Министерство образования Республики Беларусь

«Республиканский институт профессионального образования»

Филиал «Минский государственный автомеханический колледж имени академика М.С.Высоцкого»

2-37 01 02 Автомобилестроение

Группа А-24

Дипломный проект

РазработалВ. Н.Мельник

Руководитель дипломного проекта Е.И.Царук

2017

Введение

Автомобилестроение сегодня - одна из наиболее науко- и капиталоемких отраслей машиностроения. Практически вся продукция машиностроения используется в автомобилестроении. Все «новинки» науки и техники находят широкое применение в этой отрасли. Автомобилестроение - это та отрасль машиностроения, которая постоянно развивается. Сейчас человечество живет в так называемом информационном обществе; цель информационных технологий состоит в ускорении процессов обработки информации, а, следовательно, - в разработке сверхновых машин, имеющих максимальную скорость и максимум удобств, и автомобилестроение является той областью, в которой используются только сверхновые информационные технологии.

Задачей дипломного проекта является проведение тягово-динамического расчета легкового автомобиля с выполнением реальной части.

Тягово-динамический расчет является теоретическим методом проектирования и проводится при разработке новых моделей или при усовершенствовании и модернизации уже существующих моделей. Такой метод более предпочтителен по сравнению с практическими испытаниями, так как позволяет сократить временные и материальные затраты на их проведение. Благодаря данному виду расчета можно получить сведения о тяговых, динамических, скоростных показателях будущего автомобиля, его топливной экономичности, надежности, комфортабельности и т.п.

В качестве прототипа для дипломного проекта был выбран легковой автомобиль 2 класса 1 группы Opel Corsa. Среди других производителей машин такого класса такие фирмы как Seat Ibiza, Audi A3 т.д.

Основная задача, которая стоит перед специалистами предприятий – дальнейшее усовершенствование конструкций легковых автомобилей, улучшение эксплуатационных качеств, повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции.

В качестве реальной части было необходимо выполнить методическое пособие “Полноприводная трансмиссия” с целью его дальнейшего использования в учебных целях, как наглядного пособия по учебным дисциплинам специального цикла.

Выполнение данной работы поможет закрепить теоретический материал, полученный за период обучения, проверить собственные знания.

Содержание

	Введение	4
1 Обзор и анализ существующих конструкций полноприводных трансмиссий		5
	2 Описание устройства и работы полноприводной трансмиссии	10
	3 Тягово-динамический расчет легкового автомобиля	12
4 Реальная часть - методическое пособие "Полноприводная трансмиссия"		44
	5 Экономическая часть	45
	6 Охрана труда и окружающей среды	49
	7 Энерго- и ресурсосбережение	55
	Заключение	57
	Список использованных источников	58
	Приложение А	59

1Обзор и анализ существующих систем зажигания

Системы зажигания можно разделить на 3 группы:

- Контактные системы зажигания;

- Бесконтактные системы зажигания;

- Электронные системы зажигания.

Контактные системы зажигания - включают в себя механический прерыватель и создание высокого напряжения и распределение его по цилиндрам в данной системе происходит с помощью контактов. В контактной системе зажигания управление накоплением и распределение электрической энергии по цилиндрам осуществляется механическим устройством - прерывателем-распределителем.Дальнейшим развитием контактной системы зажигания является контактная транзисторная система зажигания, в первичной цепи катушки зажигания которой применен транзисторный коммутатор. Принцип работы заключается в следующем:при замкнутом контакте прерывателя ток низкого напряжения протекает по первичной обмотке катушки зажигания.

Рисунок 1 - Контактная система зажигания

При размыкании контактов во вторичной обмотке катушки зажигания

индуцируется ток высокого напряжения. По высоковольтному проводу ток высокого напряжения подается на крышку распределителя, от которой распределяется по соответствующим свечам зажигания с определенным углом опережения зажигания.

К преимуществам такой системы можно отнести предельную простоту и надежность. Внезапность отказа маловероятна и даже в полевых условиях ремонт не сложен и не займет длительное время.

