Akademia Techniczno-Humanistyczna

Mechanika i Budowa Maszyn

Semestr 6

Rok akademicki: 2011/2012

Laboratorium

Elektrotechniki i elektroniki samochodowej

Temat: Cewka elektromagnetyczna. Badanie przebiegu wtrysku.

Kamil Grygierczyk

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było:

• Zapoznanie z budową i zasadą działania cewek elektromagnetycznych,

• Określenie podzespołów pojazdu, w których stosuje się rozwiązania oparte o cewki,

• Rejestracja przebiegu wtrysku paliwa z uwzględnieniem charakterystyki pracy cewki elektromagnetycznej zaimplementowanej we wtryskiwaczu.

1. Wstęp teoretyczny:

Cewka (zwojnica, solenoid) — to element rezystancyjny w obwodach prądu stałego złożony z pewnej liczby zwojów przewodnika nawiniętych na powierzchni walca, pierścienia lub na powierzchni płaskiej. Wewnątrz zwojów osadza się rdzeń ferromagnetyczny w celu wzmocnienia i ukierunkowania linii indukowanego przez cewkę strumienia pola magnetycznego.

Indukcyjność- zdolność obwodu do wytwarzania strumienia pola magnetycznego w wyniku przepływu prądu elektrycznego. Jednostka HENR [1H]. Cewkę można charakteryzować także poprzez podanie liczby zwoi, średnice przewodnika (oporność), kształt. Analitycznie indukcyjność wyznaczamy:

$$L = k\frac{\Phi}{I}$$

L — indukcyjność [H]

Φ — strumień pola magnetycznego [W]

I — natężenie prądu [A]

K — współczynnik zależny od geometrii cewki, liczby zwoi itd.

Cewki zasilane prądem stałym można uznać za elektromagnesy wykorzystywane do wytwarzania pola magnetycznego lub jego kompensacji w wyniku przepływu prądu. Generowane pole magnetyczne jest wprost proporcjonalne do natężenia prądu płynącego przez obwód a także do liczby zwoi cewki.

Zastosowanie cewki elektromagnetycznej w pojazdach:

• Cewka zapłonowa,

• Elektroniczne układy wtryskowe,

• Elementy uzwojenia silników elektrycznych,

• Czujniki przekaźniki elektryczne.

Zasada działania wtryskiwaczy z elektrozaworem:

Otwieranie i zamykanie wtryskiwaczy odbywa się za pośrednictwem impulsów elektrycznych dostarczanych z urządzenia sterującego do cewki. Kiedy prąd elektryczny nie płynie przez cewkę kotwica tłoka sterującego dociskana jest do gniazda sprężyną śrubową poprzez wysokie ciśnienie panujące jedynie w komorze sterującej. Po wzbudzeniu cewki prądem elektrycznym, wyidukowane pole magnetyczne podnosi kotwicę (ugięcie sprężyny), dochodzi do zrównoważenia ciśnień (spadek ciśnienia w komorze sterującej) i w rezultacie do wtrysku.

Schemat wtryskiwacza elektromagnetycznego:

1. Stan zamknięty;

2. Stan otwarty.

Z punktu widzenia pracy cewki i przebiegu wtrysku można wyróżnić:

• Prądy otwierania —otwarcie zaworu uwarunkowane prądem około 20A, 50V

• Prądy przyciągania — napięcie rzędu 20A, 12V

• Prądy podtrzymania — spadek natężenia prądu do 12A,

• Wyłączenie — zanik prądu w cewce.

1. Schemat stanowiska:

2. Przebieg ćwiczenia:

• Przeprowadzenie dwóch serii wtrysku paliwa przy zadanych wielkościach wejściowych.

• Zarejestrowanie przebiegu napięciowego wtryskiwaczy.

• Wyznaczenie prędkości wypływu paliwa z rozpylacza.

1. Pomiary oraz wyniki:

Pomiar 1:

• Ciśnienie wtrysku ustawione manualnie: p₁ = 740bar = 74MPa

• Ustawiono jedną główną dawkę wtryskową paliwa.

• Prędkość obrotowa silnika: $n_{1} = 694\frac{\text{obr}}{\min}$

Pomiar 2:

• Ciśnienie wtrysku ustawione manualnie: p₁ = 901bar = 90, 1MPa

• Ustawiono dawkę pilotującą oraz dawkę główną wtrysku paliwa.

