Устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство содержит: источник питания, коммутатор, катушку зажигания, управляемый ключ, накопительный конденсатор, диод и блок управления ключами и коммутатором. Устройство обеспечивает повышение скорости нарастания тока в катушке зажигания, что приводит к повышению энергии искрового разряда. 1 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно, к системам зажигания в автомобилях с бензиновым двигателем.

Известно устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащее прерыватель, управляемый ключ на транзисторах и катушку зажигания [1] Один вывод первичной обмотки катушки зажигания в данном устройстве подключен к бортовой сети автомобиля, а второй вывод этой обмотки через управляемый ключ соединен с общей шиной электрооборудования автомобиля. Управление ключом происходит непосредственно от прерывателя.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использования известного устройства, относится то, что в известном устройстве мощность, выделяемая в искровом промежутке сравнительно невелика, что снижает надежность запуска двигателя в неблагоприятных условиях, например, зимой или при сильно разряженном аккумуляторе, а также может приводить к пропускам искрообразования на переходных режимах двигателя, например, при разгоне. Кроме того, в известном устройстве мощность искры зависит от частоты искрообразования таким образом, что при повышении частоты искрообразования указанная мощность снижается. Вследствие этого устойчивая работа двигателя на больших оборотах происходит при достаточно обогащенном составе горючей смеси, что отрицательно сказывается на экономичности работы двигателя. Действительно, выделяемая в данном устройстве в искровом промежутке мощность ограничена энергией, запасенной в первичной обмотке катушки зажигания во время замкнутого состояния контактов прерывателя и управляемого ключа. Эта энергия определяется током, протекающим во время замкнутого состояния ключа через первичную обмотку катушки зажигания, который ограничен в данном устройстве в основном величиной напряжения бортовой сети и омическим сопротивлением первичной обмотки катушки зажигания. Поскольку известное устройство ориентировано на использование прежде всего в составе классической системы зажигания, катушки зажигания которых имеют достаточно высокое сопротивление первичной обмотки, то указанные ток и энергия оказываются сравнительно невелики. Снижение энергии искры в данном устройстве при повышении оборотов двигателя происходит из-за невысокой скорости накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому объекту по совокупности признаков является устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащее источник питания, между шинами которого подключены последовательно соединенные первичная обмотка катушки зажигания и коммутатор, последовательно соединенные диод, накопительный конденсатор вольтодобавки и управляемый ключ, а также блок управления ключами и коммутатором, причем второй вывод ключа объединен с выводом коммутатора, подключенным к шине источника питания, а коммутатор связан с первым выводом катушки зажигания [2] принято за прототип. В данном устройстве обеспечивается более высокая энергия искрообразования и повышается скорость нарастания тока в катушке зажигания по сравнению с предыдущим устройством за счет суммирования напряжения источника питания и напряжения на накопительном конденсаторе при накоплении энергии в первичной обмотке катушки зажигания, т.е. за счет так называемой вольтодобавки.

К причинам, препятствующим достижения требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что получение вольтодобавки в нем обеспечивается за счет значительного снижения экономичности работы и усложнения устройства в целом. Действительно, накопительный конденсатор вольтодобавки заряжается в известном устройстве от специального преобразователя напряжения, поэтому, например, при включенном питании автомобиля, неработающем двигателе и разомкнутых контактах прерывателя известное устройство потребляет значительный ток. Кроме того, невысока надежность схемы известного устройства, т.к. при размыкании прерывателя и управляемого ключа, скорость нарастания напряжения на первичной обмотке катушки зажигания ограничивается за счет выведения транзистора ключа в активную область, что может привести к его пробою. Скорость же нарастания тока в первичной обмотке катушки зажигания и коэффициент запаса по пробивному напряжению в этом устройстве невелики, поскольку конденсатор вольтодобавки не используется во время фазы пробоя искрового промежутка и разрядки накопительного конденсатора, когда замкнуты контакты коммутатора. Помимо этого, преобразователь вольтодобавки в этом устройстве содержит в своем составе среди прочих компонентов достаточно нетехнологичное с точки зрения изготовления и настройки изделие трансформатор на ферритовом сердечнике с несколькими обмотками. Кроме того, ядром этого преобразователя является импульсный генератор, который становится источником дополнительных импульсных помех как внутри самого устройства зажигания, так и во всей бортовой сети автомобиля.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключается в повышении скорости нарастания тока в катушке зажигания и, соответственно, энергии искрового разряда при сохранении экономичности работы и простоты устройства, а также в увеличении коэффициента запаса по пробивному напряжению.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения заключается в обеспечении экономичности, простоты и надежности работы устройства с минимальным уровнем электромагнитных помех.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащем источник питания, между шинами которого подключены последовательно соединенные коммутатор и первичная обмотка катушки зажигания, последовательно соединенные диод, накопительный конденсатор вольтодобавки и управляемый ключ, а также блок управления ключами и коммутатором, причем второй вывод ключа объединен с выводом коммутатора, подключенным к шине источника питания, а коммутатор связан с первым выводом катушки зажигания, введен второй управляемый ключ, установленный параллельно последовательно соединенным диоду и накопительному конденсатору, причем диод включен между шиной источника питания и выводом первичной обмотки катушки зажигания, а входы управления управляемого и дополнительного ключей подключены к противофазным выходам блока управления.

