Подбор системы зажигания к 4-цилиндровому двигателю

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

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 выбранной системы зажигания

3.1 Расчет величины тока разрыва

3.2 Расчет максимального значения вторичного напряжения

3.3 Расчет длительности искрового разряда

3.4 Расчет энергии искрового разряда

4. Оценка соответствия выбранной системы зажигания двигателю

Выводы

система зажигание двигатель

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 Uпр 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 б = 0,85…0,98), рабочий процесс в нем не лимитируется временем сгорания смеси. При обеднении рабочей смеси (б = 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 1мс.

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 заданных параметров автомобильного двигателя рассчитать требуемые выходные характеристики системы зажигания:

- зависимость максимального вторичного напряжения системы зажигания U2* от частоты вращения коленчатого вала двигателя n_дв;

- зависимость минимальной длительности искрового разряда tp* от частоты вращения коленчатого вала двигателя n_дв;

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

Расчет производить для двух режимов работы двигателя: режим пуска (n_дв= 100…300 мин^-1) и режим полного дросселя (n_дв= 1000…6000 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 n_дв;

- зависимость минимальной длительности искрового разряда tp от частоты вращения коленчатого вала двигателя n_дв;

- зависимость энергии искрового разряда Wp от частоты вращения коленчатого вала двигателя n_дв.

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	ДВС	ИП, мм	Свеча	Распределитель	Катушка зажигания	Добавочный резистор	Коммутатор
8,4	4-цилиндра	0,6	А17ДВ	38.3706-10	27.3705	-	36.3734

Распределитель 38.3706-10

Чередование искр, град.	Максимальная частота вращения, мин-1 ПКВ	Характеристика центробежного автомата (по коленвалу)	УЗСК, град ПРВ
		Частота вращения, мин-1	Угол опережения зажигания, град ПКВ
90	6000	800 5200	0-2 31-35	-

Катушка зажигания 27.3705

R1, Ом	R2, кОм	L1, мГн	L2, Гн	Ктр
0,45	4,5	3,7	24	82

Коммутатор 36.3734

Ток ограничения, А	Коэффициент Ку	Емкость конденсатора, мкФ	Выходное сопротивление (Rк), Ом
8	0,97	1	0,3

2. Расчёт требуемых выходных характеристик системы зажигания

Расчет требуемых выходных характеристик заданной системы зажигания ведется по номограммам. Исходными данными для расчета являются:

- геометрическая степень сжатия двигателя е;

- величина искрового промежутка свечи зажигания d, мм;

- характеристика центробежного автомата распределителя и=ѓ(n_дв) (приложение 1).

Точность расчета по номограммам составляет 15-30%.

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* = 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 1.



Рисунок 1. Номограмма определения пробивного напряжения свечи при пуске двигателя

Для расчета необходимы следующие исходные данные: геометрическая степень сжатия е, величина искрового промежутка свечи d, частота вращения двигателя n при пуске.

Расчет ведут следующим образом: на оси “е” откладывают значение геометрической степени сжатия е (е=8,4), 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=0,6 мм). Пересечение этой прямой с осью “Uпр” дает искомое значение величины пробивного напряжения новой свечи зажигания в режиме пуска двигателя Uпр = 14 кВ.

Пробивное напряжение новой свечи в режиме полного дросселя определяют по номограммам, приведенным на рисунках 2,3,4. 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 2; Uпр2 - снижение пробивного напряжения свечи в результате ионизации при температуре сжатия, определяемое по номограмме на рисунке 3; Uпр3 - снижение пробивного напряжения свечи вследствие ионизации под влиянием температуры центрального электрода свечи, определяемое по номограмме на рисунке 4.

Пробивное напряжение Uпр1 определяют по номограмме (рисунок 2). Для расчета необходимы следующие исходные данные: геометрическая степень сжатия е, частота вращения коленчатого вала и угол опережения зажигания и. Угол опережения зажигания определяют по характеристике центробежного автомата распределителя выбранной системы зажигания.

Рисунок 2. Номограмма определения пробивного напряжения свечи в режиме полного дросселя при температуре +20°С

На оси “е” откладывают заданное значение степени сжатия (е=8,4). 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 “и”, соответствующую углу опережения зажигания для выбранной скорости вращения коленчатого вала двигателя (и=2°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 = 33 кВ.

