Система впорскування автомобіля Toyota Camry
ЗАВДАННЯ 32
на курсове проектування з дисципліни
„Електроустаткування автомобілів і тракторів”
Студента
Група
Спеціальності 5.05070205 „Обслуговування і ремонт електроустаткування
автомобілів і тракторів”
Керівник проекту _
тема проекту _Система впорскування автомобіля Toyota Camry____
вихідні дані Автомобіль Toyota Camry_________________________
- 6СТ-90; ПС; ЛД 4; ЛБ 2; ГВ 6; ЛН ; ОП 1; ЛП 5;_______________________
- Д818Г; U=27,4В; Imin=3mA; Imax=33mA; U=9,0В; R=16,2 Ом;____________
- КСЗ Z=4; R=6,0 Ом; L=0,10 Ом; C=0,28мкФ; С=0,08мкФ; Uпр=10кВ;_______
Перелік питань, що підлягають розробці у пояснювальній записці
/ РЕФЕРАТ/
ВСТУП
1 ЗАГАЛЬНИЙ РОЗДІЛ
- ______________________________
_________________ - ______________________________
_________________ - ______________________________
_________________ - ______________________________
_________________
2 ТЕХНІЧНИЙ РОЗДІЛ
2.1 ______________________________
2.2 ______________________________
2.3 ______________________________
2.4 ______________________________
3 РОЗРАХУНКОВИЙ РОЗДІЛ
3.1 Розрахунок допустимого часу розряджання та розрядної ємності комплекту акумуляторних батарей
3.2 Розрахунок безконтактного регулятора напруги
3.3 Розрахунок електричних параметрів контактної системи запалювання
ВИСНОВОК
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
ДОДАТОК А
Графічна частина. ______________________________
______________________________
Практична частина
_Виготовити плакат ___________-_ ______________________________
______________________________
Розглянуто на засіданні ПЦК спеціальності
протокол № ___ від „___” ____________ 20 р.
Голова ПЦК ___________________
Завершення роботи над проектом ______________ 20 р.
Керівник проекту ______________________________
Студент ______________________________
ЗМІСТ
ВСТУП 5
1 ЗАГАЛЬНИЙ РОЗДІЛ
1.1 Призначення та різновиди систем запалювання 7
1.2 Джерело живлення для системи запалювання 8
1.3 Вимикач запалювання 8
1.4 Пристрій керування накопиченням енергії 8
1.5 Накопичувач енергії 14
1.6 Система розподілу запалювання. 16
1.7 Високовольтні проводи 19
1.8 Свічі запалювання 19
1.9 Розподіл системи запалювання 19
2 ТЕХНІЧНИЙ РОЗДІЛ
2.1 Особливості
конструкції й перевірка
3 РОЗРАХУНКОВИЙ РОЗДІЛ
3.1 Розрахунок транзисторного ключа регулятора напруги 25
3.2 Розрахунок розряду комплекту АКБ 27
ВИСНОВОК 31
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 32
4.3.КП.0205.4081.11.032
Суханов Леонід Валерійович
Пояснювальна записка має аркушів _34_, таблиці_1_, малюнки_12_, використаних джерел _10__, креслення формату А2 _1__.
1. Розрахунок транзисторного ключа для регулятора напруги та можливість встановлення згладжувального фільтру.
2. Розрахунок допустимого часу розряджання та їх розрядну ємність комплекту акумуляторних батарей
КОТУШКА ДАТЧИК-РОЗПОДІЛЬНИК
ДАТЧИК ІНЖЕКТОР КЛЮЧ ЕКОНОМАЙЗЕР
Одночасно з розвитком схемотехнических рішень системи запалювання в цілому, ішло ускладнення комутатора - він перетворився в блок керування й взяв на себе завдання корекції кута випередження запалювання. На зміну аналоговій електроніці прийшла цифрова, а потім і мікропроцесорна. Паралельно вдосконалювалися способи виготовлення - гібридна технологія дозволила в кілька разів зменшити обсяг електронного блоку.
