Катушка зажигания

 

Изобретение относится к катушкам зажигания и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Технический результат заключается в увеличении энергии, запасаемой в магнитном поле катушки зажигания и повышении скорости нарастания вторичного напряжения при заданных габаритах. Катушка зажигания содержит первый сердечник с размещенными вокруг него первичной и вторичной обмотками и второй сердечник с размещенной на нем катушкой индуктивности, включенной электрически параллельно виткам первичной обмотки. Сердечники расположены с возможностью формирования невзаимодействующих между собой магнитных потоков. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к конструкции индивидуальной катушки системы зажигания двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Известны (см. , например, патенты RU 2117820 C1, МПК 6 F 02 Р 3/02, опубл. 20.08.98, RU 2123132 C1, МПК 6 F 02 Р 3/02. опубл. 10.12.98,) индивидуальные катушки зажигания, предназначенные для размещения в глубоком свечном канале многоклапанных ДВС. Относительно небольшой внутренний объем свечного канала ограничивает возможность достижения требуемых электрических параметров упомянутых катушек зажигания, таких как величина энергии, запасаемой в магнитном поле катушки, и скорость нарастания вторичного напряжения.

За прототип предлагаемой катушки зажигания взята катушка зажигания, патент RU 2152534 C1, МПК 7 F 02 P 3/02, опубл.10.07.2000, БИ 19, включающая в себя магнитный сердечник в виде стержня, а также первичную и вторичную обмотку, размещенные вокруг сердечника.

Недостатком прототипа является малая величина запасаемой энергии и малая скорость нарастания вторичного напряжения, при заданных геометрических размерах катушки зажигания.

Задачами предлагаемого изобретения являются увеличение энергии, запасаемой в магнитном поле катушки зажигания, и увеличение скорости нарастания вторичного напряжения при заданных геометрических размерах катушки зажигания.

Указанные задачи решаются в катушке зажигания, включающей в себя первый магнитный сердечник, выполненный в виде стержня, и размещенные вокруг него первичную и вторичную обмотку.

Задачи решаются тем, что катушка зажигания дополнительно снабжена вторым сердечником из магнитомягкого ферромагнетика и катушкой индуктивности, размещенной на втором сердечнике и включенной электрически параллельно виткам первичной обмотки катушки зажигания.

Второй сердечник может быть выполнен, например, кольцевой формы, с зазором для накопления энергии зажигания.

Второй сердечник может быть также выполнен в форме стержня из пластин, уложенных перпендикулярно продольной оси стержня.

Ось симметрии второго сердечника может быть параллельна оси симметрии первого сердечника катушки зажигания.

Катушка индуктивности, выполненная на втором сердечнике, выполняет функцию накопления дополнительной энергии зажигания.

Второй сердечник размещают относительно первого сердечника катушки зажигания таким образом, чтобы магнитные потоки, протекающих через упомянутые сердечники, лежали в пересекающихся под прямым углом плоскостях. Это необходимо для того, чтобы их магнитные поля не взаимодействовали между собой и не вызывали появления взаимоЭДС в их обмотках.

Для повышения компактности конструкции катушки зажигания ось симметрии второго сердечника преимущественно размещают параллельно оси симметрии первого сердечника катушки зажигания.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 изображена катушка зажигания с катушкой индуктивности на сердечнике кольцевой формы в сборе.

На фиг. 2 изображен вариант выполнения катушки индуктивности на сердечнике стержневой формы.

На фиг.3 изображена принципиальная схема катушки зажигания.

На фиг.4 изображена принципиальная схема системы зажигания ДВС.

Изобретение может быть реализовано в катушке зажигания (см. фиг.1), включающей в себя, по меньшей мере, корпус 1 и размещенные в корпусе первый магнитный сердечник 2, первичную 3 и вторичную 4 обмотки, низковольтный соединитель 5 и высоковольтный контакт 6.

Для реализации изобретения катушку зажигания снабжают катушкой 7 индуктивности, преимущественно бескаркасной, размещенной на втором сердечнике из магнитомягкого ферромагнетика.

