Расчет системы зажигания ВАЗ 1111

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Параметры элементов системы зажигания

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 заданному ДВС

Выводы

Литература

Приложение

зажигание напряжение разряд 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 U_ПР увеличивается на 40-50%. Чтобы гарантировать коэффициент запаса К_З = 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. Параметры элементов системы зажигания

Распределитель 55.3706

Чередование искр, град.	Максимальная частота вращения, мин-1 ПКВ	Характеристика центробежного автомата (по коленвалу)	УЗСК
		Частота вращения, мин-1	Угол опережения зажигания, град ПКВ
180	7000	1000 6000	0 35	-

Катушка зажигания 3122.3705

Первичная обмотка	Вторичная обмотка
Сопротивление, Ом	Индуктивность, мГн	Сопротивление, кОм	Индуктивность, Гн	Емкость, пФ
0,43	3,2	4,1	18,7	40

Коэффициент трансформации 75

Коммутатор 3620.3734

Ток ограничения, А	Коэффициент Ку	Емкость конденсатора, нФ
8	0,99	2,2

Параметры элементов системы зажигания взяты из справочной литературы [5,6].

Т.к система зажигания дает высоковольтный импульс 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).Но необходимо использовать провода выдерживающие напряжение до 40кВ. Поэтому были выбраны ВВ провода марки ПВППВ-40, имеющие следующие параметры:[10]

Марка...................................- ПВППВ-40

Тип токопроводящей жилы.......- Неметаллическая с проволочной обвивкой

Удельное сопротивление жилы.- 2,55 кОм/м

Материал изоляции................- Силикон

Рассчетное напряжение, кВ......- 40

Примечания...........................- Синего цвета, используются на переднеприводных ВАЗах

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 е=8;

величина искрового промежутка свечи зажигания d=0,8;

характеристика центробежного автомата распределителя и=f(n_дв) представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Характеристика центробежного автомата распределителя 55.3706.

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 /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.

е=8,0

n=150 мин^-1

d=0,8 мм

U_пр=14,5 кВ

Рисунок 2. 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=8,0), 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=0,8 мм). Пересечение этой прямой с осью "Uпр" дает искомое значение величины пробивного напряжения новой свечи зажигания в режиме пуска двигателя Uпр = 1,8 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 е, частота вращения коленчатого вала и угол опережения зажигания и. Угол опережения зажигания определяют по характеристике центробежного автомата распределителя выбранной системы зажигания (рисунок1).



n=1000мин^-1

е=8,0

и=0⁰ПКВ

d=0,7мм

Р_сж=17,5Па?10⁵

U_пр1=32,8кВ

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

На оси "е" откладывают заданное значение степени сжатия (е=8,0). 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=0°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 = 32,8кВ.

Второй член формулы Uпр2 определяют по номограмме (рисунок 4) аналогичным образом. На оси "е" откладывают заданное значение степени сжатия (е=8,0) 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 "и", соответствующей заданному углу опережения зажигания (0°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=17,5 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 = 18,2 кВ.

n=1000мин^-1

е=8,0

и=0⁰ПКВ

d=0,7

Р_сж=17,5Па?10⁵

U_пр2=18,2кВ

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

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 = 1,6 кВ.

d=0,7мм

n=1000мин^-1

Р_сж=12,5Па?10⁵

U_пр3=3,2кВ

Рисунок 5. 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 0,7 мм будет равно

Uпр(0,7) = Uпр1 - Uпр2 - Uпр3 = 32,8 - 18,2 - 3,2 = 11,4 (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(0,8)= Uпр(0,7) + 10(0,8 - 0,7) = 11,4 - 1 = 10,4 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 = ?(n_дв) и U2* = ?(n_дв). Зависимости приведены на рисунках 6 и 7 соответственно.

