Обеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания




НазваниеОбеспечение электромагнитной совместимости автомобильных систем зажигания
страница3/5
Дата03.02.2016
Размер16,3 Kb.
ТипАвтореферат
1   2   3   4   5

В третьей главе получены математические модели разрядного процесса в автомобильных ИБСЗ, учитывающие параметры, влияющие на уровень ЭМП для всех режимов работы ДВС. На основании их анализа определены условия, при которых амплитуда и мощность помех максимальны. Показана возможность реализации принципа управления ДВС по уровням излучаемых электромагнитных помех при неисправностях ИБСЗ в процессе эксплуатации автомобиля. Определен вероятностный закон изменения амплитуды и мощности разрядных помех, созданных от каждой высоковольтной цепи. Показано, что разрядные помехи от ИБСЗ ДВС, адаптированных под газовоздушную смесь, больше, чем от ИБСЗ бензиновых ДВС.

Параметрами, однозначно определяющими режимы, являются давление и температура топливовоздушной смеси. Можно показать, что

, (9)

где Pнтс , Tнтс давление и абсолютная температура топливовоздушной смеси в начале такта сжатия;

εмз степень сжатия в момент зажигания.

Выразив εмз через угол опережения зажигания (УОЗ)

(10)

где Θ – угол опережения зажигания;

ε – степень сжатия,

получим выражение амплитудно-частотной характеристики разрядного тока в высоковольтной цепи системы зажигания, учитывающей УОЗ, которое примет следующий вид:

, (11)

где Uпр.н – напряжение пробоя искрового зазора при нормальных условиях;

α, β – коэффициенты;

G() – функция преобразования.

Диапазон оптимальных углов опережения зажигания

(12)

где τсг.твс – время сгорания топливовоздушной смеси;

n – обороты ДВС;

φ – углы после верхней мертвой точки (ВМТ), в которых необходимо формирование максимума давления продуктов сгорания на поршень.

Удобно оперировать оптимальным Θ, подразумевая, что он принадлежит множеству [Θmin; Θmax].

Несложно выразить степень сжатия топливовоздушной смеси в цилиндрах в момент зажигания через режимы работы ДВС:

(13)

Отсюда выражение амплитудно-частотной характеристики разрядного тока в высоковольтной цепи системы зажигания, учитывающее обороты ДВС, имеет вид

. (14)

Выражения (11) и (14) раскрывают взаимосвязь разрядных помех, созданных от автомобильной ИБСЗ, и параметров, влияющих на уровень ЭМП для всех режимов работы ДВС. Их анализ показывает, что можно реализовать принцип управления ДВС по уровню излучаемых электромагнитных помех при неисправностях ИБСЗ в процессе эксплуатации автомобиля.

Кроме того, (11) и (14) можно применять в качестве математического обеспечения прикладных программ САПР для моделирования распределения ЭМП от автомобиля с ИБСЗ и последующего анализа принятия решений по обеспечению соответствия параметрам ЭМС. Также из этих выражений видно, что амплитуда и мощность разрядных помех максимальны на тех режимах, на которых происходит наибольшее наполнение цилиндров воздухом и угол опережения зажигания находится в окрестности ВМТ. Под эти условия подходят динамические режимы быстрого ускорения и пуска ДВС. Однако они являются кратковременными, поэтому их учет для рассматриваемых практических задач обеспечения соответствия параметрам ЭМС автомобилей не является значимым.

Если не принимать во внимание резонансные свойства впускной системы ДВС, то для установившихся режимов можно показать справедливость неравенства

(15)

где РВВЦ – мощность импульса, протекающего в емкостной фазе разряда.

Это значит, что уровень разрядных помех максимален на малых оборотах. Данные режимы подпадают под общий вывод, так как для них характерны малые УОЗ и инерционность наполнения цилиндров воздухом.

Для решаемых практических задач обеспечения соответствия параметрам ЭМС автомобилей с ИБСЗ установившиеся режимы подходят наиболее полным образом, так как на них наблюдается повторяемость реализаций серий разрядных помех.

Достоверность теоретических исследований, для которых исходные численные данные взяты из результатов математического моделирования газодинамических процессов в камере сгорания ДВС ВАЗ 2112, подтверждается экспериментальными измерениями (рис. 6), проводимыми в безэховой камере аттестованной лаборатории ЭМС ОАО «АВТОВАЗ» с помощью разработанного датчика (Свидетельство на ПМ № 42898).



