автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработки автомобильных бесконтактных и микропроцессорных систем зажигания с целью повышения надежности и экономичности автомобиля

н

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ^а» МАЛИ

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ институт --

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

ОПАРИН Игорь Минович

РАЗРАБОТКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕСКОНТАКТНЫХ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ ЗАЖИГАНИЯ С ЦЕШЬЮ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ АВТОМОБМЕЙ

(,05.05.03 - Автомобили и тракторы)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

г

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ¿¿Эта, мдди

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ "тт-

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

ОПАРИН Игорь Минович

РАЗРАБОТКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ БЕСКОНТАКТНЫХ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ ЗАЖИГАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ

Ср5.05.03 - Автомобили и тракторы)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена в Государственной ордена Трудового Красного Знамени академии управления им.Серго Орджоникидзе,московском Государственном ордена Трудового Красного Знамени автомобильно--дорочсном институте (техническом университете)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.Г. Здрок

доктор технических наук, профессор М.Н. Фесенко

доктор технических наук, профессор И.М. Юрковский

Ведущая организация: ЖО ЗИЛ

Защита состоится 1995 г- в 10 часов

на заседании специализированного^совета Д 053.30.02 ВАК России при московском Государственном ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте по адресу:125829 ГСП,Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Телефон для справок 155-03-28.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу института.

О/" 1995 г.

Автореферат разослан __ _____ ..

Ученый секретарь специализированного совета

Д 053.30.02 канд.техн.наук, доцент ^

(_

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Научно-технический прогресс в мире )ивел к повышению технического уровня автомобилей,в том числе электронизации вытомобильной техники,что способствует сниже-по удельного расхода топлива и токсичности отработавших газов, шышенио ресурса и надежности,снижению трудоемкости техническо-| обслуживания в эксплуатации.Из всех электронных систем элект-юборудования автомобилей наиболее существенно оказывают влия-1в на повышение технического уровня электронные системы зажи-.ния,которые одни из первых стали устанавливаться на автомоби-; как стандартное оборудование.Первыми такими системами были нтактно-транэисторные системы зажигания С 1966г.).Однако,по ме-дальнейшего развития автомобилей и двигателей на легком топ-:ве,контактно-транзисторные системы зажигания уже не могли овлетворять все возрастающим требованиям к ним вследствие ог-ниченных возможностей таких систем.Поэтому перед промышлен-стью встала задача разработки и внедрения на армейских автомолях и затем на автомобилях народного хозяйства новых электрон-х бесконтактных и микропроцессорных систем зажигания,способных щественно увеличить энергетические возможности систем зажига-я,повысить надежность и экономичность автомобилей. Решаемая проблема - создание теоретических основ разработки сконтактных и микропроцессорных систем зажигания для грузовых легковых автомобилей,поставляемых как в воинские части Минис-рства Обороны,так и в народное хозяйство страны.Работа выполнясь автором в течение последних 20 лет в соответствии с темати-скими планами НИИАвтоэлектроники,договорами с Министерством эроны и заводами автотракторного электрооборудования,а также в сударственной Академии Управления и МАДИ С ТУ). Цель работы - Оснащение армейских и народнохозяйственных авто-Зил ей бесконтактными и микропроцессорными системами зажигания, вышащих надежность и экономичность автомобилей. Методики исследования включают экспериментальные исследова-ч автомобилей с различными системами зажигания;эксперименталь-з и теоретические исследования работы бесконтактных и микро-зцессорных систем зажигания,в том числе с применением ЭВМ;раз-5отку математической модели работы выходного каскада микропро-зсорной системы зажигания,работы бесконтактной системы зажига-т и разработ^ математической модели разрядных процессов в

свечах зажигания;анализ электрического смещения момента новообразования, а также проведение экспериментальных исследований с целью подтверждения теоретических предпосылок и решений на ЭВМ.

Научная новизна диссертационной работы состоит в создании теоретических основ конструирования и решении впервые в стране проблемы по разработке бесконтактных систем зажигания для автомобилей Министерства Обороны и бесконтактных и микропроцессорных систем зажигания для автомобилей народного хозяйства страны,в связи с чем¡впервые проведены исследования автомобилей с различными системами зажигания в дорожных и стендовых условиях и исследовано влияние параметров систем зажигания на энергетические характеристики автомобилей и двигателей;впервые проведены исследования по влиянию параметров выходного транзистора и первичной цепи системы зажигания на рассеиваемую энергию в транзисторе и ее влияние на вторичное напряжение,развиваемое катушкой зажигания; впервые проведена классификация существующих в мире электронных систем зажигания автомобилей;впервые предложена математическая модель.описывающая рабочие процессы в транзисторной системе зажигания с нелинейностью в виде элемента защиты выходного транзистора коммутатора от перенапряжений и разработана программа решения на ЭВМ;впервые предложена математическая модель,описывающая разрядные процессы в свечах зажигания автомобилей,содержащая две нелинейности,в том числе нелинейное сопротивление искрового промежутка в свече зажигания при разрядных процессах, и разработана программа решения математической модели на ЭВМ; впервые разработана и решена математическая модель электрического смещения момента искрообразования в свечах зажигания бесконтактной системы с магнитоэлектрическим датчиком;впервые разработана и решена математическая модель по расчету тока разрыва в автогенераторных резервных бесконтактных системах зажигания легковых автомобилей высшего класса;впервые выявлено новое свойство катушек зажигания,работающих в транзисторных системах зажигания с элементами защиты выходного транзистора коммутатора,которое заключается в увеличении коэффициента преобразования напряжения катушки зажигания с включением в работу элемента защиты;на базе созданных теоретических основ конструирования и проведенных экспериментальных исследований впервые разработаны и внедрены в промышленность бесконтактные системы зажигания различных типов для грузовых и легковых автомобилей:ЗИЛ-131,УРАЛ-375,ГАЗ-66Э,

ГАЗ-66, ГАЭ-53-12, ГАЗ-24-IO, ГАЗ-14,УАЗ .BA3-2I08,09, IUI, ЗАЗ--1102,ЗИД-4104;впервые разработана микропроцессорная система зажигания для легковых автомобилей BA3-2I083.

Достоверность науэдых положений,основных выводов и рекомендаций обеспечивается: приемлемым для практики совпадением результатов расчета и эксперимента с погрешностью не превышающей ^положительными результатами внедрения научно-методических юложений в практику проектирования бесконтактных систем зажига-тярезультатами внедрения в промышленность разработанных раз-шчных бесконтактных систем зажигания и микропроцессорной системы зажигания для отечественных автомобилей и опытом их длительной эксплуатации в различных климатических районах страны.

Практическая ценность результатов работы состоит в разработке i внедрении в промышленность целого ряда бесконтактных и микро-фоцессорных систем зажигания для автомобилей,поставляемых в фмию и народное хозяйство страны и повышающих надежность и жономичность автомобилей;в разработке и внедрении в расчетную грактину программ для ПЭВМ,позволяющих производить расчеты бес-сонтактных и микропроцессорных систем зажигания при нелинейном :арактере происходящих в них процессов.Разработанные бесконтакт-гые системы зажигания,по данным автора диссертации,автозаводов : НАМИ СА.Г.Симульман/ВАЗДВ.А.Астапов/ЗАЗ/,В.Ф.Арапов,A.B.Дми-?риевский и Е.В.Шатров/НАМИ/),за спет увеличенной 2...2,5 раза Сергии и длительности искрового разряда в свечах зажигания, 'меньшенного асинхронизма в искрообразовании и отсутствия сме-1ения установочного угла опережения зажигания при эксплуатации 1Втомобилей позволяют ка 2...уменьшить расход топлива, на :0...ЗОД снизить токсичность отработавших газов,улучшить пуско-1ые качества холодного двигателя,повысить надежность автомобили и существенно облегчить техническое обслуживание систем за-:игания в эксплуатации автомобилей.

