Расчет выходных характеристик безконтактно-транзисторной системы зажигания, устанавливаемой на автомобиль ЗИЛ-131НВ

 

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 α=0,85...0,98), рабочий процесс в нем не лимитируется временем сгорания смеси. При обеднении рабочей смеси (α=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 зажигании, если они не известны, и произвести сравнение выходных характеристик, требуемых для данного двигателя, с характеристиками выбранной системы зажигания.

 

 

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

- геометрическая степень сжатия заданного двигателя ε=9,0;

- величина искрового промежутка свечи зажигания d=0,8;

характеристика центробежного автомата распределителя θ=f(nдв) представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Характеристика центробежного автомата распределителя 55.3706

 

Точность расчета по номограммам составляет 15-30%.

 

 

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* = 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 рисунке 2.

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

Расчет ведут следующим образом: на оси "ε" откладывают значение геометрической степени сжатия ε (ε=9,0), затем через эту точку и точку, определяющую пусковые обороты двигателя на оси " nдв " (nдв=150 мин-1), 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 (d=0,8 мм). Пересечение этой прямой с осью "Unp" дает искомое значение величины пробивного напряжения новой свечи зажигания в режиме пуска двигателя (Unp=17 кВ).

Пробивное напряжение новой свечи в режиме полного дросселя определяют по номограммам, приведенным на рисунке 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 рисунке 3; Unp2 - снижение пробивного напряжения свечи в результате ионизации при температуре сжатия, определяемое по номограмме на рисунке 4; Unp3 -снижение пробивного напряжения свечи вследствие ионизации под влиянием температуры центрального электрода свечи, определяемое по номограмме на рисунке 5. 

 

Рисунок 2. Номограмма определения пробивного напряжения свечи при пуске двигателя

 

Пробивное напряжение Unp1 определяют по номограмме (рисунок 3). Для расчета необходимы следующие исходные данные: геометрическая степень сжатия ε, частота вращения коленчатого вала и угол опережения зажигания θ. Угол опережения зажигания определяют по характеристике центробежного автомата распределителя выбранной системы зажигания (см. рисунок1).

На оси "ε" откладывают заданное значение степени сжатия(ε=9,0). Через эту точку и точку на оси "nдв", соответствующую выбранной частоте вращения коленчатого вала двигателя (nдв=1000 мин-1), проводят прямую до пересечения с осью "1". Полученную точку на оси 1 и точку на оси "θ", соответствующую углу опережения зажигания для выбранной скорости вращения коленчатого вала двигателя