Второй член формулы Uпр2 определяют по номограмме (рисунок 3) аналогичным образом. На оси “е” откладывают заданное значение степени сжатия (е=8,4) 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”.

Рисунок 3. Номограмма определения снижения пробивного напряжения свечи в результате ионизации при температуре сжатия

Точку на оси “1” соединяют прямой с точкой на оси “и”, соответствующей заданному углу опережения зажигания (2°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=18 Па·10⁵ из номограммы, приведенной на рисунке 2), 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 = 18,5 кВ.

Третий член формулы находят по номограмме, приведенной на рисунке 4. На оси “Рсж” откладывают значение Рсж, определенное ранее по номограмме (рисунок 2), 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 = 3,5 кВ.

Рисунок 4. Номограмма определения снижения пробивного напряжения свечи вследствие ионизации под влиянием температуры центрального электрода

Результирующее значение Uпр в режиме полного дросселя при n=1000 мин^-1 для зазора свечи 0,6 мм будет равно

Uпр(0,6) = Uпр(0,7) + 10•(0,6 - 0,7) = 11 + 10•(-0,1) = 10 (кВ),

Uпр(0,7) = Uпр1 - Uпр2 - Uпр3 = 33 - 18,5 - 3,5 = 11 (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 = ѓ(n_дв) и U2* = ѓ(n_дв). Зависимости приведены на рисунках 5 и 6 соответственно.

Таблица 1

n, мин-1	и, град ПКВ	Uпр1, кВ	Uпр2, кВ	Uпр3, кВ	Uпр, кВ	U2*, кВ
150	-	-	-	-	14	21
1000	2	33	18,5	3,5	10	15
2000	11	32	18	3,8	9,2	13,8
3000	20	30	15	4	10	15
4000	26	28	14,5	4,5	8	12
5000	31	27	13,5	4,8	7,7	11,5
6000	33	26	13	5,4	6,6	9,9



Рисунок 5. Зависимость пробивного напряжения свечи зажигания Uпр от частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме полного дросселя

Рисунок 6. Зависимость требуемого вторичного напряжения системы зажигания U2* от частоты вращения коленчатого вала двигателя в режиме полного дросселя

2.2 Расчет энергии искрового разряда

Эмпирическая формула, связывающая величину энергии искры с параметрами двигателя имеет вид:

(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 ф.

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 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 “е”, которая соответствует величине степени сжатия двигателя (е=8,4), проводят прямую до пересечения с осью “1”.

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

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=0,6), проводят прямую до пересечения с осью “Wp*” дает искомое значение требуемой величины энергии в мДж (Wp* = 12,5 мДж).

Для других частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 2 и построена графическая зависимость Wp* = ѓ(n_дв) (рисунок 8).

Таблица 2

n, мин-1	Wp*, мДж
150	27
1000	12,5
2000	9,5
3000	7,5
4000	5,8
5000	4,7
6000	4,5

Рисунок 8. Зависимость требуемой энергии искрового разряда Wp* от частоты вращения коленчатого вала двигателя n

2.3 Расчет длительности искрового разряда

Минимальная длительность искрового разряда, обеспечивающая надежное воспламенение топливной смеси определяется по формуле:

(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 9. Расчет ведется следующим образом. Полученное по номограмме на рисунке 7 значение требуемой энергии разряда Wp* (12,5 мДж) откладывают на оси “Wp*”, затем через полученную точку и точку на оси “d”, соответствующую зазору в свече (d=0,6 мм), проводят прямую до пересечения с осью “1” (точка а).

Рисунок 9. Номограмма определения минимальной длительности искрового разряда

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* = 0,85 мс).

Для других частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 3 и построена графическая зависимость tp* = ѓ(n_дв) (рисунок 10).

