Система зажигания двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: система зажигания двигателя внутреннего сгорания содержит катушку зажигания 1, первичная обмотка 2 которой подключена к источнику питания 4 через электронный ключ 5, емкостной элемент 8, включенный между выводами первичной обмотки, и блок 6 формирования серии импульсов, вход которого связан с формирователем 7 управляющих сигналов, а выход - подключен к входу управления электронного ключа 5. Катушка зажигания 1 и емкостной элемент 8 образуют колебательный LC-контур, а блок 6 формирования серии импульсов выполнен на выходную частоту, равную или в целое число раз меньшую резонансной частоты LC-контура. Система обеспечивает получение в свечах зажигания непрерывного разряда, длительность и мощность которого изменяется в зависимости от режима работы двигателя. 7 з. п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания.

Известно, что в классических системах зажигания в искровом промежутке свечи выделяется энергия, предварительно накопленная в катушке зажигания. Количество этой энергии, как правило, недостаточно для обеспечения надежного воспламенения рабочей смеси при запуске двигателя, а также при поступлении в цилиндры бедной смеси. Это приводит к затрудненному пуску при низких температурах, пропускам воспламенения смеси на переходных режимах работы двигателя, и является причиной увеличения токсичности выхлопных газов.

Известна также система зажигания, содержащая катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, емкостной элемент, включенный между выводами первичной обмотки, и блок формирования серии импульсов, выход которого подключен к входу электронного ключа (ЕР, А, 0070572). В данной системе между электродами свечей получают серию искр, мощность которых изменяется. Однако, разряд в свече не является длительным и непрерывным, а следовательно увеличивается количество его емкостных составляющих, что повышает эрозию свечей и уровень электромагнитных помех.

В основу настоящего изобретения положена задача создания надежной, экономичной и малогабаритной системы зажигания, обеспечивающей получение в свечах зажигания длительного непрерывного разряда, энергией которого можно управлять.

Поставленная задача решается тем, что в системе, содержащей катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, емкостной элемент, включенный непосредственно между выводами первичной обмотки, и блок формирования серии импульсов, вход которого связан с формирователем управляющих сигналов, а выход подключен к входу управления электронного ключа, катушка зажигания и емкостной элемент образуют колебательный LC-контур, а блок формирования серии импульсов выполнен на выходную частоту равную, или в целое число раз меньшую резонансной частоты LC-контура, то есть частоты собственных колебаний тока в данном контуре во время работы системы зажигания. Иными словами, период между двумя последовательными открываниями электронного ключа равен, или в целое число раз больше периода колебаний тока в LC-контуре. Уточним, что приведенная индуктивность L колебательного контура не равна собственной индуктивности L1 первичной обмотки катушки зажигания, а зависит также от индуктивности L2 вторичной обмотки и коэффициента взаимоиндукции между обмотками. На величину приведенной емкости С колебательного контура влияет не только емкость конденсатора, подключенного параллельно первичной обмотке, но и собственные емкости первичной и вторичной цепей системы зажигания, однако это влияние является незначительным. Уточним также, что предлагается использовать для создания колебательного контура не накопительную емкость, а дополнительный конденсатор, который подключен параллельно первичной обмотке катушки зажигания, и заряжается непосредственно во время открывания электронного ключа.

Предлагаемая схема позволяет эффективно передавать энергию из первичной цепи катушки зажигания во вторичную, при этом амплитуда импульсов напряжения на первичной обмотке может значительно превышать напряжение на выходе источника питания. Это дает возможность использовать в данной системе катушку зажигания с уменьшенным коэффициентом трансформации.

В соответствии с п. 2 формулы изобретения для создания резонансного контура может быть использован конденсатор собственная емкость С1 которого больше или равна , где L1 собственная индуктивность первичной обмотки, I_p ток разрыва электронного ключа, то есть максимально возможный ток через ключ в момент его запирания, V_доп.кл. максимально допустимое напряжение на электронном ключе. Использование конденсатора указанной емкости позволяет обеспечить безопасный режим работы электронного ключа.

