ALTE DOCUMENTE
|
||||||||||
U n i v e r s i t a t e a d i n p i t e s t i
c a t e d r a I e i t
Laboratorul de electronica auto
Lucrarea nr. 3:
STUDIUL sI TRASAREA CARACTERISTICILOR
APRINDERII CLASICE
1. SCOPUL LUCRĂRII
În lucrare se studiaza: rolul, componenta, 848p1515i principiul de functionare, caracteristicile electrice si de avans ale sistemului clasic de aprindere.
2. CONSIDERENTE TEORETICE
2.1. Aspecte legate de functionarea motorului termic
Energia mecanica necesara deplasarii autovehiculului este obtinuta de la un motor, de regula termic, care transforma partial (prin ardere în interiorul cilindrilor) energia chimica a combustibilului în lucru mecanic cedat pistoanelor. Miscarea alternativa a pistoanelor este transformata în miscare de rotatie a arborelui cotit cu ajutorul unui mecanism biela -manivela. Declansarea aprinderii amestecului carburant poate fi facuta prin:
a) comprimarea amestecului carburant pâna când acesta se autoaprinde - cazul motoarelor cu aprindere prin compresie (MAC);
b) producerea unei scântei electrice la momente bine determinate de timp - cazul motoarelor cu aprindere prin scânteie (MAS).
Prin ciclu motor se intelege succesiunea proceselor ce au loc periodic în fiecare cilindru. Spre exemplu, la motoarele în patru timpi, un ciclu motor se efectueaza în patru curse ale pistonului, ceea ce corespunde la doua rotatii ale arborelui cotit (vezi fig.1).
Pentru a întelege principiul de functionare al unui motor termic în patru timpi prezentam în continuare, în mod simplificat, succesiunea temporala a proceselor care au loc.
Timpul 1- ADMISIA. În acest interval de timp pistonul coboara din punctul mort interior (PMI) spre punctul mort exterior (PME), supapa de evacuare este închisa iar supapa de admisie este deschisa. Ca urmare a depresiunii create de coborârea pistonului, amestecul carburant este aspirat în cilindru.
Timpul 2 - COMPRESIA. În aceasta faza, ambele supape sunt închise, iar pistonul este fortat sa execute o miscare de jos în sus având ca efect o comprimare puternica a amestecului carburant aspirat anterior. Spre sfârsitul acestei curse a pistonului se declanseaza scânteia electrica în vederea arderii amestecului comprimat.
Timpul 3 - DETENTA. si de aceasta data ambele supape sunt închise, motiv pentru care, gazele rezultate în urma arderii amestecului carburant imprima pistonului o miscare de coborâre. Acest timp este singurul în care se produce lucru mecanic.
Timpul 4 - EVACUAREA. Pe durata acestui interval supapa de evacuare este deschisa, supapa de admisie închisa, iar pistonul împinge gazele arse în galeria de evacuare.
Fig. 1
Arderea normala la motoarele cu aprindere prin scânteie consta în arderea treptata a amestecului aer-combustibil, ca rezultat al propagarii unei flacari (front de aprindere) în încarcatura proaspata, de la un focar initial produs în dreptul electrozilor bujiei, dupa declansarea scânteii electrice. Arderea normala, caracterizata de procesul de propagare a flacarii cu viteze moderate, este singura care asigura o eficienta economica ridicata, nu provoaca avarierea sau uzura rapida a motorului si poate fi dirijata sau controlata.
2.2. Avansul la aprindere
Datorita vitezei finite de propagare a frontului de flacara (cca. 25 50 m/s), presiunea gazelor de ardere atinge un maxim la un interval de timp t fata de momentul declansarii scânteii electrice. Din motive de eficienta a functionarii motorului termic, este de dorit ca maximul de presiune sa apara în momentul în care pistonul depaseste PMI. Din acesta cauza scânteia electrica este declansata înainte ca pistonul sa ajunga în PMI.
Unghiul masurat între pozitia manivelei corespunzatoare momentului declansarii scânteii si pozitia corespunzatoare PMI se numeste unghi de avans (fig.1).
Daca scânteia este data prea devreme, presiunea gazelor produce o forta de sens contrar miscarii pistonului care înca nu a terminat faza de compresie. Motorul va functiona anormal, se va supraâncalzi, va produce batai metalice (detonatii), la turatii mici se va opri, consumul de combustibil creste, iar puterea motorului scade.
Daca scânteia s-ar produce, mai târziu, la PMI, sau dupa acesta, arderea s-ar prelungi în destindere. În aceste conditii, motorul se încalzeste, apar pierderi mari de caldura prin gazele de ardere, puterea scade, iar consumul creste. În cazul întârzierilor mari la aprindere, o parte a amestecului carburant va continua sa arda în galeria de evacuare.