Реализация работы осуществлялась поэтапным внедрением резуль-атов выполненных II разработок бесконтактных систем и выходно-о каскада микропроцессорной системы зажигания на заводе авто-ракторного электрооборудования САТЭ-2)г.Москва и на заводе ав-отракторного электрооборудования г.Старый Оскол (СОАТЭ) в пе-иод с 1973 по 1988 гг.Результаты разработок награждены 2 се-ебряными и одной бронзовой медалями ВДНХ СССР.Некоторые из их защищены авторскими свидетельствами на изобретения.

Апробация работы. Основные положения и результаты конкретных разработок бесконтактных систем зажигания автомобилей докладывались на заседаниях секций научно-технического совета Министерства Автомобильной промышленности,заседании научно-технической секции по автотракторной технике Министерства Обороны,научно--технических советах НИИАвтоэлектроники,научно-исследовательских конференциях МАДИ С ГУ) в 1970-1995 гг.

Публикации.Основные положения диссертации опубликованы в 3 книгах,39 статьях и авторских свидетельствах и патентах на изобретения общим объемом более 42 п.л.

На защиту выносятся:разработанные автомобильные бесконтактные и микропроцессорные системы зажигания с ненормируемым и нормируемым временем накопления энергии;исследования в дорожных условиях автомобилей и в стендовых условиях двигателей с различными системами зажигания;исследования бесконтактных систем зажигания; математическая модель и ее решение по рабочему процессу в системах зажигания¡математическая модель и ее решение по разрядным процессам в свечах зажигания автомобилей;математическая модель и ее решение электрического смещения момента искрообразова-ния бесконтактной системы зажигания с магнитоэлектрическим датчиком и с ненормируемым временем накопления энергии.

Структура и объем работы.Принятая структура и последовательность изложения определены постановкой проблемы.Диссертация состоит из введения,5 глав,выводов и приложений;содержит 231 с.основного машинописного текста,60 с.приложений,52 рисунков,6 таблиц, список литературы из 118 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В введении приведена краткая история развития автомобильных электронных систем зажигания,обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель диссертационной работы,приведено краткое содержание глав диссертации.

первая глава посвящена классификации автомобильных электронных систем зажигания и способам защиты выходного транзистора коммутатора системы от перенапряжений в сети электрооборудования автомобилей.Классификация систем зажигания приведена на рисЛ. Классификацию электронных систем зажигания предложено проводить как по способу накопления энергии С в магнитном поле катушки

С электромеханическими регуляторами опережения зажиганид

С накоплением энергии в магнитном поле

С контактным управлением моментом зажигания

г

(од-> --N мно-

по- го-

тран- тран-

зис- зис-

тор- тор-

ные V > ные

магни-тоэлек-тричес-кие

(С накоплением энергии в электрическом поле>

тиристор-ные

Датчики момента зажигания

X

Холла

Автомобильные электронные системы зажигания,

С бесконтактным управлением мо. ментом зажигания , " ;

С накоплением энергии в магнитном поле

I'

опто-электрон-ные

нено- нор-

рми- ми-

ро- ро-

ван- ван-

ные ные

V У 1 ^

скорости и начала отсчета

С электронным регулированием опережения зажигания

I

Аналоговые

I

Цифровые

С жесткой логикой

С аппаратным принципом управления

X

На базе микропроцессоров и микроЭВМ

1 Г

Датчики

нагрузки двигателя

Г температуры

рхлаждаю-щей I жидкости

магни-тоэлек-тричес-кие

Холла

положения дроссельной засЛ'

ПС|НКИ

детонации

пьезо-резисторные

термо-резис-торные

потен-циоме-триче-ские

Холла

пьезо-элект-

ричес-кие

С вращающимся Vмагнитом )

коммутаторные

Рис. 1. Классификация автомобильных электронных систем зажигания

СП

nviiri U .jjisnijjutiain'lCTiüuiil пиле UUeUMclJlDnUi'U киидвниыто — ра},так и по способу управления моментом зажигания(контактным или бесконтактны^,а таете по виду регуляторов опережения зажигания: механических или электронных.Приводится классификация бесконтактных систем зажигания с различными типами датчиков момента иск-рообразования с ненормируемым и нормируемым временем накопления энергии в катушке зажигания и механическими регуляторами опережения зажигания.

Пользуясь предложенной классификацией,довольно легко ориентироваться во всем многообразии электронных систем зажигания автомобилей.

Во второй главе проведен критический обзор литературы по анализу транзисторных систем зажигания и осуществлена.постановка задачи исследований.

За последние 30 лет в печати многих стран опубликовано большое количество статей описательного и обзорного характера по транзисторным системам зажигания.Появились работы и по теоретическому анализу транзисторных систем зажигания как с применением средств малой механизации счета,так и с применением ЭВМ.

К первому направлению относятся работы Э.Л.Хеймана и Б.А.Ба-лагурова,которые провели экспериментальные исследования и выполнили теоретический анализ контактно-транзисторной системы зажигания. Полученные ЭД.Хейманом и В.А.Еалагуровым математические выражения не позволяют с достаточной на практике точностью в большинстве случаев рассчитывать рабочие и пусковые характеристики транзисторной системы зажигания.

В работах А.А.Куликова предложен ряд схем замещения контактно-транзисторных систем зажигания и составлены системы дифференциальных уравнений,описывающие переходные процессы в таких системах с учетом нелинейных свойств транзистора.как в процессе нарастания тока в катушке зажигания,так и в процессе запирания транзистора и отсечки.предназначенные для анализа на ЭВМ.

Однако в своих схемах замещения и описаниях переходных процессов в них А.А.Куликов не ввел первичный конденсатор и защитные элементы транзистора,что резко сужает область применения его схем замещения и систем нелинейных дифференциальных уравнений.

В работе Е.Ф.Титова по анализу бесконтактной системы зажигания с применением АЭВМ анализ произведен также без учета элементов защиты выходного транзистора. 6

В появившейся в последнее время работе С.С.Салкина по оптимизации параметров и разработке элементов автомобильных систем зажигания высокой энергии произведено моделирование выходного каскада транзисторной системы зажигания высокой энергии упрощенными способами:в виде источника постоянного напряжения АУт в первичной цепи и в виде двух источников постоянного напряжения и Иц^ во вторичной цепи во время разрядных процессов,что также сужает область.практического их применения.

Таким образом,необходимо исследовать переходные процессы в транзисторной системе зажигания с элементом защиты и разработать эквивалентные схемы замещения такой системы зажигания.Учитывая большие возможности ПЭВМ,их широкое распространение,высокую точность,целесообразно разработать такие эквивалентные схемы замещения,чтобы решение и анализ дифференциальных систем уравнений, описывающих переходные процессы в схемах замещения,было возможно проводить на ЭВМ.Целесообразно также разработать эквивалентную схему замещения транзисторной системы зажигания на этапе разрядных процессов в свечах,пригодную для решения на ЭВМ.

При разработке эквивалентных схем замещения транзисторных систем зажигания необходимо решить вопрос о способе или схеме замещения выходного транзистора коммутатора системы.В транзисторных системах зажигания потеря энергии при коммутации первичного тока в катушке зажигания может приводить при некоторых параметрах системы и коммутирующего элемента /в данном случае транзистора/ к снижению вториодого высокого напряжения,т.е.к ухудшению рабочих и пусковых характеристик системы зажигания.Поэтому,необходимо выяснить влияние параметров первичной цепи системы зажигания и параметров транзистора на потери энергии в транзисторе при его коммутации,а также определить количественно величину потерь энергии в транзисторе и время запирания транзистора,практически не влияющих на вторичное напряжение катушки зажигания.Это позволяет существенно упростить схемы замещения транзисторных систем зажигания,облегчить анализ и упростить их расчет.

Ещё распространённые классические и контактно-транзисторные системы зажигания имеют ряд существенных недостатков:

изменение установочного угла зажигания в сторону запаздывания я увеличение асинхронизма в искрообразовании в свечах в процессе эксплуатации автомобиля; ограниченная возможность дальнейшего увеличения энергии разря-

да в свечах зажигания,что сдерживает возможности дальнейшего обеднения рабочей смеси в ДВС при частичных нагрузках;

необходимость в периодических регулировках и уходе за контактами прерывателя.

