контактов и проводов (при расчёте можно принять равным 0,05…0,2) Rп = 0,1 Ом [1];

— сопротивления участка первичной цепи в электронном коммутаторе Rk = 0,3 Ом [1];

— сопротивление первичной обмотки катушки R1 = 0,43 Ом [1];

— сопротивление вторичной обмотки катушки зажигания R2 = 4,7 кОм;

— индуктивность первичной обмотки катушки зажигания L1 = 3,7 мГн;

— индуктивность вторичной обмотки катушки зажигания L2 = 24,5 Гн;

— коэффициент трансформации катушки зажигания Ктр=82 [1];

— коэффициент магнитной связи обмоток для катушек с разомкнутой магнитной системой может быть в диапазоне 0,9…0,95, примем Ксв = 0,93[1];

— коэффициент уменьшения тока разрыва для бесконтактных систем зажигания может быть в диапазоне 0,95…1, примем Ку = 0,99 [1];

— ёмкость первичной цепи системы зажигания С1(отсутствует);

— ёмкость вторичной цепи системы зажигания

С2= Ск+Ср+Cп+Сс = 30+15+30+12= 87 (пФ), где

Ск — собственная сосредоточенная ёмкость вторичной обмотки катушки зажигания, эквивалентная распределённой ёмкости. Современные катушки зажигания имеют Ск=30…50 пФ. Меньшие значения Ск соответствуют катушкам с высоким коэффициентом трансформации. Примем значение Ск = 30 пФ;

Ср — ёмкость токоведущих деталей распределителя выбирается из диапазона 15…25 пФ. Для расчётов примем данную ёмкость равной 15 пФ, т.к. никаких дополнительных ёмкостей в распределителе нет;

Сп — ёмкость высоковольтных проводов (центрального и наиболее длинного). Для проводов ПВППВ-40, у которых отсутствует экранировка Сп = 0,1…0,4 пФ/см, а длина проводов 100 см, получаем Сп=100*0,3=30 пФ.

Сс — ёмкость свечи. Ёмкость неэкранированной свечи А17ДВ-10 выбирается из диапазона 10…12 пФ. Т.к. ёмкость свечи зависит от зазора между центральным и боковым электродом (0,5…1,0мм), то учитывая, что в данной свече установлен зазор 0,8 мм, логично принять ёмкость свечи равной 12 пФ.

— сопротивление потерь катушки зажигания Rпк (для БСЗ лежит в пределах 6…12 МОм) можно определить по следующей приближенной формуле:

Rпк = 0,7 = 0,8 · 9,055 = 6,339 МОм;

— сопротивление помехоподавительного резистора во вторичной цепи Rпп =1 кОм;

Расчет выходных характеристик выбранной системы зажигания производим в следующем порядке.

1. Рассчитываем зависимость тока разрыва Ip от частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме пуска и в рабочем диапазоне частот вращения.

2. Рассчитываем 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.

3.1 Расчет величины тока разрыва Ip

Под током разрыва понимают значение тока, протекающего в первичной цепи системы зажигания в момент размыкания контактов (для контактных систем зажигания) или в момент закрытия выходного транзистора (для транзисторных систем зажигания) 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). Для этих типов систем порядок расчета тока разрыва различен.

Нормирование времени накопления энергии (или времени протекания тока в первичной цепи) в настоящее время осуществляется в системах зажигания с управлением от датчика Холла (БСЗ с ДХ). Вследствие низкого значения суммарного сопротивления первичной цепи установившееся значение первичного тока достаточно велико. Поэтому в БСЗ с ДХ также имеется ограничение максимального значения тока первичной цепи.

Рассмотрим порядок расчета зависимости тока разрыва Ip от частоты вращения коленчатого вала двигателя n для бесконтактной системы зажигания с нормируемым временем накопления энергии автомобиля ЗАЗ-1102. В данной системе зажигания используется коммутатор 36. 3734−20. Поскольку в этом коммутаторе в большей части диапазона частот вращения ток первичной цепи системы зажигания успевает за время накопления достичь установившегося значения, расчёт тока разрыва следует проводить в два этапа.

На первом этапе определяют время нарастания tнар первичного тока до величины тока ограничения I0:

с, где

Rц = RП + R1 + RК + RИ = 0,1 + 0,43 + 0,3 + 0,1 = 0,93 Ом — суммарное сопротивление первичной цепи,

RИ (R12) = 0,1 Ом — сопротивление индикаторного резистора,

Uкэнас = 1,6 В — напряжение насыщения участка к-э транзистора BU931ZP1[6]. Рассчитываем значение граничной частоты вращения двигателя nгр по формуле:

nгр=A/3tнар=5341 об/мин

где А- величина, соответствующая высокому уровню сигнала с датчика Холла и измеряемая в градусах поворота валика распределителя (для коммутатора 36. 3734−20 А=60ПРВ[1])

На втором этапе рассчитывают по формуле рассчитывают зависимость тока разрыва от частоты вращения в диапазоне частот вращения двигателя n > nгр.