Іншим фактором, що вплинув на еволюцію систем запалювання, була поява в 1967 році електронного упорскування палива Bosch D-Jetronic і подальша його модернізація. Зовсім природним кроком стало об'єднання систем запалювання й топливоподачи в одне ціле - систему керування двигуном. У нас її спочатку називали комплексною системою керування упорскуванням палива й запалюванням. А Bosch для неї ввів фірмову назву Motronic.
Найбільш зробленими стали мікропроцесорні системи запалювання, розроблені на основі комплексних, але призначені для карбюраторних двигунів. Як приклад приведемо систему, створену для 16-клапанного мотора ЗМЗ-4063.10.
У її состав входять контролер (не тільки управляє запалюванням, але й виконує діагностичну функцію), дві двухвыводные котушки запалювання (одна для першого й четвертого циліндрів, а інша - другого й третього), чотири датчики (положення колінчатого вала, абсолютного тиску повітря, температури, детонації) і електромагнітний клапан економайзера примусового холостого ходу (відключає подачу палива на примусовому холостому ході).
Перший з перерахованих датчиків є основним - він задає початок відліку; при його відмові двигун працювати не буде. Інші три служать для корекції кута випередження запалювання залежно від стану й режимів роботи мотора (по сигналі з датчика абсолютного тиску комп'ютер визначає навантаження двигуна). При їхній несправності зупинки двигуна не відбувається, але трохи погіршуються його характеристики.
Не залишилися без мікропроцесорної системи запалювання й двигуни застарілих конструкцій. Для ЗМЗ-402 уже згадуваний МЗАТЭ-2 запропонував таку, що складається із двох котушок запалювання 3012.3705, контролера керування запалюванням з убудованим датчиком абсолютного тиску 6410.3763 і датчика моменту искрообразования на ефекті Холу 54.3706. Вона не має потреби в технічному обслуговуванні, допускає ручне коректування кута випередження запалювання й містить спеціальний алгоритм режиму пуску двигуна. Характеристики кута випередження зберігаються при відключенні контролера від акумуляторної батареї, тобто відсутнє споживання електроенергії при виключеному замку запалювання.
Внаслідок жорсткості екологічних вимог моторостроителям довелося відмовитися від застосування карбюраторів і перейти на різні види упорскування: розподільний, безпосередній, комбінований. А разом із цим відпала потреба й у системі запалювання як самостійному пристрої. Тепер искрообразование стало однієї з функцій, виконуваних системою керування двигуном. У сучасних моторах використовують індивідуальні для кожного циліндра котушки запалювання, установлювані безпосередньо на свічу. При такому конструктивному рішенні не потрібні високовольтні проведення, виключається іскра на такті випуску, а випромінювання радіоперешкод зведене до мінімуму.
Нинішні системи запалювання (або пристрою їх що заміняють) надійна й ніякі турботи автомобілістам не заподіюють, за винятком необхідності періодично міняти свічі запалювання.
Тому дослідження в галузі запалення топливовоздушной суміші тривають, і не виключено, що свічам запалювання прийде поступитися своє місце чомусь іншому, функціонуючому на іншому фізичному принципі.
1 ЗАГАЛЬНИЙ РОЗДІЛ
1.1 Призначення та різновиди систем запалювання
Система запалювання призначена для запалювання робочої суміші в циліндрах бензинових двигунів. Основними вимогами до системи запалювання є:
1 Забезпечення іскри в потрібному циліндрі ( що перебуває в такті стиску) відповідно до порядку роботи циліндрів.
2 Своєчасність моменту
запалювання. Іскра повинна
3 Достатня енергія
іскри. Кількість енергії,
4 Загальною умовою для системи запалювання є її надійність (забезпечення безперервності іскроутворювання).
Несправність системи запалювання викликає неполадки як при запуску, так і при роботі двигуна:
- труднощі або неможливість запуску двигуна;
- нерівномірність роботи двигуна - "троїння" або припинення роботи двигуна - при пропусках іскроутворювання в одному або декількох циліндрах;
- детонація, пов'язана з невірним моментом запалювання й зухвала дуже швидке зношування двигуна;
- порушення роботи інших електронних систем за рахунок високого рівня електромагнітних перешкод та ін.