В связи с выше указанными недостатками контактных систем зажигания настоятельно требуется разработать и внедрить бесконтактные системы зажигания,в том числе,высокой энергии для существующих и новых отечественных и в первую очередь армейских автомобилей.

В третьей главе рассмотрен рабочий процесс транзисторных систем зажигания,разделенный на следующие этапы:нарастание тока в первичной цепи системы зажигания;запирание и отсечка выходного транзистора коммутатора системы; процессы в первичной и вторичной цепях катушки зажигания при отсечке выходного транзистора ¡разрядные процессы в свечах.

В результате теоретического анализа получено выражение для тока разрыва в катушке зажигания бесконтактной системы зажигания и тока управления выходного транзистора коммутатора.

Процессы запирания и отсечки /полное запирание/ выходного транзистора могут влиять на вторичное напряжение катушки зажигания.В этой же главе приведены экспериментальные исследования рассеиваемой энергии в выходном транзисторе и её влияние на вторичное напряжение системы зажигания. Исследования показали следующее:

1.Увеличение первичной ёмкости С^ с 0,01 • до 2 < 10~ЬФ уменьшает потери энергии в транзисторе нелинейно в три раза и больше,при этом они составляют от 25 до соответственно от запасенной энергии в магнитном поле катушки зажигания к моменту запирания транзистора.

2.Увеличение индуктивности первичной обмотки катушки зажигания с I ■ КГ^Гн до 12' 10"^Гн снижает нелинейно потери энергии до 16 раз.

3.Уменьшение скорости запирания транзистора с I * 10~^с.до 100 'КГ^с. уменьшает линейно потери энергии в транзисторе до ЗОрэз.

4.Потери энергии в транзисторе,составляющие порядка Ш> от запасённой величины в магнитном поле катушки зажигания,практически не влияют на рабочие характеристики системы зажигания. Высокочастотная составляющая вторичного напряжения системы,как показали исследования,не превышает 3.-5$ и существенного влия-

ния также не оказывает.Таким образом,при выполнении условий /4/ транзистор может быть замещен переключателем без потерь.

Далее рассмотрим рабочие процессы в первичной и вторичной цепях катушки зажигания при отсечке выходного транзистора с элементами его защиты от перенапряжений.В 80-х и 90-х г г. автором диссертации были предложены эквивалентные схемы замещения выходного каскада транзисторных систем зажигания,математическое описание переходных /рабочих/ процессов с элементами нелинейности в первичной и вторичной цепях катушки зажигания и их решение на АЭВМ с достаточной для того времени точностью.

В настоящее время повсеместно применяют персональные ЭВМ,позволяющие с большей точностью и более оперативно,чем АЭВМ производить расчеты.Поэтому весьма актуальным является нахождение решения переходных процессов в выходных каскадах электронных систем зажигания на персональных ЭВМ и одновременно повышение точности их решения.

Предложенная эквивалентная схема замещения выходных каскадов транзисторных систем зажигания на этапе запирания выходного транзистора коммутатора и нарастание первичного и вторичного напряжений катушки зажигания приведена на рис.2.В основу схемы положена известная эквивалентная схема замещения батарейной системы зажигания,предложенная Тейлор-Джонсоном и уточненная В.А.Ба-лагуровым,но для электронной транзисторной системы зажигания в первичную цепь добавлен нелинейный резистор'в качестве элемента защиты выходного транзистора,включенного или параллельно первичной обмотке катушки зажигания,или параллельно переходу база-коллектор этого транзистора,а во вторичную цепь включен резистор I? ,имитирующий сопротивление потерь в катушке зажигания Рпи параллельно включенный ему резистор К .имитирующий сопротивление нагара на свечах.Для этой схемы /рис.2/ замещения справедлива следующая система уравнений:

4 • ^/сИ - о'

■ м,

т

и

, ¡ит

-а—

«I

с1 и^

-о-

Яг

¿'Я Сх = - Г

Рис. 2. Эквивалентная схема замещения выходного каскада транзисторной системы зажигания на этапе отсечки транзистора при. ^ Бп* йд , п Й1+ Кш

где - сопротивление потерь в катушке зажигания;

3? - шунтирующее сопротивление нагара на свечах.

--с=н

и = >

== у2

Рис. 3. Эквивалентная схема замещения выходного каскада

транзисторной системы зажигания на этапе разрядных процессов в свечах зажигания.

Система /I/ является нелинейной дифференциальной системой уравнений четвертого порядка.Её решение можно найти с помощью ПЭВМ,зная зависимости ЯдСИ) и начальные условия. Система /I/ преобразована к виду:

-АЦМц -к ч, Ч, 1

¿*, и, % и*) / .

Ц/ -к си = Ь в>, ч^) Г (Ю

^ = 4- Ч-Ск/Яп 1'и*,=ру (Ь ^ и«)

где:

^Мф• Йг-к-и/ь-,

Йв^и^фА^ф:

Таким образом,система /2/ пригодна для использования в программе на языке Бейсик.Для решения системы использован одношаговый метод Рунге-Кутта-Фельберга с автоматическим изменением шага и возможностью задавать точность вычислений.Этот метод,по сравнению с остальными,обеспечивает уменьшение общего числа шагов для получения заданной точности,резко уменьшает вероятность возникновения числовой неустойчивости,дает более равномерное расположение точек графика кривых /решений/ при их выводе на печать. Данный метод реализуется последовательным циклическим вычислением по известным формулам.В диссертации приведена разработанная программа расчета.НелинейностьЯУ/АСИ),т.е.зависимость ИцСИ) защитного элемента выходного транзистора задана уравнениями,которые определены следующим образом.Усредненные экспериментальные данные по 200 образцам выходных транзисторов типа КТ890А с встроенным элементом защиты транзистора от перенапряжений преобразованы в математическое выражение, описывающее с достаточной степенью точности экспериментальные данные зависимости КвСИ).Дяя составления математического выражения применен известный метод кубических сплайнов специального вида.Искомая зависимость К0СИ) имеет вид суммы последовательных выражений:

■х* , ^ и>1- Мо-я 5

=Ш0 - № + (Ф-Ш^м-фцм-цШ'ХЬ^&^^З -то -

- 4 + ■ ^ МО■

Ш (и) - Яф) -Яр (г)

В таблице I приведены значения коэффициента трансфор-

мации К катушки зажигания при сопротивлении шунта в свече зажигания 1^=1 МОм,коэффициента трансформации катушки зажигания при сопротивлении шунта в свече зажигания сопротивлении

потерь в катушке зажигания £д=6 МОм и коэффициента увеличения Ку=К* /Кт ,полученных как расчетным путем на ПЭВМ при токе разрыва 1р=7*6 А,так и экспериментально при том же токе. Как видно из таблицы,погрешность расчета составляет 4,0%, - 4,4%, а К^ - 0,15%,что вполне приемлемо для практических пелей.Расхождение можно объяснить отклонениями при определении экспериментальных данных.Подтверждается расчетом обнаруженное автором диссертации экспериментальным путем новое свойство катушки зажигания ¡увеличение коэффициента передачи напряжений катушки зажигания с разомкнутой магнитной системой'при включении в работу элемента защиты выходного транзистора коммутатора автомобильной транзисторной системы зажигания.

При рассмотрении этапа разрядных процессов в свечах зажигания автомобиля возможна дее случая:схема'защиты выходного транзистора от перенапряжений не включается в работу,и. схема защиты включена.В диссертации рассмотрен второй более сложный случай. Для этого этапа предложена эквивалентная схема замещения /рис.3/ выходного каскада транзисторной системы зажигания.В основу схемы положена та же эквивалентная схема замещения,предложенная автором диссертации для транзисторной системы зажигания /рис.2/ с добавлением во вторичную цепь системы нелинейного сопротивления К имитирующего сопротивление искрового промежутка свечи зажигания после электрического пробоя.Для этой эквивалентной схемы замещения /рис.3/ справедлива следующая система уравнений:

Таблица т

Сводные данные результатов расчетов на ПЭВМ переходных процессов и экспериментальные данные бесконтактной системы зажигания с коммутатором 36.3734 и катушкой зажигания 27.3705.