• Prędkość obrotowa silnika: $n_{1} = 689\frac{\text{obr}}{\min}$

Wyniki odczytów dla pomiaru 1:

Czas impulsu sterującego (otwarcia wtryskiwacza dla głównej dawki wtryskowej):

• Dawka główna: t₁ = 451μs (komputer)

• Dawka główna: t₁′=450μs (oscyloskop)

Wyniki odczytów dla pomiaru 2:

Czas impulsu sterującego (otwarcia wtryskiwacza):

• Dawka pilotująca: t_2^′ = 270 μs (komputer) t_2^″ = 268 μs (oscyloskop)

• Dawka główna: t_2′ = t_2″ = 1000 μs (oscyloskop=komputer)

Wyniki obliczeń pomiar 1:

• Średnica otworków każdego z 6 otworków w rozpylaczu:

d = 0, 15mm

• Współczynnik przepływu:

μ = 0, 85

• Łączna powierzchnia przepływu:

$A = \mu F = 6*0,85*\frac{\pi{0,15}^{2}}{4} = 0,0901\text{mm}^{2}$

• Liczba zrealizowanych cykli wtrysku w serii:

n = 500

• Objętość zgromadzona po 1 pomiarze serii wtrysku (wciągu 500 cykli):

$$V_{1} = 1,9\frac{\text{ml}}{500cykli}$$

• Objętość paliwa na 1 wtrysk:

$$V_{1^{'}} = \frac{1,9}{500} = 0,0038\frac{\text{ml}}{\text{wtrysk}} = 0,38*10^{- 5}\frac{dm^{3}}{\text{wtrysk}} = 0,38*10^{- 5}*10^{6} = 3,8\ mm^{3}/wtrysk$$

• Czas impulsu sterującego:

t₁ = 451μs (komputer)  przyjeto do obliczen

t₁ = 450μs (oscyloskop)

• Strumień objętości:

$$\dot{V} = \frac{\text{dV}}{\text{dt}} = \frac{3,8}{451*10^{- 6}} = 8425,72\frac{mm^{3}}{s}$$

• Średnia prędkość wypływu paliwa z wtryskiwacza dla pomiaru 1:

$v = \frac{\dot{V}}{A} = \frac{842572}{0,0901} = 93515,2\frac{\text{mm}}{s} = 93,52\frac{m}{s} \cong 336,67\frac{\text{km}}{h}$

Wyniki obliczeń pomiar 2:

• Liczba zrealizowanych cykli wtrysku w serii:

n = 500

• Objętość zgromadzona po II serii wtrysku:

V₂ = 11, 2ml/500cykli

• Objętość paliwa na 1 wtrysk:

$$V_{2} = \frac{11,2}{500} = 0,0224\frac{\text{ml}}{\text{wtrysk}} = 0,224*10^{- 4}\frac{dm^{3}}{\text{wtrysk}} = 0,224*10^{- 4}*10^{6} = 22,4\ mm^{3}/wtrysk$$

• Czas impulsu sterującego:

t_{2 pilotujaca} = 270 μs (komputer, przyjeto do obl.) t_{2 pilotujaca} = 268 μs (oscyloskop)

t_2 glowna = 1000 μs (oscyloskop=komputer)

• Strumień objętości:

$$\dot{V} = \frac{\text{dV}}{\text{dt}} = \frac{22,4}{1270*10^{- 6}} = 17637,8\ mm^{3}/s$$

• Średnia prędkość wypływu paliwa z wtryskiwacza dla pomiaru 2:

$$v = \frac{\dot{V}}{A} = \frac{17637,8}{0,0901} = 195758\frac{mm}{s} = 195,76\frac{m}{s} \cong 704,7\frac{\text{km}}{h}$$

1. Wnioski:

• Uzyskanie wysokiego ciśnienia wtrysku pozwala na dobre rozpylenie paliwa, co korzystnie wpływa na proces spalania w silniku;

• Wykorzystanie układów wtryskowych działających na bazie zjawisk elektrycznych pozwala na podniesienie sprawności ogólnej silnika;

• Dalsze zalety tego typu układów to: powiększenie mocy, korzystny przebieg ciśnień nad tłokiem , niższe zużycie paliwa, obniżenie poziomu emisji toksycznych spalin;

• Prędkość wtrysku paliwa widocznie wzrosła po zwiększeniu ciśnienia wtrysku z 701 do 940 bar;

• Przebieg napięciowy czasu otwarcia wtryskiwacza obserwowany na oscyloskopie daje jedynie ogląd na czas wtrysku. Rzeczywista linia otwarcia jest nieco opóźniona ze względu na pewną bezwładność wtryskiwacza (cewki);

• Czas wtrysku jednej dawki można było odczytywać zarówno z komputera jak i z oscyloskopu;

• Odczyt z oscyloskopu jest obdarzony pewnym błędem.