Рис. 6. Мощность разрядного сигнала в высоковольтной

цепи ИБСЗ ДВС ВАЗ 2112 автомобиля ВАЗ 21103


Помехи, создаваемые ИБСЗ, при циклической работе ДВС представляют собой чередующуюся последовательность импульсных сигналов. В любой реализации серии разрядных помех их амплитуда не стабильна. Она зависит от двух факторов: различающихся параметрами высоковольтных контуров и нестабильности параметров двигателя, характеризующих работу конкретного установившегося режима. Если первый фактор является детерминированным, то второй – случайным.

Нестабильность параметров разрядных помех на установившихся оборотах ДВС характеризуется разбросом оборотов, наполняемости цилиндров, дозирования топлива и угла опережения зажигания.

Статистическая обработка экспериментальных данных показывает, что функция плотности распределения амплитуды, а также мощности разрядного сигнала, протекающего в любой отдельно взятой i-й высоковольтной цепи, соответствует Гауссову закону для уровня значимости αз = 0,05:

, (16)

где YВВЦ.i – амплитуда или мощность разрядных помех от i-й высоковольтной цепи;

mi – центральный момент, равный среднему значению амплитуды или мощности разрядных помех от i-й высоковольтной цепи, при работе ДВС на заданном установившемся режиме с нулевыми отклонениями;

σi – среднеквадратическое отклонение амплитуды или мощности разрядных помех от i-й высоковольтной цепи.

Если ДВС имеет N высоковольтных цепей, то функция плотности распределения случайной величины в общем случае является смешанной. При большом количестве цилиндров согласно центральной предельной теореме плотность распределения амплитуды и мощности помех стремится к Гауссову закону. Такое же распределение будет и в случае, если все соответствующие электрические параметры высоковольтных цепей системы зажигания равны.

С учетом корректирующих коэффициентов по пробивному напряжению, степени сжатия и скорости сгорания топливовоздушной смеси полученную математическую модель можно применить для оценки уровня разрядных помех и к автомобилям с ИБСЗ, работающим на газовом топливе. Основные выводы при этом остаются неизменными.

Сравнительный анализ разрядных помех, создаваемых системами зажигания топливного заряда в ДВС, адаптированных конкретно под бензовоздушную или газовоздушную смеси, показывает, что в последнем случае их уровень выше (рис. 7). Отсюда следует, что для обеспечения параметров ЭМС по уровню излучаемых помех к ДВС, работающим только на газообразном топливе, необходимо применять более эффективные меры помехоподавления.





Рис. 7. Амплитудно-частотная характеристика напряженности ЭМП

от системы зажигания автомобиля: 1 – природный газ; 2 – бензин;

3 – предельно допустимый уровень (расстояние до антенны

3 м, квазипиковый детектор)


Четвертая глава посвящена вопросам обеспечения ЭМС в процессе разработки автомобилей с ИБСЗ. Даны рекомендации по учету параметров ЭМС на этапе проектирования автомобильных ИБСЗ и по проведению измерений уровня излучаемых разрядных помех. Разработаны новые конструкции, обеспечивающие эффективное подавление разрядных помех и не влияющие на энергетические параметры автомобильных ИБСЗ.

В процессе исследований показано, что уровень ЭМП, создаваемого ИБСЗ, зависит от скорости нарастания вторичного напряжения u2(t). Из рассматриваемого условия

, (17)

где du2(t)/dt – скорость нарастания напряжения в высоковольтном контуре каждой из систем зажигания,

следует неравенство

, (18)

которое означает, что при прочих равных условиях уровень разрядных помех будет выше от той системы зажигания, у которой скорость нарастания сигнала du2(t) больше (рис. 8).

С учетом условия обеспечения ЭМС произведена коррекция общей методологии расчета систем зажигания. Максимальное развиваемое напряжение функции u2(t), учитывающее требуемый запас по пробою, определяется как

, (19)

где Uпр.ст.max – максимальное стабилизированное напряжение пробоя искрового зазора свечи зажигания;

. (20)

Выбор электрических параметров системы зажигания осуществляется с учетом

. (21)

Предложенный подход по выбору и расчету систем зажигания позволяет произвести минимизацию уровня разрядных помех.

В настоящее время в ИБСЗ применяются два типа катушек. Первый тип – двухвыводные. Во вторичной цепи формируются две искры в цилиндрах ДВС, работающих в противоположных фазах сжатия и выпуска. Второй тип – индивидуальные катушки. Они устанавливаются каждая на свою свечу.