Г И1м' В "I

Г < р т ку~

И2м> кВ

при

йд = 1М0м ^ = бМОм Сш -50пкФ

при 1?щ = ШОм

Сш =50пк$

при

= б МОм

Сш -50 пкФ

К

Р

Г

при Нпг = 1М0м

Сш =50пкФ

при ^ - 61Ш

Сш~50пкФ

<Р/

К.

тр

при (Г =7 м!

мм

■Вид данных

397

29,5

35,1

74,3

88,4

1,19

88,6

И

±

Эксперим. при 1р=7,6А

413

4,056

Л-

30,8

36,5

74,5

88,4

1,19

84,9

Расчетные при

4-

4

4,4%

4,0%

0,13?

-4,2%

Отклонение расчета оц

эксперимен

та |

со

УМ

7г~79 в пр~ к веду:

~ан 0ДН0Ща. шага.В программе после калшого ТИ1ГГ°МатИЧеским изменением «ие энергии разреда в свеТзаГГяз" ^смо**«, вычисле-вычислений на печать жо^™?^*?*0™'* П° °к°»™и зажигания как результат подсчета ¿ ^ а % * свече Нелинейность РШ1) , т. е. завис^Л?/) ^ свечах зажигания,задана уравнен™ ко™ ИСКрового Р^ряда в

Щим образом.Экспериментальные давдые по Гяп 0ЦРВДвВДн

ния 8 (<,, искрового 7 ш промер ™ 3ависимо°ти сопротивле-°Т »» активного разрзд ГС ^ебХГеКТР0ДН0Г0

Ци -А1 пл<!V/ Л „л Н^ьЮ 61 ¿.и^4/Тыл

ы ЩоЛшм'Нп) №

су ф

Результаты расчета по разработанной программе и результаты эксперимента по определению энергии разряда бесконтактной системы зажигания автомобиля ВАЗ-2108 с коммутатором типа 36.3734 на выходном транзисторе КТ890А и катушкой зажигания 27.3705 с параметрами: Ь 1=4,2мГн,Ь2=23,05Гн, М12=0,256Гн, М21=0,336Гн, С^ ОДмкФ, С2=85пкФ, 1^=0,450м, Н2=50400м,ток разрыва Л2кВ,

приведены в таблице I.Таким образом,как видно из таблицы I отклонение в расчетах А2 от экспериментальных данных при реальных нагрузках во вторичном цепи бесконтактной системы зажигания,проведенных на ПЭВМ,показали хорошую сходимость результатов /-4,2%/, что вполне приемлемо для практических целей при расчетах выходных каскадов систем зажигания.Расхождение можно объяснить отклонениями при определении экспериментальных данных и принятыми допуще-■1иями при составлении эквивалентных схем замещения.

В четвертой главе приведена методика расчета бесконтактных зистем зажигания с коммутатором с ненормируемым временем накоп-1ения энергии в катушке зажигания и определены параметры,влияющие на технический уровень транзисторных систем зажигания.Методика состоит из выбора принципиальной схемы системы зажигания, шределения параметров схемы, расчета параметров катушки зажига-1ия по предложенным формулам.В разделе,посвященном техническому 'ровня транзисторных систем зажигания,определены основные требо-|ания,предъявляемые к выходному транзистору.определяющие его на-.ежную работу в системе.К ним относятся:граничное напряжение /не [енее 400 В,а для перспективных систем - 600 В/; коэффициент уси-ения /не менее 100 при силе тока коллектора 10 А и минимальном апряжении насыщения/; падение напряжения в режиме насыщения не олее 1,5В при силе тока коллектора ЮА; транзистор должен быть тойким ко вторичному пробою и иметь встроенную'схему защиты от еренапряжений; импульсная область максимальных режимов /ОМР/ олжна допускать работу транзистора при перенапряжении 400..600 В силе импульсного тока коллектора до ЮА при длительности им-ульса 20..50мкс,а также допускать при напряжении^Д50В силу тока эллектора порядка 12..15А при длительности импульса до 0,3с.; ранзистор должен иметь минимальное тепловое сопротивление и на-зжную систему герметизации.Последнее требование относится также к другим транзисторам,стабилитронам и диодам для электронных ютем зажигания.

Ц пятой главе приведены схемы разработанных при участии автора диссертации бесконтактных систем и выходного каскада для микропроцессорных систем зажигания,предназначенные для армейских грузовых и народнохозяйственных грузовых и легковых автомобилей; приведены сравнительные исследования автомобилей в дорожных условиях' и двигателей в стендовых условиях с разработанными и стандартными системами зажигания¡приведены сравнительные исследования разработанных систем с зарубежными аналогами;приведены сведения о промышленном внедрении и объемах выпуска с года внедрения разработанных систем по 1993 г.включительно,а также приведена экономическая эффективность новых систем зажигания на автомобилях и данные по их надежности.

На рис. 4 приведена схема разработанной первой отечественной бесконтактной системы зажигания "Искра" с ненормируемым временем накопления энергии для армейских грузовых автомобилей ЗИЛ-131 и УРАИ-375.Система "Искра" состоит из следующих аппаратов:катушки зажигания Б118;датчика-распределителя зажигания Р351,включающего в себя магнитоэлектрический бесконтактный датчик 2 импульсов момента зажигания (однофазный генератор переменного тока с постоянным магнитом,число пар полюсов магнитопровода которого равно числу цилиндров двигателя автомобиля) и высоковольтный распределитель 5;выключателя зажигания 7транзисторного коммутатора ТК200;добавочного резистора Кд,который замыкается выключателем 4 при пуске двигателя.В транзисторном коммутаторе ТК200 использованы специально разработанный для этой системы мощный высоковольтный транзистор уТ1 (2Т808Б),транзистор средней мощности УГ2 и два маломощных транзистора УТЗ и В транзисторный коммутатор вхйдят формирующий каскад на транзисторах УТЗ-УТ4 и выходной каскад на транзисторе УТ1,в цепь коллектора которого включена первичная обмотка\^1 катушки зажигания 3. Рабочее высокое напряжение бесконтактной системы зажигания "Искра" значительно превышает в реальных условиях эксплуатации напряжение электрического пробоя в свечах зажигания двигателей автомобилей ЗШ1-131 и УРАЛ-375 при искровом зазоре 0,7 мм,чем обеспечивается надежное воспламенение рабочей смеси в течение длительного времени эксплуатации автомобилей без дополнительных регулировок системы.Точность момента зажигания во всем диапазоне скоростей не ниже 1°.Система "Искра" имеет небольшое (в пределах 5...6°) электрическое опережение момента зажигания в диапа-

Рис. 4. Схема бесконтактной системы зажигания "Искра" для армейских автомобилей 3 ЗИЛ-131 и УРАЛ-375

зоне вращения коленчатого вала двигателя 40...500мин~^.Для автомобилей ЗИЛ-131 и УРАД-375 это дополнительное электрическое опережение в диапазоне малых частот вращения никакого влияния на работу двигателя не оназывает,Однако для автомобилей семейства ГАЗ такое электрическое опережение момента зажигания не до-пускается.Поэтому на базе бесконтактной системы "Искра" были разработаны две бесконтактные системы зажигания для автомобилей ГАЗ-66,ГАЗ-53-12 и ГАЗ-Б5Э,свободные от указанного выше элект-ричекого опережения момента зажигания в режиме малых оборотов двигателя,экранированная "Искра-ГАЗ" и неэкранированная "Искра--ГАЗ-Н'.