Таблица 4

Зависимость времени протекания первичного тока и тока разрыва от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

nдв, об/мин

150

1000

2000

3000

4000

5000

5341

6000

7000

tн,

133

20

10

6,67

5

4

3,745

3,333

2,857

мс

Iр, А

8

8

8

8

8

8

8

7,443

6,721

По полученным данным строим графическую зависимость Iр = f (nдв), изображённую на рисунке 11.

Рисунок 11. Зависимость тока разрыва от частоты вращения коленчатого вала двигателя Iр = f (nдв).

В диапазоне частот вращения n nгр принимают Iр = I0 = const = 8А.

При n > nгр величину тока разрыва рассчитывают по формуле:

где

Для частоты n = 7000 об/мин расчет тока разрыва ведется аналогично.

3.2 Расчет максимального значения вторичного напряжения

Величину максимального вторичного напряжения U2 в рабочем и пусковом режимах расчитываем по формуле

U2(nдв) = Iр (nдв)КтрКсвКу,

где Iр (nдв) — значение тока разрыва при частоте вращения коленчатого вала двигателя nдв (берем из таблицы 4);

Ктр — коэффициент трансформации катушки зажигания;

Ксв — коэффициент магнитной связи между первичной и вторичной обмотками катушки зажигания;

Ку — коэффициент уменьшения тока разрыва, учитывающий потери энергии в транзисторе при его запирании.

L1 — индуктивность первичной обмотки катушки зажигания;

С — эквивалентная, приведенная к первичной обмотке емкость системы зажигания. Величина емкости С определяется из соотношения:

С = С1 + С2Ктр2 ,

где С1=0 — емкость конденсатора первичной цепи, включенного параллельно контактам прерывателя;

С2 — емкость вторичной цепи системы зажигания, (относительно массы автомобиля);

С2 = 87 пФ при Сш = 0 и С2 = 87 + 50=137 пФ при Сш = 50 пФ.

Таким образом, С = 8710−12 822 = 0,585 мкФ при Сш = 0

С = 13 710−12 822 = 0,921 мкФ при Сш = 50 пФ.

Коэффициент затухания вторичного напряжения рассчитываем по формуле

,

где R — суммарное сопротивление потерь, приведенное к первичной обмотке.

Суммарное сопротивление потерь R, приведенное к первичной обмотке, находим по формулам

R = Rпк/Ктр2, если Rш =;

R =, если Rш;

Rпк — сопротивлении потерь катушки зажигания, учитывающее потери энергии в магнитопроводе катушки, меди обмоток, изоляции.

Таким образом, при Rш =

R= 6,339 106/822=942,71 (Ом);

при Rш = 2,5 МОм

R = = 266,64 (Ом).

Величина коэффициента затухания при Rш = и Сш = 0 соответственно будет

= 0,938;

при Rш =2,5 МОм и Cш = 50 пФ

= 0,841.

Теперь можно рассчитать зависимость U2 = f (nдв) для двух значений параметров шунтирующей нагрузки: Rш=, Сш=0 и Rш=2,5 МОм, Сш=50 пФ.

Для частоты вращения коленчатого вала nдв=1000мин-1:

при Rш=, Сш=0:

U2(nдв) = 8820,930,990,938 = 45 (кВ);

при Rш=2,5 МОм, Сш=50 пФ:

U2(nдв) = 8820,930,990,841 = 32,2 (кВ).

Расчет максимального вторичного напряжения для других частот вращения проводится аналогично. Результаты расчетов сведены в табл. 5.

Таблица 5

Зависимость максимального вторичного напряжения U2 системы зажигания от частоты вращения коленчатого вала n

nдв, мин-1

150

1000

2000

3000

4000

5000

5341

6000

7000

U2, кВ при

45

45

45

45

45

45

45

41,9

37,8

Rш = ?, Сш = 0

U2, кВ при

32,2

32,2

32,2

32,2

32,2

32,2

32,2

29,93

27,03

Rш = 2,5 МОм, Cш = 50 пФ

Рисунок 12. Зависимость максимального вторичного напряжения системы зажигания от частоты вращения коленчатого вала U2 = f (nдв).