Основное отличие по электрическим параметрам между этими типами катушек состоит в том, что если сделать расчет системы зажигания для конкретного ДВС, то двухвыводная катушка формирует большее напряжение пробоя. Оно состоит из двух членов:

, (22)

где Uпр.тс – напряжение пробоя топливовоздушной смеси в цилиндре ДВС, где в данный момент происходит такт сжатия;

Uпр.тв – напряжение пробоя сгоревшей топливовоздушной смеси, где в данный момент происходит такт выпуска.

В системах зажигания с индивидуальными катушками отсутствует член Uпр.тв.




Рис. 8. Амплитудно-частотная характеристика напряженности

ЭМП от ИБСЗ автомобиля: 1 – du2(t)/dt =1350 В/мкс;

2 – du2(t)/dt =1110 В/мкс


На основании полученной математической модели разрядных процессов, протекающих в ИБСЗ, для установившихся режимов работы ДВС теоретически показано и экспериментально подтверждено, что при прочих равных условиях справедливо неравенство

, (23)

где Рсз.ик и Рсз.дв – соответственно мощности разрядных помех, созданных системами зажигания с индивидуальными и двухвыводными катушками.

Отсюда вытекает вывод о том, что разрядные помехи, генерируемые системой зажигания с двухвыводными катушками, при прочих равных условиях по уровню больше, чем создает система зажигания с индивидуальными катушками. Поэтому с позиции ЭМС практическое применение индивидуальных катушек зажигания, при условии возможности компоновки на ДВС, более целесообразно.

Очень важно, чтобы решения, обеспечивающие соответствие автомобиля ЭМС, не должны оказывать существенного влияния на энергетические характеристики ИБСЗ.

Согласно теории электромагнитных волн наилучшие условия для излучения ЭМП создаются в линиях с наименьшим сопротивлением. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что элементом, создающим наиболее мощное ЭМП, является контактный стержень свечи зажигания (рис. 9). Для уменьшения излучаемых разрядных помех от него возможны два пути: ухудшение его характеристик как антенны и локализация излучения.





Рис. 9. Затухание ЭМП при укорочении длины контактного стержня

с 75 до 35 мм: 1 – расчет; 2 – эксперимент


Предложено решение (Пат. № 2322743), ухудшающее характеристики контактного стержня как антенны, основанное на введении поверхностного слоя с высоким омическим сопротивлением. Суть его заключается в том, что за счет поверхностного эффекта высокочастотные составляющие разрядного тока протекают в проводящем слое с высоким сопротивлением. Испытания опытных образцов показали, что энергетические характеристики ИБСЗ с предложенным решением уменьшаются не более чем на 0,4%, тогда как уменьшение уровня ЭМП достигает 6 дБ.

Для локализации излучения от контактного стержня свечи зажигания также предложен ряд решений. Одно основано на поглощении (Пат. № 2321932), другое – на экранировании с уменьшением вносимой емкости (Пат. № 2295185), а третьи – на волноводной фильтрации ЭМП (Пат. № 2243622, ПМ № 40767 и 44208).

Решение (ПМ № 44208) внедрено на автомобилях производства ОАО «АВТОВАЗ» с ДВС, на которые устанавливаются индивидуальные катушки зажигания, устройство подавления разрядных помех. Схематично данное решение показано на рис. 10, где в колодцы головки блока цилиндров (1) на свечи (7) устанавливаются катушки зажигания (2). Каналом распространения ЭМП (6) является пространство, образованное внутренними стенками колодца (4) и магнитным экраном катушки (3). В плоскости внешней поверхности головки блока цилиндров между катушкой зажигания, а именно магнитным экраном и стенками колодца, осуществляется по меньшей мере одно электрическое соединение при помощи проводящей перемычки (5), образующее в этом сечении запредельный волновод. Предложенное решение позволяет уменьшить уровень разрядных помех до 20 дБ (рис. 11).



Рис. 10. Катушка зажигания с волноводным фильтром





Рис. 11. Амплитудно-частотная характеристика напряженности ЭМП

от автомобиля ВАЗ 21104 с индивидуальными катушками зажигания:

1 – без волноводного фильтра; 2 – с волноводным фильтром;

3 – предельно допустимый уровень (расстояние до антенны 3 м,

квазипиковый детектор)


Обобщение результатов измерений электрических параметров ИБСЗ показало, что применение волноводной фильтрации не приводит к существенному их уменьшению (табл. 1).