В соответствии с п. 3 5 формулы изобретения блок формирования серии импульсов выполнен с возможностью управления длительностью серии и длительностью импульсов в серии в зависимости от режима работы двигателя, в частности в зависимости от частоты его вращения. С этой целью блок формирования серии импульсов содержит преобразователь "частота-напряжение", и последовательно соединенные управляемые напряжением одновибратор и автогенератор, причем выход преобразователя "частота-напряжение" подключен к входу управления длительностью импульса одновибратора и к входу управления длительностью импульсов автогенератора. Вход преобразователя "частота-напряжение" при этом подключен к формирователю управляющих сигналов. Это позволяет осуществлять регулирование длительности и мощности разрядов в свечах зажигания в зависимости от режима работы двигателя и таким образом управлять энергией разряда и увеличить срок службы свечей.

Целесообразно использовать в настоящей системе зажигания источник питания, выполненный в виде повышающего преобразователя напряжения, вход которого подключен к аккумуляторной батарее, и емкостного накопителя энергии, подключенного к выходу преобразователя, как это указано в п. 6 формулы изобретения. Регулирование мощности разрядов в свечах в этом случае может быть осуществлено за счет выполнения преобразователя напряжения управляемым (см. п. 7 формулы).

Указанное в п. 8 выполнение электронного ключа в виде двух последовательно соединенных транзисторов, один из которых включен в эмиттерную цепь другого, позволяет увеличить быстродействие ключа и уменьшить ток его управления. В свою очередь это дает возможность увеличить скорость нарастания напряжения во вторичной цепи и уменьшить влияние шунтирующего действия нагара на свечах зажигания. Указанное выполнение ключа позволяет также уменьшить рассеиваемую в выходной цепи транзисторного коммутатора мощность и исключить возможность вторичного пробоя высоковольтного транзистора.

Для лучшего понимания изобретения ниже приводятся примеры выполнения предлагаемой системы зажигания и входящих в ее состав блоков со ссылками на чертежи, на которых: фиг. 1 функциональная схема системы зажигания; фиг. 2 - пример выполнения генератора серии импульсов; фиг. 3 схема электронного ключа.

Система зажигания содержит катушку зажигания 1 с первичной обмоткой 2 и вторичной обмоткой 3, источник питания 4, электронный ключ 5, блок 6 формирования серии импульсов, формирователь 7 управляющих сигналов и емкостной элемент (конденсатор 8), образующий с первичной обмоткой 2 катушки зажигания колебательный LC-контур. Приведенная индуктивность L данного контура зависит от индуктивностей обмоток 2 и 3 и коэффициента взаимоиндукции между ними. Приведенная емкость С контура практически равна емкости конденсатора 8.

Блок 6 формирования серии импульсов может содержать одновибратор 9, автогенератор 10, и преобразователь "частота-напряжение" 11. Возможно также иное выполнение блока 6, например на базе микропроцессора. Источник питания целесообразно выполнять в виде подключенного к аккумуляторной батарее 12 через ключ зажигания 13 повышающего преобразователя напряжения 14 с емкостным накопителем энергии 15 на выходе. К вторичной обмотке 3 катушки зажигания через распределитель 16 подключены свечи 17. Электронный ключ 5 содержит высоковольтный транзистор 18, база которого через резистор 19 подключена к аккумуляторной батарее 12, и низковольтный транзистор 20, имеющий большой коэффициент усиления, причем база транзистора 20 через резистор 21 соединена с выходом блока 6 формирования серии импульсов.

Длительность искрового разряда задается с помощью одновибратора 9, имеющего вход 22, при изменении напряжения на котором изменяется длительность tc, вырабатываемых им импульсов. Мощность искрового разряда может регулироваться двумя способами: путем изменения напряжения Vп на емкостном накопителе энергии 15 или путем изменения длительности tи импульсов на выходе блока 6.

Соответственно возможны два варианта выполнения системы.

В соответствии с первым вариантом повышающий преобразователь напряжения 14 выполняют управляемым, с входом 23, при подаче сигнала на который преобразователь отключается. Вход 23 соединяют с формирователем 7 управляющих сигналов, который вырабатывает импульсы постоянной длительности, при этом частота импульсов пропорциональна частоте вращения двигателя (на фиг. 1 связь формирователя 7 с входом 23 показана прерывистой линией). Это позволяет уменьшать напряжение на емкостном накопителе энергии 15, и соответственно мощность искры, при увеличении частоты вращения двигателя.

