Микропроцессорная система зажигания с устойчивым искрообразованием при пониженной частоте вращения генератора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Ямалов Ильнар Илдарович

• Ямалов Ильнар Илдарович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Ямалов Ильнар Илдарович

Список сокращений

Введение

Глава 1 Обзор и анализ известных работ в области разработки МПСЗ

1.1 Типы систем зажигания, их преимущества и недостатки

1.2 Обзор вариантов построения МПСЗ

1.3 Особенности систем зажигания, производящиеся в настоящее время

1.3.1 Возможные пути достижения искрообразования при более низкой частоте вращения генератора

1.3.2 Возможные пути реализации реверса ДВС

1.4 Методы учета нелинейности

1.5 Методы решения задач многокритериальной оптимизации

1.6 Виды компьютерного имитационного моделирования

Выводы к первой главе и постановка задач исследования

Глава 2 Исследование электромагнитных процессов в новом схемотехническом решении МПСЗ методами математического моделирования

2.1 Разработка нового схемотехнического решения МПСЗ

2.2 Математическая модель переходных процессов в цепи разряда МПСЗ

Выводы ко второй главе

Глава 3 Имитационное моделирование отдельных блоков и комплекса в целом

3.1 Разработка и исследование имитационной модели процесса заряда накопительного конденсатора

3.2 Разработка и исследование имитационной модели процесса разряда ... 61 3.2.1 Учет нелинейных свойств трансформатора

3.2.2 Учет нелинейных свойств свечи зажигания

3.3 Исследование влияния емкости накопительного конденсатора на напряжение в первичной цепи катушки зажигания и энергии, запасенной в конденсаторе

3.4 Многокритериальная оптимизация величины емкости накопительного конденсатора

3.5 Имитационное моделирование системы зажигания с микроконтроллером

Выводы к третьей главе

Глава 4 Практическая реализация и экспериментальные исследования МПСЗ

4.1 Разработка программного обеспечения и алгоритма работы реверсирования вращения ДВС

4.2 Стенд для экспериментальных исследований

4.3 Экспериментальные исследования влияния частоты коммутации напряжения генератора на заряд накопительного конденсатора

4.4 Экспериментальные исследования влияния емкости накопительного конденсатора на напряжение в первичной цепи катушки зажигания

4.5 Экспериментальное исследование электромагнитных процессов во вторичной цепи катушки зажигания

4.6 Экспериментальное подтверждение результатов имитационного моделирования

4.7 Экспериментальное исследование бесперебойности искрообразования и частоты начала искрообразования МПСЗ

4.8 Климатические испытания макетного образца

4.9 Экспериментальные исследования режима реверсирования, стендовые и ходовые испытания

Выводы к четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

Приложение А. Протокол испытания опытного образца МПСЗ

Приложение Б. Акт внедрения результатов диссертационной работы в производственный процесс АО «УАПО»

Приложение В. Акт внедрения результатов диссертационной работы в учебный процесс кафедры электромеханики ФГБОУ ВПО «УГАТУ»

Приложение Г. Фрагмент текста программного обеспечения МПСЗ

Список сокращений

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

БСЗ - бесконтактная система зажигания;

ВМТ - верхняя мертвая точка;

Д1 - основной магнитоэлектрический датчик;

Д2 - дополнительный магнитоэлектрический датчик;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

КЗ - катушка зажигания;

ЛПР - лицо, принимающее решение;

МПСЗ - микропроцессорная система зажигания;

МП - микропроцессор;

МК - микроконтроллер;

МКО - многокритериальная оптимизация;

ИВЭП - источники вторичного электропитания;

СЗ - система зажигания;

ТВС - топливно-воздушная смесь;

УОЗ - угол опережения зажигания.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микропроцессорная система зажигания с устойчивым искрообразованием при пониженной частоте вращения генератора»

Введение

Актуальность темы исследования. Микропроцессорные системы зажигания (МПСЗ) широко применяются в малых транспортных средствах, таких как: снегоходы, мотоциклы, мотоблоки, моторные лодки, водные мотоциклы и др. малолитражных двигателях внутреннего сгорания (ДВС), что обусловлено их преимуществами, такими как: надежность, минимальные массогабаритные показатели, высокие энергетические характеристики. Система зажигания (СЗ) является одной из наиболее ответственных частей электротехнического комплекса электрооборудования двигателя внутреннего сгорания, что обуславливает ряд требований, предъявляемых к ней: стабильность работы, экономичность, высокая энергия искровых разрядов и др.

Сегодня проблема импортозамещения стала особенно актуальной в связи с международной политической обстановкой. Стратегия импортозамещения предполагает переход к наукоемкой и высокотехнологичной продукции путем повышения уровня развития производства и технологий [66]. По результатам анализа, проведенного Минпромторгом в июне 2014 года, доля импорта в электронной промышленности составляет 80-90% [27]. Вместе с тем ведущие отечественные производители малых транспортных средств используют в своей продукции электротехнические комплексы импортного производства [12]. Одним из таких электротехнических комплексов является МПСЗ, которая включает в себя следующие взаимосвязанные системы:

- система заряда, спроектированная с использованием полупроводниковых приборов, работающих в качестве управляемых ключей, служащих для прерывания тока в первичной обмотке катушки зажигания;

- система разряда, спроектированная с использованием тиристоров, служащих для разряда накопительного конденсатора;

- система управления, состоящая из микроконтроллера и датчиков

положения ротора, обеспечивающих функцию управления по оптимальной кривой углов опережения зажигания.

Ввиду того, что ведущие отечественные производители малых транспортных средств используют в своей продукции МПСЗ импортного производства, актуальна разработка высокоэффективных электротехнических систем зажигания автономных объектов на отечественной элементной базе.

Достижение искрообразования при более низкой частоте вращения генератора является важной научно-технической задачей. Множество современных малых транспортных средств с целью удешевления и упрощения конструкции комплектуются без аккумуляторных батарей и стартера, что обуславливает сложность ручного запуска двигателя внутреннего сгорания в условиях низких температур.

Решением проблемы начала искрообразования в МПСЗ является применение независимого формирователя импульсов, как части электротехнического комплекса микропроцессорной системы зажигания емкостного типа.

В настоящее время стоит проблема экономичности транспортных средств. Стремление повысить топливную экономичность двигателей внутреннего сгорания предполагает использование обедненной смеси, для надежного воспламенения которой необходима большая энергия искровых разрядов [34]. К тому же момент зажигания характеризуется углом опережения зажигания. Отклонение от оптимального угла опережения зажигания приводит к уменьшению топливной экономичности ДВС [16].

Степень разработанности темы исследования. Анализ работ в данном направлении показал [28, 31-35, 54, 57-63], что электромагнитные процессы, протекающие в системах зажигания для малых транспортных средств, изучены недостаточно. Поэтому исследование и разработка МПСЗ является актуальной задачей.

Значительный вклад в изучение физических процессов протекающих в электротехнических комплексах электроснабжения автономных объектов

внесли такие ученые и специалисты как В.А. Балагуров, А. С. Моргулев, Е. К. Сонин, Г. Н. Глезер, И. М. Опарин, В. Е. Ютт, Е. В. Распопов, Ф. А. Гизатуллин, П. А. Николаев, С. М. Францев, В. И. Сарбаев и др.

Цель и задачи. Целью является исследование и разработка МПСЗ с устойчивым искрообразованием при пониженной частоте вращения генератора.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

1. Разработка нового схемотехнического решения для микропроцессорной системы зажигания.

2. Создание математической модели электромагнитных процессов в микропроцессорной системе зажигания при разряде накопительного конденсатора с учетом нелинейностей сердечника катушки зажигания.

3. Разработка компьютерных имитационных моделей отдельных блоков МПСЗ и комплекса в целом с учетом нелинейностей катушки зажигания и свечи зажигания.

4. Исследование электромагнитных процессов в МПСЗ при разряде и заряде накопительного конденсатора с целью минимизации потерь энергии на основе разработанных имитационных моделей. Многокритериальная оптимизация величины емкости накопительного конденсатора.

5. Создание и экспериментальное исследование макетного образца МПСЗ для подтверждения достоверности полученных результатов имитационного моделирования.

Научная новизна.

1. Разработано новое схемотехническое решение микропроцессорной системы зажигания.

2. Создана математическая модель электромагнитных процессов в микропроцессорной системе зажигания при разряде накопительного конденсатора с учетом нелинейности сердечника катушки зажигания.