Таблица 1.

n, мин-1	и, град ПКВ	d = 0,7 мм	d = 0,8 мм
		UПР1, кВ	UПР2, кВ	UПР3, кВ	UПР, кВ	U2*, кВ
150	-	-	-	-	14,5	21,75
1000	0	32,8	18,2	3,2	11,4	17,1
2000	7	32	17,5	3,7	10,8	16,2
3000	14	29,5	16,5	4,2	8,8	13,2
4000	21	28	14,5	3,8	9,7	14,55
5000	28	25,8	13,9	4,3	7,6	11,4
6000	35	24	12	3,9	8,1	12,15



Рисунок 6. Зависимость пробивного напряжения свечи зажигания U_ПР 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 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 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 "е", которая соответствует величине степени сжатия двигателя (е=8,0), проводят прямую до пересечения с осью "1".



n=1000мин^-1

е=8,0

d=0,8

Wp*=13,2мДж

Рисунок 8. 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=0,8), проводят прямую до пересечения с осью "Wp*" дает искомое значение требуемой величины энергии в мДж (Wp* = 13,2 мДж). Для других частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 2 и построена графическая зависимость Wp* = ?(n_дв) (рисунок 9).

Таблица 2

n, об/мин	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
Wp*, мДж	27	13.2	9.5	7,5	5,9	4,8	4,4



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* (13,2 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 а).

n=1000мин^-1

d=0,8

Wp*=13,2мДж

tp* = 0,68 мс

Рисунок 10. 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* = 0,68мс).

Для других частот вращения расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 3 и построена графическая зависимость tp* = ?(n_дв) (рисунок 11).

Таблица 3

n, об/мин	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
tр*, мc	1,15	0,68	0,53	0,46	0,42	0,38	0,36

Рисунок 11. Зависимость минимальной длительности искрового разряда tp* от частоты вращения коленчатого вала двигателя n.

3. Расчет выходных характеристик бесконтактно-транзисторной системы зажигания с нормируемым временем накопления

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 МОм, Сш=60 пФ.

Принципиальная электрическая схема выбранной системы зажигания представлена в приложении А.

3.1 Расчет величины тока разрыва Ip бесконтактно-транзисторной 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 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 ВАЗ-1111. В данной системе зажигания используется коммутатор 3620.3734. 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.

Рисунок 12. Схема замещения БСЗ с МЭД после отпирания транзистора

1. На первом этапе определяем время нарастания tнар первичного тока до величины тока ограничения Iо:

, где

L1 - индуктивность первичной обмотки катушки зажигания, L1 = 4,9мГн[6]

Io - ток ограничения коммутатора, Io = 8А;

Rц - суммарное сопротивление первичной цепи системы зажигания

Определяем суммарное сопротивление первичной цепи системы зажигания Rц по формуле:

Rц = Rп + R1 + Rк.

Rп - сопротивление контактов выключателя зажигания, переходных контактов и проводов, Rп = 0,2 Ом; R1 - сопротивление первичной обмотки катушки зажигания, R1=0,43Ом; Rк - сопротивление участка первичной цепи в электронном коммутаторе,

Rк = Rи+Uкэнас/Io, где

Rи - сопротивление индикаторного резистора, Rи = 0,1Ом[6]

Uкэнас - падение напряжения на переходе К-Э выходного транзистора BU931ZP1 коммутатора в состоянии насыщения, Uкэнас = 1,8В[6]

Rк = 0,1 + 1,8/8 = 0,325Ом

Rц = 0,2 + 0,43 + 0,325 = 0,955Ом

При пуске tнар определяется как:

, где

Uбп - напряжение аккумуляторной батареи(6СТ-55ЭМ) в режиме пуска, не имея точной информации о напряжении АКБ 6СТ-55ЭМ в режиме пуска принимаем его равным 0,7 Uб; Uб = 12В[1]

Uбп = 0,7•12 = 8,4В

мс

В рабочем режиме tнар определяется как:

, где

Uп - напряжение в системе электроснабжения в рабочем режиме Uп=13,8В[1]

