Недоліки: необхідність у датчиках детонації, великий вплив різних факторів і перешкод, що виникають при роботі двигуна на показання приладу, можливість застосування тільки для ДВС датчики, що має, положення колінвала.
2.3 Спосіб виявлення детонації у двигуні внутрішнього згоряння з
іскровим запалюванням
Використання: випробування двигунів внутрішнього згоряння. Сутність винаходу: при роботі ДВС на заданій частоті обертання за допомогою датчика реєструють у заданому інтервалі часу робочого циклу вібросигнали, наприклад коливання стінок блоку циліндрів, здійснюють фільтрацію цих сигналів, визначають фактичне значення параметра вібросигналу, а потім порівнюють фактичне його значення з еталонним і на основі порівняння роблять вивід про наявність або відсутність детонації у ДВС, як параметр вібросигналу використають середню його потужність для заданого інтервалу часу в робочому циклі, еталонне значення формують як суму величин, складовими якої, щонайменше, є величина, що характеризує поточне мінімальне значення середньої потужності вібросигналу, і величина дисперсії середньої потужності вібросигналу, попередньо певна при роботі двигуна на згаданій частоті обертання при відсутності детонації, а порівнюють еталонне значення з фактичним значенням середньої потужності вібросигналу в робочому циклі [12].
Недолік метода у великій залежності від фізичного стану елементів які використовуються як датчик і введенні додаткових елементів і впливу на них роботи двигуна.
2.4 Спосіб комп'ютерного аналізу вторинної напруги системи
запалювання двигуна внутрішнього згоряння
Винахід ставиться до технічної діагностики, а саме до діагностики систем запалювання двигунів внутрішнього згоряння, і може бути використане для діагностування систем запалювання автомобілів, пускових двигунів тракторів і мобільних сільськогосподарських машин [11]. Спосіб комп'ютерного аналізу вторинної напруги системи запалювання двигуна внутрішнього згоряння здійснюється шляхом порівняння з еталонними значеннями середньої напруги горіння дуги, тривалості іскрового розряду й відносного часу замкнутого стану контактів. При цьому крапкою початку іскрового розряду вважається момент досягнення напруги -600 В, крапкою закінчення іскрового розряду вважається момент, що передує зниженню вторинної напруги до 0, за умови, що іскровий розряд почався, крапкою розмикання контактів переривника вважається момент початку іскрового розряду, а крапкою замикання контактів уважається найближчий попередньому іскровому розряду момент перевищення напругою рівня +50 В, за умови, що між цією крапкою й початком іскрового розряду напруга досягає +180 В. Отримані за кілька сотень циклів результати по кожному циліндрі засереднюються. Технічним результатом є підвищення вірогідності діагнозу.
3 РОБОЧІ ПРОЦЕСИ В БАТАРЕЙНЫХСИСТЕМАХ ЗАПАЛЮВАННЯ
3.1 Основні робочі процеси
Нормальним робочим режимом будь-якої системи батарейного запалювання, що використає індукційну котушку як джерело високої напруги, є перехідний режим, у результаті чого утвориться іскровий розряд у свічі запалювання. Робочий процес може бути розбитий на три етапи [5].
1. Замикання контактів переривника. На цьому етапі відбувається підключення первинної обмотки котушки запалювання (накопичувача) до джерела струму. Етап характеризується наростанням первинного струму й, як наслідок цього, накопиченням електромагнітної енергії, що запасає в магнітному полі котушки.
2. Розмикання контактів переривника. Джерело струму відключається від котушки запалювання. Первинний струм зникає, у результаті чого накопичена електромагнітна енергія перетворюється в електростатичну. Виникає ЭДС високої напруги у вторинній обмотці.
3. Пробій іскрового проміжку свічі. У робочих умовах при певнім значенні напруги відбувається пробій іскрового проміжку свічі з наступним розрядним процесом.
3.1.1 Замикання контактів переривника
На 1-му етапі вторинний ланцюг практично не впливає на процес наростання первинного струму. Струми й напруги у вторинному ланцюзі при відносно малій швидкості наростання первинного струму незначні. Вторинний ланцюг можна вважати розімкнутої. Первинний конденсатор замкнуть накоротко контактами К. Схема заміщення для даного робочого етапу наведена на мал. 3.1 [8].
Процес наростання первинного струму відповідно до другого закону Кирхгофа описується диференціальним рівнянням [8]
, (3.1)
де -- індуктивність первинної обмотки; -- швидкість наростання первинного струму; -- повний опір первинного ланцюга, що представляє собою суму активного опору первинної обмотки, опорів додаткового резистора й проводів.
Рис. 3.1. Схема заміщення класичної системи запалювання після замикання контактів переривника.
Рішенням цього рівняння є вираження
або (3.2.)
де -- постійна часу первинного контуру; .