3. Разработаны компьютерные имитационные модели отдельных

блоков МПСЗ и комплекса в целом с учетом нелинейностей свечи зажигания и катушки зажигания.

4. По результатам исследования электромагнитных процессов в МПСЗ при разряде и заряде накопительного конденсатора с целью минимизации потерь энергии определены параметры системы, при которых значение генерируемого напряжения будет максимальным.

5. На основе решения задачи многокритериальной оптимизации по следующим критериям: напряжение накопительного конденсатора и энергия накопленная в накопительном конденсаторе определена оптимальная емкость накопительного конденсатора.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Разработанные имитационные модели отдельных блоков МПСЗ и комплекса в целом составляют основу для создания МПСЗ с улучшенными характеристиками.

2. С помощью проведенных исследований электромагнитных процессов в микропроцессорной системе зажигания при разряде и заряде накопительного конденсатора определены параметры, обеспечивающие минимизацию потерь с сохранением максимальной энергии, накопленной в конденсаторе.

3. Разработан действующий макет МПСЗ с оригинальной системой управления и реверсирования работы ДВС, защищенный патентом РФ №149723.

4. По результатам работы создана опытная партия МПСЗ в АО «Уфимское агрегатное производственное объединение».

5. Практическая ценность результатов работы подтверждается актом внедрения результатов диссертационной работы в учебный процесс кафедры «Электромеханика» ФГБОУ ВПО «УГАТУ» (приложение В) и в производственный процесс АО «Уфимское агрегатное производственное объединение» (приложение Б).

Методология и методы исследования. Для решения поставленных

задач и достижения намеченной цели использованы методы математического анализа, методы теории дифференциального и интегрального исчисления, осциллографический метод экспериментальных исследований, математического моделирования на ПК с использованием пакетов ЫайаЬ, Matchad, ЬТБрюв.

Основные теоретические положения и выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных условиях на этапах разработки. Исследования и разработка проводились на кафедре «Электромеханика» ФГБОУ ВПО «УГАТУ» в СКБ-3, климатические испытания и изготовление опытной партии устройства были проведены на АО "УАПО", а так же проводились ходовые испытания макетного образца системы зажигания на снегоходе Тикси СТ250 в г. Рыбинск на базе ОАО «Русская механика» (приложение А).

Положения выносимые на защиту:

1. Новое схемотехническое решение микропроцессорной системы зажигания.

2. Математическая модель электромагнитных процессов в микропроцессорной системе зажигания при разряде накопительного конденсатора с учетом нелинейности сердечника катушки зажигания.

3. Имитационные модели отдельных блоков МПСЗ и комплекса в целом и результаты исследования электромагнитных процессов в системе с помощью разработанных моделей с учетом нелинейности сердечника катушки зажигания и свечи зажигания.

4. Результаты исследования электромагнитных процессов в микропроцессорной системе зажигания при разряде и заряде накопительного конденсатора, заключающиеся в определении частоты и коэффициента заполнения управляющих сигналов ключевого элемента, прерывающего ток в первичной цепи. Результаты многокритериальной оптимизации значения емкости накопительного конденсатора.

5. Результаты экспериментального исследования разработанной

МПСЗ.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием строгих математических методов, методов компьютерного моделирования, подтверждаемых результатами экспериментальных исследований.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на II Международной (V Всероссийской) научно-технической конференции «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий» (г. Уфа, 2015г.), IX Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2014г.), Межвузовской научно-практической конференции «Электротехнические комплексы и системы» (г. Уфа, 2011г., 2012г.), Всероссийской научно-практической конференции «Электротехнические комплексы и системы», посвященной 110-летию профессора Бамдаса А.М (г. Уфа, 2015г.), III Международной научно-практической электронной конференции «Современные научные исследования: актуальные теории и концепции» (2015г.), Второй Российской молодежной научной школе-конференции «Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи» (г. Томск, 2014г.).

Публикации

Список публикаций по теме диссертации включает 12 научных трудов, в том числе 5 статей, из них 3, входящие в перечень ВАК, 1 патент РФ на полезную модель, 1 свидетельство на программу для ЭВМ, 5 материалов конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 106 наименований, и 4 приложения. Общий объём диссертации составляет 140 страниц.

В первой главе проведен сравнительный анализ современных систем зажигания, рассмотрены требования предъявляемые, в частности, для МПСЗ снегоходов, показаны преимущества и недостатки систем зажигания

различных типов, проведен обзор вариантов построения МПСЗ. Осуществлен сравнительный анализ систем зажигания. Рассмотрены возможные пути достижения искрообразования при более низкой частоте вращения генератора. Показаны существующие варианты реализации реверса ДВС. Приведен обзор методов решения задач многокритериальной оптимизации и методов учета нелинейности. Сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе разработано новое схемотехническое решение МПСЗ. Создана математическая модель электромагнитных процессов в микропроцессорной системе зажигания при разряде накопительного конденсатора с учетом нелинейности сердечника катушки зажигания.

В третьей главе разработаны имитационные модели, описывающие процессы заряда и разряда МПСЗ, построенные с учетом нелинейных характеристик катушки зажигания и свечи зажигания. На их основе синтезирована имитационная модель микропроцессорной системы зажигания как электротехнического комплекса.

На основе исследования электромагнитных процессов в микропроцессорной системе зажигания при разряде и заряде накопительного конденсатора с целью минимизации потерь энергии определены параметры системы при которых значение генерируемого напряжения будет максимальным. На основе решения задачи многокритериальной оптимизации по следующим критериям: напряжение накопительного конденсатора и энергия накопленная в накопительном конденсаторе, определена оптимальная емкость накопительного конденсатора.

Четвертая глава посвящена описанию структурного построения комплекса МПСЗ, приводятся результаты экспериментальных, климатических, стендовых и ходовых испытаний. Проведено экспериментальное подтверждение достоверности полученных результатов имитационных моделей.

Глава 1

Обзор и анализ известных работ в области разработки МПСЗ

Основными тенденциями развития карбюраторных двигателей применяемых в малых транспортных средствах являются повышение их экономичности и дальнейшее снижение токсичности отработавших газов, снижение частоты начала искрообразования. В частности, для снегоходов очень важной характеристикой является надёжность работы двигателя при различных условиях эксплуатации.

Всё это определяет ужесточение существующих и возникновение новых требований к СЗ:

1) Высокое напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания должно с определённым запасом обеспечивать надёжное искрообразование в свечах на всех рабочих режимах [52].

2) Длительность и энергия искрового разряда должны быть достаточными для надёжного воспламенения топливно-воздушной смеси на всех режимах работы ДВС [52].

На переходных режимах работы непрогретого двигателя энергия разряда должна составлять 10-50 мДж при его длительности 1-2,5 мс. Чем длительнее искровой разряд, тем меньше содержится в отработавших газах несгоревших углеводородов, тем более полно происходит сгорание рабочей смеси [17, 50, 82].

3) При наличии нагара на изоляторе свечи скорость нарастания вторичного напряжения должна быть достаточной для обеспечения надёжного искрообразования. Чем выше скорость, тем меньше влияние нагара на величину вторичного напряжения и тем надёжнее искрообразование [82, 113].

4) Вторичное напряжение при экранировании СЗ в целом должно быть достаточно для надёжного искрообразования в свечах. В соответствии с требованиями ГОСТ 17822-78 вводятся усиленные средства

помехозащищенности, что приводит к повышению ёмкостной нагрузки во вторичной цепи катушки зажигания [52].

5) СЗ должна обеспечивать опережение момента зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки, температуры, детонации и других параметров [52].

6) Элементы системы зажигания должны устойчиво и надёжно работать при перенапряжениях. Это требует выбора элементов, рассчитанных на более высокое напряжение, и специальных решений по защите полупроводниковых приборов.

7) Системы зажигания должны работать при вибрации, присущей двигателю.

8) Системы зажигания должны устойчиво работать в широком диапазоне температур (от -40 до 80 °С ).

9) При неуклонном повышении вторичных напряжений и энергии разряда система должна потреблять минимально возможной силы ток от сети электроснабжения.

10) Системы зажигания должны иметь минимальные массогабаритные показатели и должны быть выполнены таким образом, чтобы выдерживать воздействия, обусловленные эксплуатацией аппарата в различных климатических условиях.

Первым и основным требованием к системе зажигания является надёжное воспламенение рабочей смеси в цилиндрах двигателя на всех режимах работы с запасом по вторичному напряжению [52].

