Система зажигания двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания, и позволяет обеспечить надежный запуск двигателя, уменьшить зависимость надежности в работе двигателя от утечки напряжения, а также состояния зазора в свечах. Система зажигания содержит источник питания, катушку зажигания, датчик угла поворота, блок усиления и формирования управляющего сигнала, коммутирующий элемент, блок обратной связи, преобразователь напряжения, установленный после источника питания и соединенный с накопительным элементом, образующим с первичной обмоткой катушки зажигания посредством коммутирующего элемента колебательный контур для прямой полуволны, цепь перезаряда, образующую с первичной обмоткой катушки зажигания и накопительным элементом замкнутый колебательный контур для тока обратной полуволны, при этом блок усиления и формирования управляющего сигнала выполнен из отдельных соединенных между собой схемы-согласования и схемы-формирования, второй вход которой соединен с блоком обратной связи. 2 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

В классической системе зажигания при замыкании прерывателя ток, протекающий через первичную обмотку катушки зажигания, возрастает по экспоненциальному закону. В момент размыкания прерывателя во вторичной обмотке катушки зажигания генерируется высокое напряжение, величина которого пропорциональна количеству энергии, запасенной в катушке зажигания за время протекания тока. Недостатком классической системы является то, что с увеличением частоты вращения двигателя количество запасенной энергии в катушке зажигания уменьшается, т. к. величина тока, протекающего через первичную обмотку в момент размыкания, уменьшается и зависит от напряжения источника питания, что приводит к снижению мощности искровых разрядов при запуске двигателя. Кроме того, использование транзистора в качестве коммутирующих элементов обуславливает недостаточную скорость нарастания высоковольтного импульса, а также невысокую надежность работы при возможном разрыве высоковольтной цени и выходу из строя коммутирующего элемента.

Известна система зажигания ДВС, включающая источник питания, катушку зажигания, накопительный элемент, а так же блок формирования импульсов, см. патент N 2069791, 1996 г.кл. F 02 P 15/10. Однако предложенная система зажигания сложна в выполнении, а в эксплуатации ненадежна.

Наиболее близким техническим решением является система зажигания по патенту N 2004835, 1992 г., кл. F 02 P 15/00, включающая источник питания, катушку зажигания, коммутирующий элемент, устройство усиления и формирования сигналы, а так же блок сигнала обратной связи.

Технической задачей настоящего изобретения является получение мощного управляемого по длительности процесса искрообразования, обеспечивающего стабильную и надежную работу двигателя внутреннего сгорания в независимости от характеристик топливной смеси, климатических условий, параметров и технического состояния свечей зажигания, а также обеспечение более полного сгорания топливной смеси, что улучшает экологию путем снижения выброса в атмосферу вредных ядовитых газов.

Техническая задача достигается тем, что в систему зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащую источник питания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками, датчик угла поворота, блок усиления и формирования управляющего сигнала, коммутирующий элемент и блок обратной связи дополнительно введены установленный после источника питания преобразователь напряжения, соединенный с накопительным элементом образующими с первичной обмоткой катушки зажигания посредством коммутирующего элемента колебательный контур для прямой полуволны, и цепь перезаряда также образующая с первичной обмоткой катушки зажигания и накопительным элементом замкнутый колебательный контур для тока обратной полуволны, при этом блок усиления и формирования управляющего сигнала выполнен из отдельных соединенных между собой схемы-согласования и схемы-формирования, второй вход которой соединен с блоком обратной связи, причем преобразователь напряжения выполнен с возможностью обеспечения стабилизации выходного напряжения независимо от температуры окружающей среды и напряжения источника питания.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, на фиг. 2 - цепь перезаряда (пример одного из возможных вариантов).

Система зажигания включает источник питания 1, установленный за ним преобразователь 2 напряжения с термостабилизацией режима работы и выходного напряжения, который соединен с накопительным элементом 3. Накопительный элемент 3 одним выходом соединительным проводом 4 связан с первичной обмоткой катушки зажигания 5, а другим выходом посредством коммутирующего элемента 6 так же с первичной обмоткой катушки зажигания 5, образуя таким образом замкнутый колебательный контур для тока i_пр. прямой полуволны.

Преобразователь 2 напряжения выполнен с возможностью обеспечения стабилизации выходного напряжения независимо от температуры окружающей среды и напряжения источника питания. В систему зажигания так же дополнительно введена цепь 7 перезаряда накопительного элемента 3, образуя с первичной обмоткой катушки зажигания 5 и накопительным элементом 3 замкнутый колебательный контур для тока i_обр. обратной полуволны.

В простейшем варианте цепь перезаряда может иметь только один полупроводниковый диод 13, создавая путь для протекания тока i_обр. перезаряда обратной полуволны колебательного процесса. Поскольку в зависимости от типа коммутирующего элемента и длительности управляющего импульса непрерывность колебательного процесса без отдельной цепи перезаряда может быть затруднена.