На рис.5 представлена схема унифицированной бесконтактной системы зажигания,обеспечивающая выполнение совокупных технических требований,предъявляемых практически ко всем автомобилям семейств ГАЗ,УАЗ,ЗИЛ.Резистор И и конденсатор СЗ образуют цепочку ,предназначенную для формирования сигнала датчика.Параметры цепочки выбраны таким образом,чтобы обеспечить электрические углы смещения момента искрообразования в пределах 1...20 и необходимую скважность работы ключевого усилителя в целом,требуеадпо для обеспечения максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя. Коммутатор 13.3734 и катушка зажигания БП5 для всех неэкранированных систем зажигания унифицированы,что упрощает эксплуатацию и снижает себестоимость изделий за счет массовости. Для автомобилей ГАЗ-66,ГАЗ-оЗ-12 разработан датчик-распределитель 24.3706.Катушка зажигания Б118 экранированной системы автомобиля ГАЗ-66Э по посадочным размерам также унифицирована с катушкой зажигания автомобиля ЗШ1-131.Для автомобиля ГАЗ-66Э разработан датчик-распределитель Р352. Модернизированные транзисторные коммутаторы ТК200-01 и 13.3734-01,выполненные на специально разработанном высоковольтном транзисторе КТ848А,имеет меньшие размеры и массу.Асинхронизм искрообразования разработанных систем зажигания с приведенными магнитоэлектрическими датчиками не более 1° и практически не изменяется во время всей эксплуатации автомобилей.Это свойство объясняется тем,что в выработке управляющего сигнала для каждого цилиндра двигателя автомобиля участвуют все восемь пар (для бцилиндрового двигателя) полюсов датчика одновременно^ возможная механическая погрешность усредняется.Такое свойство является существенным преимуществом выбранной конструкции датчика.Проведен анализ влияния 18

емкости G3 на смещение момента искрообразования и выяснение физических причин этого явления.Анализ выполнен совместно с E.G. Кудрявцевой.На рис.6а приведена схема замещения магнитоэлектрического датчика и входной цепи коммутатора бесконтактной системы зажигания "Искра-ГАЗ".При включении емкости Cg параллельно сопротивлению цепи базы Rg входного транзистора существенное влияние на силу тока и напряжения в схеме оказывают переходные . процессы.Работа схемы описывается двумя системами уравнений'.в замкнутом положении ключа щил Ь^Ь-^Ь^ (tj и Ь^ ~ время соответственно замыкания и размыкания цепи):

ь - CfoUCt/cfc + tc& /а<г у ^

в разомкнутом положении ключа при 2*г/(£пр) :

L~D If)

ие =ЦР ■¿хр[~Ь/ЯсГ-б<Г]\

Начальные условия для системы (8): = 0; И при£=Т^.

Для определения начального напряжения на емкости с учетом условий коммутации составлена система уравнений:

\Jvnf J ' tif-Gtf

Uo-ЕьЯйfasih-^yrBi-UpPi(UrtiУк^Рщк'Ч)

где:2:п~модуль полного сопротивления цепи;^-угол сдвига фаз между током Lit) и ЭДС е(£); ¿^-модуль полного сопротивления параллельного соединения Rg и емкости Сб;^с-угол сдвига фаз между током ОШ и напряжением на емкости И (£) jAj^jBpBg -- постоянные интегрирования.

В результате совместного решения систем уравнений (8) и С10) определен закон изменения тока ¿Д-fc) в период замкнутого положения ключа.Момент зажигания определен из условия I бн. Расчет электрического смещения момента новообразования при включении емкости на входе коммутатора if'см.выполнен на ЭВМ.Расчетные и экспериментальные зависимости^см=/(Пр) приведены на рис.6в.Расчет показал,что с увеличением частоты вращения начальное напряжение на емкости И возрастает С рис.66).Возраста-ние напряжения на емкости вызывает запаздывание момента включе-

№

50 25

С

и0

1.......

500

1000

-)

у

6 5

Н 3 2 I

15СО

сплошная линия- пунктирная линия-

0-расчетные значёния -экспериментальные данные

»

1—___

-/V

// //

//

Яс*

//. -- _ _ _ _ 1 —— - Щ

у -Ях? £) /ооо Уло

Рис.'б. Схема замещения входной цепи системы "Искра-ГАЗ"

ния тока в схеме,что компенсирует опережение зажигания,вызываемое ростом амплитуды сигнала датчика при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя.Таким образом,теоретический анализ бесконтактных систем зажигания с магнитоэлектрическим датчиком показал,что включение на вход коммутатора емкости Cg приводит к запаздыванию момента искрообразования и компенсирует электрическое опережение зажигания вследствие роста амплитуды сигнала датчика при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя.При соответствующем выборе значений емкости Cg и резистора Rg можно полностью устранить электрическое смещение момента искрообразования во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя.

В этой же главе приведены сравнительные исследования по изменению асинхронизма искрообразования и установочного угла зажигания магнитоэлектрических датчиков-распределителей разработанных бесконтактных систем зажигания для 4 и 8 цилиндровых двигателей автомобилей от пробега автомобилей в процессе эксплуатации; приведены результаты исследований в дорожных условиях влияния асинхронизма искрообразования в свечах зажигания и установочного угла на экономические показатели автомооиля ГАЗ-24 и в стендовых условиях двигателя 3M3-53.Результаты исследований приведены на рис.7,8.Из рис.7 видно,что с увеличением пробега автомобилей ГАЗ-24 и ГАЗ-оЗ в контактных системах зажигания С КТЗ) ¿синхронизм линейно увеличивается и достигает 12° по коленчатому валу двигателя при пробеге автомобиля порядка 200 тыс.км,в то время как у бесконтактных систем зажигания (БСЗ) асинхронизм от пробега автомобиля в процессе его длительной эксплуатации практически не увеличивается и не превышает 2...3°.Экономичность автомобиля ГАЗ-24 при пробеге в 150 тыс.км с бесконтактной системой зажигания начинает улучшаться Спо сравнению с КТЗ) со скоростей движения от 90 т/чао и выше,достигая 5% при скорости 135...137 км/час.Это можно объяснить уменьшенным почти в четыре раза асинхронизмом искрообразования в свечах зажигания двигателя автомобиля ГАЗ-24 при его работе с БСЗ по сравнению с КТЗ при длительной эксплуатации.

На рис. 8а приведены регулировочные характеристики по углу опережения зажигания двигателя 3M3-53 при п=1500 мин-^ и полностью открытой дроссельной заслонке,из которого видно,что из-за большого асинхронизма у КТЗ энергетические показатели двигателя

S)

Рис.7. а)Характеристики осредненного расхода топлива автомобиля ГАЗ-24 при установившемся движении с БСЗ и КТЗ после пробега 150 тыс.км.

Пунктирная линия-автомобиль с БСЗ,сплошная-с КТЗ. - б)Зависимость асинхронизма зажигания от пробега БСЗ,КТЗ. Пунктирная линия-БСЗ автомобилей ГАЗ-24 и ГАЗ-5Э. Сплошная линия-КСЗ автомобилей ГАЗ-24 и ГАЗ-53.

1JO

H'M

Z60

%G0

-15

20

ZS

3o

35 u-0

Рис¿8a. Регулировочные характеристики по углу опережения зажигания двигателя 3M3-53 при п=1500 мин"" и полностью открытой дроссельной заслонкой. I-зона детонации; 2-асинхронизм КТЗ после пробег 180 тыс.км; 3-асинхронизм искрообразования новой КТЗ и БСЗ после пробега 180 тыс.км

Рис.86. Изменение установочного угла зажигания на двигат ле 3м3-53 в зависимости от пробега систем. Пунктирная линия-БСЗ, сплошная линия-КТЗ

9. Скоростные характеристики двигателя ЗМЭ-53

с БСЗ и КТЗ после пробега 153 тыс.км пунктирная линия - двигатель с БСЗ сплошная линия - двигатель с КТЗ

отказываются значительно ниже Сдо 10%).чем с бесконтактной системой зажигания.Такие же результаты получены и при стендовых испытаниях двигателей ЗИЛ-130.