3.3 Расчет длительности искрового разряда

Длительность искрового разряда определяем по формуле

;

где R2 = R2 + Rпп =4,7+1 = 5,7 кОм — суммарное сопротивление вторичной цепи;

Ipm — максимальное значение тока искрового разряда;

i кр = 1,5 мА — критическое значение тока, при котором прекращается искровой разряд;

Up — напряжение индуктивной фазы искрового разряда.

Напряжение индуктивной фазы искрового разряда Up складывается при наличии механического распределителя из падения напряжения в искровом распределителе и падения напряжения между электродами свечи зажигания: Up = Upacnp + Uсв.

Падение напряжения в механическом распределителе Upacnp 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 = 300 В, Е = 100В/мм; d — расстояние между электродами разрядника, имитирующего работу свечи зажигания (для свечи зажигания в рабочем цилиндре d = 8 мм).

Таким образом, Uсв=300+1008= 1100(В).

Up=Upacnp+UСB=500+1100=1600(B).

Максимальное значение тока искрового разряда Ipm рассчитываем по формуле

Ipm = IpKy/Ктр,

где Ip — значение тока разрыва из таблицы 4;

— коэффициент затухания, рассчитанный в п. 3. 2; учитывающий снижение максимального значения тока разряда за счет утечки тока через сопротивление потерь, шунтирующее сопротивление и вторичную емкость;

Ктр — коэффициент трансформации катушки зажигания;

Ку — коэффициент снижения тока разрыва вследствие потерь энергии на контактах прерывателя.

Для частоты вращения nдв=1000 мин-1

при Rш =, Сш = 0

Ipm = 80,990,938 /82 = 91 мА;

при Rш = 2,5 МОм, Сш=50 пФ

Iрm=80,990,841/82 = 81 мА.

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчетов сведены в таблице 6. По полученным данным строятся графические зависимости f (nдв) для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунок 13).

Таблица 6

Зависимость тока индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя

nдв, мин-1

150

1000

2000

3000

4000

5000

5341

6000

7000

Ipm, мА

при Rш=,

Сш=0

91

91

91

91

91

91

91

84

76

Ipm, мА

при Rш=2,5 МОм,

Cш=50 пФ

81

81

81

81

81

81

81

76

68

Рисунок 13. Зависимость тока индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя Ipm =f (nдв)

Используя зависимости Ipm = f (nдв), рассчитываем зависимости tp =f (nдв) для двух значений шунтирующей нагрузки.

Для частоты вращения nдв=1000 мин-1

при Rш =, Сш = 0

= 1,18 (мс);

при Rш =2,5 МОм, Cш = 50 пФ

= 1,069 (мс).

Для остальных частот вращения расчёт ведется аналогичным образом. Результаты расчетов сведены в таблица 7. По полученным данным строятся графические зависимости tp = f (nдв) для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунок 14).

Таблица 7

Зависимость длительности tp индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя

nдв, мин-1

150

1000

2000

3000

4000

5000

5341

6000

7000

tp, мс при Rш=, Сш=0

1,18

1,18

1,18

1,18

1,18

1,18

1,18

1,105

1,005

tp, мс при Rш=2,5 МОм, Cш=50 пФ

1,069

1,069

1,069

1,069

1,069

1,069

1,069

1,001

0,912

Рисунок 14. Зависимость длительности индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя tp = f (nдв):

3.4 Расчет энергии искрового разряда

Энергию искрового разряда определяем по формуле

Wp = 0,5 IpmtpUсв.

Для частоты вращения коленчатого вала nдв=1000мин-1

при Rш =, Сш=0

Wp = 0,59 110−31,1810−31 103= 59 (мДж);

при Rш = 2,5 МОм, Cш=50 пФ

Wp = 0,58 110−31,6 910−31 103 = 48 (мДж).

Таблица 8

Зависимость энергии Wp индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя

nдв, мин-1

150

1000

2000

3000

4000

5000

5341

6000

7000

Wp, мДж при Rш=, Сш=0

59

59

59

59

59

59

59

59

51

Wp, мДж при Rш=2,5 МОм, Cш=50 пФ

48

48

48

48

48

48

48

48

42

Рисунок 15. Зависимость энергии индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя Wp =f (nдв)

4. ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ ЗАДАННОМУ ДВИГАТЕЛЮ

Для оценки соответствии выбранной системы зажигания заданному двигателю необходимо произвести графическое совмещение рассчитанных характеристик и определить диапазон частот вращения, в котором данная система зажигания удовлетворяет предъявляемым требованиям. Графическое совмещение характеристик представлено на рис. 16, 17, 18.