мс

Рассчитываем значение граничной частоты вращения двигателя n_гр по формуле:

nгр=A/3tнар, где

А- величина, соответствующая высокому уровню сигнала с датчика Холла и измеряемая в градусах поворота валика распределителя(для коммутатора 3620.3734 А=60ПРВ, tнар - время нарастания первичного тока до величины тока ограничения Iо в рабочем режиме

nгр = 60/3•2,7•10^-3 = 7400 об/мин

2. Рассчитываем зависимость времени протекания тока в первичной цепи tн от частоты вращения двигателя n_дв по формуле

tн = А/(3n_дв), где

n_дв - обороты двигателя

При n_дв = 1000 мин^-1

tн = 60/(3·1000) = 60/3000 = 0,02 с = 20 мс.

Для других частот вращения коленчатого вала двигателя n_дв расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 4.

Таблица 4

nдв, мин-1	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
tн, мc	133	20	10	6,7	5	4	3,3

3. Рассчитываем зависимость тока разрыва Iр* (без учета ограничения) от частоты вращения двигателя по формулам:

При пуске n_дв = 150 мин^-1

Ip*=Uбп(1-exp(-tнRц/L1))/Rц, где

L1 - индуктивность первичной обмотки катушки зажигания, L1 = 3,2мГн[6]

Uбп - напряжение аккумуляторной батареи(6СТ-55ЭМ) в режиме пуска, не имея точной информации о напряжении АКБ 6СТ-55ЭМ в режиме пуска принимаем его равным 0,7 Uб;

Ip* = 8,4·(1-exp(-133·0,955/3,2))/0,955=8,8 (А).

В рабочем режиме при n_дв = 1000 мин^-1

Ip* = Uп· (1-exp(-tнRц/L1))/Rц

Uп - напряжение в системе электроснабжения в рабочем режиме Uп=13,8В[1]

Ip* = 13,8·(1-exp(-20·0,955/3,2))/0,955 =14,4 (A).

Для других частот вращения коленчатого вала двигателя n_дв расчет ведется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 5.

Таблица 5

nдв, мин-1	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
Iр*, А	8,8	14,4	13,7	13,5	11,2	10,1	9,1

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

если Iр* ? Iо, то Iр = Iо;

если Iр* < Iо, то Iр = Iр*.

nдв, мин-1	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
Iр, А	8	8	8	8	8	8	8

По полученным данным строим графическую зависимость Ip = ?(n_дв) (рисунок 13).



Рисунок 13.Зависимость тока разрыва Ip от частоты вращения коленчатого вала двигателя n.

3.2 Расчет максимального значения вторичного напряжения

Рисунок 14. Упрощенная схема контактно - транзисторной системы зажигания после запирания транзистора

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, Ктр = 75;[6]

Ксв - коэффициент магнитной связи между первичной и вторичной обмотками катушки зажигания, зависящий от формы магнитопровода и взаимного расположения обмоток, т.к катушка зажигания 3122.3705 имеет замкнутый магнитопровод, то выбираем Ксв = 0.99;[6]

Ку - коэффициент уменьшения тока разрыва, учитывающий потери энергии в транзисторе при его запирании, т.к выходной транзистор кремниевый принимаем Ку = 0,99;[6]

L1 - индуктивность первичной обмотки катушки зажигания, L1 = 3,2мГн;[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=2,2·10^-9 Ф;[5]

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; примем Ск = 40 пФ, т.к это значение соответствует современным катушкам зажигания с малым Ктр , к которым относится 3122.3505[6]

Ср - емкость токоведущих деталей распределителя, Ср = 20 пФ.[6]

Сп - емкость высоковольтных проводов, т.к общая длина ВВ проводов равна 1м, а емкость неэкранированного провода ПВППВ-40 равна 0,4 пФ/м, то Сп = 100 пФ.[6]

Сс - емкость свечи, т.к свеча А17ДВР неэкранированная, принимаем Сс = 12 пФ.[6]

при Сш = 0

С2 = 40+20+0,4+12=72,4 пФ

С = 2,2·10^-9 + 72·10^-12·75² = 409,5·10^-9 (Ф)

при Сш = 60 пФ

С2 = 40+20+0,4+12+ 60 =132,4 пФ.