Основных недостатков у такой системы минимум три:

-ток подается через контактную группу на первичную обмотку катушки зажигания, в результате чего накладывается существенное ограничение энергии искры из-за ограничения величины напряжения, которое находится на вторичной обмотке катушки и составляет до 1.5 кВ;

- высокая потребность в обслуживании данной системы, что подразумевает периодическое слежение за углом замкнутого состояния контактной группы и зазором в контактной группе. Плюс к этому требуется периодическое очищение контактов, так как они подгорают в процессе эксплуатации. Также необходимо время от времени смазывать кулачек распределителя;

- низкая эффективность контактной системы зажигания при работе двигателя на высоких оборотах, которая связана с так называемым дребезгом контактной группы.

Бесконтактные системы зажигания - включают бесконтактный датчик, который заменил собой контактный прерывательВ отличие от контактной в бесконтактной системе зажигания для управления накоплением энергии используется транзисторный коммутатор, взаимодействующий с индуктивным датчиком или датчиком Холла.Транзисторный коммутатор в данной системе выполняет роль прерывателя. При вращении коленчатого вала двигателя датчик-распределитель формирует импульсы напряжения и передает их на транзисторный коммутатор. Коммутатор создает импульсы тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания. В момент прерывания тока индуцируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания. Ток высокого напряжения подается на центральный контакт распределителя. В соответствии с порядком работы цилиндров двигателя ток высокого напряжения подается по проводам высокого напряжения на свечи зажигания. Свечи зажигания осуществляют воспламенение топливно-воздушной смеси.

Основные преимущества бесконтактной системы зажигания:

- ниже расход топливаи выбросы вредных веществ за счёт более высокогонапряжения разряда (30000В) и соответственно более качественного сгорания топливно-воздушной смеси;

- отсутствие износа и технического обслуживания;

- постоянный момент воспламенения;

- отсутствие дребезга контактов и, как следствие, возможность увеличения частоты вращения;

- регулирование накопления энергии и ограничение первичного тока;

- более высокое вторичное напряжение системы зажигания.

Основной недостаток такой системы заключается в более низкой надежности. Ранее, когда бесконтактная система зажигания комплектовалась коммутаторами старого образца, они были очень плохого качества и, соответственно не обеспечивали даже средней надежности. После нескольких тысяч километров пробега такие коммутаторы выходили из строя.Позднее инженеры разработали модифицированный коммутатор, который отличается более высокой надежностью.

1 – свечи зажигания; 2 – датчик-распределитель зажигания; 3 – экран; 4 – бесконтактный датчик; 5 – коммутатор; 6 – катушка зажигания; 7 – монтажный блок; 8 – реле зажигания; 9 – выключатель зажигания.

Рисунок 2 - Бесконтактная система зажигания

В бесконтактных системах зажигания в роли бесконтактного датчика могут использоваться:

- датчик Холла;

- индуктивный датчик;

Датчик Холлапредставляет собой датчик магнитного поля. Работа устройства основана на эффекте Холла. Магнитное поле создается постоянным магнитом 1, а прерывание магнитного поля осуществляется ротором (экраном) 2 с окнами, укрепленным на валике распределителя. При прохождении окна ротора около постоянного магнита силовые линии его магнитного поля пронизывают поверхность элемента Холла и на его выходе возникает ЭДС. Если воздушный зазор между магнитом и элементом Холла перекрывается шторкой, магнитное поле замыкается на шторку экрана и не попадает на элемент Холла.

Преимуществами этого датчика являются абсолютная работоспособность при малых размерах, стабильность в функционировании, стабильность характеристик сигнала. Недостатками являются подверженность электромагнитным помехам, стоимость, нормальная функциональность датчика Холла зависит от электросхем, которые могут оказаться плохого качества, что отрицательно скажется на корректность показаний.