Введение дополнительного ключа и вышеописанные изменения в подключении диода обеспечивают следующее. Когда коммутатор разомкнут, накопительный конденсатор вольтодобавки заряжается от источника питания через диод и первый ключ до напряжения (E_п U_д, где E_п напряжение источника питания, U_д падение напряжения на открытом диоде. При замыкании коммутатора первый ключ размыкается, а второй замыкается, подключая заряженный конденсатор последовательно с источником питания. Диод при этом запирается, а напряжения источника питания и конденсатора суммируются, что приводит к увеличению тока, протекающего через первичную обмотку катушки зажигания. Энергия искрового разряда и скорость накопления энергии в катушке зажигания повышаются. Экономичность и простота устройства в данном случае остаются на высоком уровне. Импульсные помехи генерируемые устройством также существенно не увеличиваются.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; замена какой-либо части средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого случая результата; увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результат, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала; создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже представлена схема заявленного устройства. Для наглядности на всех схемах блок управления не изображен, источник питания в виде отдельного блока также не показан, а представлен в виде двух шин, обозначенных соответственно "E_п" (положительная шина) и "I" (отрицательная шина) для наиболее распространенной в современных автомобилях полярности.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключается в следующем.

Устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержит источник питания, между шинами которого подключены последовательно соединенные диод 1, первичная обмотка 2 катушки зажигания и коммутатор 3, а также блок управления ключами и коммутатором, накопительный конденсатор 4 вольтодобавки, первый управляемый ключ 5, и второй управляемый ключ 6. Последовательно соединенные накопительный конденсатор 4 вольтодобавки и первый управляемый ключ 5 подключены параллельно первичной обмотке 2 катушки зажигания к коммутатору 3. Второй управляемый ключ 6 подключен параллельно диоду 1 и накопительному конденсатору 4 вольтодобавки. Входы управления ключей 5, 6 связаны с противофазными выходами блока управления. Вход блока управления соединен с коммутатором 3.

Устройство работает следующим образом.

Когда коммутатор 3 разомкнут, накопительный конденсатор 4 вольтодобавки заряжается от источника питания через диод 1 и первый ключ 5 до напряжения (E_п U_д), где E_п напряжение источника питания, U_д падение напряжения на открытом диоде 1. При замыкании коммутатора 3 первый ключ 5 размыкается, а второй ключ 6 замыкается, подключая заряженный конденсатор 4 последовательно с источником питания. Диод 1 при этом запирается (поскольку положительная обкладка конденсатора 4 оказывается подключенной к катоду диода 1, а отрицательная к аноду), а напряжения источника питания и конденсатора 4 суммируются, что приводит к увеличению тока, протекающего через первичную обмотку 2 катушки зажигания. Энергия искрового разряда и скорость накопления энергии в катушке зажигания повышаются. Экономичность и простота устройства в данном случае остаются на высоком уровне. Импульсные помехи, генерируемые устройством, также существенно не увеличиваются.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно, в автомобилестроении; для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

Устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащее источник питания, к первой шине которого подключены последовательно соединенные коммутатор, первичная обмотка катушки зажигания и последовательно соединенные управляемый ключ, накопительный конденсатор, диод, а также блок управления ключами и коммутатором, отличающееся тем, что в него введен дополнительный управляемый ключ, установленный между второй шиной источника питания и точкой соединения накопительного конденсатора с управляемым ключом, а вывод первичной обмотки катушки зажигания, не связанный с коммутатором, подключен к точке соединения накопительного конденсатора с первым выводом диода, второй вывод которого подключен к второй шине источника питания, а управляющие входы дополнительного управляемого и управляемого ключей соединены с противофазными выходами блока управления ключами и коммутатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1