Расчет электромагнитных параметров катушки зажигания.

1. По формуле

k_I = U_2m/I_р = k_Tk_m√ή L₁/C_э,

рассчитывают, а затем строят зависимости коэффициента тока от коэффициента трансформации k_I = f (k_T) для различных значений индуктивностей L₁, например L₁ 6, 8, 10, 12 мГ и значений k_T 20, 40, 80, 100. Коэффициент потерь ή можно принять равным 0,75—0,9, k_m – коэффициент магнитной связи можно принять равным 0,85 – 0,9.

Суммарную эквивалентную емкость подсчитывают по формуле

C_э = (C₁ + C₂ k²_T),

емкость первичного конденсатора для систем зажигания с механическим прерывателем С₁ = 0,2 - 0,35 мкФ, для систем зажигания с транзисторным прерывателем значением емкости С₁ можно пренебреч. Вторичная емкость С₂ определяется, как сумма собственной емкости вторичной обмотки катушки зажигания С_к и емкости шунтирующей вторичный контур С_ш,

С₂ = С_к + С_ш .

В свою очередь шунтирующая емкость определяется емкостями элементов вторичной цепи (провод, распределитель, свеча). Емкость С_к можно принять равной 30—50 пФ. Шунтирующая емкость С_ш может быть принята следующей:

1. для четырехцилиндрового двигателя 35 пФ;

2. для шестицилиндрового двигателя 50 пФ;

3. для восьмицилиндрового двигателя 75 пФ.

Шунтирующая емкость экранированной системы зажигания составляет 170—220 пФ.

При работе свечи зажигания на двигателе на изоляторе от нагара образуются токопроводящие мостики, шунтирующие искровой промежуток. Это учтено сопротивлением R_ш, величина которого находится в пределах (5-10) 10⁶ Ом. Допол­нительные потери энергии, возникающие при этом, приводят к уменьшению вторичного напряжения. На величину вторичного напряжения кроме сопротивления R_ш влияют также магнитные потери, потери в изоляции (утечки тока по изоляции). Потери в этих элементах принято учитывать эквивалентным сопротивлением потерь R_п, шунтирующим искровой промежуток. Эквивалентное сопротивление потерь, приведенное к первичной цепи определяется выражением

R_э = [R_пR_ш/(R_п + R_ш)](1/ k²_T).

Сопротивление потерь R_п (Ом) можно определить по эмпирической формуле

R_п = 600k²_T.

Расчетную величину шунтирующего сопротив­ления R_ш (МОм) свечи можно взять, 3 Мом для неэкранированной системы зажигания, 1 МОм для экранированной.

На (Рис. 144, а) пока­зано семейство кривых ха­рактеристик k_I = f (k_T ) для различных индуктивностей. Для каждой ин­дуктивности имеется мак­симальное значение коэф­фициента тока при определенном коэффициенте трансформации катушки зажигания (точки а, b, с, d, рис. 144, а).

Рис. 144, а. Определение электромагнитных параметров катушки зажигания

2. Строят график зависимости L₁ = f (k_T) (рис.144, б) при этом значение k_T должно соответствовать точкам k_Tа, k_Tb, k_Tс, k_Td, (Рис. 144, а).

Рис. 144, а. Определение электромагнитных параметров катушки зажигания

Это позволяет установить зависимость L₁ = f (k_T), когда коэффициент тока имеет максимальное значение. Затем наносят на него ограничивающую линию,

k_{т min} = U_{2m min} /U_1доп,

где U_{2m min} ≥ U_прk_з + 1,5 – расчетное (требуемое) вторичное напря­жение с учетом преодоления искрового зазора в распределителе (1,5 кВ), кВ,

U_пр – пробивное напряжение, величина которого зависит от температуры и давления в камере сгорания, конфигурации и размеров искрового промежутка. Обычно U_пр лежит в пределах 12 – 20 kB,

k_з – коэффициент запаса по вторичному напряжении, учитывающий изменение пробивного напряжения по тем или иным причинам (износ электродов свечи и т.д.),

U_1доп – допустимое напряжение на кон­тактах прерывателя. Из опыта известно, что по условиям работоспособности кон­тактов прерывателя напряжение U_1доп не должно превышать 300 - 400 В, тогда k_{T min} = U_{2m min}/(300-400)

3. Строят график зависимости U_2м = f (L₁) (рис.144, б), при этом U_2m = k_I I_р,

k_I - должно соответствовать точкам k_Iа, k_Ib, k_Iс, k_Id, (Рис. 144, а), а

I_р = U_б/R₁(1- e^-(R1/L1)tз) = U_б/R₁(1- e^-tз/τ1) = U_б τ₁/L₁ (1- e^-tз/τ1),

где τ₁ = L₁/R₁ постоянная времени первичной цепи, t_з = γ_з120/zn – время замкнутого состояния коммутатора (время накопления энергии).

Максимального значения пробивное напряжение достигает при пуске и разгоне двигателя, минимального — при работе на установившемся режиме на максимуме мощности. На рис. 3.4 показаны зависимости пробивного напряжения U_пр от частоты вращения коленчатого вала двигателя при различных нагрузках.

Рис. 3.4. Зависимость пробивного напря­жения от частоты вращения коленчато­го вала:

1 – при обедненной смеси; 2 - при полной нагрузке; 3 - при 1/2 на­грузки; 3 - при малой нагрузке; 5 - при пус­ке и холостом ходе

Практически достаточно, если неравенство U_{2m min} ≥ U_прk_з + 1,5 будут выполняться в крайних точках первого скоростного режима, например n₁ = 2000 об. мин, n₂ = 5000 об. мин. (рис. 3.4).

Принимаем для n = 2000 (Рис. 3.4) t_з = 3τ₁, при этом, 1- e^-tз/τ1 = 0,95,

I_рmax = U_б/R₁0,95 = 0,95 I _рmax. Для n = 5000, t_з = 3 τ₁ (2000/5000) = 1,2 τ₁, 1- e^-tз/τ1 = 0,7,

I_рnmin = U_б/R₁0,7 = 0,7 I _рmax.

4. Умножая полученные значения I_р на соответствующие коэф­фициенты k_I находят U_{2m nmax} = I_рnmin k_I, U_{2m nmin} = I_рnmax k_I. Полученные значения проверяют на соответствие неравенству U_2м ≥ U_прk_з + 1,5. Если неравенство не выполняется, расчет повторяют, при этом увеличивают t_з для n = 2000, с 3τ до 4τ и т. д.

По известной величине τ1 определяют ряд значений R1 соответствующих различным L1 принятым при подсчете k_I: R1 = L₁/ τ₁, а также силу тока разрыва I_р при n_min.

Используя формулы U_2м = U_б (τ₁ /L₁) k_I, получают непосредственную зависимость между U_2м и L₁, U_2мmin= U_бk_I (τ₁ k_n1/L₁), где k_n = n_min/n_max. По вычисленным значениям U_2м строят зависимость U_{2m n min} = f (L₁) для различных значений индуктивностей L₁, например L₁ 6, 8, 10, 12 мГ

(рис. 144, б, левая часть).

Рис. 144, б. Определение электромагнитных параметров катушки зажигания

Отложив по оси U_2m, значение U_{2m n min}, равное расчетному U_{2m n min} графически определяют L_1опт и k_{T опт} (см. рис. 144, б), а также k_I (см. рис. 144, а). При найденных параметрах обеспечиваются необходимые величины и закон изменения U_2м при максимальном исполь­зовании катушки зажигания.