На рис.9 приведены скоростные характеристики двигателя ЗМЭ-53 с БСЗ и КТЗ после пробега 153 тыс.км.Из рис.9 видно,что у двигателя, оборудованного БСЗ с наработкой 153 тыс.км.энергетические показатели двигателя в среднем на Ь% улучшаются по сравнению с КТЗ с той же наработкой,что можно объяснить стабильностью установочного угла опережения зажигания у двигателя с БСЗ в процессе его длительной эксплуатации Срис.86)уменьшается и концентрация несгоревших углеводородов в отработавших газах.Анализ нагрузочных характеристик двигателей ЗЙЛ-130 при установке на них БСЗ и КТЗ показал,что в режимах,близких к максимальной нагрузке,с БСЗ двигатели имеют лучшие (до 3,5%) энергетические показатели,так как БСЗ обеспечивает оптимальный угол опережения зажигания в процессе всей длительной эксплуатации.На малых нагрузках,где показатели двигателей менее чувствительны к изменению угла опережения зажигания,энергетические и токсические показатели двигателей с обеими системами зажигания прктически равнозначны.

Нормирование времени накопления энергии в катушке зажигания позволяет в 2...3 раза увеличить энергию разряда в свечах,что, как известно.позволяет обеднять рабочую смесь на частичных нагрузках в ещё большей степени,следовательно,способствует дальнейшему повышению экономичности двигателя.На рис.10 приведена функциональная схема бесконтактной системы зажигания с датчиком Холла и нормируемым временем накопления энергии в катушке зажигания, разработанная при участии автора диссертации и защищенная а. с.на изобретение №905507. Система разработана для автомобилей ВАЗ-2108,2109,а также для автомобилей ВАЗ моделей 2106,2105, 2104.Для автомобилей ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109 система состоит из коммутатора 36.3734,датчика-распределителя горизонтального типа 40.3706 и катушки зажигания высокой энергии 27.3705.Коммутатор выполняет следующие функции'.формирование импульсов тока в первичной цепи катушки зажигания с длительностью,обеспечивающей минимальную рассеиваемую мощность как в катушке зажигания,так и в самом транзисторном коммутаторе при различной частоте вращения коленчатого вала двигателя¡ограничение амплитуды импульсов тока С стабилизацию) при изменении напряжения источника питания системы в широких пределах¡отключение тока в первичной цепи катушки зажигания в случае,если включено зажигание,а коленчатый вал дви-

Рис. Ю. Функциональная'.схема бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ с нормируемым коммутатором 36,3734.

гателя не вращается.Усилители А1...А4 являются компонентами микросхемы К1401УДХ.В качестве выходного транзистора применен специально разработанный для этого высоковольтный составной транзистор КТ848А.Для обеспечения необходимых характеристик И2м,энергии искрового разряда) системы зажигания настройку частотной характеристики времени накопления энергии и амплитудного значения силы тока ограничения выполняют с запасом.

Для микропроцессорной системы зажигания автомобиля ВАЗ-21083 разработан при участии автора диссертации и защищен а.с.на изобретение двухканальный коммутатор 42.3734,предназначенный для работы с двумя двухвыводными катушками зажигания С без высоковольтного распределителя).Схема коммутатора приведена на рис.II.Коммутатор выполняет следующие функции:формирует импульсы длительности включения первичной цепи катушек зажигания ¿н по заданному -закону в функции частоты вращения коленчатого вала двигателя и в функции напряжения питания сети электроснабжения автомобиля; ограничивает импульсы первичного напряжения И^ катушек зажигания ¡коммутирует ток разрыва требуемой силы 1р для обеспечения заданных выходных параметров системы зажигания;стабилизирует ток разрыва в зависимости от изменения напряжения питания сети электроснабжения;прерывает протекание тока через первичную цепь катушек зажигания при включенном выключателе замка зажигания и неработающем двигателе;осущесвляет низковольтное распределение энергии по цилиндрам двигателя,В основу принципиальной схемы коммутатора С рис.11) положен принцип нормирования времени накопления в первичной обмотке катушки зажигания.Схема двухканаль-ного коммутатора 42.3734 выполнена на базе одноканального коммутатора 36,3734 и отличается тем,что осуществляет разделение процесса искрообразования по свечам цилиндров двигателя,а именно, 1-й канал управляет искрообразованием в 1-оы и 4-ом,а 2-й канал - во 2-ом, 3-м цилиндрах двигателя.Процесс управления искрообразованием по 1-му и 2-му каналам аналогичен.Выходные усилители СУТ4, УТ6 иУТ5, УГ7) коммутируют ток первичной обмотки катушек зажигания соответственно 1-го и 4-го или 2-го и 3-го цилиндров двигателя.Работой выходного усилителя управляет логический узел ИЯИ-НЕ на транзисторе УТ2(УТЗ) выполненный как схема совпадения.На вход схемы совпадения поступают 4 сигнала: сигнал компаратора А1.4,сигнал схемы защиты А1.1,сигнал компаратора А1.3 и сигнал выбора каналов.Все усилители СА1.1,А1.2,А1.3, 28

0* 0-.

00

Я-

I 8

35

<:

«I

ь 1

I/

Из

№

I

Рис. II. Схема выходного каскада с коммутатором 42.3734 для микропроцессорной системы зажигания автомобиля ВАЗ-210вЗ.

го

ю

А1.4) объединены в одном корпусе микросхемы К1401УД1.Схема выбора канала собрана на микросхеме К564ЛА7 и состоит из двух логических элементов НЕ и двух логических элементов И-НЕ.Усили-тель мощности собран на транзисторе предкаскада КТ630Б,который управляет мощным выходным транзистором КТ848А.Стабилитрон УД7 СУДВ) типа КС518А совместно с делителем напряжения С И37,^38--К40,К42) осуществляет защиту мощного выходного транзистора УТ6 (УТ7) от импульсов перенапряжений,возникающих в первичной обмотке катушки зажигания автомобиля.

В таблице 2 приведены рабочие характеристики разработанных бесконтактных систем зажигания,выходных каскадов микропроцессорных систем зажигания и характеристики аналогичных систем ряда зарубежных фирм,а для сравнения и ориентировки указаны также рабочие характеристики первой отечественной контактно-транзисторной системы с катушкой Б114-Б и коммутатором ТК102.Здесь же приведены максимальные значения силы тока разрыва Анализ данных таблицы 2 показывает,что разработанная бесконтактная система с магнитоэлектрическим датчиком, катушкой зажигания БП6 и транзисторным коммутатором 13.3734 по развиваемому вторичному напряжению и энергии индуктивной фазы искрового разряда в рабочем режиме на 2ВД превосходит контактно-транзисторную систему,а по скорости нарастания вторичного напряжения~на 50^.Разработанная бесконтактная система зажигания высокой энергии с датчиком Холла,с катушкой зажигания 27.3705 и коммутатором 36.3734 имеет значительно более высокие рабочие характеристики,чем бесконтактная система с катушкой зажигания ЕПб.Так, максимальное вторичное напряжение в рабочем режиме выше на 8 кВ (40%),а в режиме пуска холодного двигателя выше практически в 2 раза.Энергия разряда выше почти в 2раза на режимах малых частот вращения коленчатого вала двигателя и в 3 раза - на режимах максимальных частот вращения.Скорость нарастания вторичного напряжения достигает 700 В/мкс,что в 3,5 раза выше,чем в системе с катушкой Б116.Превосходит по сравниваемым показателям эта система и аналогичную систему фирмы Бош с катушкой зажигания 1.22.304.Отечественная двухвыводная катушка зажигания 29.3705 с незамкнутым магнитопроводом и двухканальным коммутатором 42.3734,предназначенные для цифровой и микропроцессорной систем зажигания легковых автомобилей,имеет близкие к характеристикам катушек фирм Бош и До селье (цифровая система зажига-30

гаоочие и разрядные характеристики электронных систем зажигания

Тип катушки зажигания

Б114Б

1 ' ф."Вош" 1

Б116 ¡27.3705 ¡1.22.304 , "Ниссан"

29.3705 2-х выв,

Россия

Страна-изготовитель

Россия

-1

Германия. Япония

2м пРи:"дв.' мш-

кВ --------

1000

при:

Яш=1М0м, С^бОпкФ

5000 200

15,0 1 18,0 26,0 1 25,5 1 23,0 ! 27,5 24,5

12,0 ' 15,0 18,0 | 20,5 22,0 , 17,5 19,0

12,0 11,0 20,5 , 16,0 ,' 16,0 1 21,5 22,5

24,7 1 30,0 57,6 1 46,6 < 43,0 1 52,0 41,0

2,3 1 2,0 2,0 1 1,8 ! 2,4 ! I 7 1 2,3

25,0 | 36,0 80,0 ^ 73,0 ( 45,0 1 85,0 45,0

I

I

А2р,мДж

^ир'мс 12р,мА

1000 1000 1000

л

I

1

I

А2р,мД« 12р,мА

5000 5000 5000.'