Таблица 3

n, мин-1	Wp*, мДж	tp*, мс
150	27	1,3
1000	12,5	0,85
2000	9,5	0,67
3000	7,5	0,58
4000	5,8	0,52
5000	4,7	0,47
6000	4,5	0,45

Рисунок 10. Зависимость минимальной длительности искрового разряда tp* от частоты вращения коленчатого вала двигателя n

3. Расчет выходных характеристик выбранной системы зажигания

Принципиальная электрическая схема выбранной системы зажигания указана в приложении 2.

Исходными данными для расчета характеристик системы зажигания являются:

- число цилиндров двигателя z = 4;

- напряжение аккумуляторной батареи в режиме пуска Uбп = 8 В;

- напряжение в системе электроснабжения в рабочем режиме Uп = 14 В;

- сопротивление контактов выключателя зажигания, переходных контактов и проводов Rп = 0,2 Ом;

- сопротивление участка первичной цепи в электронном коммутаторе Rк = Uнас/Iр + Rи.р.=2/8+0,05=0,25 Ом+0,05 Ом = 0,3 Ом, где Rи.р.=0,05 Ом - сопротивление индикаторного резистора в блоке ограничения тока;

- сопротивление первичной обмотки катушки зажигания R1 = 0,45 Ом;

- сопротивление вторичной обмотки катушки зажигания R2 = 4,5 кОм;

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

- индуктивность вторичной обмотки катушки зажигания L2 = 24 Гн;

- коэффициент трансформации катушки зажигания Ктр = 82;

- коэффициент магнитной связи обмоток катушки зажигания Ксв = 0,95;

- коэффициент уменьшения тока разрыва Ку = 0,97;

- емкость первичной цепи системы зажигания С1 = 1 мкФ;

- емкость вторичной цепи системы зажигания С2 = Ск + Ср + Сп + Сс = = 31 + 20 + 21 + 11 = 83 пФ;

- сопротивление потерь катушки зажигания Rпк = 0,7= 6,3 МОм;

- сопротивление помехоподавительного резистора во вторичной цепи Rпп = 6 кОм;

- сопротивление высоковольтных проводов во вторичной цепи

Rвв=2,6 кОм

- зависимость времени протекания первичного тока t_н от частоты вращения двигателя;

- значение тока ограничения I_о = 8 А.

Расчет выходных характеристик выбранной системы зажигания производить в следующем порядке.

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

2. 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.

3.1 Расчет величины тока разрыва Ip электронной системы зажигания с нормируемым 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 (КСЗ, КТСЗ, БСЗ с МЭД) и нормируемым (БСЗ с ДХ) временем протекания первичного тока (или, иначе, временем накопления энергии).

В системах зажигания с нормируемым временем накопления энергии, нормирование осуществляется с управлением от датчика Холла.

Расчет величины тока разрыва для системы зажигания с транзисторным коммутатором 36.3734.

1. Определяем суммарное сопротивление первичной цепи системы зажигания Rц по формуле:

Rц = Rп + R1 + Rк.

Rц = 0,2 + 0,43 + 0,3 = 0,95 (Ом).

2. Рассчитываем зависимость тока разрыва I_р* (без учета ограничения первичного тока) от частоты вращения двигателя.

При пуске

I_р*(n) = U_БП•(1 - ехр(- t_н•R_ц/L1))/R_ц

I_р*(150) = 8•(1 - ехр(- 84•10^-3 •0,95/3,7•10^-3))/0,95 = 8,4 (А);

в рабочем режиме

I_р*(n) = U_П•(1 - ехр(- t_н•R_ц/L1))/R_ц

I_р*(1000) = 14•(1 - ехр(- 7•10^-3 •0,95/3,7•10^-3))/0,95 = 12,2 (А).

Для частот вращения коленчатого вала двигателя n_дв = 1000…6000 мин^-1 расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 4.

Зависимость времени накопления энергии в катушке зажигания tн=f(n_дв) для электронного коммутатора 36.3734 представлена на рисунке 11, значения tн приведены в таблице 5.

Таблица 4

nдв, мин-1	150	800	2000	3000	4000	5000	6000
Ip*, А	8,4	12,2	10,6	9,7	9,2	8,8	6,8

Таблица 5

nдв, мин-1	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
tн, мс	84	7	5	4,2	3,8	3,6	2,4



Рисунок 11. Закон регулирования времени накопления энергии в катушке зажигания для электронного коммутатора 36.3734

3. Определяем зависимость тока разрыва Iр (с учетом ограничения) от частоты вращения двигателя:

если I_р* ? I_о, то I_р = I_о;

если I_р* < I_о, то I_р = I_р*.