У початковий момент часу при t=0 струм i=0, при цьому швидкість наростання первинного струму максимальна й не залежить від опору ,. При струм досягає сталого значення , а швидкість його зміни дорівнює нулю . Для сучасних автомобільних котушок запалювання первинний струм досягає свого максимального значення приблизно за 0,02 с.
Під час наростання струму в первинній обмотці наводиться ЭДС самоіндукції
, (3.3)
ЭДС самоіндукції убуває за експонентним законом. При , , при
У вторинній обмотці індукується ЭДС взаємоіндукції
, (3.4)
де М -- взаємоіндукція.
ЭДС взаємоіндукції мала по1 величині й також змінюється за експонентним законом.
У деякий момент часу контакти розмикаються. Струм розриву за інших рівних умов залежить від часу замкнутого стану контактів :
, (3.5)
Час : залежить від частоти обертання колінчатого вала двигуна й, числа циліндрів z, профілю кулачка, тобто співвідношення між кутом замкнутого й розімкнутого станів контактів.
Частота розмикання контактів при чотиритактному двигуні або число іскор у секунду f=zn/(2- 60).
Час повного періоду роботи переривника
, (3.6)
де tp -- час розімкнутого стану контактів.
Якщо позначити відносний час замкнутого й розімкнутого станів контактів відповідно через 3 = t3 / Т и р = tp / Т, то час замкнутого стану контактів
, (3.7)
Аналітичне вираження струму розриву прийме вид
, (3.8)
Таким чином, струм розриву зменшується зі збільшенням частоти обертання вала й числа циліндрів і збільшується зі збільшенням відносного часу замкнутого стану контактів, що визначається геометрією кулачка й від частоти обертання вала не залежить. Струм розриву залежить також від параметрів первинного ланцюга: він прямо пропорційний напрузі батареї U6, зростає зі зменшенням R1, і зменшується зі збільшенням індуктивності L1.
Електромагнітна енергія, що запасає в магнітному полі котушки запалювання до моменту розмикання контактів,
, (3.9)
Показник .
Якщо рівняння (3.9) продіфференцирувати по L1, і дорівняти до нуля, то можна визначити значення а для одержання найбільшої електромагнітної енергії, що запасає, від джерела постійного струму з напругою U6:
(3.10)
Умова (3.10) для звичайної класичної системи запалювання не може бути дотримано, тому що t3 -- показник змінний і залежно від частоти обертання двигуна змінюється в широких межах. Тому на більшості режимів роботи котушки запалювання в діапазоні малих (холостий хід) і середніх частот обертання двигуна внаслідок більших значень t3 струм у первинній обмотці, досягши сталого значення, даремно нагріває котушку й додатковий опір.
Щоб знайти втрати в первинному ланцюзі, необхідно обчислити дійсне значення струму
(3.11)
Визначивши по формулі (3.11) струм , знаходять потужність втрат Р1піт, що розсіюється в первинній обмотці котушки запалювання, на додатковому опорі й у проводах:
(3.12)
3.1.2 Розмикання контактів переривника.
Після закінчення процесу накопичення в момент запалювання контакти переривника розмикають ланцюг і тим самим переривають первинний струм. У цей момент магнітне поле зникає й у первинній і вторинній обмотках котушки індукується напруга. За законом індукції напруга, индуцируемое у вторинній обмотці, тим вище, чим більше коефіцієнт трансформації й первинний струм у момент його переривання [8].
При виводі розрахункових формул для підрахунку первинної й вторинної напруг скористаємося спрощеною схемою заміщення (мал. 3.2). Відповідно до цієї схеми маємо два магнітозв'язаних контури, кожний з яких містить ємність (З1 -- конденсатор первинного ланцюга; З2 -- розподілена ємність вторинного ланцюга), індуктивність (LI, L2 -- індуктивності відповідно первинної й вторинної обмоток котушки запалювання), еквівалентний активний опір (Rl, R2 -- сумарні активні опори відповідно первинного й вторинного ланцюгів). У вторинний контур включений шунтуюче опір Rш і опір втрат Rn, що імітують витоки струму на свічі й магнітні втрати.
У момент розмикання контактів переривника електромагнітна енергія, запасена в котушці, перетвориться в енергію електричного поля конденсаторів CI і З2 і частково перетворюється в теплоту. Значення максимальної вторинної напруги можна одержати з рівняння електричного балансу в контурах первинного й вторинного ланцюгів, зневажаючи втратами в них,
(3.13)
де U1m, U2m, -- максимальні значення відповідно первинної й вторинної напруг.