23,6 2,2 25,0

12,4 1,6 18,0

30,0 ' 32,0 ' 37,0

I,? ! 1,5 1 2,3

60,0 I 55,0 I 40,0

I I

:( 35,5 I 1,о 1 65,0

I I

г

В/мкс. 1000 1р, А 1000

130 6,2

200 5,4

706 8,3

706

I-

-4

I 1

1

-I

450 5,8

670 8,3

со

Тип коммутатора

не норм. ТК102Л

1 не норм I13.3734

•нормир. I нормир. I нормир. 36.3734 I )

,1 нормир. ,1 нормир, | 42.3734]

ния автомобиля "Ситроен-Виза") выходные характеристики и параметры искрового разряда в свечах зажигания.По допускам на характеристики центробежных и вакуумных регуляторов,асинхронизму искрообразования все бесконтактные системы зажигания с механическими регуляторами опережения зажигания имеют практически одинаковые стабильные показатели.В результате характеристики центробежных регуляторов могут быть приближены к характеристикам зоны детонации,что обеспечивает некоторое повышение мощности двигателя и дальнейшее повышение его экономичности.По данным исследователей ВАЗ бесконтактные системы зажигания с нормируемым временем накопления энергии за счет увеличенной в 2...3 раза энергии разряда в свечах зажигания позволяют обеднить рабочую смесь на отдельных режимах до(Х =1,1...1,15,что приводит к уменьшению удельного расхода топлива автомобилей BA3-2I08 на по данным исследователей ЗАЗ такие системы зажигания позволяют до 3...4% повысить экономичность автомобилей 3A3-II02 и улучшить пуск холодного двигателя.

Проведенные исследования надежности партии из 40 комплектов бесконтактной системы зажигания Смодернизированный коммутатор 13.3734-01 на новом выходном транзисторе КТ890А со встроенной защитой,катушкой зажигания БП6 и датчиком-распределителем 19.3706) на автомобилях ГАЗ-24-10 в различных климатических зонах страны (Москва,Нижний Новгород,Средняя Азия,Сибирь) показали,что вероятность безотказной работы системы зажигания за гарантийный пробег 30 тыс.км составила 0,999 при нижней расчетной доверительной границе 0,96,а вероятность безотказной работы системы зажигания при средней наработке на отказ 250 тыс.км составляет 0,95,что значительно выше контактных систем зажигания. Результаты внедрения бесконтактных систем зажигания и коммутаторов микропроцессорных систем на Московском и Староос-кольском заводах АТЭ подтверждены актами промышленного внедрения.На заводе СОАТЭ внедрена в 1973 г.первая отечественная бесконтактная система зажигания "Искра" для армейских автомобилей 3M-I3I и УРАЛ-375,в 1983,84,85 гг.внедрены еще 4 типа бесконтактных систем для армейских автомобилей ГАЗ-66Э и народнохозяйственных автомобилей ГАЗ-66,ГАЗ-53-12,ГАЗ-24-Ю,УАЗ. В 1983 г.на Московском заводе АТЭ-2 была внедрена первая отечественная бесконтактная система зажигания высокой энергии с датчиком Холла для легковых автомобилей ВАЗ-2108,а в 1987 г. были внедрены две бесконтактные системы зажигания высокой

герги/ с датчиком Холла для автомобилей 3A3-II02 и BA3-IIII. 1985 г.на заводе АТЭ-2 был внедрен двухканальный коммутатор '..3734 и двухвыводные катушки зажигания 29.3705 микропроцес-рной системы зажигания автомобиля BA3-2I083. :ономический эффект определен в народном хозяйстве страны на рвый год внедрения по некоторым из разработанных и внедрен-х бесконтактным системам зажигания автомобилей и составил в щем 5,59 млн.руб.в год в ценах года'внедрения (1982-1985 гг.).

вывода

1. Разработанные автомобильные бесконтактные системы зажи-ния при дорожных и стендовых исследованиях автомобилей ГАЗ и игателей ЗМЗ показали улушение энергетических показателей и ономичности автомобилей и двигателей до 3?о вследствие отсутс-ия асинхронизма новообразования » изменений установочного

ла зажигания у бесконтактных систем в процессе эксплуатации гомобилей и увеличенной в 2.-2,5раза энергии разряда в свечах.

2. Вероятность безотказной работы бесконтактных систем зажитая за гарантийный пробег автомобилей в 30 тыс.км не ниже Э99,а вероятность безотказной работы при средней наработке

отказ 250 тыс,км составляет 0,95.

3. Разработана классификация подавляющего болызинства автс-зильных новых систем зажигания,из которой видно,что наиболь-з распространение получили бесконтактные системы зажигания с <оплением энергии в магнитном поле катушки зажигания,а также 1учают распространение и микропроцессорные системы зажигания.

4. Проведенный обзор и критический анализ литературы пока-1,что практически не освещены теоретические основы создания гамобильных электронных систем зажигания,в том числе недоста-¡но полно освещены рабочие процессы реальных транзисторных :тем зажигания с элементами защиты и разрядные процессы в све-: зажигания таких систем,особенно с применением ПЭВМ для ана-а и расчета.Также не исследовано влияние бесконтактных сис-

I зажигания на экономичность и надежность автомобилей.

5. Проведенные исследования выявили условия,при которых вырой транзистор коммутатора системы зажигания автомобиля мо-

замещаться в эквивалентных схемах переключателем без потерь.

6. Разработаны теоретические основы создания автомобильных контактных и микропроцессорных систем зажигания;предложены

33

эквивалентные схемы замещения выходных каскадов транзисторных систем зажигания,в том числе и микропроцессорных,на этапах:на-растания первичного тока в катушке зажигания,запирания и отсечки выходного транзистора коммутатора и разрядных процессов в свечах зажигания;приведены для этих этапов математические описания переходных и разрядных процессов,состоящие из дифференциальных уравнений 4-го порядка с одной и двумя нелинейностями в цепях,которые определены экспериментально и смоделированы кубическими сплайнами специального вида;разработана программа решения этих уравнений на ПЭВМ в диалоговом режиме и проведены расчеты на них рабочих и разрядных процессов,которые показали приемлемую для практики точность;получено выражение для тока разрыва в резервных автогенераторных системах зажигания;опреде-У лены'оптимальные условия для исключения электрического смещения момента искрообразования в свечах зажигания автомобиля.

7. Выявлено новое свойство катушек зажигания с разомкнутой магнитной системой,заключающееся в том,что с включением в работу защитного элемента выходного транзистора коммутатора системы от перенапряжений,коэффициент преобразования напряжения катушки зажигания увеличивается.Расчеты на ПЭВМ по предложенным математическим описаниям также это свойство подтвердили.

8. Разработаны под научным руководством и при непосредственном участии автора диссертации и внедрены в производство:бескон тактные системы зажигания с магнитоэлектрическим датчиком момен та зажигания и ненормируемым коммутатором для армейских грузовых автомобилей ЗИЛ-131 и УРАЛ-375 (система "Искра"),ГАЗ-66Э

С система "Искра-ГАЗ");для грузовых народнохозяйственных автомобилей ГАЗ-53-12,ГАЗ-66-11 и УАЗ (система "Искра-ГАЗ-Н");для лег ковых автомобилей среднего класса ГАЗ-24-10 и ГАЗ-З1029,а также для автомобилей высшего класса ГАЗ-14 и ЗИД-4104;бесконтактные системы зажигания с датчиком момента зажигания на эффекте Холла и нормируемым коммутатором для легковых автомобилей ВАЗ-2108,09 ВАЗ-2104,05,06,07,а также ЗАЗ-П02 и ВАЗ-ПН ¡микропроцессорная система зажигания с двухканальным коммутатором и двухвыводными катушками зажигания для автомобиля ВАЗ-21083.