Значения Iр (с учетом ограничения) представлены в таблице 6.

Таблица 6

nдв, мин-1	1000	2000	3000	4000	5000	6000
Ip, А	8	8	8	8	8	6,8

По полученным данным строим графическую зависимость Ip = ѓ(n_дв) (рисунок 12).



Рисунок 12. Зависимость тока разрыва Ip от частоты вращения коленчатого вала двигателя n

3.2 Расчет максимального значения вторичного напряжения

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

U2(n_дв) = Ip(n_дв)·Ктр·Ксв·Ку··з,

где Ip(n_дв) - значение тока разрыва при частоте вращения коленчатого вала двигателя n_дв;

Ктр - коэффициент трансформации катушки зажигания;

Ксв - коэффициент магнитной связи между первичной и вторичной обмотками катушки зажигания, зависящий от формы магнитопровода и взаимного расположения обмоток;

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 + С2·Ктр²,

где С1 - емкость конденсатора первичной цепи, включенного параллельно выходному транзистору в коммутаторе;

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 = 31 пФ.

Ср - емкость токоведущих деталей распределителя, Ср = 20 пФ.

Сп - емкость высоковольтных проводов (центрального (55 см) и свечного (50 см) провода). Сп = 0,2 пФ/см, Сп = 0,2•(50+55) = 21 пФ.

Сс - емкость свечи. Сс = 11 пФ.

С2 = 83 пФ при Сш = 0 и С2 = 83 + 50 = 133 пФ при Сш = 50 пФ.

Таким образом,

С = 1·10^-6 + 83·10^-12·82² = 1,56·10^-6 (Ф) при Сш = 0 и

С = 1·10^-6 + 133·10^-12·82² = 1,9·10^-6 (Ф) при Сш = 50 пФ.

Коэффициент затухания вторичного напряжения з рассчитываем по формуле

где R - суммарное сопротивление потерь, приведенное к первичной обмотке, находим по формулам

R = Rпк/Ктр², если Rш = ?;

R = Rш•Rпк/((Rш+ Rпк)•Ктр²), если Rш ? ?.

Rпк - сопротивление потерь катушки зажигания, учитывающее потери энергии в магнитопроводе катушки, меди обмоток, изоляции.

Rпк = = 6,3 МОм

Rш - шунтирующее сопротивление, учитывающее потери энергии через нагар на тепловом конусе свечи.

Таким образом,

при Rш = ?

R = 6,3·10⁶/82² = 936,94 Ом;

при Rш = 2,5 МОм

Ом

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

при Rш = 2,5 МОм и Сш = 50 пФ

Теперь можно рассчитать зависимость U2 = ѓ(n_дв) для двух значений параметров шунтирующей нагрузки: Rш = ?, Сш = 0 и Rш = 2,5 Мом, Сш = 50 пФ.

Для частоты вращения коленчатого вала n_дв= 1000 мин^-1

при Rш = ?, Сш = 0

U2(1000) = Ip(1000) · Ктр · Ксв · Ку ·· з = 8 · 82 · 0,95 · 0,97 · ··0,96 = 28,26 кВ;

при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ

U2(1000) = Ip(1000) · Ктр · Ксв · Ку ·· з = 8· 82 · 0,95 · 0,97 · ··0,88 = 23,47 кВ.

Расчет максимального вторичного напряжения для других частот вращения проводится аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 7.

Таблица 7

nдв, мин-1	U2, кВ, при Rш=?, Сш=0	U2, кВ, при Rш=3 МОм, Сш=50 пФ
150	28,26	23,47
1000	28,26	23,47
2000	28,26	23,47
3000	28,26	23,47
4000	28,26	23,47
5000	28,26	23,47
6000	24	19,95

По полученным данным строится графическая зависимость U2 = ѓ(n_дв) для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунки 13 и 14).