Второй сердечник, как это показано на фиг.1, может иметь форму кольца 8 с зазором 9 для исключения его магнитного насыщения.

Катушка 7 (см. фиг.2) может быть также выполнена намоткой изолированнного провода на сердечник в форме стержня 10, набранный из пластин 11 магнитомягкого ферромагнетика. Пластины 11 при этом укладывают перпендикулярно продольной оси стержня.

Катушку 7 размещают в корпусе катушки зажигания (см. фиг.1) между низковольтным соединителем 5 и первым сердечником 2. Второй сердечник с катушкой 7 предпочтительно ориентируют таким образом, чтобы оси симметрии первого и второго сердечников были параллельны.

Катушка зажигания может включать (см. фиг.1, 3) измерительный конденсатор С1 и диод VD1, включенные по схеме, известной из описания прототипа, а также магнитный экран, известный, например, из патента DE 19623399 C2, МПК 6 H 01 F 38/12, опубл. 16.07.98.

Катушка зажигания может быть также снабжена высоковольтным помехоподавительным резистором, включенным последовательно во вторичную цепь катушки зажигания перед высоковольтным выводом (не показан).

Катушка 7 индуктивности включается согласно электрической схеме, представленной на фиг.3, электрически параллельно виткам первичной обмотки 3 катушки зажигания.

Катушка зажигания может быть включена в систему зажигания согласно фиг. 4. При этом первый вывод первичной обмотки 3 катушки 1 зажигания соединен с положительным полюсом источника питания + БС. Второй вывод первичной обмотки 3 соединен с электронным силовым ключом VT1, который коммутирует второй вывод со вторым полюсом источника питания, соединенным с массой ДВС. Вход управления электронного ключа VT1 соединен с выходом блока 12 управления ДВС.

Первый вывод вторичной обмотки 4 катушки 1 зажигания соединен с первым выводом первичной обмотки 3. Второй вывод вторичной обмотки 4 катушки 1 через диод VD1 соединен с высоковольтным контактом 6 катушки 1. К высоковольтному контакту 6 подключен центральный электрод свечи зажигания 13. Второй электрод свечи зажигания соединен с массой ДВС. Вывод проходного конденсатора С1 соединен с информационным входом блока 12 управления. Параллельно выводам первичной обмотки 3 подсоединены выводы катушки 7.

Система зажигания, изображенная на фиг.4, работает следующим образом.

При включении электронного ключа VT1 через первичную обмотку 3 катушки 1 зажигания и катушку 7 индуктивности начинает протекать ток источника питания. При этом в сердечнике катушки 7 и сердечнике 2 катушки зажигания возникают невзаимодействующие магнитные поля, в которых происходит накопление энергии зажигания. При накоплении заданного количества энергии блок 12 управления ДВС выключает электронный ключ VT1, прерывая протекание тока через первичную обмотку 3 катушки зажигания и катушку 7. В соответствии с законом магнитной индукции, при прерывании тока в первичной 3 и вторичной 4 обмотках возникает ЭДС самоиндукции, вызывающая появление импульсов напряжения на выводах обмоток 3 и 4.

Точно так же прерывание тока в катушке 7 вызывает появление ЭДС самоиндукции и импульс напряжения катушки индуктивности, который оказывается приложенным к первичной обмотке 3, являющейся в данном случае по отношению к импульсу напряжения катушки индуктивности первичной обмоткой трансформатора, образованного первичной 3 и вторичной 4 обмотками и сердечником 2. Импульс напряжения катушки 7 трансформируется во вторичную обмотку 4 и суммируется с импульсом напряжения, вызванным ЭДС вторичной обмотки 4. Суммарный импульс вторичной обмотки 4 подводится через диод VD1 к высоковольтному контакту 6, соединенному с центральным электродом свечи зажигания 13. По отношению к полярности суммарного импульса вторичного напряжения диод VD1 включен в прямом направлении и не препятствует протеканию тока искрового разряда.