С = 2,2·10^-9 +132,4·10^-12·75² = 747·10^-9 (Ф)

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 = ?;

, если Rш ? ?.

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

Rпк = = 6 Мом

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

Таким образом,

при Rш = ?

R = 6·10⁶/75² = 1078 Ом;

при Rш = 2 МОм,

Ом

при Rш = ? и Сш = 60 пФ

при Rш = 2 МОм и Сш = 60 пФ

Теперь рассчитываем зависимость U2 = ?(n_дв) для двух значений параметров шунтирующей нагрузки: Rш = ?, Сш = 0 и Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ.

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

при Rш = ?, Сш = 0

U2(n_дв) = Ip(n_дв) · Ктр · Ксв · Ку ·· з = 8 · 75 · 0,99 · 0,99 ··0,94 = 48,8 кВ;

при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ

U2(n_дв) = Ip(n_дв) · Ктр · Ксв · Ку ·· з = 8 · 75 · 0,99 · 0,99 ·0,84 = 32,2 кВ.

Расчет максимального вторичного напряжения для других частот вращения проводится аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 6.

Таблица 6

nдв, мин-1	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
U2, кВ, при Rш=?, Cш=0	48,8	48,8	48,8	48,8	48,8	48,8	48,8
U2, кВ, при Rш=2 МОм, Cш=60 пФ	32,2	32,2	32,2	32,2	32,2	32,2	32,2

По полученным данным строим графическую зависимость U2 = ?(nдв) для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунок 15).

Рисунок 15. Зависимость максимального вторичного напряжения U2 от частоты вращения коленчатого вала двигателя n_дв,

Кривая 1 - при Rш = ?, Сш = 0 пФ;

Кривая 2 - при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ.

3.3 Расчет длительности искрового разряда

Длительность искрового разряда определяем по формуле

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

R2 - сопротивление вторичной обмотки катушки зажигания, R2 = 4,1кОм;[6]

Rпп - сопротивление помехоподавительного резистора во вторичной цепи (помехоподавительное сопротивление в свече зажигания),

Rпп = 5 кОм;[6]

Rвв - сопротивление высоковольтных проводов. Длина центрального провода - 40 см, длина самого длинного свечного провода -60 см. Общая длина - 1 м. Распределенное сопротивление - 2,5 кОм/м.

Rвв = 1•2,5 =2.5кОм[10]

R2_У = 4,1?10³+5?10³+2.5?10³=11,6 кОм.

Ipm - максимальное значение тока искрового разряда;

iкр - критическое значение тока, при котором прекращается искровой разряд, iкр = 1,5 мА;[6]

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.[6]

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 мм).[6]

Таким образом,

Uсв = 350 + 100·8 =1150 В.

Up = Uраспр + Uсв = 500 + 1150 = 1650 В.

Максимальное значение тока искрового разряда Ipm рассчитываем по формуле

Ipm = Ip·Ky·з/Kт,

где Ip - значение тока разрыва из таблицы 5;

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, Кт=75;

Ку - коэффициент снижения тока разрыва вследствие потерь энергии в силовом транзисторе, Ку=0,99

Для частоты вращения n_дв = 1000 мин^-1

при Rш = ?, Сш = 0

Ipm = 8·0,99·0,94/75 =99,2 мА;

при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ

Ipm = 8·0,99·0,84/75 = 88,3 мА.

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогично. Результаты расчета сведены в таблицу 7. По полученным данным строим графические зависимости Ipm = ?(n_дв) для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунок 16).