1.1 Типы систем зажигания, их преимущества и недостатки

Для малых транспортных средств применяются различные по конструкции и объёму двухтактные двигатели внутреннего сгорания, в которых для зажигания, освещения и сигнализации используются генераторы переменного тока.

Устанавливаемые ранее на двухтактных двигателях классические контактные СЗ с питанием от генератора переменного тока имели существенные недостатки [81]:

- необходимость высокой частоты вращения вала при пуске из-за недостаточной величины вторичного напряжения;

- неустойчивость работы прерывателя при высокой частоте вращения коленчатого вала двигателя из-за вибраций его контактной пары;

- необходимость частого регулирования прерывательного узла по «абрису» в результате изнашивания контактного узла;

- трудность регулирования по «абрису» в условиях эксплуатации;

- наличие дополнительных искровых разрядов в свече зажигания при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя за счёт ЭДС вращения ротора генератора, что является причиной ускоренного изнашивания электродов свечи;

- необходимость периодической зачистки и регулирования контактов прерывателя в процессе эксплуатации.

Так же характеристики катушки зажигания должны соответствовать следующим требованиям. Во-первых, активное сопротивление первичной обмотки должно ограничивать ток на уровне, достаточном для накопления энергии при пуске в необходимом количестве. С другой стороны, большой ток приводит к образованию нагара и выходу из строя контактной группы [81]. Во-вторых, для увеличения количества запасенной энергии в катушке зажигания следует увеличивать индуктивность обмоток катушки зажигания [81]. При этом энергия искры снижается, так как с ростом частоты вращения генератора ток в катушке зажигания не успевает достигнуть номинального значения.

Бесконтактные системы зажигания, питающиеся от генераторов переменного тока, исключают большую часть недостатков классической контактной схемы.

Широко распространены СЗ в которых энергия накапливается в конденсаторе, а коммутирующим элементом является тиристор. Тиристорные системы зажигания способны обеспечивать устойчивую работу ДВС при высокой частоте вращения генератора вследствие малого времени накопления энергии в накопительном конденсаторе. Устойчивость к нагарообразованию на свече в данных системах зажигания обеспечивается крутизной переднего фронта напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания. Данный факт крайне важен для двухтактных двигателей внутреннего сгорания, которые работают на смеси бензина и моторного масла [49]. Недостатком тиристорной системы зажигания является малая длительность индуктивной фазы искрового разряда, что частично компенсируется тем, что двухтактные ДВС используют обогащенную топливно-воздушную смесь [52].

Конденсаторная система зажигания по сравнению с классической имеет следующие отличительные черты: накопительным элементом является накопительный конденсатор, который разряжается на катушку зажигания. Конденсаторные системы зажигания устраняют недостатки классической системы зажигания, получая более эффективные характеристики без замены катушки зажигания.

Конденсаторные системы зажигания бывают с непрерывным (отсутствие пауз в зарядно-разрядных процессах) и импульсным (зарядно-разрядные процессы разделены паузами) накоплением энергии [9].

В системах с импульсным накоплением энергии напряжение заряда накопительного конденсатора не зависит от изменения напряжения генератора и других факторов. Однако на низкой частоте вращения генератора напряжение искрообразования уменьшается вследствие большого времени паузы. Данный факт обуславливает требования, предъявляемые к полупроводниковым элементам системы, потери на которых должны быть минимальны.

Напряжение искрообразования в конденсаторных системах зажигания с непрерывным накоплением энергии независимо от частоты вращения

генератора, так как напряжение на накопительном конденсаторе поддерживается на высоком уровне от вспомогательного генератора, разряд конденсатора осуществляется посредством силового тиристора, катушка зажигания представляется собой повышающий трансформатор. Энергия, запасенная в конденсаторе [19, 45] Же, определяется следующим образом

си2

= —, (1.1) с 2

где С - емкость накопительного конденсатора, Ф;

и - напряжение на накопительном конденсаторе, В. Обычно напряжение на первичной обмотке катушки зажигания не превышает 400 В. Величина запасенной энергии независима от напряжения аккумулятора или частоты вращения вала вследствие дополнительного генератора и стабилизации напряжения. Данная структура является более экономичной, чем при накоплении энергии в индуктивности, так как ток через силовой тиристор протекает только в момент искрообразования.

Из-за малой продолжительности искры тиристорные системы зажигания в основном применяются в малолитражных ДВС и там где необходимо обходиться без аккумулятора [56]. Системы были широко развиты в 60-70 годах прошлого века в связи с отсутствием надежных транзисторов с соответствующими параметрами [18, 36].

Выпуск специальных мощных и надежных высоковольтных транзисторов позволил создать бесконтактные транзисторные системы зажигания с накоплением энергии в магнитном поле катушки зажигания с питанием от генераторов переменного тока, это позволяет при гибридном исполнении электронного коммутатора существенно уменьшить его размер и массу [66]. В то же время при ненормированном накоплении энергии из-за технологического разброса параметров катушек зажигания и дрейфа параметров коммутатора во время эксплуатации приводит к необходимости увеличения времени накопления с некоторым запасом, что ведет к

повышенному тепловыделению на выходном транзисторе и, соответственно, к увеличению габаритов охлаждающего радиатора [49].

Транзисторные или классические (батарейные) системы зажигания на сегодняшний день являются основными в автомобилестроении. Транзисторная система зажигания [15, 18] работает по принципу классической системы зажигания и состоит из аналогичных элементов, но отличается тем, что ток катушки зажигания коммутируется транзистором, а контакты прерывателя коммутируют только небольшой ток базы транзистора, что позволяет снизить электрическую нагрузку контактов прерывателя, а также обладают достаточной длительностью искры и ее мощностью. Энергия, запасенная в индуктивности [19, 45] Жь, выражается следующим соотношением

П 2

= —, (1.2) 1 2

где Ь - индуктивность первичной обмотки катушки зажигания, Гн;

I - ток, А.

Индуктивность выбирается так, чтобы ток в катушке успевал нарасти до необходимого значения при максимальной частоте вращения коленчатого вала. Ток стабилизируется на уровне, обеспечивающем требуемую энергию искры. Однако данная СЗ имеет следующие недостатки: низкая скорость нарастания напряжения и неэффективная работа с высокоомной катушкой зажигания. Кроме того, в подобной системе напряжение на транзисторе определяется напряжением вторичного пробоя в зазоре свечи, и опасность выхода из строя высоковольтного транзистора довольно велика.

Транзисторная система зажигания требует замену стандартной катушки зажигания на специальную.

В конструкциях необходимо учитывать, что простая замена контактов прерывателя на транзистор только ухудшает параметры системы зажигания, так как энергия накапливаемая катушкой пропорциональна квадрату тока, и даже незначительное изменения тока приводит к большим потерям энергии

[18]. Поэтому для транзисторных систем применяют ряд схемотических решений, обеспечивающих нормированное накопление энергии, что позволяет обеспечить параметры искры, не зависящие от напряжения и оборотов [22].

СЗ с нормированным временем накопления энергии позволяют значительно увеличить ток разрыва в катушке зажигания, что даёт возможность существенно повысить вторичное напряжение и энергию разряда по сравнению с системами с ненормированным временем накопления энергии. Это в свою очередь требует специальных схемотехнических решений, например применения интеграторов для нормирования времени [69].

Сигналы, управляющие моментом зажигания в БСЗ, вырабатываются бесконтактными специальными датчиками.

В настоящее время применяются следующие типы датчиков [21]:

- магнитоэлектрические датчики, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции. Недостатки - невозможность получения стабильного сигнала на низких оборотах ротора;

- датчики Холла, которые усиливают ЭДС Холла и преобразуют её в прямоугольные импульсы. Недостатки - сложная технология изготовления;

- оптоэлектронные датчики, которые работают по принципу

прерывания светового потока между элементами оптопары. Недостатки -возможность загрязнения оптического канала;

- феррорезистивный датчик. Работает по принципу изменения электрического сопротивления в феррорезисторе при изменении магнитного потока от постоянного магнита. Недостатки - зависимость сигнала от температуры.

Недостатками датчика Холла является то, что он чувствителен к электромагнитным помехам, возникающим в цепи питания. Кроме того, датчик Холла дороже магнитоэлектрического и теоретически менее надежен, поскольку содержит электронную схему. К тому же для функционирования

датчика Холла необходимо внешнее питание, что затрудняет его использование в безбатарейных системах зажигания. Поэтому наиболее подходящим является магнитоэлектрический датчик [52].