1 – постоянный магнит; 2 – ротор; 3 – элемент Холла; 4 – операционный усилитель; 5 – формирователь импульсов; 6 – выходной каскад; 7 – блок стабилизации

Рисунок 3 – Устройство датчика Холла

Индуктивный датчик включает в себя постоянный электромагнит с обмоткой и зубчатый диск. При вращении диска магнитное поле замыкается либо через зуб, либо через впадину.

Рисунок 4 – Индуктивный датчик

Магнитный поток, проходящий через обмотку, то увеличивается, то уменьшается, в результате чего в обмотке индуцируется переменная ЭДС. Сигналы датчика проходят через формирователь импульсов и далее поступают в коммутатор для управления первичной обмоткой катушки зажигания. При увеличении скорости возрастет частота импульсов, а также само выходное напряжение датчика - с долей вольта до сотни вольт. 

Преимуществом датчика является простота устройства. Индуктивный датчик исключает периодическую регулировку системы и повышает надежность системы зажигания. Недостатками являются -изменение амплитуды и формы сигнала с изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя, необходимость преобразования сигнала из близкого к синусоидальному в форму более удобную для управления током в первичной обмотке (то есть сигнал датчика искусственно преобразуется в форму, близкую к прямоугольной).

Электронная система зажигания(микропроцессорная система зажигания) - система, в которой создание и распределение тока высокого напряжения по цилиндрам дви гателя осуществляется с помощью электронных устройств. Электронная система зажигания не имеет механических контактов. В электронной системе зажигания используется электронный блок управления, с помощью которого производится управление процессом накопления и распределения электрической энергии. В ранних конструкциях электронной системы зажигания электронный блок одновременно управлял системой зажигания и системой впрыска топлива (т.н. объединенная система впрыска и зажигания). В настоящее время управление зажиганием включено в систему управления двигателем.

В соответствии с сигналами датчиков электронный блок управления вычисляет оптимальные параметры работы системы. Осуществляется управляющее воздействие на коммутатор, который обеспечивает подачу напряжения на катушку зажигания. В цепи первичной обмотки катушки зажигания начинает протекать ток.При прерывании напряжения, во вторичной обмотке катушки индуцируется ток высокого напряжения. По высоковольтным проводам или непосредственно с катушки зажигания ток высокого напряжения подается к соответствующей свече зажигания. Создающаяся искра в свече зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь.При изменении скорости вращения коленчатого вала двигателя датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя и датчик положения распределительного вала подают сигналы в электронный блок управления, который в свою очередь осуществляет необходимое изменение угла опережения зажигания.При увеличении нагрузки на двигатель управление углом опережения зажигания осуществляется с помощью датчика массового расхода воздуха. Дополнительную информацию о процессе воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси дает датчик детонации. Другие датчики представляют дополнительную информацию о режимах работы двигателя.

Преимущества электронных систем зажигания: 

-универсальность применения на всех типах карбюраторных двигателей; 

-значительное (в 1,3-1,5 раза) увеличение вторичного напряжения, достигающего 20-30 кВ при всех режимах работы двигателя; 

-более полное сгорание топлива на малых и больших оборотах, экономию горючего до 2-3%; 

-увеличенный зазор (до 1-1,2 мм) между электродами свечей зажигания;

-облегченный запуск двигателя в зимних условиях; 

-значительную экономию времени на профилактические и регулировочные работы. 

Недостатками же электронных систем зажигания являются большая сложность и стоимость системы; большая мощность, потребляемая от источника; повышенная чувствительность к замасливанию контактов прерывателя.

Рисунок 5 - Электронная система зажигания

Данная система может выполняться: с индивидуальной катушкой зажигания на каждый цилиндр; с одной катушкой на 2 цилиндра; одна катушка на 4 цилиндра.

Системы индивидуального зажиганияприменяются на большинстве современных бензиновых двигателей. Данная система зажигания отличается от классического зажигания с одной катушкой на 4 цилиндра и от системы зажигания с двухвыводными катушками тем, что каждая свеча зажигания в такой системе обслуживается собственной (индивидуальной) катушкой зажигания. В зависимости от устройства сердечника, индивидуальные катушки зажигания делятся на два типа – компактные, и стержневые.