Таблица 1

Изменение электрических параметров систем зажигания




Вторичное

напряжение, кВ

Скорость нарастания сигнала, В/мкс

Энергия

разряда, мДж

Катушка без волноводного фильтра

26,2

938

46,1

Катушка с волноводным фильтром

26,1

932

45,9

Ухудшение

параметра, %

0,38

0,64

0,43


Контрольным этапом, определяющим правильность выбранных подходов обеспечения ЭМС автомобилей с ИБСЗ, являются их испытания на уровень излучаемых помех.

Результаты диссертационного исследования позволяют внести коррективы в действующие нормы и методы испытаний.

  1. Уточнение режима работы ДВС.

Для адекватной оценки соответствия требованиям автомобилей с ИБСЗ необходимо проведение измерений уровня ЭМП на таком установившемся режиме работы ДВС, который соответствует максимуму электромагнитного излучения

. (24)

Установившиеся режимные области работы ДВС ограничиваются кривыми холостого хода и внешней скоростной характеристикой. Между ними существует поле, которое имеет линии равных мощностей. Нахождение требуемого режима определяется из градиента этого поля


. (25)

Решение (25) показывает, что

, (26)

т.е. мощность разрядных помех от системы зажигания максимальна при работе ДВС при минимальных оборотах холостого хода. Это является решающим условием выбора режима испытаний систем зажигания на ЭМС.

2. Уточнение условий измерения электромагнитных помех.

Решение электродинамической задачи для испытательной площадки показало, чтобы наиболее адекватно оценить параметры излучаемых помех и выдать заключение о соответствии автотранспортного средства с искровой батарейной системой зажигания, необходимо применение пикового детектора и расположение измерительной антенны на расстоянии 10 м от автомобиля, так как данные условия являются наиболее жесткими.

3. Уточнение условий позиционирования автомобиля по отношению к измерительной антенне.

Регламентированные расположения измерительных антенн по отношению к автомобилю во время испытаний на ЭМС являются частными условиями. При этом не учитываются специфические особенности конструкции автомобиля, который является сложным излучателем. Его характеристика направленности зависит от внутренней компоновки подкапотного пространства; геометрических размеров щелей и отверстий на кузове и их совокупной ориентации; общей конфигурации поверхности автомобиля; высоты дорожного просвета; параметров подстилающей поверхности.

Наиболее целесообразным с точки зрения контроля уровня разрядных помех от автомобиля является проведение измерений в направлениях, при которых напряженность ЭМП максимальна. Определение координат, отвечающих указанному условию, является сложной задачей, так как характеристика направленности – многопараметрическая функция:

. (27)

где φхн и Θ хн – соответственно азимутальный и зенитный углы характеристики направленности.

Эта характеристика для каждой модели автомобиля имеет свои особенности. Расчеты по (27) дают погрешности до 50%. Поэтому задача полной оценки соответствия автомобиля с ИБСЗ по уровню ЭМП решается только экспериментально.

Изначально автомобиль не проектируется как антенная система, поэтому его характеристика направленности в азимутальной плоскости на любой фиксированной частоте и зенитном угле имеет сложную многолучевую конфигурацию. Исходя из теории антенн азимутальный шаг позиционирования автомобиля по отношению к приемной антенне ∆φА выбирается из выражения

(град), (28)

где minΔφхн – ширина самого узкого лепестка характеристики направленности.

С этим шагом проводятся измерения помех во всей азимутальной плоскости.

На основании экспериментальных исследований показано, что наибольшая мощность ЭМП наблюдается при зенитном угле Θхн=70 – 900 (рис. 12). С целью сокращения количества измерений исследования необходимо проводить в указанном диапазоне зенитных углов.




Рис. 12. Распределение мощности ЭМП от ИБСЗ в зенитном угле


Расчеты амплитудно-частотного распределения напряженности Е ЭМП при различных углах позиционирования φп автомобиля по отношению к измерительной антенне при ΘХН=750, а также экспериментальные исследования (рис. 13) показали, что азимутальный шаг ∆φА = 150.




а) б)


Рис. 13. Амплитудно-частотное распределение напряженности ЭМП

от автомобиля с ИБСЗ при различных азимутальных углах:

а) расчет (ВАЗ 11183); б) эксперимент (ВАЗ 21214)

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