Існує безліч типів систем запалювання, що відрізняються й пристроєм і принципами дії. В основному системи запалювання розрізняються по:
- системі визначення моменту запалювання.
- системі розподілу
високовольтної енергії по
При аналізі роботи систем
запалювання досліджуються
- кут замкнутого стану контактів (УЗСК, Dwell angle) – кут, на який устигає повернутися колінчатий вал від моменту початку накопичення енергії (конкретно в контактній системі - моменту замикання контактів переривника; в інших системах - моменту спрацьовування силового транзисторного ключа) до моменту виникнення іскри (конкретно в контактній системі - моменту розмикання контактів переривника). Хоча в буквальному значенні даний термін можна застосувати тільки до контактної системи - він умовно застосовується для систем запалювання будь-яких типів.
- кут випередження запалювання (УОЗ, Advance angle) – кут, на який устигає повернутися колінчатий вал від моменту виникнення іскри до моменту досягнення відповідним циліндром верхньої мертвої точки (ВМТ). Одне з основних завдань системи запалювання будь-якого типу - забезпечення оптимального кута випередження запалювання (фактично - оптимального моменту запалювання). Оптимально підпалювати суміш до підходу поршня до верхньої мертвої точки в такті стиску - щоб після досягнення поршнем ВМТ гази встигли набрати максимальний тиск і зробити максимальну корисну роботу на такті робочого ходу. Також будь-яка система запалювання забезпечує взаємозв'язок кута випередження запалювання з обертами двигуна й навантаженням на двигун.
При збільшенні обертів, швидкість руху поршнів збільшується, при цьому час згоряння суміші практично не змінюється - тому момент запалювання повинен наступати трохи раніше - відповідно при збільшенні обертів, УОЗ треба збільшувати.
На одній і тій же частоті обертання колінчатого вала двигуна, положення дросельної заслінки (педалі газу) може бути різним. Це означає, що в циліндрах буде утворюватися суміш різного состава. А швидкість згоряння робочої суміші саме й залежить від її состава. При повністю відкритій дросельній заслінці (педаль газу "у підлозі") суміш згоряє швидше й підпалювати її потрібно пізніше - відповідно при збільшенні навантаження на двигун, УОЗ треба зменшувати. І навпаки, коли дросельна заслінка прикрита, швидкість згоряння робочої суміші падає, тому кут випередження запалювання повинен бути збільшений.
- напруга пробою - напруга у вторинному колі в момент утворення іскри - фактично - максимальна напруга у вторинному колі.
- напруга горіння - сталу-умовно-стала напруга у вторинному колі протягом періоду горіння іскри.
- час горіння - тривалість періоду горіння іскри.
1.2 Джерело живлення для системи запалювання
Джерело живлення для системи запалювання – бортова мережа автомобіля і її джерела живлення - акумуляторна батарея (АКБ) і генератор .
1.3 Вимикач запалювання
Роз’єднує джерело живлення системи запалювання і безпосередньо елементи цієї системи, такі як пристрій керування накопиченням енергії, накопичувач енергії, розподілювач запалювання, свічки запалювання, тощо.
1.4 Пристрій керування накопиченням енергії
Пристрій керування накопиченням енергії – визначає момент початку накопичення енергії й момент "скидання" енергії на свічу (момент запалювання). Залежно від пристрою системи запалювання на конкретному авто може представляти із себе різні пристрої яки розглянемо нижче
1.4.1 Механічний переривник, безпосередньо керуючий накопичувачем енергії
Механічний переривник, безпосередньо керуючий накопичувачем енергії (первинним колом котушки запалювання). Даний компонент потрібний для того, щоб замикати й розмикати живлення первинної обмотки котушки запалювання. Контакти переривника перебувають під кришкою розподільника запалювання. Пластинчаста пружина рухливого контакту постійно притискає його до нерухомого контакту. Розмикаються вони лише на короткий строк, що коли набігає кулачок приводного валика переривника-розподільника надавить на молоточок рухливого контакту.