Преобразователь напряжения системы зажигания должен выдавать достаточно стабильное выходное напряжение в пусковом режиме при низких значениях напряжения и температур. При номинальном напряжении питания и максимальных оборотах двигателя высокое напряжение преобразователя может быть снижено, т.к. мощность искры и ее длительность должны быть снижены из-за увеличения скорости сжатия газов и разогрева воздушной смеси, а также уменьшения времени сгорания. Исходя из данных требований преобразователь может быть выполнен, например, на основе блокинг-генераторов или двухтактных трансформаторных преобразователей с термоконпенсацией напряжения введения обратной связи по вторичному входному напряжению.

Блок 8 усиления и формирования сигналов в предложенной системе зажигания выполнен из двух соединенных между собой самостоятельных схем: схемы-согласования 9 и схемы-формирования 10.

В предложенной системе зажигания блок 11 обратной связи выполнен с возможностью регулировки длительности сигнала и своим входом соединен в точке А с соединительным проводом 4, а выходом - со схемой формирования 10.

Схема-согласования 9 блока 8 усиления и формирования сигналов соединена с датчиком 12 угла поворота. К схеме-формирования 10 может быть подключен датчик противоугонного устройства (на чертеже не показан).

Система зажигания работает следующим образом. От источника питания 1 запускается преобразователь 2 напряжения, обеспечивающий стабильное выходное напряжение, заряжающее накопительный элемент 3. При запуске двигателя с параметрического датчика 12 угла поворота синхронно частоте вращения вала двигателя (на чертеже не показан) поступает электрический сигнал на схему-согласования 9 блока 8 усиления и формирования управляющего сигнала, которая обеспечивает согласование и предварительное усиление электрического сигнала и передает на схему-формирования 10, где производится преобразование, суммирование и усиление электрического сигнала до амплитуд и форм, необходимых для надежного запуска коммутирующего элемента 6. Накопительный элемент 3 совместно с первичной обмоткой катушки зажигания 5 через коммутирующий элемент 6 и цепь перезаряда 7 образуют полный колебательный контур, формирующий затухающий колебательный процесс. Сигнал с параметрического датчика 12 угла поворота запускает коммутирующий элемент 6, формируя первичное искрообразование. Возникший электрический процесс колебательного контура посредством цепи блока 11 обратной связи так же подключенному к этому колебательному контуру посылает сигнал на второй вход схемы-формирования 10 и таким образом повторно, циклично запускает коммутирующий элемент 6, т.е. постоянно формируя затухающий колебательный процесс. Длительность колебательного процесса определяется регулировкой в блоке 11 обратной связи. Цепь 7 перезаряда накопительного элемента 3 обеспечивает возможность существования неразрывного колебательного процесса, который за счет более полного разряда накопительного элемента 3 обеспечивает существенное увеличение длительности и мощности разряда.

Увеличение длительности и мощности разряда в свечах зажигания позволяет создать условия для устойчивой работы двигателя за счет более полного сгорания топливной смеси различной концентрации, что позволяет снизить выбросы вредных и ядовитых газов в атмосферу. Кроме того, в предложенной системе переменный ток, протекающий через свечу зажигания, препятствует переносу металла с одного электрода свечи на другой, что в свою очередь снижает эрозию электродов, снижающую срок их службы, что нарушает устойчивую работу двигателя, приводящую к ухудшению его экологических характеристик.

Предложенная система зажигания за счет уменьшения фронта искры, увеличения и длительности разряда способствует обеспечению надежного запуска двигателя при практически любых метеоусловиях, уменьшению зависимости надежности работы двигателя от утечки напряжения, а также состояния зазора в свечах.

Использование данной системы зажигания обеспечивает возможность использования свечей с увеличенным межэлектродным зазором, что позволяет получить эффект мощного факела распыла, что в свою очередь улучшает экономико-экологические характеристики двигателя. Предложенная система зажигания не критична к использованию как низкоомных, так и высокоомных катушек зажигания.

Формула изобретения

Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая источник питания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками, датчик угла поворота, блок усиления и формирования управляющего сигнала, коммутирующий элемент и блок обратной связи, отличающаяся тем, что в систему зажигания дополнительно введены установленный после источника питания преобразователь напряжения, соединенный с накопительным элементом, образующим с первичной обмоткой катушки зажигания посредством коммутирующего элемента колебательный контур для прямой полуволны, и цепь перезаряда, образующая также с первичной обмоткой катушки зажигания и накопительным элементом замкнутый колебательный контур для тока обратной полуволны, при этом блок усиления и формирования управляющего сигнала выполнен из отдельных соединенных между собой схемы-согласования и схемы-формирования, второй вход которой соединен с блоком обратной связи, который выполнен с возможностью управления работой коммутирующего элемента, причем преобразователь напряжения выполнен с возможностью обеспечения стабилизации выходного напряжения независимо от температуры окружающей среды и напряжения источника питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2