Рисунок 13. Зависимость максимального вторичного напряжения U2 от частоты вращения коленчатого вала n при Rш = ?, Сш = 0

Рисунок 14. Зависимость максимального вторичного напряжения U2 от частоты вращения коленчатого вала n при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ

3.3 Расчет длительности искрового разряда

Длительность искрового разряда определяем по формуле

где R2_У = R2 + Rпп +Rвв- суммарное сопротивление вторичной цепи;

Ipm - максимальное значение тока искрового разряда;

Iкр - критическое значение тока, при котором прекращается искровой разряд (2 мА);

Up - напряжение индуктивной фазы искрового разряда.

R2_У = R2 + Rпп +Rвв= 4,5 + 6 +2,6= 13,1 кОм.

Напряжение индуктивной фазы искрового разряда Up складывается, при электронном распределении искр по цилиндрам двигателя, из падений напряжения между электродами свечей зажигания в рабочем и холостом цилиндрах: Up = Uсв_р + Uсв_х.

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 = 100 В/мм; d - расстояние между электродами разрядника, имитирующего работу свечи зажигания (для свечи зажигания в рабочем цилиндре d = 7 мм, в холостом цилиндре d = 1 мм).

Таким образом, Uсв_р = 300 + 100·7 = 1000 В;

Uсв_х = 300 + 100·1 = 400 В.

Up = Uсв_р + Uсв_х = 1000 + 400 = 1400 В.

Максимальное значение тока искрового разряда Ipm рассчитываем по формуле

Ipm = Ip•Ky•з/Kт,

где Ip - значение тока разрыва из таблицы 6;

з - 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 n_дв = 1000 мин^-1

при Rш = ?, Сш = 0

Ipm = 8·0,97·0,96/82 = 90,8 мА;

при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ

Ipm = 8·0,97·0,88/82 = 83,3 мА.

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчетов сведены в таблицу 8. По полученным данным строятся графические зависимости Ipm = ѓ(n_дв) для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунки 15 и 16).

Таблица 8

nдв, мин-1	Ipm, мА, при Rш = ?, Сш = 0 пФ	Ipm, мА, при Rш = 2,5МОм, Сш = 50 пФ
150	90,8	83,3
1000	90,8	83,3
2000	90,8	83,3
3000	90,8	83,3
4000	90,8	83,3
5000	90,8	83,3
6000	77,2	70,8

Рисунок 15. Зависимость тока искрового разряда Ipm от частоты вращения двигателя n при Rш = ?, Сш = 0

Рисунок 16. Зависимость тока искрового разряда Ipm от частоты вращения двигателя n при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ

Используя зависимости Ipm = ѓ(n_дв), рассчитываем зависимости tp=ѓ(n_дв) для двух значений шунтирующей нагрузки.

Для частоты вращения n_дв= 1000 мин^-1

при Rш = ?, Сш = 0

= 1,1 мс;

при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ

= 1 мс;

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчетов сведены в таблицу 9. По полученным данным строятся графические зависимости tp = ѓ(n_дв) для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунки 17 и 18).

Таблица 9

nдв, мин-1	tp, мc, при Rш = ?, Сш=0 пФ	tp, мc, при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ
150	1,1	1
1000	1,1	1
2000	1,1	1
3000	1,1	1
4000	1,1	1
5000	1,1	1
6000	0,98	0,92

Рисунок 17. Зависимость длительности искрового разряда tp от частоты вращения двигателя n при Rш = ?, Сш = 0



Рисунок 18. Зависимость длительности искрового разряда tp от частоты вращения двигателя n при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ

3.4 Расчет энергии искрового разряда

Энергию искрового разряда определяем по формуле

Wp = 0,5•Ipm·tp·Uсв.

Для частоты вращения коленчатого вала n_дв= 1000 мин^-1

при Rш = ?, Сш = 0

Wp = 0,5·90,8 (мА)·1,1(мс)·1,0(кВ) = 50 мДж;

при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ

Wp = 0,5·83,3(мА)·1,0(мс)·1,0(кВ) = 41,65 мДж;

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчетов сведены в таблицу 10. По полученным данным строятся графические зависимости Wp = ѓ(n_дв) для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунки 19 и 20).