Заміняючи (де Wl і W2 -- число витків відповідно первинної й вторинної обмоток котушки запалювання), одержимо аналітичне вираження для розрахунку максимальної вторинної напруги
(3.14)
Вираження (3.14) не враховує втрати енергії в опорі нагару, шунтуючого іскровий проміжок свічі, магнітні втрати в сталі, електричні втрати в іскровому проміжку розподільника й у дузі на контактах переривника. Зазначені втрати приводять до зниження вторинної напруги. На практиці для обліку втрат у контурах уводять у вигляді множника коефіцієнт , що виражає зменшення максимуму напруги через втрати енергії:
(3.15)
де -- коефіцієнт трансформації котушки запалювання;
-- коефіцієнт загасання, що становить для контактних систем 0,75...0,85.
Рис. 3.2. Спрощена схема заміщення класичної системи запалювання після розмикання контактів переривника
Рис. 3.3. Перехідні процеси в системі запалювання:
а -- зміна первинного струму; б -- зміна вторинної напруги.
Зміна первинного струму , і вторинної напруги U2 у процесі роботи переривника показане на мал. 3.3. При розмиканні контактів переривника первинний струм, робить кілька періодів загасаючих коливань (мал. 3.3, а) доти, поки енергія, запасена в магнітному полі котушки, не витратиться на нагрівання опору , контуру. Якщо іскровий проміжок вторинного ланцюга зробити настільки більшим, щоб пробою не відбувся (режим холостого ходу або відкритого ланцюга), то вторинна напруга U2, так само як первинний струм, зробить кілька загасаючих коливань (мал. 3.3, б).
3.1.3 Пробій іскрового проміжку свічі
Для запалювання робочої суміші електричним способом необхідне утворення електричного розряду між двома електродами свічі, які перебувають у камері згоряння. Протікання електричного розряду в газовому проміжку може бути представлено вольамперної характеристикою (мал. 3.4) [8].
Ділянка Оаb відповідає несамостійному розряду. Напруга зростає, струм залишається практично незмінним і по силі мізерно мала. При подальшому збільшенні напруги швидкість руху іонів у напрямку до електродів збільшується. При початковій напрузі Uн починається ударна іонізація, тобто такий розряд, що, один раз виникнувши, не вимагає для своєї підтримки впливу стороннього іонізатора. Якщо поле рівномірне, то процес поляризації відразу переростає в пробій газового проміжку. Якщо поле нерівномірне, то спочатку виникає місцевий пробій газу біля електродів у місцях з найбільшою напруженістю електричного поля, що досягла критичного значення. Цей тип розряду називається короною й відповідає стійкій частині вольамперної характеристики bс.
При подальшому підвищенні напруги корона захоплює нові області міжелектродного простору, поки не відбудеться пробій (крапка с), коли між електродами проскакує іскра. Це відбувається при досягненні напругою значення пробивної напруги Unp.
Спалахнувши іскра створює між електродами сильно нагрітий і іонізований канал. Температура в каналі розряду радіусом 0,2...0,6 мм перевищує 10000 ДО. Опір каналу залежить від сили струму, що протікає по ньому. Подальше протікання процесу залежить від параметрів газового проміжку ланцюга джерела енергії. Можливий або тліючий розряд (ділянка de), коли струми малі, або дуговий розряд (ділянка тп), коли струми великі внаслідок великої потужності джерела струму й малого опору ланцюга. Обоє ці розряду є самостійними й відповідають стійким ділянкам вольамперної характеристики. Тліючий розряд характеризується струмами 10-5...10-1 і практично незмінною напругою розряду. Дуговий розряд характеризується значними струмами при відносно низьких напругах на електродах.
Рис. 3.4. Вольтамперна характеристика розряду в повітряному проміжку.
На 2-м етапі розглянемо процес формування вторинної напруги при відсутності електричного розряду у свічі. У дійсності пробивна напруга Uпр нижче максимальної вторинної напруги U2m, що розвиває системою запалювання, і тому, що як тільки зростає напруга досягає значення Uпр, у свічі відбувається іскровий розряд, і коливальний процес обривається (мал. 3.5).
Електричний розряд має дві складові: ємнісну й індуктивну. Ємнісна складова іскрового розряду являє собою розряд енергії, накопиченої у вторинному ланцюзі, обумовленим її ємністю З2. Ємнісний розряд характеризується різким спаданням напруги й різких сплесків струмів, по своїй силі сягаючих десятків ампер (див. мал. 3.5).
Рис. 3.5. Зміна напруги й струму іскрового розряду:
а й б -- відповідно ємнісна й індуктивна фази розряду; tпр -- час індуктивної складової розряду; iпр - амплітудне значення струму індуктивної фази розряду; Uпр -- напруга індуктивної фази розряду.
Незважаючи на незначну енергію ємнісної іскри (З2/2), потужність, що розвиває іскрою, завдяки короткочасності процесу може досягати десятків і навіть сотень кіловатів. Ємнісна іскра має яскравий блакитнуватий колір і супроводжується специфічним тріском.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
