Методические указания к лабораторной работе №3

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Нижегородский государственный
технический университет им. Р. Е. Алексеева
Кафедра "Электрооборудование, электропривод и автоматика"
ИСПЫТАНИЯ БЕСКОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ
С ДАТЧИКОМ ХОЛЛА
Методические указания к лабораторной работе №3
по дисциплине " Испытания электрооборудования
автомобилей и тракторов"
для студентов направления 13.03.02 всех форм обучения
Нижний Новгород
2012 г
Введение
Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах ДВС. Воспламенение рабочей смеси происходит за счет высоковольтного разряда между электродами свечи зажигания.
Целью работы является изучение элементов и методики испытаний бесконтактной системы зажигания с датчиком Холла.
1 Краткие сведения по теории систем зажигания ДВС
1.1 Общие положения
Высоковольтный разряд между электродами свечи зажигания имеет короткую емкостную и более длительную форму разряда и характеризуется следующими параметрами:
энергия разряда – W2 = (20 …100) мДж;
длительность емкостной фазы разряда – tемк ≈ 10 мкс;
длительность индуктивной фазы tинд = (1…2,5) мс;
амплитуда напряжения - Um = (20…30) кВ.
Требуемая для зажигания доза энергии накапливается в магнитном поле
катушки зажигания (КЗ) на интервале подключая ее первичные обмотки к бортовой сети автомобиля. При этом ток первичной обмотки изменяется по закону
t
i1
U
1 e T1
R1
,
(1)
где
U – напряжение бортовой сети;
T1 = L1/R1 – постоянная времени первичной обмотки;
L, R – параметры первичной обмотки КЗ.
К моменту окончания интервала величины тока и накапливаемой энергии определяются из выражений
i1
U
1 e T1
R1
W
L1 I 2
.
2
,
(2)
(3)
При отключении первичной обмотки КЗ от бортовой сети, в ней возникают затухающие высокочастотные колебания напряжения с амплитудой, определяемой по формуле:
U 2m
где
k 21 I
L1
2
C1 C 2 k 21
,
(4)
- КПД катушки зажигания ( = 0,7 … 0,8);
к21 – коэффициент трансформации КЗ;
С1, С2 – емкость первичной и вторичной обмотки КЗ.
2
При пробое искрового промежутка свечи вся накопленная энергия за вычетом потерь выделится в зазоре.
Коммутация первичной обмотки КЗ определяется либо контактами прерывателя – распределителя (контактная С3), либо полупроводниковым коммутатором (бесконтактная СЗ).
1.2 Бесконтактные системы зажигания
Недостаток большинства систем зажигания – сильная зависимость выходного напряжения от частоты вращения валика распределителя вследствиеуменьшения длительности с увеличением частоты вращения и соответствующего уменьшения величин тока и энергии разряда (см. (2,3)).
Этого недостатка лишены системы зажигания с регулируемым временем
накопления энергии. В них длительность времени накопления энергии поддерживают неизменной вне зависимости от частоты вращения валика распределителя.
Примером такой СЗ является система с электронным коммутатором типа
96. 3734 и датчиком Холла, устанавливаемая на автомобилях ВАЗ.
Рисунок 1 - Принципиальная электрическая схема коммутатором 96. 3734 с датчиком Холла
Рисунок 2 - Датчик Холла:
1 – экран (шторки); 2 – чувствительный элемент датчика Холла; 3 – микросхема.
3
На рисунке 1 представлена система зажигания автомобиля ВАЗ –2108 с
электронным коммутатором 96.3734 и датчиком Холла. В коммутаторе применена микросхема L497B. Стабилизация величины вторичного напряжения достигается в схеме двумя путями – во-первых, регулированием времени нахождения транзистора VT1 в открытом состоянии, т.е. времени подключения первичной цепи обмотки зажигания к сети, во-вторых, ограничением величины
тока в первичной цепи на уровне ~ 8 А. Последнее, кроме того, предотвращает
перегрев катушки.
Схема работает следующим образом – с датчика Холла на вход коммутатора приходит сигнал прямоугольной формы, величина которого приблизительно на 3 В меньше напряжения питания, а длительность соответствует времени прохождению выступов экрана мимо чувствительного элемента датчика.
Нижний уровень сигнала 0,4 В соответствует прохождению прорези.