1.2 Обзор вариантов построения МПСЗ

Микропроцессорные системы зажигания (МПСЗ) широко применяются в малых транспортных средствах, таких как: снегоходы, мотоциклы, мотоблоки, моторные лодки, водные мотоциклы, сверхлегкие летательные аппараты [88] и др. малолитражных двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Существует много типов и модификаций СЗ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ямалов Ильнар Илдарович, 2016 год

Список литературы

1. А.с. 134530 СССР, МКИ G05D 21/02 Батарейная система зажигания / Г. Н. Глезер, И. М. Опарин. №652330125; заявл. 15.06.1959, опубл. 01.01.1960. Бюл. №24. - 1с.

2. А.с.153812 СССР, МКИ F02P 3/04 Система батарейного зажигания двигателей внутреннего сгорания / Г. Н. Глезер, И. М. Опарин, Э. Л. Хейман. №784544/24-65; заявл. 28.06.1962, опубл. 01.01.1963. Бюл. №7. - 1с.

3. А.с. 169946 СССР, МКИ F02P 3/04 Транзисторная система, батарейного зажигания для двигателей внутреннего сгорания / Г. Н. Глезер, И. М. Опарин, Э. Л. Хейман. №8879961/24-7; заявл. 04.02.1964, опубл. 17.03.1965. Бюл. №7. - 1с.

4. А.с. 173067 СССР, МКИ F02P 11/00 Транзисторный прерыватель / Г. Н. Глезер, И. М. Опарин, Э. Л. Хейман. №879268/24-7; заявл. 01.11.1964, опубл. 07.07.1965. Бюл. №14. - 1с.

5. А.с. 173069 СССР, МКИ F02P 9/00 Система батарейного зажигания двигателей внутреннего сгорания / Г. Н. Глезер, И. М. Опарин, Э. Л. Хейман. №810262/24-6; заявл. 26.07.1962, опубл. 07.07.1965. Бюл. №14. - 1с.

6. А.с. 176752 СССР, МКИ F02P 9/00 Система батарейного зажигания двигателей внутреннего сгорания / Г. Н. Глезер, И. М. Опарин, Э. Л. Хейман. №804779/24-6; заявл. 26.11.1962, опубл. 17.11.1965. Бюл. №23. - 1с.

7. А.с.464708 СССР, МКИ Б02Ш/02 Система пуска и реверса двигателя внутреннего сгорания / С. В. Петухов, В. И. Горелкин. №1932661/24-6; заявл. 06.07.1973; опубл. 25.03.1975. Бюл. №11. - 3с.

8. А.с.877092 СССР, МКИ Б01 Ь29/00, Б02 N9/04 Устройство запуска и реверса двигателя внутреннего сгорания / З. Г. Брилевич. №2776633/25-06; заявл. 06.06.1979; опубл. 30.10.1981. Бюл. №40. - 3с.

9. А.с.977846 СССР, МКИ Б02Р 3/04 Система зажигания с импульсным накоплением энергии для двигателей внутреннего сгорания беспалова /ее варианты/ В. Е. Беспалов. №3235502/18-21; заявл. 14.01.81; опубл. 30.11.82.

Бюл. №44. - 4с.

10. Акимов, С. В. Электрооборудование автомобилей: учебник для ВУЗов / С. В. Акимов, Ю. П. Чижков. - М.: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2007. - 336 с.

11. Акционерное общество ПКК Миландр. 1886ВЕ5У. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://milandr.ru/index.php?mact=Products,m6,default,1&m6hierarchyid=3&m6ret urnid=67&page=67.

12. Акционерное общество Русская механика. Производство [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://russnegohod.ru/factory.html.

13. Акционерное общество Рыбинский завод приборостроения. Электроника и комплектующие для снегоходов. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.rzp.su/products/civil/auto/snowmobiles.php.

14. Акционерное общество Уфимское агрегатное производственное объединение. Бесконтактные системы зажигания Агидель. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.uapo.ru/iptn8.php.

15. Антонов, М. В. Технология производства электрических машин / М. В. Антонов. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 592 с.

16. Артамонов, М. Д. Теория автомобиля и автомобильного двигателя: Учебник для техникумов / М. Д. Артамонов, В. А. Иларионов, М. М. Морин. -М.: Машиностроение, 1968. - 283 с.

17. Баженов, С.П. Основы эксплуатации и ремонта автомобилей и тракторов: учебник для студ. высш. учеб. заведений / С. П. Баженов, Б. Н. Казьмин, С. В. Носов; под ред. С. П. Баженова. - 5-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2011. - 336 с.

18. Балагуров, В. А. Аппараты зажигания / В. А. Балагуров. - М.: Машиностроение, 1968. - 348 с.

19. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи : учебник / Л. А. Бессонов. - 11-е изд., перераб. и доп. -М.: Гардарики, 2007. - 701 с.

20. Болотин, И. Б. Измерения в переходных режимах короткого замыкания / И. Б. Болотин, Л. З. Эйдель. - Л.: Энергия, 1981. - 192 с.

21. Борщенко, Я. А. Электронные и микропроцессорные системы автомобилей: учебное пособие / Я. А. Борщенко, В. И. Васильев. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2007. - 207 с.

22. БСЗ и электронные системы зажигания. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://oppozit.ru/article510.html.

23. Володин, В. Я. Ltspice: компьютерное моделирование электронных схем / В. Я. Володин. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010. - 400 с.

24. Володин, В. Я. Гистерезисная модель нелинейной индуктивности симулятора Ltspice / В. Я. Володин // Силовая Электроника. - 2010. - № 1. - С. 56-60.

25. Володин, В. Я. Настройка гистерезисной модели LTspice. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://valvolodin.narod.ru/articles/gm_ltspice.pdf.

26. Володин, В. Я. Создание модели трансформатора в симуляторе Ltspice. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http ://valvolodin.narod.ru/articl9.html.

27. Воронина, Ю. Лекарство от зависимости / Ю. Воронина //Российская Бизнес-газета. - 2014. - № 959.

28. Газизов, Д. Р. О совершенствовании методики проектирования емкостных систем зажигания / Д. Р. Газизов, Ф. А. Гизатуллин // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 2. [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.science-education.ru/108-9128

29. Герман-Галкин, С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК: учебное пособие для вузов / С. Г. Герман-Галкин. - СПб: КОРОНА-Век, 2008. - 368 с.

30. Гизатуллин, Ф. А. Закономерности разрядных процессов в емкостных системах зажигания апериодического и колебательного разрядов со стреляющими полупроводниковыми свечами / Ф. А. Гизатуллин,

Р. М. Салихов, А. В. Лобанов, В. А. Чигвинцев, Т. М. Ищейкина, Р. В. Галиев // Вестник УГАТУ. - 2013. - Т.17. - № 1 (54). - С. 135-140.

31. Гизатуллин, Ф. А. Моделирование разрядных процессов в емкостной системе зажигания с однополярным импульсом / Ф. А. Гизатуллин, З. Г. Валиуллина // Вестник УГАТУ. - 2009. - Т.12. - № 2. - С. 126-133.

32. Гизатуллин, Ф. А. Моделирование разрядных процессов в импульсно-плазменной системе зажигания / Ф. А. Гизатуллин, А. В. Лобанов // Вестник УГАТУ. - 2008. - Т.11. - № 2. - С. 161-168.

33. Гизатуллин, Ф. А. Особенности определения параметров емкостных систем зажигания для ГТД с высотным запуском / Ф. А. Гизатуллин, И. Х. Байбурин // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - Казань: Казанский гос. техн. ун-т им. А. Н. Туполева. - 2004. - № 2.

- С. 44-46.

34. Гизатуллин, Ф. А. Системы зажигания автомобилей: учебное пособие / Ф. А. Гизатуллин, Ю. М. Зинин. - Уфа: УГАТУ, 2008. - 60 с.

35. Гизатуллин, Ф. А. Схемы построения емкостных систем зажигания апериодического разряда и задачи их совершенствования / Ф. А. Гизатуллин,

A. Г. Каримова, Р. М. Салихов, А. Р. Салихова // Электротехнические комплексы и системы: межвузовский научный сборник. - Уфа: УГАТУ, 2014.

- С. 134-139.

36. Глезер, Г. Н. Электронные системы зажигания автомобилей / Г. Н. Глезер, И. М. Опарин, Э. Л. Хейман. - М.: Машиностроение, 1967. - 160 с.