Unghiul de avans optim la aprindere trebuie sa fie cuprins între anumite limite, specifice fiecarui motor, si este dependent de urmatorii factori:
Turatia motorului. La cresterea turatiei de lucru a motorului termic, viteza de deplasare a pistonului creste, iar timpul disponibil pentru arderea amestecului carburant scade. Compensarea acestui efect se face prin marirea unghiului de avans cu ajutorul unor regulatoare automate centrifugale.
Sarcina motorului (puterea dezvoltata de motor). La cresterea puterii dezvoltate de motor creste si cantitatea de carburant admisa în cilindrii si, ca urmare, creste temperatura si presiunea de la sfârsitul cursei de comprimare. Viteza de ardere fiind mai mare este necesar ca unghiul de avans sa se reduca. Reglarea automata a unghiului de avans, în functie de sarcina motorului, se face cu ajutorul unor regulatoare vacuumatice.
Compozitia amestecului carburant influenteaza viteza de ardere a amestecului de vapori aer-benzina.
Raportul de compresie. Pe masura cresterii raportului de compresie al motorului termic, creste temperatura si presiunea de la sfârsitul cursei de comprimare, care conduc la cresterea vitezei de ardere si, ca urmare, se impune ca unghiul de avans sa scada.
2.3. Sistemul clasic de aprindere
Asa dupa cum am aratat mai sus, sistemul de aprindere are drept scop producerea scânteilor electrice necesare aprinderii amestecului carburant. Sistemul de aprindere trebuie sa îndeplineasca urmatoarele cerinte:
- sa asigure o scânteie electrica cu energie suficinta pentru aprinderea amestecului carburant în toate regimurile de functionare ale motorului termic;
- sa realizeze legea de avans la aprindere;
- sa distribuie scânteile electrice catre toti cilindrii motorului;
Scânteia electrica se obtine prin aplicarea unui puls de înalta tensiune unui ansamblu de doi electrozi ce poarta denumirea de bujie. Pulsul de înalta tensiune este generat de catre un autotransformator ridicator de tensiune (bobina de inductie) al carui circuit primar este închis si deschis periodic de catre un comutator denumit ruptor. Deschiderea ruptorului are urmatoarele efecte: în primar, aparitia unei tensiuni de autoinductie de ordinul sutelor de volti, iar în secundar, obtinerea unei tensiuni de ordinul zecilor de kV, folosita pentru producerea scânteii.
Deoarece aparitia scânteii trebuie foarte bine sincronizata cu pozitia pistonului în cilindru este necesar ca actionarea ruptorului sa se faca de catre arborele cotit. Practic actionarea contactului ruptor se face cu o cama fixata pe un ax antrenat de arborele cotit, printr-un lant cinematic, încât turatia camei este egala cu jumatate din turatia motorului (raportul de transmisie 1:2).
La motoarele cu mai multi cilindrii, din motive economice, se utilizeaza un singur ruptor si o singura bobina de inductie care trebuie sa dea, pe rând, scântei la toti cilindrii. În
Fig. 2 Schema electrica a aprinderii clasice pentru un motor cu 4 cilindrii
aceste cazuri cama prezinta un numar de proeminente egal cu cel al cilindrilor. Repartizarea scânteilor se face cu un dispozitiv de înalta tensiune denumit distribuitor. Acesta are o fisa centrala prin care primeste înalta tensiune, data de bobina de inductie, si mai multe fise laterale ce merg la bujii. Legatura dintre fisa centrala si cele laterale se face printr-un contact mobil montat pe acelasi ax cu cama. Schema electrica a unui sistem clasic de aprindere pentru un motor în patru timpi cu patru cilindri se prezinta în figura 2.
Functionarea corecta a sistemului de aprindere este conditionata si de realizarea unui unghi optim de avans la aprindere. Avansul total este compus dintr-un avans fix, care se regleaza manual, si unul variabil, care se regleaza automat cu ajutorul unor dispozitive mecanice. Corectia unghiului de avans functie de turatie este facuta cu ajutorul unui regulator centrifugal, iar corectia functie de sarcina (încarcarea motorului) se realizeaza cu un regulator vacuumatic.
Fig. 3
Modificarea unghiului de avans se realizeaza actionând, fie asupra platoului pe care se afla plasate contactele ruptorului, fie asupra camei care actioneaza ruptorul. Rotirea platoului în sensul de antrenare al axului ruptorului are ca efect scaderea unghiului de avans, iar rotirea în sens contrar are ca efect cresterea unghiului de avans (fig. 3). Dispozitivul de avans functie de sarcina actioneaza asupra platoului.