В момент перехода напряжения от высокого уровня к низкому происходит
искрообразование. В микросхеме коммутатора сигнал в блоке формирования
периода накопления энергии сначала инвертируется, затем интегрируется. На
выходе интегратора образуется пилообразное напряжение, величина которого
тем больше, чем меньше частота вращения двигателя. Это напряжение поступает на вход компаратора, на другой вход которого подано опорное напряжение. Сигнал на входе компаратора имеет место тогда, когда величина пилообразного напряжения достигает опорного и превышает его.
В результате, компаратор преобразует напряжение переменной величины
в импульсы напряжения неизменной амплитуды и регулируемой длительности. При большой частоте вращения величина пилообразного напряжения мала, соответственно и мала длительность сигнала на выходе компаратора.
При нулевом выходном сигнале компаратора через схему управления открывается транзистор VT1 и первичная цепь зажигания подключается к бортовой сети. Следовательно, время накопления энергии в катушке соответствует
времени нулевого сигнала на выходе компаратора. Уменьшение длительности
выходного сигнала компаратора позволяет увеличить относительную величину
времени накопления энергии и тем самым стабилизировать ее абсолютное значение.
На рисунке 2 приведены элементы конструкции датчика Холла и его электрическая блок-схема. На рисунке 3 представлены осциллограммы работы бесконтактной СЗ ( u д - выходное напряжение датчика Холла; u к - напряжение
первичной обмотки катушки зажигания; iк - ток первичной обмотки катушки
зажигания).
4
uд
t
uк
UАБ + k 21u 2и
UАБ
t
tи
tе
iк
Iкm
t
Tк
Рисунок 3 - Графики зависимостей Uд(t),Uк(t),iк(t)
2 Описание лабораторной установки
Лабораторная установка включает в себя стенд для испытания бесконтактной системы зажигания, двухлучевой осциллограф и набор соединительных
проводов.
Лабораторный стенд испытания бесконтактной системы зажигания –
прибор настольного типа, содержащий вертикальную панель с расположенными на ней измерительными приборами и органами управления.
Лабораторный стенд включает в себя (рис. 4):
- регулируемый источник постоянного напряжения UZ1 (6...16 В), регулировка напряжения которого производится ручкой R1 «Напряжение»;
- электронный коммутатор UZ2 модели 13.3796;
5
UZ3
"Частота"
"Напряжение"
R2
S3
"Внешний датчик"
R1
u вх
"Сеть"
S1
UZ1
~220 В
50 Гц
PA
FU1
R3
PV
Cф
VD1
KV
UZ2
R4
TV
VD2
FU2
iк
S2
R
S
KV
Рисунок 4 – Принципиальная электрическая схема лабораторной установки
7
uк
- катушку зажигания TV типа Б-116-01;
- свечу зажигания FU2;
- генератор импульсов UZ3, имитирующий сигнал с датчикараспределителя, частота которого регулируется ручкой R2 «Частота»;
- вольтметр PV, измеряющий выходное напряжение источника;
- амперметр PA, измеряющий среднее значение тока, потребляемого СЗ;
- тумблер S3 переключения входа коммутатора с внешнего датчика Холла
на внутренний генератор управляющих импульсов;
- гнездо «Внешний датчик» для подключения датчика Холла;
- гнезда uвх, iк, uк для подключения осциллографа и наблюдения осциллограмм;
предохранитель FU1, защищающий источник от перегрузки, расположенный на задней панели;
- кнопку S1 «Сеть» для включения источника и кнопку S2 для подачи питания на коммутатор;
- реле KV, подающее питание на катушку зажигания.
На задней панели стенда имеются высоковольтные выводы катушки зажигания и свечи зажигания. Это позволяет изучать работу системы, как на внутреннюю свечу зажигания, так и внешний разрядник.
3 Охрана труда
1) К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и противопожарной безопасности.
2) Включение лабораторного стенда производится только после проверки
собранной схемы лаборантом или преподавателем, проводящим занятие.
4 Указания по подготовке к работе и составлению отчета
При подготовке к работе следует внимательно изучить соответствующие
разделы рекомендуемой литературы и уяснить программу и порядок выполнения работы.
Результаты экспериментальных исследований должны быть аккуратно
оформлены в виде таблиц и графиков. Осциллограммы строятся с указанием
размерностей по осям координат.
В выводах следует отразить результаты анализа экспериментальных данных и соответствие полученных результатов теоретическим и другим известным данным.
8
5 Программа работы
1) Изучить устройство и принцип действия элементов бесконтактной СЗ с
датчиком Холла.
2) Изучить устройство и принцип действия лабораторной установки для
испытания СЗ.
3) Подготовить к работе синхроноскоп испытательного стенда ELKON - U
и датчик-распределитель.
4) Снять скоростную характеристику Uд=f1(n) датчика-распределителя на
холостом ходу и при нагрузке.
5) Снять скоростную характеристику тока потребляемого транзисторным
коммутатором I=f2(n) при управлении от внутреннего генератора импульсов и
от датчика-распределителя.
6) Снять зависимость потребляемого тока от величины напряжения питания I=f3(Uп).
7) Снять зависимость выходного напряжения СЗ от частоты вращения
датчика-распределителя U2 =f4(Uп).
8) Снять осциллограммы:
- выходного напряжения управляющего генератора;
- выходного напряжения датчика-распределителя;
- тока первичной обмотки катушки зажигания;
- напряжение на электродах транзисторного коммутатора.
6 Методические указания к выполнению работы
1) При выполнении п.п. 3 программы работы датчик распределитель
вставляют в патрон кронштейна синхроноскопа ELKON - U, соединяя его с
приводным валом промежуточной втулкой.
2) При выполнении п.п. 4 программы выход датчика-распределителя подключается на вход осциллографа. Включают электропривод синхроноскопа,
устанавливают различные частоты вращения в диапазоне 300 ... 3000 мин -1 и
снимают осциллограммы выходного напряжения датчика.
3) Пункт 5 программы выполняют при двух значениях напряжения источника питания (по заданию преподавателя).
4) Зависимость I=f3(Uп) при двух значениях частоты задающего генератора.
5) Пункт 7 программы работы выполняют подключая высоковольтный вывод катушки зажигания к трехэлектродному разряднику стенда ELKON – U
внешним кабелем, имеющимся в комплекте лабораторного стенда. Устанавливают зазор между электродами разрядника равным 1 мм. Включают внутренний генератор и подключают питание Uп=12В. Увеличивают зазор разрядника
до тех пор, пока наблюдаться бесперебойное искрообразование. После этого
снимают показания амперметра в первичной цепи катушки зажигания и длину
зазора. Каждый миллиметр зазора соответствует примерно 1,5 кВ.
9
Устанавливают новое значение частоты генератора и повторяют предыдущие испытания. Последующие замеры производят через интервалы (30 ... 50)
Гц.
Затем включают шунтирующий резистор (Rш = 1 Мом) эквивалентный сопротивлению нагара свечи и повторяют испытания описанные выше.
6) Осциллограммы тока катушки зажигания и напряжения на силовой
клемме коммутатора снимают одновременно подавая исследуемые сигналы на
входы двулучевого осциллографа.
7) Осциллограммы снимают при нескольких значениях частот работы
внутреннего генератора и напряжений источника питания как при работе на
внутреннюю свечу зажигания, так и трехэлектродный разрядник стенда ELKON
– U при зазоре между электродами равным 7 мм.
При работе на внутреннюю свечу зажигания высоковольтные выводы
лабораторного стенда должны быть замкнуты друг с другом внешней перемычкой!
7 Контрольные вопросы
1. Функциональная схема и назначение узлов стенда испытаний полупроводникового коммутатора.
2. Устройство и принцип действия датчика-распределителя на основе эффекта Холла бесконтактной СЗ.
3. Какие защиты и с какой целью применяются в бесконтактной СЗ?
4. Какова структура и назначение отдельных элементов коммутатора?
5. Объясните схему и принцип действия коммутатора.
6. Дайте объяснение осциллограммам работы бесконтактной СЗ.
7. Программа и порядок выполнения работы.
8 Рекомендуемая литература
1. Набоких В.А. Испытание электрооборудования автомобилей и тракторов.М.: Академия, 2003.
2. Чижков Ю.П., Акимов А.В. Электрооборудование автомобилей.- М.:
За рулем, 1999.
3. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей.- М.: Транспорт, 2000.
10
Содержание
Введение….…………………………………………………………………..
1 Краткие сведения по теории систем зажигания ДВС……………………
1.1 Общие положения………………………………………………………..
1.2 Бесконтактные системы зажигания……………………………………..........
2 Описание лабораторной установки……………………………………….
3 Охрана труда………………………………………………………………..
4 Указания по подготовке к работе и составлению отчета………………..
5 Программа работы……………………………………………………….
6 Методические указания к выполнению работы………………………...
7 Контрольные вопросы……………………………………………………
8 Рекомендуемая литература………………………………………………
11
Стр.
3
3
3
4
6
8
8
9
9
10
10