37. Горбунов, В. М. Теория принятия решений: учебное пособие /

B. М. Горбунов. - Томск: Изд-во Национального Исследовательского Томского политехнического университета, 2010. - 67 с.

38. ГОСТ 17512-82 Электрооборудование и электроустановки на напряжение 3 кВ и выше. Методы измерения при испытаниях высоким напряжением. - М.: Изд-во стандартов, 2003. - 22 с.

39. ГОСТ 21427.1-83 Сталь электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов,

1992. - 18 с.

40. ГОСТ 51368-99 Методы испытаний на стойкость к климатическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на устойчивость к воздействию температуры. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 16 с.

41. Гуров, С. В. Лекции по дисциплине «Многокритериальная оптимизация» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://gurov.vs58.net/kp/index.html.

42. Исканцев, Н. В. Философия оптимизации и принятия решений. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://crypto.hut2.ru/aimf2.html.

43. Казанцев, Ю. М. Автоматизированное проектирование электронных устройств. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ime.tpu.ru/study/discypliny/APEU.pps

44. Кисуленко, Б. В. Краткий автомобильный справочник НИИАТ / Б. В. Кисуленко. - М.: НПСТ Трансконсалтинг, 2002. - 360 с.

45. Кузьменко, А. П. Анализ переходных процессов в электрических цепях: учебное пособие / А. П. Кузьменко, А. В. Каминский. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеанского гос. ун-та, 2005. - 56 с.

46. Лопинцев, Е. Системы реверсирования ДВС. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://sudoremont.blogspot.ru/2014/06/revers-dvs.html.

47. Лурье, М. С. Имитационное моделирование схем преобразовательной техники. Для студентов всех форм обучения специальностей 150405, 240801, 220301, 230105, 240403, 240502, 240701, 240702, 250401, 250403, 240406, 250201, 050501, 280201 / М. С. Лурье, О. М. Лурье. - Красноярск: СибГТУ, 2007. - 138 с.

48. Миронов, Ю. М. Электрическая дуга в электротехнологических установках: монография / Ю. М. Миронов. - Чебоксары: Изд. Чуваш. ун-та, 2013. - 290 с.

49. Моргулев, А. С. Полупроводниковые системы зажигания / А.С. Моргулев, Е.К. Сонин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1972. - 81 с.

50. Набоких, В. А. Аппараты систем зажигания: справочник: учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений / В. А. Набоких. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 320 с.

51. НПО Микроэлектронные приборы. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.npomep.ru/m650bs.html.

52. Опарин, И. М. Электронные системы зажигания / И. М. Опарин, Ю. А. Купеев, Е. А. Белов. - М.: Машиностроение, 1987. - 200 с.

53. ОСТ 37.003.073-85 Разрядник трехэлектродный игольчатый. Основные размеры. Технические требования. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 32 с.

54. Патент РФ 119532, МПК Н01Т 13/34 Cвеча зажигания для камер сгорания энергетических и двигательных установок / Е. В. Распопов, А. Н. Мурысев, А. В. Краснов, В. П. Домбровский; заявл. 30.03.2012, опубл. 20.08.2012, Бюл. № 22. - 2 с.

55. Патент РФ 149723, МПК F02P 3/06 Микропроцессорная система зажигания для снегохода / Ф. Р. Исмагилов, Р. Н. Султангалеев, Е. А. Полихач, Д. Р. Фаррахов, И. И. Ямалов; заявл. 29.04.2014, опубл. 20.01.2015, Бюл. № 2. -2 с.

56. Патент РФ 2019726, МПК F02Р 3/00 Универсальная тиристорная система зажигания / Е. В. Линник, Н. А. Томилин, В. Н. Кондратюк, Ю. Н. Караев; заявл. 05.03.1991, опубл. 15.09.1994, Бюл. № 27. - 3 с.

57. Патент РФ 2300164, МПК Н01Т 13/20, F02C 7/266 Cвеча зажигания поверхностного разряда для емкостной системы зажигания / Е. В. Распопов, А. Н. Мурысев, А. В. Краснов; заявл. 26.05.2005, опубл. 27.05.2007, Бюл. № 15. - 6 с.

58. Патент РФ 2310087, МПК F02C 7/266, H05K 5/06 ^особ изготовления емкостного агрегата зажигания авиационных газотурбинных двигателей / Е. В. Распопов, А. Н. Мурысев, А. В. Краснов; заявл. 26.05.2005, опубл. 10.11.2007, Бюл. № 31. - 8 с.

59. Патент РФ 2338080, МПК F02C 7/26 ^особ контроля емкостной

системы зажигания реактивных двигателей / Е. В. Распопов, А. Н. Мурысев, А. В. Краснов, М. Н. Андреев; заявл. 21.02.2006, опубл. 10.11.2008, Бюл. № 31. - 8 с.

60. Патент РФ 2463523, МПК F23Q 23/00, F02P 17/00 Способ контроля емкостной системы зажигания двигателей летательных аппаратов / Е. В. Распопов, А. Н. Мурысев, А. В. Краснов; заявл. 04.02.2011, опубл. 10.10.2012, Бюл. № 28. - 12 с.

61. Патент РФ 65577, МПК F02P 3/06 Емкостная система зажигания / Ф. А. Гизатуллин, А. Ю. Сергеева; заявл. 03.04.2007, опубл. 10.08.2007, Бюл. № 22. - 1 с.

62. Патент РФ 75700, МПК F02P 3/06 Емкостная система зажигания / Д. Р. Газизов, Ф. А. Гизатуллин; заявл. 12.03.2008, опубл. 20.08.2008, Бюл. № 23. - 1 с.

63. Патент РФ 76396, МПК F02P 3/06 Емкостная система зажигания с частичным резервированием / Ф. А. Гизатуллин, А. Н. Князев; заявл. 15.04.2008, опубл. 20.09.2008, Бюл. № 26. - 1 с.

64. Подиновский, В. В., Парето-оптимальные решения многокритериальных задач / В. В. Подиновский, В. Д. Ногин. - М.: Наука, 1982. - 256 с.

65. Полихач, Е. А. Магнитоэлектрический генератор электротехнических комплексов малых транспортных средств: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Полихач Евгений Александрович. - Уфа, 2009. - 132 с.

66. Половинкин, В. Н. Проблемы импортозамещения в отечественной экономике. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.unionexpert.ru/index.php/zhurnal-qekspertnyj-soyuzq-osnova/zhurnal-qehkspertnihyj-soyuzq- 122014g/item/655 -problemy-importozameschenia

67. Розен, В. В. Модели многокритериальной оптимизации по качественным критериям / В. В. Розен, Д. С. Смирнова // Известия Саратовского университета. - 2013. - Т.13. - № 2. - С. 37-44.

68. Семенов, Б. Ю. Силовая электроника для любителей и

профессионалов / Б. Ю. Семенов . - М.: СОЛОН-Р, 2001. - 237 с.

69. Синельников, А. Х. Электроника в автомобиле / А. Х. Синельников. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 96 с.

70. Слободянюк, А. И. Зарядка конденсатора от источника постоянной ЭДС. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// scorcher.ru/ art/electronica/ electronica 1.php.

71. Смирнова, Д. С. Модели многокритериальной оптимизации с частично упорядоченным множеством критериев / Д. С. Смирнова. // Компьютерные науки и информационные технологии: материалы междунар. науч. конф. - Саратов: издат. центр Наука. - 2012. - С. 293-298.

72. Снетков, Н. Н. Имитационное моделирование экономических процессов: учебно-практическое пособие / Н. Н. Снетков. - М.: Изд. центр ЕАОИ, 2008. - 228 с.

73. Соловьев, В. И. Методы оптимальных решений: Учебное пособие / В. И. Соловьев. - М.: Финансовый университет, 2012. - 364 с.

74. Тиристорная (конденсаторная) система зажигания. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://elektrikavto.by/spravochnik/15-sistema-zazhiganiya/54-tiristornaya-kondensatornaya-sistema-zazhiganiya.html.

75. Тиристорные системы зажигания. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/sistema-zazhiganiya/tiristorny-e-sistemy -zazhiganiya/.

76. Ханова, А. А. Численное решение уравнений и систем уравнений. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.exponenta.ru/educat/ systemat/hanova/equation/nonlinear/nonlinear1.asp.

77. Чайковский, В. В. Устройство систем зажигания импортной техники / В. В. Чайковский // Журнал мото. - 2003. - №11 (134). - С. 108-110.

78. Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink / И. В. Черных. - М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. - 288 с.

79. Шевкопляс, Б. В. Микропроцессорные структуры. Инженерные

решения: справочник / Б. В. Шевкопляс. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.

80. Штойер, Р. Многокритериальная оптимизация. Теория, вычисления и приложения: Пер. с англ./ Р. Штойер. - М.: Радио и связь, 1992. - 504 с.

81. Ютт, В. Е. Аппараты систем управления зажиганием и впрыском топлива: учебное пособие / В. Е. Ютт, В. В. Морозов, В. И. Чепланов. - М.: МАДИ, 2013. - 112 с.

82. Ютт, В. Е. Электрооборудование автомобилей: учебник для вузов / В. Е. Ютт. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Горячая линия-Телеком, 2009. - 440 с.

83. Ямалов, И. И. Высокоэффективная микропроцессорная система зажигания для автономных объектов / И. И. Ямалов // Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи: материалы второй российской молодежной научной школы-конференции. -Томск: Изд-во ООО «СКАН», 2014. - С. 75-78.

84. Ямалов, И. И. Исследование влияния емкости накопительного конденсатора на напряжение в первичной цепи обмотки зажигания и тока разряда методами имитационного моделирования / И. И. Ямалов // Вестник УГАТУ. - 2015. Т. 19. - № 2 (68). - С. 145-149.

85. Ямалов, И. И. Исследование влияния частоты коммутации напряжения генератора на малых оборотах работы системы зажигания / Р. Н. Султангалеев, Е. А. Полихач, И. И. Ямалов, Д. Р. Фаррахов // Вестник УГАТУ. - 2012. - Т. 16. - № 8 (53). - С. 134-135.

86. Ямалов, И. И. Исследование искрообразования в микропроцессорной системе зажигания / Ф. Р. Исмагилов, Е. А. Полихач, И. И. Ямалов, Д. Р. Фаррахов // Электротехнические комплексы и системы: межвузовский научный сборник; Уфимск. гос. авиац. ун -т. - Уфа: УГАТУ. -2012. - С. 262-266

87. Ямалов, И. И. Математическая модель переходных процессов заряда и разряда конденсатора в емкостной системе зажигания для мототехники /

Ф. Р. Исмагилов, Р. Н. Султангалеев, Е. А. Полихач, И. И. Ямалов, Д. Р. Фаррахов // Вестник УГАТУ. - 2014. - Том 18, № 1(62). - с. 60-63.

88. Ямалов, И. И. Особенности микропроцессорной системы зажигания для сверхлегких летательных аппаратов / И. И. Ямалов // Концепт: Современные научные исследования: актуальные теории и концепции. Выпуск 3. - 2015. - Режим доступа: http://e-koncept.ru/teleconf/65130.html.

89. Ямалов, И. И. Переходные процессы заряда и разряда конденсатора в емкостной системе зажигания для снегохода / И. И. Ямалов, Д. Р. Фаррахов // Материалы докладов IX Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». - Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. - С. 99.

90. Ямалов, И. И. Программа для микроконтроллера микропроцессорной системы зажигания для снегохода / Ф. Р. Исмагилов, Р. Н. Султангалеев, Е. А. Полихач, Д. Р. Фаррахов И. И. Ямалов // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. № 2014612377, от 25.02.2014.

91. Ямалов, И. И. Разработка микропроцессорной системы зажигания для автономных объектов / Ф. Р. Исмагилов, Е. А. Полихач, И. И. Ямалов, Д. Р. Фаррахов // Электротехнические комплексы и системы: межвузовский научный сборник; Уфимск. гос. авиац.ун -т. - Уфа: УГАТУ, 2011. - С. 262-264.

92. Ямалов, И. И. Решение задачи многокритериальной оптимизации в зарядной цепи в микропроцессорной системе зажигания / И. И. Ямалов // Электротехнические комплексы и системы: материалы всероссийской научно-практической конференции, посвященной 110-летию А. М. Бамдаса / -Уфа: УГАТУ, 2015. - С 347-351.

93. Ямалов, И. И. Экспериментальные исследования высокоэффективной микропроцессорной системы зажигания автономных объектов / И. И. Ямалов // Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий: сборник научных трудов II Международной (V Всероссийской) научно-технической конференции 3 - 4 апреля 2015 г. - Уфа: издательство УГНТУ, 2015. - С. 179-182.

94. BRP. 2-stroke engines in the snowmobile industry. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.brp.com/en-ca/engines/brps-rotax-engines.

95. Graciano Dieck Assad, Matías Vázquez Piñón. Ltspice IV User Guide. -México: Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2012. - p. 21.

96. John H. Chan, Andrei Vladimirescu, XiaoChun Gao, Peter Liebmann and John Valainis. Nonlinear Transformer Model for Circuit Simulation. - IEEE Transactions on computer-aided design. - 1991. - VOL. 10. - № 4.

97. Ltwiki. Adventures with Analog. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //ltwiki. org/?title=Adventure s_with_Analo g.

98. Ltwiki. Undocumented Ltspice. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ltwiki.org/index.php5?title=Undocumented_Ltspice.

99. Patent US 4537174, MPK F02P 1/00 Output supply control apparatus for internal combustion engine magneto generator / Masao Nagasawa; filed. 31.03.1983, date of patent 27.08.1985. - 29 с.

100. Patent US 5036802, MPK F01L 13/02 Reverse rotation engine / Albert D'Amours; filed. 14.11.1990, опубл. 06.08.1991. - 8 с.

101. Patent US 5782210, MPK F02P 3/067 Electronic ignition system for reversible internal-combustion engines / Alessandro Venturoli, Gianni Regazzi; filed. 18.06.1996, date of patent 21.06.1998. - 4 с.

102. Patent US 5794574, MPK F01L 13/02 System for reversing 2 stroke engine / Willy Bostelmann, Roger Rioux, Benoit Pion; filed. 27.09.1996, date of patent 18.08.1998. - 8 с.

103. Patent US 6234119, MPK F01L 13/02 Process for controlling a change-over of a rotative direction of a two cycle internal combustion engine used for driving a travelling machine / Yoshikazu Tsukada, Kouji Sasaki; filed. 12.08.1999, date of patent 22.05.2001. - 18 с.

104. Patent US 6662792, MPK F02P 3/08 Capacitor discharge ignition (CDI) system / Saibal Dutt, Nabarun Dasgupta, Nikhil Kulshrestha; filed. 26.09.2002, date of patent 16.12.2003. - 16 с.

105. Patent US 6830015, MPK F02P 13/02 Method and electronic apparatus for reversing the rotation of an engine / Alessandro Venturoli, Gianni Regazzi; filed. 12.12.2002, date of patent 14.12.2004. - 17 c.

106. Patent US 7546836, MPK F02P 3/06 Ignition module for use with a light-duty internal combustion engine / Martin N. Andersson, Cyrus M. Healy; filed. 21.01.2008, date of patent 16.06.2009. - 13 c.

Приложение А. Протокол испытания

Главный конструктор

о

ОАО «УАПО»

А.А. Жеребцов

2013 г.

ПРОТОКОЛ

испытаний опытного образца универсальной микропроцессорной системы зажигания (УМПСЗ) производства ОАО "УАПО".

27.03.2013 г.

г. Рыбинск

1. Объект испытаний:

Генератор многополюсный МД-5У - 1 шт.

Маховик многополюсный М-6 - 1 шт.

Контроллер микропроцессорный МКТ-1 - 1 шт. (макетный образец).

Датчик положения коленвала ДИМ-1 - 2 шт.

Стабилизатор напряжения канала освещения СНО-9 - 1 шт.

2. Цель испытаний:

Проверка работоспособности УМПСЗ.

3. Методика испытаний:

Испытания проводились в три этапа: на установке для испытания магдино, в составе двигателя на стенде и на снегоходе.

4. Результаты испытаний:

4.1. При испытаниях на установке для испытания магдино были проверены начало искрообразования, кривая УОЗ, ограничитель оборотов двигателя при 6000 об/мин и автоматическое смещение ограничителя на 8000 об/мин, мощность канала освещения, работа стабилизатора напряжения. Результаты испытаний положительные и соответствуют ТЗ. При скорости вращения вала около 2000 об/мин имеются перебои в искрообразовании, возможно из-за не жесткого крепления датчика на установке.