Rotirea camei în acelasi sens cu cel de antrenare conduce la marirea avansului, iar rotirea în sens invers a camei are ca efect scaderea avansului (fig. 3). Modificarea avansului functie de turatie se realizeaza actionând cama printr-un dispozitiv centrifugal.
Bobina de inductie este, de regula, un autotransformator ridicator de tensiune, care are ca scop generarea unui puls de înalta tensiune ce se aplica bujiilor pentru obtinerea scânteilor electrice. Miezul magnetic al bobinei de inductie este deschis si realizat din foi de tabla silicioasa sau dintr-un pachet de sârme din fier moale. Înfasurarea secundara este bobinata pe un tub electroizolant în jurul miezului si este alcatuita din 15000 20000 spire de sârma CuEm cu diametrul F 0,08 mm. Înfasurarea primara este bobinata peste înfasurarea secundara si are 200 400 spire din sârma CuEm cu diametrul F 1 mm.
Înfasurarea secundara are începutul conectat printr-un conductor flexibil la miezul de fier, iar sfârsitul la începutul înfasurarii primare si legate apoi împreuna la o borna de joasa tensiune notata de regula cu 1 sau B . Sfârsitul înfasurarii primare este conectat la alta borna, de joasa tensiune, notata cu 15 sau B+.
Întregul ansamblu este introdus în ulei de transformator într-o carcasa din tabla sau bachelita. Borna de înalta tensiune este conectata la miezul de fier.
3. MONTAJUL sI APARATURA NECESARĂ
Pentru determinarea unghiului Dwell si studiul ruptorului se utilizeaza montajul din figura 4, iar pentru trasarea caracteristicilor aprinderii montajul din figura 5.
Fig. 4
Fig. 5
Aparate necesare
- stand pentru încercarea aprinderilor;
- tester auto;
- osciloscop catodic;
- ampermetru 0 5A curent continuu;
- cutie cu rezistente de valoare mare;
- fire de legatura.
5. DESFĂsURAREA LUCRĂRII
5.1. Se identifica partile componente ale unui ruptor-distribuitor si ale mecanismelor aferente de reglare a avansului.
5.2. Se analizeaza modul de constructie si particularitatile bobinelor de inductie
din laborator.
5.3. Determinarea unghiului Dwell (unghiul camei)
Modul de lucru:
- se realizeaza montajul din figura 3;
- se actioneaza manual axul ruptor-distribuitorului pâna când contactul ruptor este în pozitia închis;
- cu ajutorul reostatului se reglaza curentul prin circuit la o valoare de 1A;
- se porneste standul si se antreneaza cu turatii variabile axul ruptor-distribuitorului;
- pentru fiecare turatie de antrenare se noteaza: valoarea curentului indicat de instrumentul magnetoelectric, timpul de închidere si perioada semnalului vizualizat cu ajutorul osciloscopului la bornele rezistentei Ra;
- rezultatele se trec în tabelul 1.
Tabelul 1
Întrebari
Cum explicati rezultatele obtinute ?
De ce a fost necesara reglarea valorii curentului la A pentru pozitia închis a contactului ruptor ?
5.4. Studiul curentului de rupere
Modul de lucru:
- se realizeaza montajul din figura 5;
- reostatul Ra se regleaza la o valoare de 0,1W
- se porneste standul si se antreneaza cu turatii variabile axul ruptor-distribuitorului;
- pentru fiecare turatie de antrenare se noteaza:
- valoarea curentului de rupere (determinata cu ajutorul osciloscopului);
- valoarea medie a curentului prin bobina de inductie (indicata de ampermetru);
- rezultatele se trec în tabelul 2, dupa care se traseaza pe un singur grafic.
Tabelul T2:
Întrebari:
Care este efectul turatiei asupra curentului de rupere ? Motivati-va raspunsul.
Cum poate fi crescuta valoarea curentului de rupere ?
5.5. Determinarea si vizualizarea tensiunilor din primarul si secundarul bobinei de inductie
Modul de lucru:
- se realizeaza montajul din figura 5, cu reostatul Ra scurtcircuitat;
- se porneste standul si se antreneaza cu turatii variabile axul ruptor-distribuitorului;
- pentru fiecare turatie de antrenare se utilizeaza testerul auto pentru a determina:
- valoarea tensiunii din primarul bobinei de inductie;
- valoarea tensiunii din secundarul bobinei de inductie;
- rezultatele se trec în tabelul 3, dupa care se traseaza grafic;
- pentru o valoare a turatiei de antrenare se deseneaza formele de unda ale tensiunilor din primarul si secundarul bobinei de inductie.