Паралельно контактам включений конденсатор (condenser). Він необхідний для того, щоб контакти не обгоряли в момент розмикання. Під час відриву рухливого контакту від нерухомого, між ними хоче проскочити потужна іскра, але конденсатор поглинає в себе більшу частину електричного розряду й іскріння зменшується до незначного. Але це тільки половина корисної роботи конденсатора - коли контакти переривника повністю розмикаються, конденсатор розряджається, створюючи зворотний струм у колі низької напруги, і тим самим, прискорює зникнення магнітного поля. А чим швидше зникає це поле, тим більший струм виникає в колі високої напруги. При виході конденсатора з ладу двигун нормально працювати не буде - напруга у вторинному колі вийде недостатньо більшим для стабільного іскроутворювання.
Переривник розташовується в одному корпусі з розподільником високої напруги – тому розподільник запалювання в такій системі називають переривником-розподільником. Така система запалювання називається класичною системою запалювання.
Це найбільш стара з існуючих систем - фактично вона є одноліткою самого автомобіля. За кордоном такі системи припинили серійно встановлювати в основному до кінця 1980-х років, у нас такі системи на "класику" установлюються дотепер. Коротко принцип роботи виглядає в такий спосіб - живлення від бортової мережі подається на первинну обмотку котушки запалювання через механічний переривник. Переривник пов'язаний з колінчатим валом, що забезпечує замикання й розмикання його контактів у потрібний момент. При замиканні контактів починається зарядка первинної обмотки котушки, при розмиканні первинна обмотка розряджається, але у вторинній обмотці наводитися струм високої напруги, що, через розподільник, також пов'язаний з колінчатим валом, надходить на потрібну свічу.
Також у цій системі присутні механізми коректування випередження запалювання – відцентровий і вакуумний регулятори.
Відцентровий регулятор
Відцентровий регулятор випередження запалювання перебуває в корпусі переривника-розподільника. Він складається із двох плоских металевих грузиків, кожний з яких одним зі своїх кінців закріплений на опорній пластині, жорстко з'єднаної із приводним валиком. Шипи грузиків входять у прорізі рухливої пластини, на якій закріплена втулка кулачків переривника. Пластина із втулкою мають можливість провертатися на невеликий кут щодо приводного валика переривника-розподільника. У міру збільшення числа обертів колінчатого вала двигуна, збільшується й частота обертання валика переривника-розподільника. Грузики, підкоряючись відцентровій силі, розходяться в сторони, і зрушують втулку кулачків переривника "у відрив" від приводного валика. Тобто кулачок, що набігає, повертається на деякий кут по ходу обертання назустріч молоточку контактів. Відповідно контакти розмикаються раніше, кут випередження запалювання збільшується.
а)_ |
б) |
а - розташування деталей регулятора: 1 - кулачок переривника, 2 - втулка кулачків, 3 - рухлива пластина,4 – грузики, 5 - шипи грузиків,6 - опорна пластина, 7 - приводний валик, 8 - стяжні пружини
б - верхній мал. - грузики разом, нижній мал. - грузики розійшлися
Рисунок 1 Пристрій і схема роботи відцентрового регулятора кута випередження запалювання
При зменшенні швидкості обертання приводного валика, відцентрова сила зменшуються й, під впливом пружин, грузики вертаються на місце - кут випередження запалювання зменшується.
Вакуумний регулятор випередження запалювання (рис. 1) призначений для зміни моменту виникнення іскри між електродами свіч запалювання, залежно від навантаження на двигун.