4.2. В составе двигателя РМЗ-250 на стенде произведена проверка УОЗ. УОЗ соответствует ТЗ. Реверс двигателя осуществился с третьей попытки, обратного переключения не произошло.

4.3. На снегоходе система зажигания обеспечивает работу двигателя в прямом и обратном направлении. На XX стабильно обеспечивается реверс на задний ход, на передний ход реверс при этом не обеспечивается. Для реверса на передний ход необходимо поддерживать обороты выше холостых. При работе в прямом направлении наблюдается провал в районе 4000 об/мин, в обратном направлении провал не наблюдается. При срабатывании ограничителя при 6000 об/мин наблюдается заметное снижение оборотов, вероятно до 5900 об/мин (согласно ТЗ), с последующим возрастанием до 6000. При этом снегоход движется рывками.

4.4. Стабилизатор напряжения канала освещения обеспечивает регулирование напряжения на фаре. Стабилизатор имеет фазовое регулирование, поэтому схема подключения значительно отличается от серийного регулятора напряжения.

5. Выводы:

5.1. Результаты испытаний УМПСЗ в целом положительные. Ходовые испытания проведены в объеме около 20 км. Имеются некоторые замечания:

5.1.1. При движении вперед имеются провалы искрообразования в районе 4000 об/мин.

5.1.2. Реверс на движение вперед происходит только, если обороты двигателя несколько выше холостых. Успех реверсирования зависит от скорости замедления двигателя, поэтому на стенде без центробежного регулятора реверс осуществляется не стабильно.

5.1.3. Срабатывание ограничителя вызывает рывки в работе двигателя.

5.1.4. Стабилизатор напряжения имеет схему подключения значительно отличающуюся от серийной.

5.2. Согласно программы методики испытаний ОАО "УАПО" было также необходимо провести испытания в составе снегохода "БУРАН". Испытания на снегоходе "БУРАН" в настоящее время не представляются возможными, т.к. требуется изготовление опытных деталей, таких как коленвал и корпус вентилятора.

6. Мероприятия:

6.1. Разработчику проработать алгоритм работы управления двигателем с целью устранения замечаний связанных с не стабильным реверсированием и провалами при движении вперед.

6.2. Уточнить п. 3.1. ТЗ касающийся алгоритма работы ограничителя. Сделать работу ограничителя более плавной.

6.3. Уточнить п. 4 ТЗ касающийся принципа работы и схемы подключения стабилизатора напряжения. Сделать схему подключения аналогичную серийному регулятору напряжения ОАО "РМ".

6.4. ОАО "РМ" рекомендует ОАО "УАПО" для ускорения процесса разработки и снижения затрат на командировки сотрудников приобрести снегоход "ТЮУ" для натурных испытаний и доводки УМПСЗ.

6.5. Разработчику подготовить к зимнему сезону 2013-2014 г. пред серийные образцы УМПСЗ для снегоходов "ПКБУ" и "БУРАН" в количестве 6 комплектов (по три на снегоход).

6.6. ОАО "РМ" подготовить двигатели снегохода "БУРАН" с коленвалом под конус ОиСАТ1 и доработанным корпусом вентилятора для проведения испытаний УМПСЗ в зимнем сезоне 2013-2014 г.

6.7. ОАО "РМ" провести испытания пред серийных образцов УМПСЗ в зимнем сезоне 2013-2014 г.

Инженер конструктор ОАО "УАПО

Вед. инженер конструктор ОАО "РМ

к.т.н., с.н.с. ФГБОУ ВПО УГАТУ

и

А.С. Афанасьев

Ю.В. Кондрова

Е.А. Полихач

Приложение Б. Акт внедрения результатов диссертационной работы в производственный процесс АО «УАПО»

внедрения результатов диссертационной работы Ямалова И.И. на тему «Микропроцессорная система зажигания с устойчивым искрообразованием при пониженной частоте вращения генератора» Мы, нижеподписавшиеся, составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Ямалова И.И. на тему «Микропроцессорная система зажигания для автономных объектов» внедрены и используются в АО «Уфимское агрегатное производственное объединение», г. Уфа, а именно:

зажигания.

По результатам диссертационной работы Ямалова И.И. создана опытная партия коммутаторов для снегоходов «Тайга» и «Тикси» на которые была разработана рабочая конструкторская документация.

УТВЕРЖДАЮ Технический директор АО «Уфимское агрегатное шзводственное объединение»

АКТ

— методическое, математическое и программное обеспечение микропроцессорной системы зажигания;

- действующий макетный образец микропроцессорной системы

Гл. технолог по ЭМ

производству АО «Уфимское агрегатно производственное объединение»

А. А. Шакиров

Приложение В. Акт внедрения результатов диссертационной работы в учебный процесс кафедры электромеханики ФГБОУ ВПО «УГАТУ»

УТВЕРЖДАЮ ^ктор по учебной работе 'УГАТУ

Зарипов Н.Г. 2015 г.

внедрения результатов диссертационной работы Ямалова И.И. на тему «Микропроцессорная система зажигания с устойчивым искрообразованием при пониженной частоте вращения генератора»

Мы, нижеподписавшиеся, составили настоящий акт о том, что

результаты диссертационной работы Ямалова И.И. на тему «Микропроцессорная система зажигания с устойчивым искрообразованием при пониженной частоте вращения генератора» используются при курсовом и дипломном проектировании, а так же в лекционных курсах, а именно:

- результаты анализа математической модели установившихся электромагнитных процессов в микропроцессорной системе зажигания при разряде и заряде в виде аналитического выражения для определения частоты и скважности коммутации прерывания тока в первичной цепи и емкости накопительного конденсатора используются в лекционных курсах «Зарубежные электромеханические системы двойного назначения» по направлению подготовки 140401 «Специальные электромеханические системы».

- методика расчета и проектирования микропроцессорных систем зажигания используются в лекционных курсах «Конструкция, эксплуатация и основы проектирования специальных изделий» по направлению подготовки 140401 «Специальные электромеханические системы».

Руководитель департамента образования канд. экон. наук, доцент

Декан ф-та авионики, энергетики и инфокоммуникаций канд. техн. наук, доцент

Зав. кафедрой элетромеханики док-р техн. наук, проф.

Н.Г. Косьяненко

Ю.О. Уразбахтина

Ф.Р. Исмагилов

Приложение Г. Фрагмент текста программного обеспечения МПСЗ

Главная функция, реализующая основную логику программы:

union uintbyte

{

uint16_t i; uint8_t b[2]; } RPM;

uint16_t RPM_ticks, TAtime, rpm_Cmax, TAngle;

#define RPMS 16

uint8_t rpmi;

uint 16_t RPMs[RPMS];

#define TAPointsMax (15) // Углы опережения зажигания:

uint 16_t TAarr[] = { 18, 20, 23, 23, 23,

24, 24, 23, 22, 21, 19, 18, 17, 17, 17 };

// Обороты/мин:

uint 16_t RPMarr[] = { 1000, 1500, 2000, 2500, 3000,

3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000 };

uint8_t Curve0ID = 15;

uint 16_t Curve0[15];

uint8_t Curve1ID = 71; uint 16_t Curve1[15];

uint8_t curve_index = 0;

bool Discharge_Enabled = FALSE, Charge_Enabled = FALSE; bool FWD_Rotation = TRUE, Default_angle;

bool DoReverse = FALSE, OneShot = FALSE, WaitingForReverse = FALSE;

bool minute_passed, failed_to_write;

bool recalc_RPM = FALSE;

uint8_t numOfOverloads;

uint8_t counter = 0;

uint16_t motominutes, ee_minutes, EEMinutes_Addr;

#define RX_MAX 6 #define TX_MAX 6 uint8_t UART_rx[RX_MAX]; uint8_t UART_tx[TX_MAX]; uint8_t rx_index = 0, tx_index = 0;

bool rx_complete = FALSE;

void InitDevice(void)

{

// Watchdog // Clock source

CLK_HSIPrescalerConfig(CLK_PRESCALER_HSIDIV4); // 4 MHz CLK_PeripheralClockConfig(CLK_PERIPHERAL_I2C, DISABLE); CLK_PeripheralClockConfig(CLK_PERIPHERAL_SPI, DISABLE); CLK_PeripheralClockConfig(CLK_PERIPHERAL_ADC, DISABLE); CLK_PeripheralClockConfig(CLK_PERIPHERAL_AWU, DISABLE);