Tabelul 3
Întrebari:
Cum explicati diferenta dintre tensiunea de alimentare a bobinei de inductie si valorile masurate în primarul acesteia? În ce momente ale functionarii apar aceste diferente?
Care este efectul rezistentei de sarcina asupra tensiunii din secundarul bobinei de inductie?
Care este efectul turatiei asupra tensiunii din secundarul bobinei de inductie? Cum se explica acest efect?
5.6. Determinarea tensiunii maxime din secundar
Modul de lucru:
- se realizeaza montajul din figura 5 cu reostatul Ra scurtcircuitat;
- se înlocuieste bujia cu un eclator ce permite reglarea distantei dintre electrozi;
- se porneste standul si se antreneaza cu turatii variabile axul ruptor-distribuitorului;
- pentru fiecare turatie de antrenare se utilizeaza testerul auto pentru a determina:
- valoarea tensiunii maxime din primarul bobinei de inductie;
- valoarea tensiunii maxime din secundarul bobinei de inductie;
- valoarea tensiunii maxime se obtine marind distanta dintre electrozi pâna la disparitia scânteii electrice, moment în care se face citirea valorilor de pe ecranul testerului;
Atentie: pentru a nu distruge bobina de inductie citirea valorilor se face cât mai rapid, iar între doua citiri eclatorii sunt mentinuti la o distanta de cca. 1mm.
- rezultatele se trec în tabelul 4, dupa care se traseaza grafic.
Tabelul 4:
Întrebari:
Care este legatura între tensiunea maxima din secundar si distanta dintre electrozi?
Care sunt marimile ce influenteaza tensiunea maxima din secundar?
5.7. Trasarea caracteristicii de avans functie de turatie
Modul de lucru:
- se realizeaza montajul din figura 5 cu reostatul Ra scurtcircuitat;
- se înlocuieste cutia de test cu un sistem de eclatori ce permite reglarea distantei dintre electrozi;
- se realizeaza legatura pentru sincronizarea lampii de avans;
- pentru turatia minima de antrenare se roteste ansamblul ruptor-distribuitor astfel încât începutul unui segment luminos sa corespunda gradatiei 0 de pe panoul standului;
- se porneste standul si se antreneaza cu turatii variabile axul ruptor-distribuitorului;
- pentru fiecare turatie de antrenare se citeste deplasarea unghiulara a segmentului luminos fata de reperul de 0 , anterior fixat;
- rezultatele se trec în tabelul 5, dupa care se traseaza grafic.
Tabelul 5:
Întrebari:
Cum se defineste avansul?
Cum explicati formarea segmentelor luminoase ce apar în acest experiment pe panoul standului?
5.8. Trasarea caracteristicii de avans functie de sarcina
Modul de lucru:
- conditiile de lucru sunt aceleasi cu cele prezentate la punctul anterior;
- pentru o turatie de antrenare, se citeste deplasarea unghiulara a segmentului luminos functie de depresiunea aplicata capsulei vacuumatice. Depresiunea este simulata cu ajutorul unei pompe de vid cu actionare manuala, în timpul masurarilor se obtureaza orificiul capsulei vacuumatice;
- rezultatele se trec în tabelul 6 dupa care se traseaza grafic.
Tabelul 6:
Întrebari:
Cum se poate aprecia sarcina motorului?
De ce este necesara realizarea avansului functie de sarcina?
6. CONŢINUTUL REFERATULUI
Prelucrarea datelor si trasarea caracteristicilor pe baza rezultatelor experimentale se vor realiza în MATLAB. Referatul trebuie sa contina în mod obligatoriu:
schemele de montaj utilizate în decursul experimentelor;
tabelele cu datele experimentale;
programele MATLAB pentru prelucrarea si trasarea caracteristicilor;
programele PSPICE sau MSIM 52 utilizate în simularea aprinderii clasice;
comentarii si observatii la rezultatele experimentale obtinute;
raspunsul la întrebari;
rezolvarea temei de casa.
TEMA DE CASĂ:
Elaborati un algoritm de diagnosticare a sistemului de aprindere clasica;
Studiati posibilitatea simularii aprinderii clasice, inclusiv ansamblul ruptor-distribuitor, într-un program cunoscut de dumneavoastra. Analizati influenta condesatorului din circuitul primar asupra valorii maxime a tensiunii din secundar.
Ce metode cunoasteti, sau considerati ca se pot aplica, în masurarea avansului.
|