Вакуумний регулятор кріпиться до корпуса переривника - розподільника. Корпус регулятора розділений діафрагмою на два обсяги. Один з них пов'язаний з атмосферою, а іншої, через сполучну трубку, з порожниною під дросельною заслінкою. За допомогою тяги, діафрагма регулятора з'єднана з рухливою пластиною, на якій розташовуються контакти переривника. При збільшенні кута відкриття дросельної заслінки (збільшення навантаження на двигун) розрядження під нею зменшується. Тоді, під впливом пружини, діафрагма через тягу зрушує на невеликий кут пластину разом з контактами убік від кулачка, що набігає, переривника. Контакти будуть розмикатися пізніше - кут випередження запалювання зменшиться. І навпаки - кут збільшується, коли ви зменшуєте газ, тобто, прикриваєте дросельну заслінку. Розрядження під нею збільшується, передається до діафрагми й вона, переборюючи опір пружини, тягне на себе пластину з контактами.
Це означає, що кулачок переривника раніше зустрінеться з молоточком контактів і розімкне їх. Тим самим ми збільшили кут випередження запалювання для погано палаючої робочої суміші.
1.4.2 Механічний переривник із транзисторним комутатором
У цьому випадку механічний переривник управляє тільки транзисторним комутатором, що, у свою чергу, управляє накопичувачем енергії. Така конструкція має істотну перевагу перед переривником без транзисторного комутатора - воно полягає в тім, що тут контактний переривник має більшу надійність за рахунок того, що в цій системі через нього протікає істотно менший струм (відповідно практично виключається пригоряння контактів переривника під час розмикання). Відповідно й конденсатор, підключений паралельно контактам переривника став не потрібним. В іншому система повністю аналогічна класичній системі. Обидві описані системи запалювання з механічним переривником мають загальну назву – контактні системи запалювання.
Керування первинною обмоткою котушки запалювання в системі з механічним переривником і транзисторним комутатором.
1.4.3 Транзисторний комутатор з безконтактним датчиком
Генератором імпульсів (індуктивного типу, типу Холу або оптичного типу) і перетворювачем його сигналів. У цьому випадку замість механічного переривника використається датчик – генератор імпульсів з перетворювачем сигналів, що управляє тільки транзисторним комутатором, що, у свою чергу, управляє накопичувачем енергії.
У системах запалювання
із транзисторним комутатором
- Датчик Холу (така модифікація системи називається TI-h, рис. 2) містить пластинку кремнію, до двох бічних граней якої прикладене невелика напруга. Якщо пластинку помістити в магнітне поле, то на двох інших гранях пластинки також з'явиться напруга В цьому складається ефект Холу.
Зміна магнітного поля викличе зміна напруги Холу, яку можна використати для керування комутатором. Магнітне поле, створюване постійним магнітом, може перериватися лопатами обтюратора, що обертається на валу розподільника запалювання. Через кремнієву пластинку пропускається струм приблизно 30 млА, тоді як напруга Холу становить близько 2 мВ,
збільшуючись із ростом температури. Пластинка звичайно становить одне ціле з інтегральною схемою, що здійснює посилення й формування сигналу.
При відкритому зазорі між постійним магнітом і датчиком Холу пластинка видає напругу. Якщо зазор перекривається лопатою обтюратора, магнітне поле замикається через лопату й не попадає на пластинку Холу. Напруга при цьому падає.
Сигнал із граней пластинки попадає в підсилювач і формувач імпульсів, після чого він може управляти комутатором (включенням і вимикання котушки).
- Індуктивний датчик (така модифікація системи називається TI-i, рис. 2) - містить у собі постійний електромагніт з обмоткою й зубчастий диск. При обертанні диска магнітне поле замикається або через зуб, або через западину. Магнітний потік, що проходить через обмотку, то збільшується, то зменшується, у результаті чого в обмотці індукується ЭДС змінного знака. Сигнали датчика проходять через формувач імпульсів і далі надходять у комутатор для керування первинною обмоткою котушки запалювання. При збільшенні швидкості зросте частота імпульсів, а також сама вихідна напруга датчика - із часток вольта до сотні вольтів.