Таблица 7

nдв, мин-1	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
Iрm, мА, при Rш=?, Cш=0	99,2	99,2	99,2	99,2	99,2	99,2	99,2
Iрm, мА, при Rш=2 МОм, Cш=60пФ	88,3	88,3	88,3	88,3	88,3	88,3	88,3



Рисунок 16. Зависимость тока искрового разряда Ipm от частоты вращения двигателя n,

Кривая 1 - при Rш = ?, Сш = 0;

Кривая 2 - при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ.

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

Для частоты вращения n_дв= 1000 мин^-1,

при Rш = ?, Сш = 0

мс;

при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ

мс.

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогично. Результаты расчета сведены в таблицу 8. По полученным данным строим графические зависимости tp = ?(n_дв) для двух значений шунтирующей нагрузки (рисунок 17).

Таблица 8

nдв, мин-1	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
tp, мс, при Rш=?, Cш=0	0,836	0,836	0,836	0,836	0,836	0,836	0,836
tp, мс, при Rш=2 МОм, Cш=60 пФ	0,76	0,76	0,76	0,76	0,76	0,76	0,76

Рисунок 17. Зависимость длительности искрового разряда tp от частоты вращения коленчатого вала двигателя n_дв,

3.4 Расчет энергии искрового разряда

Энергию искрового разряда определяем по формуле:

Wp = 0,5Ipm·tp·Uсв.

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

при Rш = ?, Сш = 0

Wp = 0,5·99.2·10^-3·0,836·10^-3·1150 = 47,7 мДж;

при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ

Wp = 0,5·88,3·10^-3·0,76·10^-3·1150 = 38,7 мДж;

Для остальных частот вращения расчет ведется аналогично. Результаты расчета сведены в таблицу 9. По полученным данным строим графические зависимости Wp = ?(n_дв) для двух значений шунтирующей нагрузки.

Таблица 9

nдв, мин-1	150	1000	2000	3000	4000	5000	6000
Wp, мДж, при Rш=?, Cш=0	47,7	47,7	47,7	47,7	47,7	47,7	47,7
Wp, мДж, при Rш=2 МОм, Cш=60 пФ	38,7	38,7	38,7	38,7	38,7	38,7	38,7

Рисунок 18. Зависимость энергии искрового разряда Wp от частоты вращения коленчатого вала двигателя n_дв.

Кривая 1 - при Rш = ?, Сш = 0;

Кривая 2 - при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ.

4. Оценка соответствия выбранной системы зажигания заданному ДВС

Для оценки соответствия выбранной системы зажигания заданному двигателю произведено графическое совмещение рассчитанных характеристик (рисунки 19-21) и определен диапазон частот вращения, в котором данная система удовлетворяет предъявляемым требованиям.

Рисунок 19. Совмещение характеристик вторичного напряжения,

Кривая 1 - требуемое вторичное напряжение системы зажигания U2*;

Кривая 2 - максимальное вторичное напряжение U2 при Rш = 2 МОм, Сш = 60пФ;

Кривая 3 - максимальное вторичное напряжение U2 при Rш = ?, Сш = 0.



Рисунок 20. Совмещение характеристик энергии искрового разряда,

Кривая 1 - требуемая энергия искрового разряда, обеспечивающая надежное воспламенение Wp*;

Кривая 2 - энергия искрового разряда Wp при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ;

Кривая 3 - энергия искрового разряда Wp при Rш = ?, Сш = 0.

Рисунок 21. Совмещение характеристик длительности искрового разряда,

Кривая 1 - минимальная длительность искрового разряда tp*;

Кривая 2 - длительность искрового разряда tp при Rш = 2 МОм, Сш = 60пФ;

Кривая 3 - длительность искрового разряда tp при Rш = ?, Сш = 0.

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 - ДU)/Uпр;

- в рабочем режиме Кu = (0,85U2 - ДU)/Uпр,

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

В режиме пуска при n_дв= 150 мин^-1,

при Rш = ?, Сш = 0;

Кu = (48,8 - 1)/14,5 = 3,4;

при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ;

Кu = (32,2- 1)/14,5 = 2,2.