Форма импульса вторичного напряжения в отсутствие электрического пробоя искрового промежутка (например, при неподключенной свече зажигания) близка к форме синусоиды, период которой определяется индуктивностью вторичной обмотки катушки зажигания и емкостью вторичной цепи. При наличии электрического пробоя искрового промежутка (нормальный режим работы) форма импульса вторичного напряжения сначала будет повторять форму первой четверти синусоиды до тех пор, пока величина напряжения во вторичной цепи катушки 1 зажигания не превысит пробивное напряжение искрового промежутка свечи зажигания 13 (7-15 кВ), после чего происходит электрический пробой искрового промежутка, а напряжение во вторичной цепи уменьшается до напряжения тлеющего разряда (500-700 В), которое поддерживается до тех пор, пока запасенная в магнитном поле энергия не уменьшится до некоторого значения, при котором тока искрового разряда уменьшится до величины порядка 20 мА. После этого искровой разряд прекращается, а оставшаяся энергия выделяется в виде свободных колебаний напряжения во вторичной обмотке 4.

Наличие катушки 7 позволяет повысить величину накапливаемой в низковольтной цепи катушки 1 зажигания энергии и повысить скорость нарастания вторичного напряжения. Увеличение количества накопленной энергии зажигания в катушке зажигания происходит из-за отсутствия в катушке 7 вторичной (высоковольтной) обмотки, для электрической изоляции которой требуется большое пространство. Поэтому на сердечнике катушки 7 может быть расположена обмотка с большим числом витков и, следовательно, в нем может быть накоплено большее количество магнитной энергии, которая, как известно, при прочих равных условиях, пропорциональна квадрату числа витков.

Поскольку энергия, запасаемая в каждом из магнитных сердечников, будет меньше суммарной заданной энергии зажигания, то сердечник 2 может иметь меньший объем (например, за счет уменьшения сечения и/или длины), а первичная 3 и вторичная 4 обмотки, выполняемые на сердечнике 2, могут иметь меньшее число витков. Тем самым достигается увеличение скорости нарастания вторичного напряжения, поскольку скорость нарастания вторичного напряжения определяется параметрами L и С вторичной обмотки и, при равных прочих условиях, возрастает при уменьшении количества витков вторичной обмотки. Кроме того, это решение позволяет улучшить компоновку катушки зажигания в радиальном направлении путем увеличения межобмоточного расстояния и технологических зазоров при заданном диаметре катушки за счет уменьшения количества витков в обмотках 3 и 4, что ведет к увеличению электрической прочности катушки зажигания в целом и уменьшению технологического брака. Помимо всего вышесказанного, уменьшение силы тока, пропускаемого через первичную обмотку 3, облегчает тепловой режим вторичной высоковольтной обмотки 4 и тем самым повышает надежность катушки зажигания в целом.

Заметим, что уровень техники (см., например, заявку ЕР 0984463 A1, МПК 7 H 01 F 38/12, опубл. 08.03.2000, заявку ЕР 0959481 А2, МПК 6 H 01 F 38/12, опубл. 24.11.1999) позволяет перенести электронный ключ VT1, представленный на фиг.4, в конструкцию катушки зажигания. При этом силовой вывод ключа подключают к точке соединения второго вывода катушки индуктивности и второго вывода первичной обмотки катушки зажигания, а управляющий вывод - к контакту низковольтного соединителя 5.

Формула изобретения

1. Катушка зажигания, содержащая первый сердечник с размещенными вокруг него первичной и вторичной обмотками и второй сердечник с размещенной на нем катушкой индуктивности, включенной электрически параллельно виткам первичной обмотки, причем сердечники расположены в катушке зажигания с возможностью формирования невзаимодействующих между собой магнитных потоков.

2. Катушка зажигания по п. 1, в которой второй сердечник выполнен в форме кольца с зазором.

3. Катушка зажигания по п. 1, в которой второй сердечник выполнен в форме стержня из пластин, уложенных перпендикулярно продольной оси стержня.

4. Катушка зажигания по п. 2 или 3, в которой оси симметрии сердечников взаимно параллельны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4