// I/O Ports

/* Initialize I/O in Input Mode with Interrupt for revolution couter */ GPIO_Init(FWD_PORT, FWD_PIN, GPIO_MODE_IN_PU_IT); GPIO_Init(RPM_PORT, RPM_PIN, GPIO_MODE_IN_PU_IT);

//GPIO_Init(REV_PORT, REV_PIN, GPIO_MODE_IN_PU_IT); GPIO_Init(REV_PORT, REV_PIN, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW); /* MOSFET, MVSH, SCR, DDSH */

GPIO_Init(MOSFET_PORT, MOSFET_PIN, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW); GPIO_Init(SCR_PORT, SCR_PIN, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW); GPIO_Init(MVSH_PORT, MVSH_PIN, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW); GPIO_Init(DDSH_PORT, DDSH_PIN, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW); //GPIO_Init(DEBUG1_PORT, DEBUG1_PIN, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW); //GPIO_Init(DEBUG2_PORT, DEBUG2_PIN, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW); // unused pins

GPIO_Init(GPIOA, GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW);

GPIO_Init(GPIOB, /*GPIO_PIN_0 | */GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW);

GPIO_Init(GPIOC, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW);

GPIO_Init(GPIOD, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_7, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW);

GPIO_Init(GPIOE, GPIO_PIN_5, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW); GPIO_Init(GPIOF, GPIO_PIN_4, GPIO_MODE_OUT_PP_LOW_SLOW);

// Timers /* TIM1 */

/*TIM1_ARRPreloadConfig(DISABLE);

TIM1->PSCRH = (uint8_t)(0x9C);

TIM1->PSCRL = (uint8_t)(0x3F);

TIM1->EGR = (uint8_t)1;

TIM 1_S etCounter(59535);

TIM1_ITConfig(TIM1_IT_UPDATE, ENABLE);

TIM1_ClearFlag(TIM1_FLAG_UPDATE);*/

/* TIM2 - Timing angle, Controlled discharge */

TIM2_PrescalerConfig(TIM2_PRESCALER_1, 0); // 4 MHz

TIM2_ARRPreloadConfig(DISABLE);

TIM2_ClearFlag(TIM2_FLAG_UPDATE);

TIM2_ITConfig(TIM2_IT_UPDATE, ENABLE);

/* TIM3 - RPM counter. Cleared on EXTI at PortD2 */

TIM3_PrescalerConfig(TIM3_PRESCALER_8, 0); // 500 kHz

TIM3_ARRPreloadConfig(DISABLE);

/* TIM4 General Logic timebase */

/* Time base configuration - not used yet */

// P = 16, f = 1000 kHz, RL = 205; T = 50 us - Timebase for MOSFET TIM4_TimeBaseInit(TIM4_PRESCALER_8, TIM4_PERIOD); TIM4_ClearFlag(TIM4_FLAG_UPDATE); TIM4_ITConfig(TIM4_IT_UPDATE, ENABLE);

// External interrupts

/* Initialize the Interrupt sensitivity */

EXTI_SetExtIntSensitivity(EXTI_CONF, EXTI_SENSITIVITY_RISE_ONLY); // UART

UART2_Init((uint32_t)9600, UART2_WORDLENGTH_8D,UART2_STOPBITS_1, UART2_PARITY_NO, UART2_SYNCMODE_CLOCK_DISABLE, UART2_MODE_TXRX_ENABLE);

/* Enable the UART Receive interrupt: this interrupt is generated when the UART

receive data register is not empty */ //UART2_ITConfig(UART2_IT_RXNE_OR, ENABLE);

/* Enable the UART Transmit complete interrupt: this interrupt is generated when the UART transmit Shift Register is empty */ UART2_ITConfig(UART2_IT_TXE, DISABLE);

// EEPROM

FLASH_SetProgrammingTime(FLASH_PROGRAMTIME_STANDARD);

FLASH_Unlock(FLASH_MEMTYPE_DATA);

// read addr for ee_minutes

EEMinutes_Addr = FLASH_ReadByte(0x4000) << 8; EEMinutes_Addr |= FLASH_ReadByte(0x4001);

if(EEMinutes_Addr < 0x4002) {

EEMinutes_Addr = 0x4002; FLASH_ProgramByte(0x4000, 0x40); FLASH_ProgramByte(0x4001, 0x02);

}

/*FLASH_ProgramByte(0x4002, 0x00); FLASH_ProgramByte(0x4003, 0x00);*/

// read ee_minutes

ee_minutes = FLASH_ReadByte((uint32_t)(EEMinutes_Addr)) << 8; ee_minutes |= FLASH_ReadByte((uint32_t)(EEMinutes_Addr + 1)); motominutes = ee_minutes;

if(ee_minutes < LIMITATOR_MINUTES)

{

rpm_Cmax = rpm_Cmax_lim; TIM1_Cmd(ENABLE);

}

else

{

rpm_Cmax = rpm_Cmax_f;

// Final cut

/* enable interrupts */ enableInterrupts(); // TIM1_ClearFlag(0xFF); TIM4_Cmd(ENABLE); //UART2_Cmd(ENABLE);

}

uint 16_t TPCalc(void)

{

uint16_t count = 0, TApoint = 0, D; int8_t greater = 0, lesser = 0; int8_t d;

if(DoReverse)

{

if(FWD_Rotation) TApoint = 40; // Угол для переключения

назад

else TApoint = 40; // Угол для переключения вперёд

375

}

else

{

for (count = TAPointsMax - 1; count < TAPointsMax; count--)

{

if (RPM.i >= RPMarr[count]) {

greater = count + 1; lesser = count; break;

}

}

if (greater > 0)

{

D = RPMarr[greater] - RPMarr[lesser]; count = RPM.i - RPMarr[lesser];

if(TAarr[greater] > TAarr[lesser]) {

d = TAarr[greater] - TAarr[lesser];

}

else

{

d = TAarr[lesser] - TAarr[greater];

}

TApoint = count * d; TApoint /= D;

if(TAarr[greater] > TAarr[lesser]) {

TApoint += TAarr[lesser];

}

else

}

{

TApoint = TAarr[lesser] - TApoint;

}

}

else TApoint = DEFAULT_ANGLE;

}

return TApoint;

void TACalc(uint16_t TApoint)

{

uint32_t temp, tconst;

if( ! FWD_Rotation)

{

if(!Default_angle) temp = REV_FW_OFF SET - TApoint; else temp = REVERSE_OFFSET - TApoint;

}

else

{

temp = SENSOR_OFFSET - TApoint;

}

temp *= RPM_ticks; //

temp *= 2; // delay, 4 MHz

temp /= 15; // WA in 250 kHz

//temp -= 900; // calculations delay compensation

for(numOfOverloads = 0; temp > 65535; numOfOverloads++)

{

temp -= 65535;

}

TAtime = 65535 - ((uint16_t)temp);

}

// Curve read/write

uint8_t readCurveID(uint8_t CurveNumber)

{

uint16_t addr; uint8_t result;

switch(CurveNumber)

{

case 0:

{

addr = CURVE0_ADDR; break;

}

case 1:

{

addr = CURVE 1_ADDR; break;

default: break;

}

result = FLASH_ReadByte((uint32_t)(addr)); return result;

}

uint16_t readCurvePoint(uint8_t CurveNumber, uint8_t PointNumber)

{

uint16_t point, addr;

switch(CurveNumber)

{

case 0:

{

addr = CURVE0_ADDR; break;

}

case 1: {

addr = CURVE 1_ADDR; break;

}

default: break;

}

addr += PointNumber * 2;

point = FLASH_ReadByte((uint32_t)(addr));

return point;

}

void writeCurvePoint(uint8_t CurveNumber, uint8_t PointNumber, uint16_t Point)

{

uint16_t addr;

switch(CurveNumber)

{

case 0: {

addr = CURVE0_ADDR; Curve0[PointNumber] = Point; // set new curveID

Curve0ID = CURVE0_ID_NUM | (PointNumber + 1); break;

}

case 1: {

addr = CURVE 1_ADDR; Curve1[PointNumber] = Point; // set new curveID

Curve1ID = CURVE 1_ID_NUM | (PointNumber + 1); break;

}

default:break;

}

addr += PointNumber * 2; // write to flash

}

// Simple Communication Protocol v1.0

void UART_Send(void) {

rx_complete = FALSE;

if(tx_index == 0) {

UART2_SendData8(UART_tx[tx_index++]); UART2_ITConfig(UART2_IT_TXE, ENABLE);

}

}