Пьезоэлектрическая система зажигания для двигателя внутреннего сгорания

 

\ т . .о юзная н

О П И С АHИ 15544Б

ИЗОБРЕТЕН И

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ

СОЮЗ СОВЕтЕКИХ

ЮЦН1ПИСТИМФСКИХ

Республин (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.12.74 (21) 2087676/06 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.77. Бюллетень М 14

Дата опубликования описания 23.05.77

М, Кл е F 02Р 3,/12

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

УДК 621.43.044.9 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. М. Опарин, В, В. Усенко и А. Г. Швецов (71) Заявитель

Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильного электрооборудования и автоприборов (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к системам зажигания для двигателя внутреннего сгорания с использованием пьезоэлектрического эффекта для получения высокого напряжения.

Известны пьезоэлектрические системы зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащие устройство периодического нагружения пьезоэлементов, электрически соединенных со свечой (1). Однако во всех системах этого типа, из-за относительно низкой скорости приложения механической нагрузки к пьезоэлементам (или сброса нагрузки), скорость нарастания высокого напряжения на два-три порядка меньше, чем в обычных системах зажигания, у которых эта скорость определяется параметрами связанных контуров L=R=C. Вследствие этого системы, у которых отсутствуют специальные устройства для увеличения скорости нарастания высокого напряжения на свече, имеют низкую добротность, т. е. сильно снижают напряжение при наличии нагарообразования на свече и практически — неработоспособны. Поэтому пьезоэлектрические системы зажигания обычно снабжают, кроме механизма нагружения, устройством для формирования высокого напряжения на свече. Известны также пьезоэлектрические системы зажигания, формирование импульса на свече которых осуществляется при помощи дополнительного искрового промежутка, включаемого последовательно со свечой, причем параметры дополнительного искрового промежутка выбирают такими, чтобы его пробивное напряжение было больше, чем, пробивное напряжение свечи (2). Эти системы характеризуются нестабильным искрообразованием на свече из-за высокого пробивного напряжения искрового разрядника.

10 Целью изобретения является повышение стабильности искрообразования на свече двигателя. В предлагаемой системе это достигается тем, что общая точка, образованная свечой и одним из электродов разрядника, сосди1,-, нсна с «массой» двигателя, например, через резистор.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая система зажигания; на фиг. 2— эквивалентная схема системы, иллюстрирующая процессы в ней. На фиг. 2 приняты обозначения: Пг.— пьезогеператор; Уп„. — выходное напряжение, развиваемое пьезогенератором; Г„. — напряжение на дополнительном искровом промежутке; Uù) jQII пробивное напряжение дополнительного искрового промежутка; U„.— напряжение на свече; U1Ip,«13 пробивное напряжение свечи; С.„„.— эквивалентная собственная емкость дополнительного разрядника; C„. эквивалентная собствен30 ная емкость свечи; R — резистор, через кото50

60 (5) рый общая точка разрядника и свечи соединена с «массой».

Система зажигания состоит из пьезогенера. тора 1 с пьезоэлементами 2, периодически деформируемыми системой нагружения, содержащей в данном случае эксцентрик 3 с рычагом 4. Средняя точка пьезоэлементов соединена со свечой 5 через двухэлектродный разрядник 6 (воздушный или газонаполненный). Общая точка, образованная одним из электродов разрядника и центральным электродом свечи соединена с «массой» двигателя через резистор 7.

При вращении эксцентрика 3, связанного с коленвалом двигателя (на чертежах не показан), пьезоэлементы 2 периодически деформируются и на них образуется потенциал высокого напряжения, который в результате наличия резистора 7 оказывается почти полностью приложенным к дополнительному искровому промежутку. Если напряжение пьезогенератора больше пробивного на свече, то дополнительный искровой промежуток пробивается и затем пробивается искровой промежуток свечи, так как из-за крутого фронта нарастания напряжения на свече (после пробоя искрового промежутка) и конечной величины индуктивности резистора заряд, накапливающийся на собственной емкости свечи, не успевает стечь прежде, чем пробьется ее и скро в ой п р о меж уток.

Улучшение стабильности искрообразования при заданном давлении и выходном напряжении пьезогенератора может быть объяснено следующим образом.

Как видно из схемы (см. фиг. 2), условия пробоя разрядника 6

Uëîï Unp лоп. (1) По закону Кирхгофа Пг. = одоп. + св.

Напряжение на разряднике 6 лоп. = Пг. — св.

При отсутствии сопротивления R напряжение на разряднике и свече распределяется обратно пропорционально их емкостям, и при этом условии

Сдоп св — доп св.

Подставив выражение (4) в формулу (3), после несложных преобразований получим пг.

+ доп. св

Из последнего выражения видно, что при отсутствии соединения общей точки, образо5

40 ванной свечой и искровь1м разрядникоМ, напряжение на разряднике 6 зависит от соотношения собственных емкостей C „. и C„..

Вследствие малости этих емкостей их величина, а следовательно, и соотношение может в процессе работы сильно меняться, например, из-за разной степени ионизации пространства между электродами от импульса к импульсу.

Это приводит к нестабильной величине U„„, что при малом запасе напряжения, обеспечиваемого пьезогенератором, может вызвать перебои в искрообразовании на дополнительном промежутке и на свече.

Если общая точка свечи и дополнительного искрового промежутка соединена с «массой», например, через резистор, то к искровому разряднику прикладывается фактически полное напряжение пьезогенератора.

Если напряжение пьезогенератора больше или равно пробивному Упр.л,п., то дополнительный искровой промежуток пробивается и вслед за этим происходит заряд C„. до напряжения, большего чем UÄp.„, так как из-за крутого фронта нарастания U„. заряд через резистор не успевает стечь. Поэтому после пробоя искрового разрядника происходит пробой искрового промежутка свечи.

Аналогично можно показать, что улучшение стабильности искрообразования происходит также у систем, в которых, вместо резистора, включена индуктивность или емкость, или комбинация этих элементов.

Таким образом, при соединении общей точки искрового разрядника и свечи с «массой» возможно существенное снижение запаса напряжения пьезогенератора по отношению к пробивному напряжению искрового разрядника при конструировании пьезосистемы. Это в свою очередь приводит к снижению габаритов, так как позволяет применять пьезоэлементы меньшей длины, и к повышению стабильности искрообразования из-за меньшей величины требуемых механических усилий.

Формула изобретения

Пьезоэлектрическая система зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая устройство для периодического нагружения пьезоэлементов, электрически соединенных со свечой через двухэлектродный искровой разрядник, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения стабильности искрообразования, общая точка, образованная свечой и одним из электродов разрядника, соединена с «массой» двигателя, например, через резистор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США Ма 3355623, кл. 315-55, 1967.

2. Патент США Хо 3229153, кл. 315-55, 1966.

554415 с(ьл

Фиг. 2

Составитель Т. Орлова

Текред И. Карандашова

Редактор Л. Тюрина

Корректор Е. Хмелева

Заказ 1107/8 Изд. Мв 420 Тираж 690 Подписное

ЦНИИ11И Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2