Рисунок 2 Індуктивний датчик, модифікація системи TI-i
-. Оптичний датчик (така модифікація системи називається TI-o, - представляє із себе сегментований диск, закріплений на валу розподільника, що перекриває інфрачервоний промінь, спрямований на фототранзистор. Протягом проміжку часу, поки фототранзистор освітлений, через первинну обмотку котушки й струм.. Коли диск перекриває промінь, датчик посилає в комутатор імпульс, що перериває струм у котушці й у такий спосіб генерує іскру. Існує кілька різновидів такого роду пристроїв: запуск іскри може відбуватися як при відкритті так і навпаки, при закритті світлового джерела. Звичайно такі
генератори задають постійний кут включеного стану котушки, але якість запалювання від цього не страждає, оскільки на це не робить впливу динаміка рухливого контакту й він залишається завжди постійний, незалежно від швидкості.
Рисунок 3 Оптичний датчик, модифікація системи TI-o
Датчик-генератор імпульсів,
як правило, конструктивно розташовується
усередині розподільника
Комутатор управляє замиканням первинного колоа котушки запалювання на масу. При цьому комутатор не просто розриває первинний коло по сигналі з імпульсного датчика - комутатор повинен забезпечити попередню зарядку котушки необхідною енергією. Тобто, до керуючого імпульсу з датчика, комутатор повинен угадати, коли потрібно замкнути котушку на землю, для того щоб неї зарядити. Причому, він повинен це зробити так, щоб час заряду котушки було приблизно постійним (досягався максимум накопиченої енергії, але не допускався перезаряд котушки). Для цього комутатор обчислює період імпульсів прихожих з датчика. І залежно від цього періоду, обчислює час початку замикання котушки на землю. Інакше кажучи, чим вище оберти двигуна, тим раніше комутатор буде починати замикати котушку на землю, але час замкнутого стану буде однаковим.
Одна з модифікацій цієї системи з механічним розподільником і котушкою запалювання, що окремо коштує від розподільника й комутатора одержала устояну назву "безконтактна система запалювання (БСЗ)".
Природно, існує безліч модифікацій даної системи – із застосуванням інших типів датчиків, із застосуванням декількох датчиків та ін.
1.4.4 Мікропроцесорний блок керування запалюванням
Мікропроцесорний блок керування запалюванням (або блок керування двигуном з підсистемою керування запалюванням) - з датчиками й комутатором. Системи запалювання, у яких застосовується такий варіант керування запалюванням мають загальну назву мікропроцесорні системи запалювання. У цьому випадку блок керування одержує інформацію про роботу двигуна (оберти, положення колінчатого вала, положення розподільного вала, навантаження на двигун, температура охолодної рідини та ін.) від датчиків і за результатами алгоритмічної обробки цих даних управляють комутатором, що, у свою чергу, управляє накопичувачем енергії. Регулювання випередження запалювання реалізовані програмно в блоці керування.
Комутатори в мікропроцесорних системах запалювання також називаються "підпалювач" (igniter).
Електронний блок керування (ЕБК, ECU, PCM) – саме він виконує в системі головну роль. Його робота складається в зборі інформації від датчиків (для керування запалюванням основними датчиками є датчик положення колінчатого вала, датчик положення розподільного вала, датчик детонації, датчик кута відкриття дросельної заслінки), розрахунку оптимального моменту запалювання й часу зарядки котушки й конкретне керування через комутатор первинним колом котушки. На сучасних автомобілях блок керування системою запалювання об'єднаний із блоком керування упорскуванням палива.
Коротко розглянемо основні датчики мікропроцесорної системи керування запалюванням:
- Датчики положення колінчатого й розподільного вала. Ці датчики необхідні ЕБК для визначення поточних обертів двигуна, а також поточного положення розподільного вала (для ідентифікації циліндра, що перебуває в такті стиску). У різних модифікаціях електронних систем керування використається різний набір датчиків для рішення цих завдань. При цьому також використаються датчики різних типів - але найбільше часто індуктивні датчики й датчики Холу.
- Датчик детонації - установлюється на блоці двигуна. Під час роботи двигуна датчик генерує сигнал із частотою й амплітудою, що залежить від частоти й амплітуди вібрації двигуна. При виникненні детонації електронний блок коректує кут випередження запалювання.