В соответствии с другим вариантом управляемым выполняют автогенератор 10. При этом длительность tи вырабатываемых им импульсов изменяется в зависимости от величины напряжения на его управляющем входе 24. Вход 24 одновибратора подключают к выходу преобразователя "частота-напряжение" 11 (на фиг. 2 данная связь показана прерывистой линией). Вход преобразователя "частота-напряжение" 11 соединен с формирователем 7 управляющих сигналов, что позволяет с увеличением частоты вращения двигателя уменьшать как длительность tc импульсов, вырабатываемых одновибратором 9, так и длительность tи импульсов, вырабатываемых автогенератором 10. За счет уменьшения длительности tи импульсов на выходе блока 6, уменьшается время открытого состояния электронного ключа 5, и соответственно величина тока, протекающего через первичную обмотку катушки зажигания. Пропорционально величине tи уменьшается также величина тока, протекающего между электродами свечи зажигания.

Система зажигания работает следующим образом.

Сигнал на начало искрообразования с выхода формирователя 7 управляющих импульсов поступает на вход блока 6. Этот сигнал запускает одновибратор 9, вырабатывающий импульс длительностью tc. Передний фронт импульса tc запускает автогенератор 10, генерирующий импульсы длительностью tи, частота следования которых равна, или в целое число раз больше резонансной частоты контура, образованного конденсатором 8 и обмотками катушки зажигания 1.

При отпирании ключа 5 конденсатор 8 заряжается и ток через первичную обмотку 2 катушки зажигания увеличивается до значения, которое задается длительностью tи импульса на выходе автогенератора 10 или напряжением Vп источника питания. При этом во вторичной обмотке индуктируется высокое напряжение, что приводит к пробою искрового промежутка подключенной к ней свечи. Во время паузы между импульсами, когда ключ 5 закрыт, в LC-контуре возникают затухающие периодические электрические колебания. При этом напряжение на первичной обмотке 2 катушки зажигания может значительно превышать напряжение Vп.

Следующий импульс длительностью tи вырабатывается автогенератором 10 через промежуток времени Т, равный или в целое число раз больший периода колебаний тока в LC-контуре, за счет чего контур подпитывается и в нем поддерживаются электрические колебания. Таким образом, в течение времени tc через свечу зажигания протекает переменный ток, воспламеняющий топливовоздушную смесь.

Настоящее изобретение может быть применено практически на всех типах поршневых двигателей, работающих на бензине или на газовом топливе.

Формула изобретения

1. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, емкостный элемент, включенный между выводами первичной обмотки, и блок формирования серии импульсов, вход которого связан с формирователем управляющих сигналов, а выход подключен к входу управления электронного ключа, отличающаяся тем, что катушка зажигания и емкостный элемент образуют колебательный LC-контур, а блок формирования серии импульсов выполнен на выходную частоту, равную или в целое число раз меньшую резонансной частоты LC-контура.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что собственная емкость C1 элемента, включенного между выводами первичной обмотки катушки зажигания, больше или равна величине где L1 собственная индуктивность первичной обмотки; I_p максимальный ток, протекающий через электронный ключ; V_доп.кл. максимально допустимое напряжение на электронном ключе.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования серии импульсов выполнен с возможностью управления длительностью серии в зависимости от режима работы двигателя.

4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что блок формирования серии импульсов выполнен с возможностью управления длительностью импульсов в зависимости от режима работы двигателя.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что блок формирования серии импульсов содержит преобразователь частота напряжение и последовательно соединенные управляемые напряжением одновибратор и автогенератор, причем выход преобразователя частота напряжение подключен к входу управления длительностью импульса одновибратора и входу управления длительностью импульсов автогенератора.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде последовательно соединенных аккумуляторной батареи, повышающего преобразователя напряжения и емкостного накопителя энергии.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что преобразователь напряжения выполнен с возможностью управления величиной выходного напряжения в зависимости от режима работы двигателя.

8. Система по п. 6, отличающаяся тем, что электронный ключ содержит два последовательно соединенных транзистора, один из которых включен в эмиттерную цепь другого, причем базовая цепь одного транзистора подключена к выходу блока формирования серии импульсов, а базовая цепь другого к источнику питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3