Рисунок 6 – Компактная катушка зажигания

Рисунок 7 – Стержневая катушка зажигания

Конструктивно, индивидуальные катушки зажигания могут быть выполнены как отдельные элементы, либо объединены в блоки по две, три или четыре катушки зажигания в одном блоке.  

Рисунок 8 –Блок катушек зажигания

Система с одной катушкой зажигания на 2 цилиндра применяется для двигателей с четным числом цилиндров.В этой системе каждый раз, когда вторичная обмотка катушки зажигания выдает высокое напряжение, искра на свечи зажигания подается сразу на две свечи. Разряд одной свечи происходит в цилиндре, где заканчивается такт сжатия, второй свечи – в цилиндре, где заканчивается такт выпуска. При этом одна искра является высоковольтной (12…20 кВ) и воспламеняет топливовоздушную смесь, а другая низковольтной (5…7 кВ) – холостой. В конце такта сжатия незадолго до появления рабочей искры температура топливовоздушного заряда еще недостаточно высокая (200° С), а давление наоборот – значительное (10…12 атм). При этих условиях пробивное напряжение становится максимальным. В конце такта выпуска, когда происходит разряд другой свечи, пробивное напряжение значительно уменьшается вследствие высокой температуры отработавших газов (800…1000° С) и низкого давления (2…3) атм.Двухвыводная катушка может иметь разные способы подключения к свечам накаливания. Один из способов – подача импульсов посредством двух проводов высокого напряжения. Второй – использование одного наконечника и одного провода высокого напряжения.

Рисунок 9 – Двухвыводная катушка

Так же существуют четырёхвыводные катушки зажигания, которые представляют собой две двухвыводные катушки, объединенные в один блок.

2 Описание устройства и работы датчика Холла

Датчик Холла применяется для определения углового положения коленчатого и распределительного валов двигателя, а также в качестве составной части распределителя зажигания.Задача датчика Холла – это участие в определении момента зажигания, без которого нормальная работа двигателя была бы невозможна.

Датчик Холла имеет небольшие габариты, за счёт чего он смог поместиться в корпус распределителя зажигания.

1 – датчик Холла; 2 – разъём с контактами

Рисунок 10 – Датчик Холла

Расположение датчика Холла зависит от его задачи. Если он используется для определения положения коленвала или распредвала, то он находится около шестерни.

1 – шестерня; 2 – экран; 3 – датчик Холла; 4 – прорезь

Рисунок 11 – Расположение датчика Холла

Если он используется для распределения искры в системе зажигания, то он находится прямо в корпусе распределителя зажигания.

Рисунок 12 – Расположение датчика Холла в распределителе зажигания

1 – постоянный магнит; 2– лопасть ротора; 3 – магнитопроводы; 4 – пластмассовый корпус; 5 – микросхема; 6 – выводы

Рисунок 13 – Устройство датчика Холла

Современные датчики обладают, обычно, щелевой конструкцией. На одной стороне щели располагается проводник, по нему пропускают электрически ток, а на другой стороне расположен постоянный магнит. Когда ток попадает в магнитное поле, на него действует сила Лоренца, если при этом в маг-

нитном поле находится тонкая пластинка, то на ее сторонах появиться разность потенциалов.В зазоре между пластинкой и магнитом расположен экран (лопасть ротора). Он предназначен для замыкания силовых линий.

В процессе вращения вала лопасти, выполненные из металла, по очереди проходят сквозь прорезь в датчике. Когда в прорези датчика нету лопасти, то на металлической пластине будет разность потенциалов.Когда лопасть находится в прорези датчика, силовые линии замыкаются через него. Ну а при прохождении лопасти зазор,на микросхеме будет нулевая индукция, ана выходе устройства сгенерируется напряжение.