Таблица 10

nдв, мин-1	Wp, мДж, при Rш = ?, Сш = 0	Wp, мДж, при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ
150	50	41,65
1000	50	41,65
2000	50	41,65
3000	50	41,65
4000	50	41,65
5000	50	41,65
6000	37,8	32,57

Рисунок 19. Зависимость энергии искрового разряда Wp от от частоты вращения двигателя n при Rш = ?, Сш = 0

Рисунок 20. Зависимость энергии искрового разряда Wp от частоты вращения двигателя n при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ

4. Оценка соответствия выбранной системы зажигания заданным параметрам двигателя

Для оценки соответствия выбранной системы зажигания заданным параметрам двигателя произведено графическое совмещение рассчитанных характеристик (рисунки 21-23) и определен диапазон частот вращения, в котором данная система удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Рисунок 21. Зависимость U2(f) и U2*(f)

Рисунок 22. Зависимость tр(f) и tр*(f)



Рисунок 23. Зависимость W2(f) и W2*(f)

Рассчитаем 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 Кu = (U2 - ?U)/Uпр

при Rш = ?, Сш = 0 Кu(150) = (28,26 - 1)/14 = 1,95;

при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ Кu(150) = (23,47 - 1)/14 = 1,6.

- в рабочем режиме Кu = (0,85•U2 - ?U)/Uпр

при Rш = ?, Сш = 0 Кu(1000) = (0,85•28,26 - 1)/10 = 2,3;

при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ Кu(1000) = (0,85•23,47 - 1)/10 = 1,9,

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

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчетов сведены в таблицу 11.

Таблица 11

nдв, мин-1	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
Кu, при Rш=?, Сш=0	1,95	2,3	2,5	2,3	2,8	2,9	1,94
Кu, при Rш=2,5 МОм, Сш=50 пФ	1,6	1,9	2	1,9	2,37	2,46	1,6

Коэффициенты запаса по длительности Кt и энергии Кw определяются по формулам:

Кt = tр/tр* и Кw = Wр/Wр*.

При Rш = ?, Сш = 0 Кt(1000) = 1,1/0,85 = 1,3;

при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ Кu(1000) = 1/0,85 = 1,18.

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчетов сведены в таблицу 12.

Таблица 12

nдв, мин-1	150	800	2000	3000	4000	5000	6000
Кt, при Rш=?, Сш=0	0,85	1,3	1,64	1,9	2,1	2,34	2,2
Кt, при Rш=2,5 МОм, Сш=50 пФ	0,77	1,18	1,5	1,72	1,92	2,13	2

При Rш = ?, Сш = 0 Кw(1000) = 50/12,5 = 4;

при Rш = 2,5 МОм, Сш = 50 пФ Кw(1000) = 41,65/12,5 = 3,3.

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчетов сведены в таблицу 13.

Таблица 13

nдв, мин-1	150	800	2000	3000	4000	5000	6000
Кw, при Rш=?, Сш=0	1,85	4	5,2	6,7	8,62	10,64	8,4
Кw, при Rш=2,5 МОм, Сш=50 пФ	1,54	3,3	4,4	5,5	7,18	8,86	7,24

Выводы

Данная система зажигания не полностью удовлетворяет заданному двигателю. Из таблицы 11 по коэффициенту Кu видно, что вторичное напряжение всегда обеспечивает устойчивое искрообразование на всех режимах работы двигателя. Данная система зажигания обеспечит бесперебойное искрообразование к концу гарантийного пробега (20-30 тыс. км.) без регулировки зазора между электродами свечи.

По коэффициенту Кt и Кw (таблица 12 и таблица 13 соответственно) видно, что энергия и длительность искрового разряда достаточны для надежного воспламенения смеси на всех режимах работы двигателя. Но коэффициент Кw превышает 2,5 ,что не желательно, так как это может повлиять на состояние электродов, повышая необходимость в их периодическом обслуживании и снижая в целом срок службы. Небольшое снижение энергии не приведет к заметному ухудшению характеристик двигателя. В данной системе зажигания энергия искрового разряда почти в 2 раза превышает энергию, необходимую при установившемся режиме работы.

Размещено на Allbest.ru

...