В рабочем режиме для частоты вращения n_дв= 1000 мин^-1

при Rш = ?, Сш = 0;

Кu = (0,85·48,8 - 1)/11,4 = 4,3;

при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ;

Кu = (0,85·32,2 - 1)/11,4 = 2,8.

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

Кt = tp/tp* и Кw = Wp/Wp*.

Для частоты вращения n_дв= 1000 мин^-1

при Rш = ?, Сш = 0;

Кt = 0,836/0,68 = 1,2;

Кw = 47,7/13,2 = 3.6;

при Rш = 2 МОм, Сш = 60 пФ;

Кt = 0,762/0,68 = 1,1;

Кw = 38,7/13,2 = 2,9.

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	Rш=2МОм, Сш=60 пФ	при Rш=?, Сш=0	Rш=2МОм, Сш=60 пФ	при Rш=?, Сш=0	Rш=2МОм, Сш=60 пФ
150	2,8	1,9	0,73	0,66	1,8	1,4
1000	3,6	2,4	1,2	1,1	3,6	3
2000	3.8	2,5	1,6	1,4	5	4
3000	4,7	3,1	1,8	1,6	6,3	5,2
4000	4,3	2,8	2	1,8	8	6,5
5000	5,5	3,6	2,2	2	10	8
6000	5,1	3,4	2,3	2,1	10,8	8,8

Выводы

В результате выполненной работы были построены выходные характеристики системы зажигания. Проанализировав полученные данные можно сделать вывод, что:

1. на всех частотах вращения коленчатого вала обеспечивается надежное вторичное напряжение, что видно из графика на рисунке 19;

2. энергия искрового разряда достаточна на частотах вращения коленчатого вала, что видно из графика на рисунке 20;

3. длительность искрового разряда достаточна для воспламенения ТВС на частотах вращения коленчатого вала более 800 об/мин , что видно из графика на рисунке 21.

Надежное вторичное напряжение и достаточная длительность искрового разряда обеспечит устойчивое и бесперебойное искрообразование на всех частотах вращения коленчатого вала в различных неблагоприятных условиях. При пуске не будут 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 эта система имеет требуемый для надежной работы запас по вторичному напряжению, обеспечивая устойчивое искрообразование на всех режимах работы двигателя. Эта система зажигания обеспечит надежное искрообразование к концу гарантийного пробега без регулировки зазора между электродами свечи. По коэффициенту Кt и Кw видно, что энергия и длительность искрового разряда достаточны для надежного воспламенения на всех режимах работы двигателя.

Данная система зажигания полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям заданной марки автомобильного двигателя.

Приложение

Свеча - один из элементов системы, предназначенной для своевременного и эффективного поджигания рабочей смеси в цилиндрах. Рассмотрим маркировку свечей: А17ДВР.

Буква "А" указывает диаметр и шаг резьбы, а именно - М14х1,25.

Цифры после буквы представляют собой так называемое калильное число. Чем оно больше, тем выше рабочая температура, на которую рассчитана свеча.

Буква "Д" (после цифp) показывает, что длина резьбовой части корпуса свечи равна 19 мм.

Следующая буква относится к конструктивному исполнению. В нашем случае буква "В" указывает, что изолятор выступает из коpпуса.

Последняя буква в маркировке "Р" означает, что в центральном электроде свечи имеется резистор подавления радиопомех 4-10 кОм.

ВВ провода

Марка...................................- ПВППВ-40

Тип токопроводящей жилы.......- Неметаллическая с проволочной обвивкой

Удельное сопротивление жилы.- 2,55 кОм/м

Материал изоляции................- Силикон

Рассчетное напряжение, кВ......- 40

Примечания...........................- Синего цвета, используются на переднеприводных ВАЗах

Размещено на Allbest.ru

...