9. Бесконтактные системы зажигания внедрены на московском за воде автотракторного электрооборудования (АТЭ-2) и на заводе ав тотракторного электрооборудования в г.Старом Осколе (СОАТЭ).

10. Суммарная экономическая эффективность в народном хозяйст-

страны на первый год внедрения по шести разработанным и внед-яым бесконтактным системам зажигания автомобилей в ценах 5 г.составила порядка 5,59 млн.руб.в год. I. Результаты диссертационного исследования дают основу для ьнейшего направления работ по повышению надежности и эконо-юсти автомобилей с бесконтактными и микропроцессорными сисями зажигания,а именно:перевод коммутаторов систем на изго-1ение по гибридной технологии,что существенно снизит габари-лассу и повысит надежность систем зажигания в целом¡передача эторых функций коммутаторов таких как регулирование времени сождения первичного тока через катушку зажигания,безыскровое гочение выходного транзистора,ограничение тока разрыва не-зедственно микропроцессору,а выходной каскад коммутатора це-юбразно встраивать в блок управления микропроцессорной сис-I зажигания или комплексной системы управления двигателем ав->биля,что приведет к уменьшению количества аппаратов зажига-снизит их общую массу и повысит надежность системы.Представ-1 также интерес направление работ по замене традиционных ка-¡к зажигания на пьезоэлектрические высоковольтные трансферты с размещением их непосредственно на свечах или в све-зажигания ДВС,что уменьшит массу системы,существенно снизит юнь радиопомех от системы зажигания и повысит надежность и юмичность автомобилей.

'сновные положения диссертации опубликованы в следующих пе-ых работах:

. Бесконтактные системы зажигания и показатели ДВС.М.//Авто-льная промышленность,1985,№9,с.9-10 Св соавторстве). . Электронные системы зажигания.М.Машиностроение,1987,с. (в соавторстве).

. Анализ электрического смещения момента искрообразования в онтактных системах зажигания с магнитоэлектрическим датчи-//Труды МДЦИ.М.1985.Вып.14,с.41~46(в соавторстве). . Схемы замещения выходных каскадов транзисторных систем зз-ния на этапе разрядных процессов и решение переходных про-ов на ЭВМ.//Труды НИИАвтоприборов.М.1984.Вып.56,с.69-80. . Автомобильные электронные системы зажигания.М.:Машиност-ие.1977,с.144 Св соавторстве).

. Схемы замещения выходных каскадов транзисторных систем

зажигания с элементами защиты транзистора от перенапряжений.// Автотракторное электрооборудование.М.М.НИШАвтопром. 1969,с.Ю--18.

7. Электронные системы зажигания автомобилей.М.Машиностроение. 1967,сЛ60Св соавторстве).

8. Применение электронных систем зажигания на автомобилях.М. //Автомобильная промышленность.№11.1979,с.5-6 (в соавторстве).

9. Решение на персональной ЭВМ переходных процессов в выходных каскадах микропроцессорных и бесконтактных системах зажигания автомобилеЙ.М.//Электротехника.1994.№8,с.32-34.

10. Электронный коммутатор систем зажигания с высокими энергетическими показателями для современных двигателей внутреннего сгорания.М.//Труды НИИАвтоприборов.1984.Вып.56,с.57-68 (в соавт.

11. Повышение коэффициента запаса напряжения транзисторных систем зажигания.М.//Реферативный сборник "Автотракторное электрооборудование" .1966. КЗ НИИНАвтопром,с.9-12.

12. Бесконтактный индукционный преобразователь.момента кскро-образования.М.//Авторское свидетельство №238286.1969Св соавт.).

13. Бесконтактный датчик системы зажигания.М.//Авторское свидетельство №280102.1970 (в соавторстве).

14. Устройство для регулирования угла опережения бесконтактной системы зажигания.М.//Авторское свидетельство №297793.1970 С в соавторстве).

15. Бесконтактная система зажигания.М.//Авторское свидетельство №905507.1981 (в соавторстве).

16. Перспективы создания стстем зажигания с искровым разрядом высокой энергии.М.//Труды НИИАвтоприборов.Вып.53.1982 С в соавторстве).

17. Методика выбора входной цепи бесконтактной системы зажигания с магнитоэлектрическим датчиком.М.//Труды НИИАвтоприборов.Вып. 59. 1986 (в соавторстве).

18. Батарейная система зажигания.М.//Авторское свидетельство №134530.1960 (в соавторстве).

19. Новая полупроводниковая система зажигания.М.//Научно-технический сборник "Автотракторное электрооборудование и приборы". №2.1962 (в соавторстве).

20. Система батарейного зажигания двигателей внутреннего сго-рания.М.//Авторское свидетельство №153812.1963 (в соавторстве).

21. Транзисторная система батарейного зажигания для двигате-

36

\ внутреннего сгорания»!.//Авторское свидетельство №169946. 50 (в соавторстве).

12. Система батарейного зажигания для двигателей внутреннего >рания.М.//Авторское свидетельство №173069.1965Св соавторстве). ¡3. Система батарейного зажигания для двигателей внутреннего »рания.М.//Авторское свидетельство №176752.1965(в соавторстве). ¡4. Контактно-транзисторные системы зажигания и расчет их вы-(ных характеристик на ЭВМ.М.//Автомобильная промышленность. 1967,с.32-33 С в соавторстве).

:5. Особенности 24-вольтсвой экранированной системы зажигания. '/Научно-технический сборник "Автотракторное электрооборудо-[ие".№4.1963,с.П-15 С в соавторстве).

:6. Классификация,обзор,анализ электронных систем зажигания с асом энергии в емкости.М.//Реферативный сборник "Автотрак-ное электрооборудование".НИИНАвтопром.№3.1967,с.8-12Св соавт.).

7. Основные этапы развития систем зажигания автомобильных гателей.М.//Реферативный сборник "Автотракторное электрообо-ование".НИИНАвтопром.№4.1967,с.7-12 (в соавторстве).

8. Система зажигания двигателей внутреннего сгорания.М.//Ав-ское свидетельство №211218.1968 С в соавторстве).

9. О применении варисторов в транзисторных системах заяига-.М.//Труды НИИАвтоприборов.И1.1969,с.10-14 (в соавторстве).

0. Основные работы в области приборов и систем зажигания за лет.М.//Сборник "Азтотракторное электрсоборудование".НИИНАв-ром.»3.1970,с.9-17.

1. Решение на АЭБМ переходных процессов в схемах замещения одного каскада транзисторной системы зажигания,¿.'.//Труды Автоприборов.Вып.25.1972,с.6-12 (в соавторстве).

2. Система зажигания.М.//Авторское свидетельство №307203. 3 (в соавторстве).

3. Способ измерения сопротивления нагара свечи зажигания.М. вторское свидетельство №385191.1973 (.в соавторстве).

4. Система зажигания.М.//Авторское свидетельство №538850.

5 С в соавторстве). ... - - --

5. Система зажигания.//Патент США.№4037576 С в соавторства).

э. Система зажигания.//Патент Франции.№7526914 (в соавторст-•

7. Выходные характеристики системы зажигания двигателя.М.// эмобильная промышленность.№9.1984,с.7.

38. Перспективы создания систем зажигания с искровым разряде высокой энергии.М.//Труды НИИАвтоприборов.Вып.53.1982,с.24-26 С в соавторстве).

39. Система зажигания с электронным аналоговым регулирование угла опережения зажигания в фикции комплекса параметров ДВСЛ //Авторское свдетельство на изобретение №808684.1980 С в соавторстве) .

40. Бесконтактная система зажигания.М,//Авторское свидетельс во №821731.1980 (в соавторстве).

41. Бесконтактная система зажигания.М.//Авторское свидетельс во №901603.1981 (в соавторстве).

42. Устройство управления моментом зажигания.М.//Положительь решение ВНИИГПЭ по заявке №93041488 о выдаче патента России не изобретение.1994 С в соавторстве).

Отпечатано в ГАУ 24.10.1996 г. в 100 экз.