Необходимо также рассчитать зависимость 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 рассчитывается по формулам:

— при пуске Ku = (U2U)/Unp;

при nдв =150 мин-1:

при Rш = и Сш = 0: Ku = (451)/16 =2,752;

при Rш = 2,5 МОм и Сш = 50 пФ: Ku = (32,21)/16 =1,948;

— в рабочем режиме Кu = (0. 85U2U)/Unp;

при nдв =1000 мин-1:

при Rш = и Сш = 0: Кu = (0. 85 451)/13 =2,867;

при Rш = 2,5 МОм и Сш = 50 пФ: Кu = (0. 8532,21)/13 =2,027;

где U = 1кВ учитывает падение напряжения при пробое искрового распределителя или искрового промежутка свечи в нерабочем цилиндре.

Для других частот вращения расчёт ведётся аналогичным образом.

Коэффициенты запаса по длительности Kt и энергии Kw определяются по формулам

Kt = tp/tp* и Kw =Wp/Wp

Результаты расчёта коэффициентов запаса по напряжению, длительности и энергии сведены в таблице 9.

Желательно, чтобы полученные значения коэффициентов запаса в режиме пуска и холостого хода лежали в пределах 1,5… 2,5. В этом случае система зажигания полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Недостаточное значение вторичного напряжения, низкая длительность и энергия искрового разряда могут в неблагоприятных условиях приводить к пропускам воспламенения, и следовательно, к затрудненному пуску двигателя и перебоям в его работе.

Слишком высокие значения длительности и энергии искрового разряда отрицательно влияют на состояние электродов свечей зажигания, повышая необходимость в их периодическом обслуживании и снижая в целом срок службы.

Таблица 9

nдв, об/мин

150

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

KU при Rш =

2,752

2,867

3,106

3,241

3,691

3,924

4,335

4,807

KU при Rш = 2,5 МОм

1,948

2,027

2,196

2,291

2,609

2,773

3,064

3,395

Kt при Rш =

0,907

1,684

2,267

2,62

2,807

3,186

3,368

3,349

Kt при Rш = 2,5 МОм

0,822

1,527

2,056

2,375

2,545

2,889

3,054

3,034

KW при Rш =

2,348

4,516

6,18

8,042

9,95

11,741

13,978

13,476

KW при Rш = 2,5 МОм

1,909

3,671

5,024

6,538

8,09

9,546

11,364

10,946

Рисунок 16. Зависимость максимального вторичного напряжения системы зажигания от частоты вращения коленчатого вала U2 = f (nдв):

1 — при Rш = и Сш = 0; 2 — при Rш = 2,5 МОм и Сш = 50 пФ;

3 — требуемая характеристика системы зажигания.

Рисунок 17. Зависимость длительности индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя tp = f (nдв):

1 — при Rш = и Сш = 0; 2 — при Rш = 2,5 МОм и Сш = 50 пФ;

3 — требуемая характеристика системы зажигания.

Рис. 18. Зависимость энергии индуктивной фазы разряда от частоты вращения двигателя Wp =f (nдв):

1 — при Rш = и Сш = 0; 2 — при Rш = 2,5 МОм и Сш = 50 пФ;

3 — требуемая характеристика системы зажигания.

ВЫВОД

В результате выполненной работы были построены выходные характеристики системы зажигания. Проанализировав полученные данные можно сделать вывод, что на некоторых режимах работы могут иметь место перебои в работе двигателя. При пуске и на остальных режимах двигателя обеспечивается надежное вторичное напряжение и энергия искрового разряда, что видно по графикам на рисунках 16, 18. Исходя из графиков совмещенных характеристик для времени длительности искрового разряда (Рисунок 17) можно сделать вывод о том, что на пусковых частотах из-за недостаточной длительности искрового разряда может быть осложнен пуск двигателя. Это можно объяснить наличием погрешностей в расчетах. В данной работе для расчета выходных характеристик использовался метод номограмм, имеющий точность около 15−30%.

Рассчитанная система зажигания имеет коэффициенты запаса, выходящие за предел диапазона 1,5…2,5 при различных шунтирующий нагрузках, в основном в большую сторону. Это означает, что данная система зажигания, из-за повышенных коэффициентов запаса подвержена большему износу, чем при оптимальных, но является пригодной для хорошей работы двигателя в рабочем режиме и обеспечивает гарантированный пуск — в пусковом режиме ДВС.

Приложение А

Функциональная схема бесконтактной системы зажигания ЗАЗ 1102:

1 — катушка зажигания 27. 3705; 2 — электронный коммутатор; 3 — контакты замка зажигания; 4 — аккумуляторная батарея; 5 — датчик Холла; 6 — распределитель зажигания 53. 3706.

автомобиль зажигание бесконтактный

Приложение Б

Приложение Б

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой