Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания




НазваниеОбеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания
страница2/5
Дата03.02.2016
Размер16,3 Kb.
ТипАвтореферат
1   2   3   4   5

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении показаны актуальность проблемы, практическая значимость работы, очерчен круг вопросов, затронутых в диссертационной работе.

В первой главе оценено современное состояние проблемы ЭМС автомобильных ИБСЗ, которая рассматривается как источник электромагнитных помех. Показана ее актуальность из-за негативного влияния электромагнитного излучения на окружающую среду. В рамках концепции технической и экологической безопасности автомобилей с ИБСЗ предлагается комплексный подход к снижению уровня разрядных помех. Даются предпосылки и обоснование для разработки нового научно-практического направления, обеспечивающего соответствие систем зажигания требованиям ЭМС по уровню излучаемого ЭМП в процессе всего периода эксплуатации автомобиля.

Одним из первых вопросы ЭМС автомобильных систем зажигания затронул советский ученый В. А. Балагуров, отметив ее влияние на радиоприем и предложив рекомендации по минимизации излучения.

Американские ученые R.E. Taylor и J.S. Hill в 1979 г. опубликовали исследования, посвященные влиянию излучения от автомобильных систем зажигания на радары самолетов. По их сведениям, разрядные помехи вызывают засветку экрана радара при полетах авиации на высотах до 7 км. В этом случае суммарный эффект помех от потока автотранспортных средств приближался к шумовому фону. При полете на высоте 500–600 м уже четко выделялись конкретные источники излучения.

Из практики известны случаи, когда при работе автомобиля высокий уровень разрядных электромагнитных помех влиял на бортовые электронные системы. В частности, из-за сбоя электронной системы управления ДВС происходило нарушение очередности искрообразования в цилиндрах, что приводило к обратному выхлопу в выпускной коллектор, вследствие чего он разрушался.

Биологический эффект влияния ЭМП от систем зажигания на живые организмы в настоящее время еще полностью не исследован. Однако доказано, что последствия воздействия излучения в радиочастотном диапазоне существуют. Они подразделяются на соматические и генетические.

Несмотря на то что в настоящее время проблемой ЭМС автомобильных ИБСЗ занимаются ведущие автопроизводители, ее актуальность не уменьшается. Важность ее обусловливается тремя моментами. Во-первых, согласно исследованиям, техногенный фон, создаваемый потоком автотранспортных средств, оснащенных ИБСЗ, на автомагистралях и в густонаселенных пунктах в период интенсивного движения значительно преобладает над естественным и над фоном помех других типов. Наиболее высокий уровень напряженности электромагнитного поля (ЭМП) наблюдается в городах и промышленных зонах. Во-вторых, анализ показывает, что электромагнитная обстановка будет ухудшаться, так как число автомобилей с ИБСЗ растет. Ситуация усугубляется тем, что в процессе эксплуатации уровень электромагнитного излучения от системы зажигания автомобиля возрастает вследствие процессов старения различных конструкций и элементов, влияющих на параметры ЭМП. По данным зарубежных исследователей R. A. Shepherd, J. C. Gaddie и отечественного ученого В. И. Кириченко, от 17 до 48% автомобилей имеют уровень электромагнитных помех выше установленных норм. В-третьих, согласно теории случайной апертурной фазированной антенной решетки О Н. Маслова, группа автотранспортных средств может создать совместный направленный излучатель, уровень ЭМП которого на порядок выше, чем от одного автомобиля. Вероятность возникновения такого излучателя повышается с ростом числа автомобилей.

Изменение уровня излучаемых разрядных помех от системы зажигания в процессе эксплуатации обусловлено процессами старения, а также износа конструкций и элементов, такими как электроэрозия электродов свечей зажигания; термические и детонационные разрушения; износ трущихся частей газораспределительного механизма и поршневой группы ДВС; окисление и механическое разрушение помехоподавляющих элементов, контактов и цепей заземления; выход из строя элементов системы зажигания; неоптимальное дозирование топливного заряда, приводящее к загрязнению свечей зажигания, и т. д. Одни из вышеперечисленных факторов уменьшают уровень помех, другие увеличивают. Экспериментальные данные показывают, что превалируют последние (рис. 1).

Современный подход обеспечения ЭМС автомобильных ИБСЗ базируется на пороговой концепции. Предельно допустимый уровень разрядных помех регламентирован внутригосударственными и международными стандартами. Однако единый порядок оценки соответствия автомобиля нормам пока не установлен. Контролирующий орган в зависимости от своих возможностей может самостоятельно определять расстояние и тип детектора для проведения измерений.

Уровень напряженности ЭМП на нормированных расстояниях 3 и 10 м от автомобиля, измеренный квазипиковым детектором, не должен превышать следующих значений:

(1)

(2)

Измеренный пиковым детектором предельный уровень не должен превышать следующих значений:

(3)

(4)

Разность предельных уровней для различных детекторов составляет 20 дБ.




Рис. 1. Амплитудно-частотная характеристика напряженности ЭМП

от системы зажигания автомобиля ВАЗ 21123: 1 – пробег автомобиля 10000 км;

2 – пробег автомобиля 70000 км; 3 – пробег автомобиля 120000 км;

4 – предельно допустимый уровень (расстояние до антенны 10 м, квазипиковый

детектор)


Несовершенными являются также методы испытаний. Так, при измерении широкополосных помех режим работы двигателя задается исходя из условия количества цилиндров в блоке. При одном цилиндре частота вращения коленчатого вала устанавливается n = 2500 ± 250 мин-1, а при большем числе цилиндров n = 1500 ± 150 мин-1. В этом случае двигатель не работает в режиме, при котором уровень излучаемых помех от системы зажигания максимален.

При измерении напряженности электромагнитного поля от автомобиля ось симметрии измерительной антенны ориентируется перпендикулярно плоскости симметрии транспортного средства. Ее фазовый центр находится на линии, проходящей через середину двигателя. Измеряется вертикальная и горизонтальная электрическая составляющая ЭМП с правого и левого бортов. За результат принимается наибольшее из четырех показаний измерений. Однако в зависимости от компоновки и конструкции автомобиля регламентированные требованиями направления измерений могут не обнаруживать максимумы излучений.

По результатам испытаний партии автомобилей с ИБСЗ на ЭМС выдается заключение на ее соответствие нормам. Существующие методы оценки основаны на биномиальном и t-распределениях. Они позволяют определить соответствие автомобилей с ИБСЗ при текущих условиях. В то же время эти методы не позволяют прогнозировать динамику изменения не соответствующих требованиям ЭМС по уровню ЭМП автомобилей с ИБСЗ, а следовательно, не могут оценить качество заложенных решений по подавлению излучаемых помех.

Из-за указанных недостатков методов испытаний невозможно в полной мере оценить параметры ЭМС по уровню ЭМП и дать соответствующую оценку партии автомобилей.

На этапе проектирования для обеспечения внутригосударственных и международных требований ЭМС под конкретную автомобильную ИБСЗ закладываются определенные решения, снижающие уровень разрядных помех. Выделяют два направления:

1) уменьшение величины разрядного тока за счет увеличения импеданса высоковольтной цепи, используется практически во всех конструкциях систем зажигания;

2) уменьшение создаваемого ЭМП посредством локализации источника в замкнутом пространстве. Конкретные решения основаны на экранировании ЭМП разрядных помех.

Данные методы достаточно успешно позволяют обеспечить соответствие нового автомобиля требованиям ЭМС, но не всегда могут полностью выполнить свою функцию в процессе длительной эксплуатации. Кроме того, после сертификации контроль за соблюдением норм уровня помех законодательно не регулируется и, соответственно, не осуществляется.

С развитием вычислительной техники на этапах проектирования автомобилей, в частности с ИБСЗ, начинают применяться прикладные программы САПР, например системы трехмерного электромагнитного моделирования Microwave Studio, ANSYS, EMC-Engineer, FLO/EMC, EMSight и др. Однако их применение ограничивается рядом факторов. Во-первых, сложно найти полное аналитическое решение для геометрии конкретного автомобиля, что, соответственно, определяет погрешность расчета. Во-вторых, отсутствует математическая модель, адекватно описывающая процессы разрядных помех в зависимости от режимов работы ДВС. В-третьих, необходимы мощные вычислительные ресурсы для увеличения скорости расчетов. Сейчас даже для расчета распределения ЭМП по упрощенной модели требуется больше времени, чем для проведения измерения.

Невозможность полностью решить проблему ЭМС в период всей эксплуатации автомобилей с ИБСЗ снижает техническую и экологическую безопасность. Это и определяет актуальность данной работы. Для большей эффективности решения проблемы следует подойти к ней комплексно.

Работа ведется в четырех направлениях (рис. 2). Первое касается стадии проектирования систем зажигания с учетом обеспечения требований ЭМС по уровню излучаемого ЭМП. Второе направление охватывает область испытаний на стадиях разработки и производства автомобилей. Третье нацелено на повышение качества выпускаемой продукции за счет комплексной оценки соответствия требованиям ЭМС модельных рядов автомобилей с ИБСЗ с учетом их эксплуатационной наработки. Четвертое направление является новым и охватывает проблемы ЭМС автомобилей, находящихся в эксплуатации. Его структура представлена на рис. 3. Суть сводится к тому, что в процессе эксплуатации в автомобиле с ИБСЗ происходит измерение уровня ЭМП. Если фиксируется превышение нормы, то осуществляется диагностирование работы системы и выявляется неисправный элемент. После этого система управления ДВС переходит в аварийный режим, в котором уровень ЭМП поддерживается в установленных пределах. В этом режиме продолжается эксплуатация автомобиля до устранения неисправности в сервисном центре.





Рис. 2. Структура комплексного обеспечения требований

ЭМС автомобильных ИБСЗ


Во второй главе проанализирована математическая модель разрядных процессов, протекающих в системах зажигания. На ее основе получено выражение амплитудно-частотной характеристики разрядного тока, куда входят параметры, характеризующие состояние топливовоздушной смеси в цилиндрах ДВС. Исследовано амплитудно-частотное распределение напряженности Е ЭМП от ИБСЗ в составе автомобиля. Определена его зависимость от электрических характеристик ИБСЗ, компоновки элементов автомобиля и их геометрии.

Первая часть разряда после пробоя искрового промежутка свечи носит емкостной характер, т. е. расходуется энергия, запасенная в полной емкости высоковольтного контура. Эта фаза характеризуется большими разрядными токами.

Следом за емкостной фазой следует индуктивная, в которой происходит процесс воспламенения топливовоздушной смеси. Ток непрерывно замыкается через ранее ионизированный искровой промежуток. Ее продолжительность может достигать нескольких миллисекунд. Искровой канал между электродами свечи зажигания существует до тех пор, пока почти полностью не израсходуется запасенная в катушке энергия. Процесс завершается затухающими колебаниями, при которых отсутствует искровой канал. Здесь запасенная в катушке зажигания энергия полностью расходуется.





Рис. 3. Структура обеспечения соответствия параметрам ЭМС по уровню ЭМП ИБСЗ в процессе эксплуатации


Рассмотренные разрядные процессы описываются математической моделью, базирующейся на следующих допущениях: разрядный процесс происходит при сильно ионизированном межэлектродном промежутке свечи, т. е. при полном пробое его сопротивление составляет доли Ома; индуктивность вторичной обмотки имеет значение порядка единиц Генри и представляет бесконечно большое сопротивление для тока волнового процесса, а значит, в разрядном процессе не участвует; емкость искрового промежутка, присоединяемая параллельно искровому промежутку свечи, вступает в разрядный процесс одновременно с линией и дает свою составляющую тока, однако практически не оказывает влияния на разрядный процесс, происходящий в линии.

Конечное аналитическое выражение имеет вид

, (5)

где LВВЦ – распределенная индуктивность высоковольтной цепи;

α – коэффициент затухания; ;

ω0 – основная частота высоковольтного контура; .

Здесь С2 – емкость высоковольтного контура;

RВВЦ – сумма сопротивления всех активных сопротивлений высоковольтной цепи.

В индуктивной фазе ток описывается выражением

, (6)

где Uи.р – напряжение на зазоре свечи;

w1 и w2 – количество витков в первичной и вторичной обмотках катушки зажигания;

Imax – значение силы тока, протекающего в первичной обмотке катушки зажигания на момент его прерывания;

L2 – индуктивность вторичной обмотки катушки;

α2 – коэффициент затухания;

Ω2 – высокая частота связанных контуров катушки зажигания.

Анализ выражений (5) и (6) показал, что спектр частот разрядного тока в емкостной фазе перекрывает область от 30 до 1000 МГц. Верхняя частота тока индуктивной фазы не превышает значения 30 МГц. Отсюда следует, что формирование электромагнитных помех происходит в емкостной фазе разряда.

В выражении (5) членом, зависящим от состояния топливовоздушной смеси, является напряжение пробоя. Значит, параметры среды в камере сгорания цилиндра однозначно определяют уровень электромагнитных помех, создаваемых ИБСЗ.

Аналитическая зависимость пробивного напряжения, учитывающая все случаи, является сложной, вследствие чего для описания математической модели разрядного процесса в зависимости от состояния топливовоздушной смеси введены следующие допущения:

– каждый из параметров смеси до начала искрообразования при поступательном движении поршня в фиксированный момент времени равномерен по всему объему цилиндра;

– изменение давления и температуры во время протекания емкостной фазы разряда пренебрежимо мало;

– искровой зазор свечи в течение цикла работы двигателя постоянен;

– влияние температуры электродов свечей на значение пробивного напряжения незначительно, так как она соизмерима с температурой топливовоздушной смеси;

– зависимость напряжения пробоя от термоэмиссии не учитывается, так как поток горючей смеси сдувает образующееся вокруг отрицательно заряженного электрода электронное облако.

С учетом допущений пробивное напряжение можно представить как сумму двух составляющих:

, (7)

где Uпр.твс – напряжение, при котором создаются условия пробоя топливовоздушной смеси в случае равномерного электрического поля между электродами свечи и медленного изменения потенциала на разрядниках; ΔUз – составляющая напряжения, зависящая от времени запаздывания пробоя.

Показано, что ΔUз функционально зависит от Uпр.твс. На основании закона Пашена каждый член (7) можно выразить через состояние топливовоздушной смеси. С учетом этого из (5) выводится амплитудно-частотная характеристика разрядного тока, протекающего в высоковольтной цепи системы зажигания, которая в функциональном виде записывается как

, (8)

где Рпр.твс и Тпр.твс – соответственно давление и абсолютная температура в момент пробоя топливовоздушной смеси.

Из (8) видно, что на уровень разрядных помех от ИБСЗ влияет состояние топливовоздушной смеси, которое однозначно связано с режимами работы ДВС. Это подтверждается данными численных расчетов, для которых значения давления и температуры получены из результатов математического моделирования процессов в камере сгорания для двигателя с объемом 1,510-3 м3 при его работе по внешней скоростной характеристике (рис. 4). Отсюда следует вывод о возможности обеспечения соответствия автомобиля с ИБСЗ посредством изменения параметров режимов работы ДВС.

Экспериментально исследовано распределение напряженности ЭМП от отечественных и зарубежных автомобилей с ИБСЗ. Анализ измерений показал взаимосвязь амплитудно-частотной характеристики разрядных помех с током, протекающим в цепях системы зажигания, конструктивными особенностями системы зажигания, внутренней геометрией и общей компоновкой подкапотного пространства, геометрическими размерами щелей, а также с количеством и размерами отверстий на кузове автомобиля и т. п. Набранная статистика позволила выделить диапазон частот f[30; 400] МГц, в котором сосредоточено свыше 90% мощности электромагнитных помех (рис. 5). Сделанные выводы позволяют предъявить требования к рабочему диапазону частот измерительных устройств канала управления ДВС по разрядным помехам




Рис. 4. Амплитудно-частотные характеристики разрядного тока:

1 – Pпр.твс / Tпр.твс = 2163 Па / К (n = 1000 мин-1); 2 – Pпр.твс / Tпр.твс = 1385 Па / К (n = 2000 мин-1); 3 – Pпр.твс / Tпр.твс = 1219 Па / К (n = 3000 мин-1);

4 – Pпр.твс / Tпр.твс = 1387 Па / К (n = 4000 мин-1);

5 – Pпр.твс / Tпр.твс = 1329 Па / К (n = 5000 мин-1).





Рис. 5. Распределение мощности ЭМП от автомобильной ИБСЗ

1   2   3   4   5

Похожие:

Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания iconРазработка системЫ акустической диагностики состояния колёс транспортных средств при повышенном уровне помех
Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им проф. М. А. Бонч-Бруевича на кафедре радиоприема,...
Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания iconФакультет целевой контрактной подготовки специалистов и дополнительного профессионального образования специалистов
Санкт-Петербургском Государственном Морском техническом университете Повышение квалификации проводится в форме стажировки для широкого...
Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания iconИспользование явления электромагнитной индукции
Цель: Рассмотреть применение закона электромагнитной индукции к различным техническим устройствам и приборам
Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания iconПрограмма дисциплины иностранный язык (английский) для специальности 230401. 65 "Прикладная математика"
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов специальности 230401. 65 "Прикладная...
Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания iconМетодические рекомендации по защите и очистке автомобильных дорог от снега
Внесен: Управлением эксплуатации и сохранности автомобильных дорог Росавтодора Минтранса РФ
Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания iconРабочая программа администрирование кластерных систем фд. А. 03 Специальность 05. 13. 11 «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»
Цели дисциплины: раскрыть базовые принципы организации кластерных вычислительных систем, состав и назначение их программно-аппаратных...
Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания icon«Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и соци альной сферах»
Приглашаем Вас опубликовать работы в Международном сборнике научных трудов «Математическое и программное обеспечение систем в промышленной...
Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания iconМатематическое и программное обеспечение человеко-машинных интерфейсов для моделирования бортовых приборов и систем
Специальность 05. 13. 11 – «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»
Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания iconРабочая программа Программирование систем с общей памятью од. А. 04 Для аспирантов специальности 05. 13. 11 «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»
Цели дисциплины: предоставить базовый набор знаний о математических моделях и методах параллельного (многопоточного) программирования...
Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания iconПовышение эффективности работы мощных экскаваторно-автомобильных комплексов карьеров на базе экспертных систем
Защита состоится «21» декабря 2006г в 14 часов на заседании диссертационного совета д 212. 280. 02 при гоу впо «Уральский государственный...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница