Система зажигания двигателя внутреннего сгорания. Система зажигания двс

Система зажигания двигателя. Принцип действия — Мегаобучалка

Основное назначение системы зажигания автомобиля является подача искрового разряда на свечи зажигания в определённый такт работы бензинового двигателя. Для дизельных двигателей под зажиганием понимают момент впрыска топлива в такт сжатия. В некоторых моделях автомобилей система зажигания, а именно ее импульсы, подаются на блок управления погружным топливным насосом. Систему зажигания, по мере своего развития, можно разделить на три типа. Контактная система зажигания, импульсы у которой создаются во время работы контактов на разрыв. Бесконтактная система зажигания, управляющие импульсы создаются электронным транзисторным управляющим устройством – коммутатором, (хотя правильно его назвать генератором импульсов). Микропроцессорная система зажигания - это электронное устройство, которое управляет моментом зажигания, а также другими системами автомобиля. Для двухтактных двигателей, без внешнего источника питания используются системы зажигания типа магнето. Основана на принципе создания ЭДС при вращении постоянного магнита в катушке зажигания по заднему фронту импульса. Устройство системы зажигания Схема системы зажигания: 1 - замок зажигания; 2 - катушка зажигания; 3 - распределитель, 4 - свечи зажигания; 5 - прерыватель, 6 - масса. Все вышеперечисленные виды систем зажигания похожи между собой, отличаются только методом создания управляющего импульса. Так в систему зажигания входят: Источник питания для системы зажигания, это аккумуляторная батарея (в момент запуска двигателя), и генератор (во время работы двигателя). Выключатель зажигания – это механическое или электрическое контактное устройство подачи напряжения на систему зажигания, или по-другому – замок зажигания. Как правило, выполняет две функции: подачи напряжения на бортовую сеть и систему зажигания, подачи напряжения на втягивающее реле стартера автомобиля. Накопитель энергии – узел предназначенный для накопления, преобразования энергии достаточной для возникновения электрического разряда между электродами свечи зажигания. Условно накопители энергии можно разделить на индуктивный и емкостный. Простейший индуктивный накопитель – это катушка зажигания, которая представляет собой автотрансформатор, первичная обмотка у него подключается к плюсовому полюсу и через устройство разрыва к минусовому. Во время работы устройства разрыва, например кулачков зажигания, в первичной обмотке возникает напряжение самоиндукции. Во вторичной обмотке образуется повышенное напряжение, достаточное для пробоя воздушного зазора свечи. Емкостный накопитель представляет собой емкость, которая заряжается повышенным напряжением и в нужный момент отдает свою энергию на свечу зажигания Свечи зажигания, представляют собой устройство с двумя электродами находящимися друг от друга на расстоянии 0,15-0,25 мм. Это фарфоровый изолятор, насаженный на металлическую резьбу. В центре находится центральный проводник, который служит электродом, вторым электродом является резьба. Система распределения зажигания предназначена для подачи в нужный момент энергии от накопителя к свечам зажигания. В состав системы входят распределитель, и(или) коммутатор, блок управления системой зажигания. Распределитель зажигания (трамблёр) – устройство распределения высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам цилиндров. Обычно в распределителе собран и кулачковый механизм. Распределение зажигания может быть механическим и статическим. Механический распределитель представляет собой вал, который приводится в действие от двигателя и при помощи «бегунка» распределяет напряжение по высоковольтным проводам. Статическое распределение зажигания подразумевает под собой отсутствие вращающихся деталей. При таком варианте катушка зажигания присоединятся непосредственно к свече, а управление происходит от блока управления зажиганием. Если, например, двигатель автомобиля имеет четыре цилиндра, то и катушек будет четыре. Высоковольтные провода в данной системе отсутствуют. Коммутатор – электронное устройство для генерации импульсов управления катушкой зажигания, включается в цепь питания первичной обмотки катушки и по сигналу от блока управления разрывает питание, в результате чего возникает напряжение самоиндукции. Блок управления системой зажигания – микропроцессорное устройство, которое определяет момент подачи импульса в катушку зажигания, в зависимости от данных датчиков положения коленвала, лямбда-зондов, температурных датчиков и датчика положения распредвала. Высоковольтный провод - это одножильный провод с повышенной изоляцией. Внутренний проводник может иметь форму спирали, для исключения помех в радиодиапазоне. Принцип работы системы зажигания Рассмотрим принцип действия классической системы зажигания. При вращении вала привода трамблёра в действие приводятся кулачки, которые «разрывают» подаваемые на первичную обмотку автотрансформатора (бобину) 12 вольт. При пропадании напряжения на трансформаторе, в обмотке появляется ЭДС самоиндукции, соответственно на вторичной обмотке возникает напряжение порядка 30000 вольт. Высокое напряжение подается в распределитель зажигания (бегунок), который вращаясь попеременно подает напряжение на свечи в зависимости от такта работы двигателя внутреннего сгорания. Высокого напряжения достаточно для пробоя искровым разрядом воздушного зазора между электродами свечи зажигания. Опережение зажигания нужно для более полного сгорания топливной смеси. Из-за того, что топливо сгорает не сразу, поджечь его необходимо немного раньше, до прихода в ВМТ. Момент подачи искры должен быть точно отрегулирован, потому что в ином случае (раннее или позднее зажигание) двигатель потеряет свою мощность, возможна повышенная детонация.

 

megaobuchalka.ru

Система зажигания автомобиля

Система зажигания автомобиля служит для обеспечения воспламенения рабочей смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя в соответствии с порядком их работы. На карбюраторных двигателях применяют контактную, контактно-транзисторную и бесконтактную системы зажигания.

Система зажигания автомобиля

Контактная система зажигания состоит из аккумуляторной батареи, генератора, катушки зажигания, прерывателя-распределителя, искровых свечей зажигания, выключателя зажигания, проводов высокого напряжения и проводов низкого напряжения.

   Принцип действия контактной системы заключается в следующем. При включенном зажигании и сомкнутых контактах прерывателя ток от аккумуляторной батареи или генератора поступает на первичную обмотку катушки зажигания, в результате чего образуется магнитное поле. Когда контакты прерывателя размыкаются, ток в первичной обмотке исчезает и исчезает вокруг нее магнитное поле. Исчезающий магнитный поток пересекает витки вторичной и первичной обмоток, вызывая возникновение в каждом из витков электродвижущей силы. Так как на вторичной обмотке количество витков, соединенных между собой последовательно, значительное, общее напряжение на концах достигает 20–24 кВ. Электродвижущая сила вторичной обмотки будет тем выше, чем больше скорость исчезновения магнитного потока. От катушки зажигания по проводам высокого напряжения через распределитель ток высокого напряжения поступает к искровым свечам зажигания, вызывая между электродами свечей искровой разряд, который воспламеняет рабочую смесь.

В настоящее время более широко применяют контактно-транзисторную систему и бесконтактую системы зажигания. Различных бесконтактных систем зажигания существует много. Принципы действия их примерно одинаковы, однако отдельные элементы существенным образом отличаются, например: транзисторное зажигание с индуктивным датчиком; электронное зажигание, управляемое компьютером с комплексом данных; электронное зажигание, управляемое процессорами, и др.

  Принцип действия бесконтактной системы зажигания заключается в следующем. При включенном зажигании и вращающемся коленчатом вале двигателя датчик-распределитель выдает импульсы напряжения на коммутатор, который преобразует их в прерывистые импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. В момент прерывания тока в первичной обмотке индуктируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке. Ток высокого напряжения идет от катушки зажигания по проводу через угольный контакт на пластину ротора и затем через клемму крышки распределителя по проводу высокого напряжения, в наконечнике которого установлен помехоподавительный экран, попадает на соответствующую свечу зажигания и воспламеняет рабочую смесь в цилиндре.

Бесконтактная система зажигания двигателя ВАЗ-2108 включает датчик-распределитель, свечи зажигания, электронный коммутатор, аккумуляторную батарею, генератор, катушку зажигания, провода низкого напряжения, провода высокого напряжения, монтажный блок, выключатель зажигания, штекерный разъем датчика-распределителя, плюсовую клемму катушки зажигания.

Бесконтактная система зажигания повышает надежность из-за отсутствия подвижных контактов и необходимости систематической их регулировки и зачистки зазоров, а также повышает надежность пуска и работу при разгонах автомобиля благодаря более высокой энергии электрического разряда, который обеспечивает надежное воспламенение рабочей смеси в цилиндрах двигателя независимо от частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, одним из преимуществ бесконтактной системы зажигания является отсутствие влияния вибрации и биения ротора-распределителя на равномерность момента искрообразования.

Важным параметром, определяющим работоспособность системы зажигания, является угол опережения зажигания, который индивидуален для двигателей определенной модели и колеблется от 0 до 10 градусов.

Угол поворота кривошипа коленчатого вала, при котором появляется искра между электродами свечи зажигания до момента подхода поршня к верхней мертвой точке, называют углом опережения зажигания. Сгорание рабочей смеси в цилиндре двигателя должно заканчиваться при повороте кривошипа на 10–15 градусов после верхней мертвой точки, т. е. в начале рабочего хода. Поэтому искровой пробой между электродами должен происходить несколько раньше подхода поршня к верхней мертвой точке.

Когда искра между электродами свечи появляется слишком рано, т. е. при большом угле опережения зажигания, давление газов в цилиндре возрастает до подхода поршня к верхней мертвой точке, что препятствует движению поршня и приводит к уменьшению мощности и экономичности двигателя, к ухудшению его приемистости. При работе под нагрузкой двигатель перегревается, появляются стуки, а при малой частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода двигатель работает неустойчиво.

Если зажигание произойдет позже, т. е. при малом угле опережения зажигания, воспламенение рабочей смеси происходит при движении поршня уже после верхней мертвой точки. Давление газов будет намного меньше, чем при нормальном зажигании, что приведет к резкому падению мощности и экономичности двигателя и к перегреву двигателя. Поэтому угол опережения зажигания должен регулироваться автоматически, с учетом скоростного и нагрузочного режима двигателя. С увеличением частоты вращения коленчатого вала и уменьшением нагрузки на двигатель угол опережения зажигания должен увеличиваться, а при уменьшении частоты вращения коленчатого вала и увеличении нагрузки – уменьшаться.

Методы облегчения пуска двигателя. Для облегчения пуска двигателя применяют пусковые жидкости типа «Арктика», предпусковые подогреватели, электроподогрев аккумуляторных батарей, свечи накаливания для дизельных двигателей и др.

В статье использованы материалы из открытых источников: (Виктор Барановский. Автомобиль. 1001 совет)

По материалам: avto-opel.com

 Загрузка ...

Поделиться "Система зажигания автомобиля"

Система зажигания автомобиля

5 (100%) проголосовало 2

avto-opel.com

Система зажигания двс

Изобретение относится к области автомобилестроения, а именно к системам искрового зажигания двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в увеличении мощности искры и надежности искрообразования системы зажигания, что дает возможность повысить надежность работы двигателя в условиях низких температур и/или высокой влажности, а также при не очень высоком качестве топливно-воздушной смеси. Согласно изобретению система зажигания ДВС содержит катушку зажигания, состоящую из первичной и вторичной обмоток и магнитопровода, и разрядный промежуток, включенный в цепь вторичной обмотки катушки зажигания. При этом катушка зажигания изготовлена таким образом, что волновое сопротивление ρ колебательного контура, образованного индуктивностью и эффективной емкостью во вторичной обмотке, с учетом токов утечки лежит в интервале: , где Uпроб - минимальное значение напряжения на разрядном промежутке, при котором гарантированно происходит пробой, Iдоп - максимально допустимый ток искрового разряда, при котором искра не переходит в низковольтный дуговой разряд. Обмотки катушки зажигания могут быть выполнены с увеличенным потоком рассеяния магнитного поля, например, в виде галеты, а магнитопровод катушки зажигания может быть изготовлен из материала с низкими удельными потерями, например из трансформаторного железа, рассчитанного на частоту 400 Гц. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относиться к автомобилестроению, а именно к электронным системам зажигания двигателей внутреннего сгорания. Изобретение может быть использовано в системах искрового зажигания для более надежной работы двигателей в условиях низких температур и/или высокой влажности, а также при не очень высоком качестве топливно-воздушной смеси.

Известно устройство для увеличения плазменного объема искры в свече зажигания (пат. RU 2171909, М. кл. 7 F 02 P 3/04, F 02 P 3/08, публ. 2001 г.). Это устройство содержит последовательный LC-контур, подключенный параллельно искровому промежутку непосредственно около свечи зажигания, чтобы исключить влияние высокоомного провода вторичной цепи катушки зажигания. Устройство, продлевая время горения искры в 8-10 раз, увеличивает ее объем в 3-4 раза, повышает ионизирующее и тепловое действие. Это известное устройство решает задачу по увеличению тока искры, но при этом в схему вводятся дополнительные элементы. Основным недостатком такой системы зажигания является высокое волновое сопротивление колебательного контура ρ˜1 МОм, образованного вторичной обмоткой катушки зажигания и эффективной емкостью в высоковольтной цепи катушки зажигания, которое легко шунтируется сопротивлением утечки в этой цепи.

Получить необходимую, регулируемую по времени, длительность непрерывного разряда позволяет релаксационно-колебательная система электронного зажигания ДВС (пат. RU 2054575, М. кл. 7 F 02 P 3/04, публ. 1996 г.). В систему зажигания ДВС, содержащую в первичной цепи катушки зажигания тиристорно-конденсаторный блок высокого напряжения, низковольтный блок вольтодобавки и транзисторный ключ, введены дополнительно два диода. Первый диод подключен параллельно цепи из тиристора и конденсатора и соединяет анод тиристора с блоком вольтодобавки. При этом второй диод соединяет среднюю точку тиристорно-конденсаторной цепи с выводом первичной обмотки катушки зажигания. Система зажигания создает релаксационные колебания, что позволяет поддерживать непрерывный ток разряда нужное время и формирует широкий начальный фронт пламени. Система зажигания обеспечивает эффективный процесс горения топливной смеси и повышает экономичность расхода топлива. Недостатком этой системы является введение дополнительных элементов. Использование стандартных существующих катушек зажигания не позволяет решить проблему высокого волнового сопротивления ρ колебательного контура вторичной обмотки катушки. Это снижает надежность работы и запуска двигателя в неблагоприятных условиях за счет шунтирования разрядного промежутка свечи сопротивлением утечки.

Облегчить запуск двигателя в неблагоприятных условиях, особенно в зимнее время, позволяет искровая система зажигания ДВС, известная по патенту RU 2107184, М. кл. 7 F 02 P 3/04, опубл. 1998. Эта система зажигания содержит последовательно соединенные преобразователь напряжения, удвоитель напряжения, стабилизатор напряжения, прерыватель, включенные в первичную обмотку катушки зажигания. А в цепь вторичной обмотки катушки зажигания перед разрядным промежутком свечи введен больший дополнительный искровой промежуток. Такая конструкция уменьшает нежелательное влияние токов утечки, при этом почти вся энергия идет на образование искры в свече зажигания. Но это не исключает емкостную фазу разряда, когда большая часть энергии тока в разрядном промежутке идет на разрушение электродов свечи. Другим недостатком является усложнение схемы, введение ряда дополнительных блоков для стабилизации напряжения и дополнительная эрозия материала на добавленном искровом промежутке.

Наибольшее количество общих элементов с предлагаемой системой зажигания содержит штатная система зажигания (см., например, С.В.Акимов, Ю.П.Чижов. "Электрооборудование автомобилей". Учебник для ВУЗов, стр.188-191. Изд. "За рулем", 2001 г.), которая выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа). Система зажигания-прототип содержит источник питания, коммутатор, катушку зажигания, состоящую из первичной и вторичной обмотки и магнитопровода, искровой промежуток, а также емкости и активные сопротивления в цепях первичной и вторичной обмоток катушки. Недостатком стандартной системы зажигания является ее ненадежная работа. Копоть и влага на изоляторе свечи, грязь и конденсат в распределителе зажигания и на высоковольтных проводах приводят к перебоям в работе двигателя или полному отказу всей системы зажигания. Особенно часто такие ситуации возникают при эксплуатации автомобиля зимой при низких температурах.

Анализ показывает, что в типовых системах зажигания значительная часть энергии, запасаемой в катушке зажигания, теряется в процессе формирования высокого напряжения на свече зажигания и при протекании разрядного тока в ней. Основные потери связаны с токами утечки в высоковольтной цепи, и, кроме того, есть значительные индукционные потери в магнитопроводе катушки и в процессе протекания емкостной фазы разряда.

Предлагаемым изобретением решается задача увеличения мощности искры и надежности искрообразования системы зажигания за счет исключения "непроизводительных" потерь путем согласования величины волнового сопротивления ρ контура, образованного индуктивностью и емкостью, входящих в состав системы зажигания, с параметрами искрового разряда - напряжением пробоя и током разряда.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая система зажигания, так же как и прототип, содержит катушку зажигания, состоящую из первичной и вторичной обмоток и магнитопровода, и искровой промежуток, включенный в цепь вторичной обмотки катушки зажигания.

Новым в разработанной системе зажигания является то что, катушка зажигания изготовлена таким образом, что волновое сопротивление ρ колебательного контура, образованного индуктивностью и эффективной емкостью во вторичной обмотке, с учетом токов утечки, лежит в интервале:

,

где Uпроб - минимальное значение напряжения на разрядном промежутке, при котором гарантированно происходит пробой,

Iдоп - максимально допустимый ток искрового разряда. Максимальная величина тока разряда ограничена условием перехода процесса горения высоковольтной искры в режим низковольтного плазменно-дугового разряда, при котором основная энергия дуги идет не на нагрев ТВС, а на разрушение электродов свечи.

В частном случае целесообразно с целью исключения потерь при емкостной фазе разряда при изготовлении обмоток катушки зажигания делать их с увеличенным потоком рассеяния магнитного поля, например, в виде галеты.

В другом частном случае, с целью уменьшения потерь от вихревых токов, магнитопровод катушки зажигания целесообразно изготавливать из материала с низкими удельными потерями, например из трансформаторного железа, рассчитанного на частоту 400 Гц.

В процессе формирования высоковольтного напряжения неконтролируемые потери энергии связаны с токами утечки. Расчеты показывают, что наиболее типичное значение волнового сопротивления системы зажигания со стандартной катушкой составляет величину ρ˜1 МОм. При наличии токов утечки в такой системе через сопротивление утечки, равное волновому, напряжение на искровом промежутке уменьшается практически вдвое, что приводит либо к отказу системы зажигания, либо к значительному уменьшению энергии искры.

В процессе горения искры основные потери энергии связаны с теплопроводностью топливно-воздушной смеси, и при малой мощности искры, даже при увеличении ее длительности, топливно-воздушная смесь может не воспламениться.

Обеспечение заявленного технического результата можно объяснить следующим образом.

Решение волнового уравнения для параллельного колебательного контура, которым является цепь вторичной обмотки системы зажигания, можно написать в виде напряжения в контуре:

где Ua - амплитудное значение напряжения, ω и t - частота и время, соответственно,

a L, С, Rут - параметры контура в общепринятых обозначениях.

После выключения ключа в первичной цепи катушки зажигания напряжение достигает максимального значения при Rут=ρ к моменту времени . Необходимым условием возникновения искры в свече зажигания в этот момент является Umax≥Uпроб, где

Из уравнения (2) для сопротивления утечки, при котором сохраняется условие пробоя разрядного промежутка, находим:

Из уравнения (3) находим величину волнового сопротивления ρ при минимальном значении сопротивления утечки:

Считая приемлемым условие надежной работы системы зажигания при Rут, увеличенным в 1,5 раза относительно минимального, для волнового сопротивления ρ найдем интервал допустимых значений:

Учитывая, что типовые значения Uпроб составляют ˜10÷15 кВ, Iдоп составляет ˜0,3 А, получаем интервал числовых значений ρ, соответствующих условию (5):

Величина сопротивления утечки, при котором сохраняется работоспособность системы зажигания, находится из того же уравнения (3), и можно показать, что его минимальная величина равна волновому сопротивлению, т.е. Rут=ρ.

На чертеже приведена эквивалентная схема предлагаемой системы зажигания.

Система зажигания содержит источник питания 1, активное сопротивление 2, конденсатор 3 и коммутатор 4, включенные в цепь первичной обмотки 5 катушки зажигания. Катушка зажигания включает в себя также магнитопровод, выполненный в виде магнитного сердечника 6, и вторичную обмотку 7, цепь которой содержит собственную индуктивность 8 вторичной обмотки 7, емкость 9, пересчитанную из первичной цепи, сопротивление утечки 10 и разрядный промежуток 11 свечи зажигания.

В качестве источника питания 1 используется аккумуляторная батарея, сопротивление 2 представляет собой активное сопротивление первичной цепи. Катушка зажигания изготавливается таким образом, что коэффициент трансформации составляет величину К≈15÷30. При этом получаем систему с волновым сопротивлением ρ≈100 кОм, соответствующим расчетному (4). Максимальное напряжение в первичной обмотке 5 катушки зажигания достигает величины 1000÷1500 В, что повышает требование к выбору элементной базы для коммутатора 4.

Магнитный сердечник 6 катушки зажигания может быть выполнен из материала с низкими удельными потерями, например из трансформаторного железа, рассчитанного на рабочую частоту 400 Гц.

Вторичная обмотка 7 может также быть выполнена в виде галеты. При этом собственная индуктивность 8 вторичной обмотки 7 (не связанная магнитным потоком с первичной) ограничивает ток искры и исключает потери при емкостной фазе разряда.

Исходя из требования накопить определенную энергию в системе, необходимую для образования искры, параметры катушки выбираем такие же, как и для серийной катушки зажигания промышленного изготовления. В случае конкретной реализации индуктивность первичной обмотки 5 катушки зажигания составляет величину L≈4 мГн, ток в ней I≈6÷8 А, емкость конденсатора 3, защищающего электронный ключ (коммутатор 4) от перегрузки по напряжению С≈0,1 мкФ.

Предлагаемая система зажигания, представленная на фиг.1, работает следующим образом: при включенном коммутаторе 4 в первичной обмотке 5 катушки зажигания появляется ток, протекающий от источника 1, через первичную обмотку 5 катушки и коммутатор 4. При достижении током максимально допустимой величины в катушке запасается энергия, достаточная для формирования в последующем искрового разряда свечи. При выключении по сигналу с датчика положения коленвала (не показан) коммутатора 4 ток первичной обмотки 5 заряжает конденсатор 3, индуктируя во вторичной обмотке 7 высокое напряжение. При достижении в этой цепи напряжения, достаточного для пробоя искрового промежутка 11, происходит пробой, и через вторичную обмотку 7 катушки зажигания начинает протекать ток. Этот ток складывается из тока самой катушки зажигания и тока разряда конденсатора 3, который пересчитывается во вторичную цепь катушки зажигания в емкость 9 по формуле

С2=С1/К2,

где К - отношение количества витков во вторичной обмотке 7 катушки к количеству витков в первичной обмотке 5 катушки зажигания.

Использование современной элементной базы при изготовлении электронного ключа (коммутатора 4) и катушки зажигания с измененным соотношением витков в первичной 5 и вторичной 7 обмотках позволило получить систему зажигания с низким волновым сопротивлением ρ˜100 кОм, соответствующим условию (5), значительно менее чувствительную к токам утечки, и существенно увеличенной мощностью искры при увеличенном токе искрового разряда до Iдоп≈0,3 А.

Система зажигания с заявленными свойствами получена при неизменном потреблении энергии (величине максимального тока катушки зажигания). Система получается менее чувствительной к токам утечки по сравнению с известными аналогами, поскольку величина сопротивления утечки 10 практически всегда остается больше, чем волновое сопротивление ρ контура вторичной обмотки 7, и не может его шунтировать, что позволяет исключить "непроизводительные" потери, тем самым решить поставленную задачу.

Особенностью работы системы зажигания по п.2 формулы является ограничение тока искрового разряда за счет увеличенного по сравнению с аналогами потока рассеяния магнитного поля, например, за счет изготовления вторичной обмотки 7 катушки зажигания в виде галеты, что позволяет исключить потери при емкостной фазе разряда.

Особенностью работы системы зажигания по п.3 формулы является то, что в процессе формирования высоковольтного напряжения потери энергии (нагрев магнитопровода) значительно уменьшаются за счет изготовления сердечника 6 катушки из трансформаторного железа с низкими удельными потерями.

Испытания системы зажигания, изготовленной, как указано в примере конкретной реализации, подтвердили высокую стабильность искрообразования в свечах, которые сохранили работоспособность даже при пробеге на автомобиле порядка 100 тысяч км. Наличие нагара, бензина и антифриза на изоляторе свечи не влияло на устойчивую работу двигателя.

Количество витков вторичной обмотки катушки зажигания составило ˜2000, что при серийном изготовлении должно снизить ее себестоимость, т.к. обычно это число лежит в пределах 16-40 тысяч витков.

Увеличение энергии разряда, обеспечиваемое разработанной системой зажигания, приводит к более полному сжиганию топливной смеси и тем самым уменьшает токсичность выхлопа.

1. Система зажигания ДВС, содержащая катушку зажигания, состоящую из первичной и вторичной обмоток и магнитопровода, и разрядный промежуток, включенный в цепь вторичной обмотки катушки зажигания, отличающаяся тем, что катушка зажигания изготовлена таким образом, что волновое сопротивление ρ колебательного контура, образованного индуктивностью и эффективной емкостью во вторичной обмотке, с учетом токов утечки лежит в интервале

где Uпроб - минимальное значение напряжения на разрядном промежутке, при котором гарантировано происходит пробой,

Iдоп - максимально допустимый ток искрового разряда, при котором искра не переходит в низковольтный дуговой разряд.

2. Система зажигания по п.1, отличающаяся тем, что конструктивно обмотки катушки зажигания выполнены с увеличенным потоком рассеяния магнитного поля, например, в виде галеты.

3. Система зажигания по п.1 или 2, отличающаяся тем, что магнитопровод катушки зажигания изготовлен из материала с низкими удельными потерями, например из трансформаторного железа, рассчитанного на частоту 400 Гц.

www.findpatent.ru

Система зажигания - это... Что такое Система зажигания?

Систе́ма зажига́ния — это совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих появление электрической искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания в нужный момент. Эта система является частью общей системы электрооборудования.

История

В первых двигателях (например, двигатель Даймлера, а также так называемый полудизель) смесь топлива с воздухом воспламенялась в конце такта сжатия от раскалённой калильной головки — камеры, сообщающейся с камерой сгорания (синоним — калильная трубка). Перед запуском калильную головку надо было разогреть паяльной лампой, далее её температура поддерживалась сгоранием топлива при работе двигателя. В настоящее время по такому принципу работают калильные двигатели, используемые в различных моделях (авиа-, авто-, судомодели). Калильное зажигание в данном случае выигрывает своей простотой и непревзойдённой компактностью.

Дизельные двигатели также не имеют систему зажигания, топливо воспламеняется в конце такта сжатия от сильно нагретого в цилиндрах воздуха.

Не нуждаются в системе зажигания компрессионные карбюраторные двигатели, топливовоздушная смесь воспламеняется от сжатия. Данные двигатели также применяются в моделизме.[1]

Но по-настоящему на бензиновых моторах прижилась искровая система зажигания, то есть система, отличительным признаком которой является воспламенение смеси электрическим разрядом, пробивающем воздушный промежуток между электродами свечи зажигания.

В настоящее время существуют три системы зажигания: с использованием магнето, батарейное зажигание с автомобильным аккумулятором и система зажигания без аккумулятора с использованием мотоциклетного генератора переменного тока.

Можно выделить: схемы без использования радиоэлектронных компонентов («классические») и электронные.

Схемы с электронным зажиганием разделяются на:

1. с наличием контактов прерывателя
2. бесконтактные

Магнето

Одной из первых появилась система зажигания на основе магнето.

Магнето — специализированный генератор переменного тока, вырабатывающий электроэнергию только для свечи зажигания. Конструкция представляет собой постоянный магнит, получающий вращение от коленчатого вала бензинового двигателя и неподвижную генераторную обмотку с малым количеством витков толстого провода (катушка индуктивности). На общем магнитопроводе с генераторной обмоткой находится высоковольтная (с большим количеством витков тонкого провода). Генерируемое низковольтное напряжение трансформируется в высоковольтное, способное «пробить» искровой промежуток свечи накаливания. Один из выводов каждой катушки связан с «массой» (корпусом двигателя), другой вывод высоковольтной обмотки присоединяется к центральному электроду свечи зажигания. Если магнето контактное — параллельно другому выводу низковольтной обмотки на «массу» подключён прерыватель с параллельно подключенным конденсатором (необходим для уменьшения искрения и подгорания контактов). В нужный момент времени (момент опережения зажигания) кулачок размыкает контакты прерывателя и на свече проскакивает искра. В электронных бесконтактных магнето прерыватель отсутствует, имеется управляющая катушка, в нужный момент генерируется управляющий импульс на электронный блок. Транзисторы или тиристоры открывается, ток поступает на высоковольтную катушку. Энергия дополнительно накапливается в конденсаторах или в катушках индуктивности, что повышает мощность искры.

Достоинством магнето является простота, компактность и лёгкость, низкая стоимость, аккумуляторная батарея не нужна. Магнето всегда готово к работе. Применяется в основном на малогабаритной технике — например, на бензопилах, газонокосилках, переносных бензогенераторах и др. Магнето также применялось на поршневых авиационных двигателях.

Батарейное зажигание

Классическая (контактная) батарейная система зажигания

Второй, наиболее распространённой системой является батарейная система зажигания. В этом случае электропитание осуществляется от автомобильной аккумуляторной батареи, а когда двигатель работает — электроэнергию вырабатывает автомобильный генератор, подключенный параллельно аккумулятору.

Последовательно источникам тока подключен выключатель зажигания, прерыватель и первичная обмотка катушки зажигания с добавочным сопротивлением.

Катушка зажигания представляет собой импульсный трансформатор. Основная функция катушки зажигания — трансформирование низкого (12 вольт) напряжения в высоковольтный (десятки тысяч вольт) импульс, способный «пробить» искровой промежуток на свече.

Цепь высокого напряжения — вторичная обмотка катушки зажигания, распределитель, высоковольтные провода и свечи зажигания.

Если двигатель одноцилиндровый — тогда высоковольтный распределитель отсутствует, он также не нужен на двухцилиндровых двигателях при применении двухискровых катушек зажигания. В последнее время становится катушка на каждый цилиндр (что позволяет разместить катушку непосредственно на свече как наконечник и отказаться от высоковольтных проводов) или двухискровая катушка на пару цилиндров.

Принцип действия

Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции.

От аккумуляторной батареи при включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя ток низкого напряжения проходит по первичной обмотке катушки зажигания, образуя вокруг неё магнитное поле. Размыкание контактов прерывателя приводит к исчезновению тока в первичной обмотке и магнитного поля вокруг неё. Исчезающее магнитное поле индуктирует во вторичной обмотке высокое напряжение (около 20—25 киловольт). Распределитель поочерёдно подводит ток высокого напряжения к высоковольтным проводам и свечам зажигания, между электродами которых проскакивает искровой заряд, топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя воспламеняется.

Исчезающее магнитное поле пересекает не только витки вторичной, но и первичной обмотки, вследствие чего в ней возникает ток самоиндукции напряжением около 250—300 вольт. Это приводит к искрению и обгоранию контактов, кроме того, замедляется прерывание тока в первичной обмотке, что приводит к уменьшению напряжения во вторичной обмотке. Поэтому параллельно контактам прерывателя подключен конденсатор (как правило, ёмкостью 0,25 мкф).

Последовательно первичной обмотке катушки зажигания включается добавочное сопротивление (или дополнительный резистор). На низких оборотах контакты прерывателя оказываются бо́льшую часть времени в замкнутом состоянии и через обмотку протекает ток, более чем достаточный для насыщения магнитопровода. Избыточный ток бесполезно нагревает катушку. При запуске двигателя добавочное сопротивление шунтируется контактами реле стартера, тем самым повышается энергия электрической искры на свече зажигания.

Зажигание с использованием генератора переменного тока (без аккумуляторов)

На лёгких мотоциклах (например, мотоциклы «Минск», «Восход»), мопедах и подвесных лодочных моторах устанавливаются генераторы переменного тока с самовозбуждением (с вращающимся постоянным магнитом). Одна из статорных обмоток генерирует электроэнергию для свечи зажигания, остальные — для питания электрооборудования транспортного средства (фары, ходовые огни маломерного судна, освещение каюты). Статорная обмотка может быть совмещена с катушкой зажигания, а сам генератор — с узлом прерывателя. Аккумуляторная батарея на транспортном средстве не нужна (но на судне может присутствовать для освещения на стоянке, заряжается генератором на ходу, при работе лодочного мотора).

Электронное зажигание

Блок электронного зажигания, СССР, 1980-е годы. Самостоятельно подключался к «классической» батарейной системе зажигания автомобиля. Тумблером электроннное зажигание могло быть отключено, переменным резистором водитель регулировал опережение зажигания (например, уменьшал при запуске холодного двигателя).

Через контакты прерывателя «классической» системы зажигания протекает большой ток, вызывающий их быстрый износ, а также сила тока низкого напряжения зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. После появления полупроводниковых элементов (тиристоров и транзисторов) стали выпускаться электронные системы зажигания, вначале контактные, как дополнение к «классической», затем бесконтактные.

В контактной электронной системе зажигания через прерыватель проходит малый ток, собственно прерыватель вызывает срабатывание электронной схемы коммутатора, формирующей импульс в первичной обмотке катушки зажигания. Благодаря электронным компонентам напряжение в первичной обмотке может быть повышено, при запуске двигателя коммутатор может выдавать несколько импульсов подряд, облегчая воспламенение топливной смеси, водитель может со своего места легко регулировать момент зажигания.

Так, на автомобилях ЗИЛ-130, ЗИЛ-131 и ГАЗ-53 штатно устанавливалась контактно-транзисторная система зажигания. В СССР в продажу поступали блоки электронного зажигания («Ока», «Искра», «Искра-2» и др.), которые автолюбители самостоятельно устанавливали на свои «Запорожцы», «Жигули» и «Москвичи». Блок электронного зажигания мог быть легко отключен при его неисправности.

Системы с накоплением энергии в индуктивности

Системы с накоплением энергии в индуктивности (транзисторные) занимают доминирующее положение в технике. Принцип действия — при протекании электрического тока от внешнего источника через первичную обмотку катушки зажигания катушка запасает энергию в своём магнитном поле, при прекращении этого тока ЭДС самоиндукции генерирует в обмотках катушки мощный импульс, который снимается со вторичной (высоковольтной) обмотки, и подаётся на свечу. Напряжение импульса достигает 20—40 тысяч вольт без нагрузки. Реально, на работающем двигателе напряжение высоковольтной части определяется условиями пробоя искрового промежутка свечи зажигания в конкретном рабочем режиме, и колеблется от 3 до 30 тысяч вольт в типичных случаях. Прерывание тока в обмотке долгие годы осуществлялось обычными механическими контактами, сейчас стандартом стало управление электронными устройствами, где ключевым элементом является мощный полупроводниковый прибор: биполярный или полевой транзистор.

Системы с накоплением энергии в ёмкости

Системы с накоплением энергии в ёмкости (они же «конденсаторные» или «тиристорные», CDI) появились в середине 1970-х годов в связи с появлением доступной элементной базы и возросшим интересом к роторно-поршневым двигателям. Конструктивно они практически аналогичны описанным выше системам с накоплением энергии в индуктивности, но отличаются тем, что вместо пропускания постоянного тока через первичную обмотку катушки к ней подключается конденсатор, заряженный до высокого напряжения (типично от 100 до 400 вольт). То есть обязательными элементами таких систем являются преобразователь напряжения того или иного типа, чья задача — зарядить накопительный конденсатор, и высоковольтный ключ, подключающий данный конденсатор к катушке. В качестве ключа, как правило, используются тиристоры. Недостатком данных систем является конструктивная сложность, и недостаточная длительность импульса в большинстве конструкций, достоинством — крутой фронт высоковольтного импульса, делающий систему менее чувствительной к забрызгиванию свечей зажигания, характерному для роторно-поршневых двигателей.

Принципиальная схема транзисторного электронного контактного зажигания. При размыкании контактов прерывателя S1 электронная схема формирует импульс электрического тока в первичной обмотке катушки зажигания

• Существуют также конструкции, объединяющие оба принципа, и имеющие их достоинства, но, как правило, это любительские или экспериментальные конструкции, отличающиеся высокой сложностью изготовления.

Момент зажигания

Важнейшим параметром, определяющим работу системы зажигания, является так называемый момент зажигания, — то есть время, в которое система поджигает искровым разрядом сжатую рабочую смесь. Определяется момент зажигания как положение коленвала двигателя в момент подачи импульса на свечу опережением относительно верхней мёртвой точки в градусах (типично от 1 градуса до 30).

Это связано с тем, что для сгорания рабочей смеси в цилиндре требуется некоторое время (скорость распространения фронта пламени около 20-30 м/с). Если поджигать смесь в положении поршня в верхней мёртвой точке (ВМТ), смесь будет сгорать уже на такте расширения и частично на выпуске и не обеспечит эффективного давления на поршень (попросту говоря, догоняя поршень, вылетит в выхлопную трубу). Поэтому (оптимальный) момент зажигания подбирают таким образом (опережают относительно ВМТ), чтобы максимальное давление сгоревших газов приходилось на ВМТ.

Оптимальный момент (опережения) зажигания зависит от скорости движения поршня (оборотов двигателя), степени обогащения/обеднения смеси и немного от фракционного состава топлива (влияет на скорость горения смеси). Для автоматического приведения момента зажигания к оптимальному применяются центробежный и вакуумный регуляторы, или электронный блок управления.

Следует отметить, что на нагрузочных режимах в бензиновых двигателях при оптимальных (по скорости горения смеси) углах зажигания часто возникает детонация (взрывное горение смеси), поэтому, для её избежания, реальный угол опережения зажигания делают чуть больше, до порога возникновения детонации (подводом начального угла опережения вручную, или электроникой блока управления — автоматически, в движении).

Как «позднее зажигание», так и «раннее зажигание» (относительно оптимального) приводит к падению мощности двигателя и снижению экономичности из-за снижения КПД, а также избыточному нагреву и нагрузкам на детали двигателя. «Раннее зажигание», кроме того, приводит к сильной детонации, особенно при резком нажатии на педаль газа. Регулировка опережения зажигания на автомобилях обычно заключается в выставлении наиболее раннего момента зажигания, еще не приводящего к детонации при разгоне.

Узлы системы зажигания

Бесконтактная электронная система зажигания; распределитель совмещён с катушкой зажигания, виден вакуумный регулятор и высоковольтные провода со свечными наконечниками.

Датчик момента искрообразования

В старых двигателях использовался вращающийся кулачок и контактная группа (прерыватель), разрывающая цепь при определённом положении вала. Это упрощало низковольтную электрическую схему системы зажигания до двух проводов — от аккумулятора до катушки, и от катушки до прерывателя. Недостатком этой системы была низкая надёжность контактов прерывателя и параллельно им подключенного конденсатора (возможно, самое ненадёжное место в двигателе как целом), уязвимость контактов для нагара и влаги.

С развитием электроники от прерывателя отказались, заменив его бесконтактными датчиками — индуктивными, оптическими, либо наиболее распространёнными датчиками Холла, основанными на эффекте изменения проводимости полупроводника в магнитном поле. Преимущество бесконтактных схем — отсутствие необходимости в периодическом обслуживании, — за исключением замены свечей зажигания. В таком случае, для выдачи резкого фронта/спада напряжения на катушку необходима электронная схема, делающая это на основании сигнала с датчика. Отсюда происходит название такого варианта: «бесконтактное электронное зажигание». Электронная схема обычно исполнена в виде единого; зачастую — неремонтопригодного узла, известного в просторечии как «коммутатор».

На советских лодочных[2] и мотоциклетных[3] двигателях бесконтактное электронное зажигание применялось с 1970-х годов; на автомобилях — начиная с ВАЗ-2108 (1984).

В современных автомобилях на его смену пришли датчик положения коленвала и датчик фаз. Точный момент искрообразования вычисляется электронным блоком управления в зависимости от показаний многих иных датчиков (датчик детонации, датчик положения дроссельной заслонки и т. п.) и в зависимости от режима движения и работы двигателя.

Центробежный регулятор

Центробежный регулятор — устройство, изменяющее положение шторки бесконтактного датчика или кулачка контактного (а значит, и момент зажигания) в зависимости от оборотов двигателя.

Состоит из грузиков (обычно — двух), которые, с увеличение оборотов двигателя, расходятся, преодолевая сопротивление пружинок, поворачивая при этом часть вала со шторкой или кулачком вперёд (увеличивая опережение зажигания при увеличении оборотов).

Вакуумный регулятор

Вакуумный регулятор — устройство, изменяющее положение датчика относительно начального (а, значит, и момент зажигания) в зависимости от разрежения во впускном коллекторе, то есть от степени открытия дроссельных заслонок и оборотов двигателя. Обычно включает в себя шланг от узла прерывателя/датчика до карбюратора или впускного коллектора. На прерывателе разрежение воздействует на мембрану, которая, преодолевая сопротивление пружины, сдвигает датчик (контакты прерывателя) навстречу движению кулачка (шторок), то есть, увеличивая опережение зажигания при большом разрежении во впускном коллекторе (в этом случае смесь горит дольше, это режимы малых нагрузок при высоких оборотах двигателя).

Центробежный и вакуумный регуляторы позволяют добиться оптимального момента зажигания во всех режимах работы двигателя. В современных двигателях они уже не используются, — поскольку задача определения оптимального момента искрообразования переложена на микропроцессор (в электронном блоке управления, или контроллере), учитывающий в вычислениях также положение дросселей, обороты двигателя, сигналы датчика детонации и т. п.

Катушка зажигания

Схема включения двухискровой катушки зажигания

Катушка зажигания (часто называется «бобина») — импульсный трансформатор, преобразующий резкий фронт/спад напряжения от прерывателя/коммутатора в высоковольтный импульс. В одноцилиндровых двигателях (лодочные, мотоциклетные) используется по одной катушке на каждый цилиндр, соединённой со свечой высоковольтным проводом. В многоцилиндровых двигателях традиционно использовалась одна катушка и распределитель; однако в большинстве современных двигателей используется несколько катушек зажигания, либо объединённых в едином корпусе с электронными коммутаторами (т. н. «модуль зажигания»), при этом каждая катушка обеспечивает искру в конкретном цилиндре, либо в группах цилиндров, что позволяет отказаться от распределителя зажигания, либо отдельные катушки устанавливаются непосредственно на каждую свечу; при этом, катушки выполнены в виде надеваемых на свечи наконечников, конструктивно объединяющих собственно высоковольтный трансформатор и силовой ключ управления, что позволяет отказаться также и от высоковольтных проводов. Нередко — в случае большеобъёмных двигателей или двигателей, работающих на обеднённых смесях, — используют двух- или многоточечный по́джиг для уменьшения фазы горения смеси или для повышения надёжности (авиадвигатели). В этом случае устанавливается либо два комплекта катушек зажигания и распределителей, либо используется схема с индивидуальными катушками (например, двигатели Honda серии LxxA). Также, в двигателях с четным числом цилиндров часто применяется схема с двухискровой катушкой зажигания, содержащей выводы от обоих концов высоковольтной обмотки и соответственно питающей две свечи зажигания, находящихся в цилиндрах, циклы в которых сдвинуты друг относительно друга так, чтобы ненужная в данный момент искра попадала на такт выпуска или продувки. Преимущество: позволяет упростить схему зажигания; причём, в случае двухцилиндровых двигателей — кардинально. Двухискровые катушки зажигания применяются на автомобилях «Ока», мотоциклах «Днепр».

Распределитель зажигания

Прерыватель-распределитель в сборе

Распределитель зажигания (обиходное название — «трамблёр») — высоковольтный переключатель, бегунок которого получает вращение от распределительного вала двигателя, подключает катушку зажигания к нужной в данный момент свече. Обычно исполняется в одном корпусе и на одном валу с прерывателем/датчиком положения вала. Состоит из подвижного контакта (бегунка) и крышки, к которой подключаются один высоковольтный провод от катушки и несколько — далее к свечам.

Вполне надёжен, но требует периодической чистки; также, трещины крышки часто приводят к неработоспособности двигателя, — особенно во влажную погоду. Бегунок имеет тенденцию к подгоранию.

В современных двигателях распределитель не используется, уступив место модулям зажигания, использующим отдельные катушки для отдельных групп свечей, или катушкам установленным непосредственно на свечи.

Высоковольтные провода

Высоковольтные провода соединяют катушку зажигания с центральным контактом крышки распределителя и боковые контакты распределителя со свечами зажигания. Если двигатель одноцилиндровый или применяется двухискровая катушка зажигания — тогда провод идёт от катушки непосредственно к свече. Высоковольтный провод — это многожильный провод, окружённый многослойной изоляцией, способной выдержать разность потенциалов до 40 киловольт. Характеризуются распределённым активным сопротивлением (порядка нескольких килоом на метр), либо так называемым «нулевым сопротивлением» (порядка нескольких ом на метр). В последнее время стала применяться изоляция из силикона, как более надёжная и долговечная. Также применяются экранированные провода (с металлической оплёткой), например, на автомобилях с радиостанциями для уменьшения радиопомех. На концах высоковольтных проводов находятся наконечники для подключения к катушке зажигания, крышке распределителя и свечам зажигания.

В некоторых современных автомобилях катушки зажигания устанавливаются непосредственно на свечи и высоковольтные провода не используются.

Свеча зажигания

Свеча зажигания вворачивается в головку цилиндра (или в головку блока цилиндров), к контактному выводу при помощи наконечника подключается высоковольтный провод. Через воздушный промежуток между центральным и боковым электродами проскакивает электрическая искра, воспламеняя топливовоздушную смесь. Также существуют системы зажигания бензиновых двигателей с двумя свечами, и, соответственно, двумя катушками на каждый цилиндр (или двумя магнето, как на авиационных поршневых двигателях). Две свечи на цилиндр применяются, исходя из соображений сокращения длины пробега фронта горения в цилиндре, что позволяет немного сдвинуть момент зажигания в раннюю сторону, и получить немного бо́льшую отдачу от двигателя. Также повышается надёжность системы.

Неисправности системы зажигания

Все неисправности систем зажигания можно разделить на категории:

• Неправильная регулировка и/или неисправность центробежного и/или вакуумного регулятора опережения зажигания (при их наличии), в современных системах — неоптимальная программа электронного блока управления. На практике употребляются термины «раннее зажигание» и «позднее зажигание».
• Периодический пропуск искры в одном или нескольких цилиндрах (в просторечии — перебои). Может быть следствием слабой энергии импульса или повреждением изоляции высоковольтных частей системы (искра сбегает).
• Полное отсутствие искры в одном или нескольких цилиндрах (соответственно двигатель троит или не заводится).
• Замасливание свечей. Возникает при попытке запуска в мороз совершенно холодного двигателя на полностью закрытой воздушной заслонке («включенном подсосе»). Если такое уже возникло, то единственный способ ремонта — выворачивание свечи и очистка электродов от масла бумагой, тряпкой или щеткой, а также прокаливание. Для предотвращения предлагается перед запуском дернуть шнуровой стартер 10-15-20 раз (в зависимости от температуры), не пользуясь подсосом. Это приводит к разогреву двигателя компрессией. В современных инжекторных автомобильных двигателях почти не возникает.

Большинство узлов системы зажигания неремонтопригодны и в случае отказа заменяются на исправные. Наиболее часто выходящие из строя узлы:

• Контакты механического прерывателя, если он есть — срок службы большой, но требует достаточно частой периодической зачистки контактов и регулировки зазора.
• Свечи зажигания. На практике, их меняют превентивно, с некоторой периодичностью, заведомо меньшей, чем средний срок службы свечи до отказа.
• Высоковольтные провода — по причине старения изоляции, высокого передаваемого напряжения и постоянного механического воздействия (соединение неподвижной катушки зажигания и вибрирущего двигателя).
• Катушка (или модуль) зажигания — старение изоляции в обмотках. Замечен больший ресурс маслонаполненных катушек.
• Электронный коммутатор — по причине старения электронных компонентов.
• Прочие компоненты — как правило, рассчитаны на полный срок службы автомобиля и отказывают или в результате нарушения условий эксплуатации (температура, напряжение, загрязнение и т. п.), или по причине низкого качества изготовления. Сюда же относятся и проводка.

Примечания

Ссылки

dic.academic.ru

Система зажигания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности системам зажигания двигателя внутреннего сгорания, а именно к устройствам регулирования параметров искрового разряда, и может быть использовано совместно как с системой зажигания высокой энергии, так и с классической батарейной системой зажигания. Изобретение позволяет усовершенствовать систему зажигания двигателя внутреннего сгорания, повысить эффективность, надежность, быстродействие и экономичность, упростить систему. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания содержит источник питания и катушку зажигания, первый вывод первичной обмотки которой подключен к выходу источника питания, а второй - к первому выводу емкостного элемента, распределитель, свечи зажигания, формирователь управляющих сигналов и электронный ключ. В систему введены дополнительно прерыватель, формирователь сигнала обратной связи и логический элемент 2ИЛИ-НЕ. Источник питания оснащен двумя дополнительными выходами, из которых первый соединен с минусом источника питания через электронный ключ, а второй вместе с первым выводом формирователя сигнала обратной связи - с входом формирователя управляющих сигналов и первым выводом прерывателя. Второй вывод прерывателя соединен с минусом источника питания, с точкой соединения второго вывода первичной обмотки катушки зажигания и первого вывода емкостного элемента. Второй вывод емкостного элемента подключен к минусу источника питания. Первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ соединен со вторым выводом формирователя сигнала обратной связи, его второй вход - с выходом формирователя управляющих сигналов, а его выход - с управляющим входом электронного ключа. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам зажигания двигателя внутреннего сгорания, а именно к устройствам регулирования параметров искрового разряда, и может быть использовано совместно как с системой зажигания высокой энергии, так и с классической батарейной системой зажигания.

Известен способ зажигания топливно-воздушной смеси и система зажигания для его осуществления, согласно которому топливно-воздушную смесь воспламеняют путем подачи высокочастотных импульсов напряжения на электроды, подключенные к вторичной обмотке катушки зажигания, причем частоту импульсов напряжения изменяют в зависимости от величины тока во вторичной обмотке катушки зажигания, а система зажигания содержит источник тока и подключенные к нему последовательно первичную обмотку катушки зажигания и электронный ключ, ко входу управления которого подключены последовательно формирователь сигнала момента зажигания и генератор импульсов, вход управления частоты которого подключен через формирователь сигнала обратной связи по току в катушке зажигания к точке соединения первичной обмотки катушки зажигания и электронного ключа (см. патент РФ №2004835, опубл. 15.12.1993).

Недостатком указанного способа и устройства является то, что они не обеспечивают достаточно полного сгорания топлива и снижения уровня токсичности продуктов сгорания из-за низкой частоты и энергии искрообразования. Частота повторения искр ограничена необходимостью обеспечения в каждом такте генератора импульсов достаточного времени для накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания, а энергия искрообразования снижена за счет недостаточной частоты повторения искр, пауз между искрами и не использования отрицательных полуволн напряжения на первичной обмотке катушки зажигания.

Известна также система зажигания ДВС, которая содержит источник питания с аккумуляторной батареей, ключом зажигания, повышающим преобразователем напряжения и емкостным накопителем, катушку зажигания с подключенным к ее первичной обмотке параллельно емкостным элементам, распределитель и свечи зажигания, а также формирователь управляющих сигналов, блок формирования серии импульсов с одновибратором, автогенератором и преобразователем «частота-напряжение» и электронный ключ. Эта система обеспечивает более полное сгорание топлива и снижение токсичности выхлопных газов благодаря более высокой энергии и частоте искр зажигания переменного тока (см. патент РФ №2069791, опубл. 27.11.1996). Данная система наиболее близка к заявляемой по технической сути и принята в качестве прототипа.

Недостатками системы являются:

- недостаточно полное сгорание топлива и высокая токсичность выхлопных газов из-за отсутствия автоматической коррекции частоты импульсов зажигания в процессе горения топливно-воздушной смеси;

- низкая надежность, т.к. при установке системы на автомобиль требуется полная переделка штатной системы и возврат к ней в случае отказа предложенной системы требует значительных усилий и определенного уровня квалификации;

- сложность, определяемая наличием специального блока формирования серии импульсов с одновибратором, автогенератором и преобразователем «частота-напряжение» и выполнением повышающего преобразователя напряжения регулируемым;

- низкое быстродействие принудительной коррекции параметров серии искр из-за наличия в каналах управления преобразователя «частота-напряжение»;

- большое потребление энергии, связанное с тем, что система не только поддерживает колебательный процесс в катушке зажигания с емкостным элементом, но и должна инициировать первый пробой межэлектродного промежутка в свечах в каждой серии, а поскольку катушка зажигания работает в режимах прямой трансформации как в обычной - тиристорной системе зажигания, повышающий преобразователь напряжения должен иметь большое выходное напряжение (не менее 300 В) и, следовательно, обладает низким КПД;

- сложность регулировки, связанная с необходимостью точной установки частоты автогенератора;

- избыточная эрозия свечей и высокий уровень электромагнитных помех из-за однополярного характера тока в свечах зажигания и большого уровня емкостных составляющих разряда, снижение которого системе по прототипу невозможно без уменьшения энергии искрообразования ввиду быстрого затухания индуктивных составляющих, расположенных в паузах между емкостными составляющими.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы зажигания двигателя внутреннего за счет подпитки колебательного контура, образованного емкостным элементом и катушкой зажигания от повышающего преобразователя напряжения во время отрицательных полуволн напряжения, обеспечить высокую частоту искр и энергию искрообразования при автоматической коррекции частоты импульсов зажигания в процессе горения топливно-воздушной смеси, увеличение быстродействия, снижение уровня электромагнитных помех, уменьшение эрозии свечей и, как результат, создание эффективной, надежной, простой, быстродействующей, экономичной, не требующей регулировки системы зажигания ДВС, обеспечивающей более полное сгорание топлива и снижение уровня токсичности продуктов сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в известную систему зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащую источник питания и катушку зажигания, первый вывод первичной обмотки которой подключен к выходу источника питания, а второй - к первому выводу емкостного элемента, распределитель, свечи зажигания, формирователь управляющих сигналов и электронный ключ, согласно заявленному изобретению в систему введены дополнительно прерыватель, формирователь сигнала обратной связи и логический элемент 2ИЛИ-НЕ, причем источник питания оснащен двумя дополнительными выходами, из которых первый соединен с минусом источника питания через электронный ключ, а второй вместе с первым выводом формирователя сигнала обратной связи - с входом формирователя управляющих сигналов и первым выводом прерывателя, второй вывод которого соединен с минусом источника питания, с точкой соединения второго вывода первичной обмотки катушки зажигания и первого вывода емкостного элемента, второй вывод которого подключен к минусу источника питания, первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ соединен со вторым выводом формирователя сигнала обратной связи, его второй вход - с выходом формирователя управляющих сигналов, а его выход - с управляющим входом электронного ключа.

Источник питания может быть выполнен с тремя входами в виде соединенных последовательно аккумуляторной батареи, ключа зажигания и повышающего преобразователя напряжения с емкостным накопителем энергии, причем минус аккумуляторной батареи является минусом источника питания, точка соединения ключа зажигания и входа повышающего преобразователя напряжения образует выход источника питания, выходы повышающего преобразователя гальванически отсоединены от аккумуляторной батареи, его положительный выход образует первый дополнительный выход источника питания, а отрицательный - второй дополнительный выход источника питания.

Формирователь сигнала обратной связи может быть выполнен, например, в виде соединенных последовательно резистора и конденсатора. Формирователь управляющих сигналов может содержать соединенные последовательно устройство подавления "дребезга" контактов прерывателя и устройство углового ограничения длительности искрового разряда.

Устройство подавления "дребезга" контактов прерывателя может содержать логический элемент НЕ, вход которого подключен через первый резистор ко входному выводу устройства, а его выход соединен через обратный диод с выходным выводом устройства, подключенным также через второй резистор с выходом источника питания, а через конденсатор - с минусом источника питания.

Устройство углового ограничения длительности искрового разряда может содержать RS-триггер, выполненный на двух логических элементах 2И-НЕ, вход установки которого соединен через первый конденсатор с входным выводом устройства и через первый резистор - с выходом источника питания, а его вход сброса - с выходом операционного усилителя и через второй конденсатор - с инвертирующим входом операционного усилителя, который подключен также через цепочку, состоящую из соединенных последовательно обратного первого диода и второго резистора, параллельно которой подключена цепочка из последовательных прямого диода и третьего резистора, с инвертирующим выходом RS-триггера, неинвертирующий выход которого является выходом устройства, а на неинвертирующий вход операционного усилителя подается напряжение смещения.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы зажигания ДВС.

На фиг.2 - принципиальная схема формирования управляющих сигналов системы зажигания.

На фиг.3 - эпюры напряжений, поясняющие работу формирователя управляющих сигналов, где:

А - состояние контактов прерывателя на входе формирователя управляющих сигналов и на входе устройства подавления «дребезга» контактов;

Б - напряжение на выходе логического элемента НЕ устройства подавления «дребезга» контактов;

В - напряжение на выходе устройства подавления «дребезга» контактов;

Г - сигналы на выходе устройства RS-триггера;

Д - сигнал на инвертирующем выходе RS-триггера;

Е - напряжение на входе сброса RS-триггера;

Ж - сигнал на выходе формирователя управляющих сигналов.

Система зажигания (фиг.1) содержит источник 1 питания с тремя выходами, катушку 2 зажигания с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, распределитель 5 зажигания, свечи 6 зажигания, электронный ключ 7, логический элемент 8 2ИЛИ-НЕ, формирователь 9 сигнала обратной связи, емкостной элемент 10, прерыватель 11 и формирователь 12 управляющих сигналов. Выход источника 1 питания соединен с первым выводом первичной обмотки 3 катушки зажигания 2, его первый дополнительный выход соединен через электронный ключ 7, управляющий вход которого соединен с выходом элемента 8 2ИЛИ-НЕ, с минусом источника питания.

Второй дополнительный выход источника 1 питания соединен со вторым выводом первичной обмотки 3 катушки 2 зажигания непосредственно, с минусом источника 1 питания через параллельные емкостной элемент 10 и прерыватель 11, с первым входом элемента 8 2ИЛИ-НЕ через формирователь 9 и со вторым входом элемента 8 2ИЛИ-НЕ - через формирователь 12. В системе зажигания источник 1 питания содержит соединенные последовательно аккумуляторную батарею 13, минус которой является минусом источника 1 питания, ключ 14 зажигания и повышающий преобразователь 15 напряжения с емкостным накопителем 16 энергии и с гальванической развязкой от аккумуляторной батареи. Точка соединения ключа 14 зажигания и входа преобразователя 16 образует выход источника 1 питания, положительный выход преобразователя 15 образует первый дополнительный выход источника 1 питания, а отрицательный выход - второй дополнительный выход источника 1 питания.

Формирователь 12 управляющих сигналов системы зажигания содержит соединенные последовательно устройство 17 подавления «дребезга» контактов прерывателя и устройство 18 углового ограничения длительности искрового разряда.

В процессе работы системы зажигания (фиг.2) высокочастотный колебательный процесс искрообразования начинается после размыкания контактов прерывателя 11. При этом формирователь 12 устанавливает сигнал низкого логического уровня на втором входе элемента 8 2ИЛИ-НЕ на тот период времени, который определяет продолжительность пачки искр в каждом такте искрообразования. Сигнал обратной связи во время отрицательной полуволны напряжения на обмотке 3 катушки зажигания 2 поступает через формирователь 9 на первый вход элемента 8 2ИЛИ-НЕ, после чего электронный ключ 7 открывается.

Конденсатор 16 источника питания 1, заряженный до повышающего напряжения (более 100 В), оказывается включенным последовательно с аккумуляторной батареей 13 и обмоткой 3 катушки 2 зажигания. Это суммарное напряжение перезаряжает конденсатор 10 и форсирует реверс тока в обмотке 3 катушки 2. Колебательный контур, образованный конденсатором 10 и катушкой 2, получает подпитку энергией, вследствие чего ток в обмотке 3 в прямом направлении существенно возрастает в сравнении со значениями, которые имеют место в случае затухания колебаний в контуре без подпитки. Когда отрицательная полуволна напряжения на обмотке 3 проходит через нулевое значение и становится положительной, на выходе формирователя 9 появляется сигнал низкого логического уровня, и ключ 8 замыкается, прерывая ток в прямом направлении через обмотку 3. Далее колебательный незатухающий процесс повторяется за отрезок времени, когда формирователь 12 поддерживает сигнал низкого логического уровня на другом входе элемента 8.

Формирователь 12 управляющих сигналов (фиг.2) зажигания содержит последовательно соединенное устройство 17 подавления «дребезга» контактов прерывателя и устройство 18 углового ограничения длительности искрового разряда. Во время размыкания контактов прерывателя 11 на входе элемента 20 НЕ появляется сигнал высокого логического уровня (фиг.3.А), а на его выходе - низкого (фиг.3.Б). Конденсатор 23 разряжается через диод 21 и выход элемента 20 (фиг.3.В).

В случае появления «дребезга» контактов прерывателя 11 конденсатор 23 разряжается уже при первом появлении короткого сигнала низкого логического уровня на выходе элемента 20. Задержка заряда конденсатора 23 благодаря присутствию резистора 22 в цепи его заряда обеспечивает поддержку конденсатора 23 в разряженном состоянии во время «дребезга» контактов и при их замыкании.

Цепочка R26 С25 дифференцирует напряжение на конденсаторе 23 (фиг.3.В) и формирует короткие сигналы установки на входе RS-триггера 24 (фиг.3.Г). На инвертирующем выходе триггера 24 появляется сигнал высокого логического уровня (фиг.3.Д), на его инвертирующем выходе и выходе формирователя 12 - низкого (фиг.3.Ж). Напряжение на выходе операционного усилителя 27, включенного по схеме интегратора, линейно уменьшается до уровня сброса триггера 24 (фиг.3.Е), после чего он снова переключается (фиг.3.Е). Сигналы на его выходах реверсируются (фиг.3.Д,Ж), а напряжение на выходе усилителя 27 линейно увеличивается до поступления следующего сигнала установки. Далее процесс повторяется. Благодаря выбору асимметрии цепочка заряда (диод 29, резистор 30) и разряда (диод 31, резистор 32) конденсатора 28 можно установить любую угловую длительность выходного сигнала низкого логического уровня на выходе формирователя 12 в диапазоне от 0 до 45° угла поворота распределителя 5, которая поддерживается с высокой точностью в широком диапазоне частот вращения.

Система обеспечивает более полное сгорание топлива и снижение токсичности выхлопных газов благодаря автоматическому заданию частоты импульсов зажигания в зависимости от изменения параметров топливно-воздушной смеси в процессе ее сгорания. В результате взаимодействия плазмы топлива, которая горит в электромагнитном поле вокруг электродов свечей зажигания, изменяются частотные характеристики обмоток катушки зажигания и соответственно резонансная частота колебательного контура, образованного индуктивностью первичной обмотки катушки зажигания и приведенной к ней вторичной и емкостным элементом.

В системе предусмотрено не жесткое задание частоты колебаний, а осуществляется организация незатухающих автоколебаний в колебательном контуре, индуктивность которого непосредственно корригируется процессом горения топливно-воздушной смеси.

Система зажигания повышает надежность системы ДВС, т.к. для ее установки не предусматривается демонтаж штатной системы зажигания, и она полностью сохраняется.

Система подключается к штатной с помощью 4-х проводов, при этом в штатной системе необходимо сделать только одно разъединение. Поэтому в случае отказа предложенной системы она будет продублирована штатной системой, переделать которую не составит труда.

Предлагаемая система зажигания существенно проще устройства-прототипа, поскольку в ее схеме отсутствует блок формирования серии импульсов, содержащей одновибратор, автогенератор и преобразователь «частота-напряжение», вместо которого введены три простых элемента: электронный ключ (или прерыватель), формирователь сигнала обратной связи и логический элемент 2ИЛИ-НЕ. Кроме того, дополнительное упрощение достигнуто за счет выполнения повышающего преобразователя напряжения нерегулируемым, поскольку его мощность невелика.

Быстродействие предложенной системы существенно повышено, т.к. быстрота коррекции частоты устанавливается только быстротой изменения концентрации плазмы около электродов свечей, а преобразователь «частота-напряжение» отсутствует.

Система зажигания требует значительно меньшей энергии, т.к. энергия повышающего преобразователя напряжения не расходуется на инициацию первичного пробоя, а расходуется только на поддержание автоколебаний. Поскольку фаза импульсов подкачки энергии в колебательный контур устанавливается автоматически, ошибка в фазе исключена и нет необходимости создавать запас энергии на случай «ухода» фазы или ошибки принудительного задания частоты, как в устройстве-прототипе. Кроме того, т.к. повышенное напряжение в предлагаемой системе существенно снижено (не более 100 В), КПД повышающего преобразователя больше, а потребление энергии меньше. Система не требует совсем никакой первоначальной регулировки частоты, т.к. частота многократного искрообразования устанавливается оптимальной автоматически.

В предложенной системе эрозия свечей и уровень электромагнитных помех существенно снижены, т.к. между электродами свечей течет не импульсный однополярный, а переменный ток, причем емкостная составляющая тока искрового разряда в каждой пачке искр присутствует в чистом виде только во время первой искры.

Указанные признаки неизвестны авторам из отечественных и зарубежных источников, поэтому они являются существенными и новыми. Предложенное решение явным образом не вытекает из современного уровня техники и не является очевидным для специалистов в области автомобильной электроники. Решение может быть осуществлено известными средствами производства. Поэтому оно отвечает критериям изобретения и ему может быть дана правовая защита.

1. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая источник питания и катушку зажигания, первый вывод первичной обмотки которой подключен к выходу источника питания, а второй - к первому выводу емкостного элемента, распределитель, свечи зажигания, формирователь управляющих сигналов и электронный ключ, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительно прерыватель, формирователь сигнала обратной связи и логический элемент 2 ИЛИ - НЕ, причем источник питания оснащен двумя дополнительными выходами, из которых первый соединен с минусом источника питания через электронный ключ, а второй вместе с первым выводом формирователя сигнала обратной связи - с входом формирователя управляющих сигналов и первым выводом прерывателя, второй вывод которого соединен с минусом источника питания, с точкой соединения второго вывода первичной обмотки катушки зажигания и первого вывода емкостного элемента, второй вывод которого подключен к минусу источника питания, первый вход элемента 2 ИЛИ - НЕ соединен со вторым выводом формирователя сигнала обратной связи, его второй вход - с выходом формирователя управляющих сигналов, а его выход - с управляющим входом электронного ключа.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен с тремя входами в виде соединенных последовательно аккумуляторной батареи, ключа зажигания и повышающего преобразователя напряжения с емкостным накопителем энергии, причем минус аккумуляторной батареи является минусом источника питания, точка соединения ключа зажигания и входа повышающего преобразователя напряжения образует выход источника питания, выходы повышающего преобразователя гальванически отсоединены от аккумуляторной батареи, его положительный выход образует первый дополнительный выход источника питания, а отрицательный - второй дополнительный выход источника питания.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что формирователь сигнала обратной связи выполнен, например, в виде соединенных последовательно резистора и конденсатора.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что формирователь управляющих сигналов содержит соединенные последовательно устройство подавления "дребезга" контактов прерывателя и устройство углового ограничения длительности искрового разряда.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что устройство подавления "дребезга" контактов прерывателя содержит логический элемент НЕ, вход которого подключен через первый резистор ко входному выводу устройства, а его выход соединен через обратный диод с выходным выводом устройства, подключенным также через второй резистор к выходу источника питания, а через конденсатор - к минусу источника питания.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что устройство углового ограничения длительности искрового разряда содержит RS-триггер, выполненный на двух логических элементах 2И - НЕ, вход установки которого соединен через первый конденсатор с входным выводом устройства и через первый резистор - с выходом источника питания, а его вход сброса - с выходом операционного усилителя и через второй конденсатор с инвертирующим входом операционного усилителя, который подключен также через цепочку, состоящую из соединенных последовательно обратного первого диода и второго резистора, параллельно которой подключена цепочка из последовательных прямого диода и третьего резистора, с инвертирующим выходом RS-триггера, неинвертирующий выход которого является выходом устройства, а на неинвертирующий вход операционного усилителя подается напряжение смещения.

www.findpatent.ru

Система зажигания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к электрооборудованию двигателей с принудительным воспламенением топливовоздушной смеси. Технический результат заключается в упрощении конструкции и уменьшении массы и габаритов системы зажигания. Согласно изобретению система зажигания двигателя внутреннего сгорания содержит распределитель высокого напряжения с подвижным и неподвижными контактами и свечи с обмотками возбуждения, установленными на наружных частях центральных электродов, выполненных из магнитострикционного материала. При этом один из выводов каждой обмотки возбуждения соединен с одним из неподвижных контактов распределителя высокого напряжения, а второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом свечи. Кроме того, второй вывод каждой обмотки возбуждения может быть соединен с центральным электродом соседней свечи. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к электрооборудованию двигателей с принудительным воспламенением топливовоздушной смеси.

Известна система зажигания ДВС, содержащая источник тока, катушку зажигания, прерыватель, механически связанный с валом двигателя, распределитель высокого напряжения с подвижным и неподвижными контактами, а также искровые свечи зажигания [1].

Такая система зажигания имеет недостаточную надежность, обусловленную низкой поджигающей способностью свечей.

Известна также свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорании, содержащая корпус с закрепленным на нем боковым электродом, размещенный в корпусе изолятор с центральным электродом и обмотку возбуждения, остановленную на наружной части центрального электрода, причем часть центрального электрода, размещенная внутри обмотки возбуждения, выполнена из магнитострикционного материала [2]. Система зажигания с такими свечами имеет повышенную надежность благодаря увеличенной поджигающей способности свечей зажигания. Поджигающая способность свечей зажигания увеличена за счет вынужденных колебаний топливовоздушной смеси в зоне разряда, приводящих к ее поляризации и, как следствие, к росту мощности искрового разряда.

Однако система зажигания с подобными свечами предполагает наличие ультразвукового генератора, что усложняет конструкцию и ухудшает габаритно-массовые показатели системы.

В основу изобретения поставлена задача в системе зажигания ДВС использовать для питания обмотки возбуждения центрального электрода высокочастотные составляющие тока, имеющие место при пробое искрового промежутка свечи, и благодаря этому исключить из состава системы ультразвуковой генератор.

Поставленная задача решается за счет того, что в системе зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащей распределитель высокого напряжения с подвижным и неподвижными контактами и свечи зажигания с обмотками возбуждения, установленными на наружных частях центральных электродов, выполненных из магнитострикционного материала, один из выводов каждой обмотки возбуждения соединен с одним из неподвижных контактов распределителя высокого напряжения, а второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом свечи.

В конкретном исполнении системы второй вывод каждой обмотки возбуждения может быть соединен с центральным электродом соседней свечи.

Введенные отличительные признаки обеспечивают питание обмоток возбуждения свечей высокочастотными составляющими тока, которые имеют место при пробое искрового промежутка, что позволяет устранить ультразвуковой генератор и этим упростить конструкцию и улучшить габаритно-массовые показатели системы зажигания ДВС.

На чертеже представлена схема предлагаемой системы зажигания двигателя внутреннего сгорании.

Система зажигания содержит датчик 1 импульсов момента зажигания, распределитель 2 высокого напряжения по свечам 3, транзисторный коммутатор 4 и индукционную катушку 5. Распределитель имеет подвижный контакт 6, соединенный с выходом индукционной катушки, и неподвижные контакты 7. Система подключена к источнику тока 8. Каждая свеча зажигания имеет стальной корпус 9 с закрепленным на нем боковым электродом 10 и размещенный в корпусе изолятор 11 с центральным электродом 12, изготовленным из магнитострикционного материала. Каждая свеча снабжена обмоткой возбуждения 13, установленной на наружной части центрального электрода. Один из выводов каждой обмотки возбуждения соединен высоковольтном проводом 14 с одним из неподвижных контактов 7 распределителя высокого напряжения, а второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен высоковольтным проводом 15 с центральным электродом соседней свечи зажигания /у которой один из выводов обмотки возбуждения подключен к неподвижному контакту, предыдущему по ходу распределителя высокого напряжения/.

Система зажигания функционирует следующим образом.

При вращении коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания с датчика 1 на коммутатор 4 поступают импульсы момента зажигания. Когда коммутатор 4 производит отсечку тока в первичной обмотке катушки 5, во вторичной обмотке создается высокое напряжение, которое распределяется по свечам 3 ротором распределителя 2.

Происходит процесс искрообразования; при этом в обмотках возбуждения 13 имеют место высокочастотные составляющие тока. Так как центральные электроды 12 изготовлены из магнитострикционного материала, то в них под действием высокочастотного поля обмоток 13 возникают механические колебания. Колебания торцов электродов 12 поляризуют топливовоздушную смесь в зоне искрового промежутка, после чего следует мощный искровой разряд. В представленной схеме поляризация рабочей смеси осуществляется в такте сжатия /перед подачей высокого напряжения на электрод 12/ благодаря тому, что второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом соседней свечи.

Следует отметить, что при соединении второго вывода обмотки возбуждения с центральным электродом, охватываемым данной обмоткой, поляризация рабочей смеси и подача высокого напряжения на центральный электрод происходит практически одновременно. Таким образом, имеется возможность выбора интервала времени между энергетической накачкой смеси и ее воспламенением в зависимости от конкретных условий использования изобретения.

В предложенной системе зажигания ДВС упрощение конструкции достигнуто устранением ультразвукового генератора, функцию которого здесь выполняет токи высокой частоты, которые имеют место при пробое искрового промежутка свечи. При этом масса и габариты системы зажигания существенно уменьшаются.

Внедрение изобретения не требует больших затрат и сводится к подключению выводов обмотки возбуждения свечи зажигания в разрыв провода высокого напряжения. Учитывая большое количество двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием и неудовлетворительную работу существующих систем зажигания, изобретение позволит получить значительный экономический эффект.

Источники информации

1. Боровских Ю.И., Куралев Ю.В., Морозов К.А. Устройство автомобилей: Практическое пособие - М.: Высшая школа, 1989, с.129, рис. 11.17. Электрическая схема бесконтактной системы зажигания "Искра".

2. SU 1372437, кл. H 01 Т 13/00, 1988.

1. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая распределитель высокого напряжения с подвижным и неподвижными контактами и свечи с обмотками возбуждения, установленными на наружных частях центральных электродов, выполненных из магнитострикционного материала, отличающаяся тем, что один из выводов каждой обмотки возбуждения соединен с одним из неподвижных контактов распределителя высокого напряжения, а второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом свечи.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом соседней свечи.

www.findpatent.ru

Комбинированная система плазменного зажигания для двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в электрооборудовании транспортных средств, системах зажигания двигателей внутреннего сгорания и для маломощной плазменной сварки. Сущность изобретения: устройство включает искровое зажигание 1, плазменное зажигание 3. Особенностью изобретения является введение резистора 13, конденсатора 30, что позволяет повысить надежность. 4 ил.

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств, а именно к системам зажигания для двигателей внутреннего сгорания, и может быть также использовано для маломощной плазменной сварки металлов.

Известны устройства для получения в специальных плазменных свечах плазменных ядер поджига горючей смеси. Так, в системе зажигания, содержащей оптимизированный конденсатор, оптимизированную катушку зажигания, в специальных плазменных свечах и специальной камере сгорания реализуется плазменный факел большой мощности, который поджигает горючую смесь в цилиндрах дизельного двигателя внутреннего сгорания [1]. Недостатком данного устройства являются значительные токи плазмы, которые приводят к двукратному увеличению габаритов оптимизированной катушки зажигания, применению плазменных свечей зажигания, изменению формы камеры сгорания, что необходимо для воспламенения дизельного топлива и не требуется для воспламенения бензинового топлива в карбюраторном двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является комбинированная плазменная система зажигания для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, содержащая искровое зажигание, включающее катушку искрового зажигания и прерыватель, вход первичной обмотки катушки зажигания соединен с источником питания, выход - с прерывателем распределителя, плазменное зажигание с реактивным фильтром подавления радиопомех, свечи зажигания [2]. Принцип работы системы состоит в том, что искра от искрового зажигания поджигает в специальной свече плазму, которая образуется за счет разряда конденсатора плазменной системы зажигания. Недостатком известной системы является параллельное включение обеих систем зажигания, то объясняется низким напряжением на выходе плазменной системы зажигания и, следовательно, большими токами в системе зажигания. Такое плазменное зажигание нельзя включать перед распределителем либо последовательно с вторичной обмоткой катушки искрового зажигания, потому что за этим последует их отказ. Большие токи плазменного зажигания требуют наличия блока управления работой плазменного зажигания в зависимости от оборотов коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, электромеханического регулятора мощности плазменного зажигания, дополнительного источника питания плазменной системы, специального реактивного фильтра подавления радиопомех, мощных высоковольтных разделительных диодов, соединяющих выход плазменного зажигания с проводом на специальную свечу зажигания каждого цилиндра, разделительного диода, соединяющего катушку искрового зажигания с распределителем. Естественно, все это усложняет электрическую схему устройства, снижает надежность системы и существенно увеличивает габариты устройства, что в целом снижает его потребительские свойства и эксплуатационные возможности. Целью изобретения является повышение эксплуатационных возможностей системы зажигания. Цель достигается тем, что в систему плазменного зажигания введены удвоитель напряжения и инвертор с самовозбуждением, трансформатор которого имеет обмотку управления и две симметричные первичные обмотки, соединенные с коллекторами двух транзисторов p-n-p-типа, базы которых подключены к обмотке управления и последовательно соединены с двумя диодами и первым и вторым сопротивлениями, подключенными к шине общего источника питания, вторичная обмотка трансформатора соединена с вторичной обмоткой катушки зажигания через удвоитель напряжения и параллельно подключенные к его диодам третье и четвертое сопротивления, при этом вторичная обмотка катушки зажигания использована в качестве фильтра радиопомех, выходной вывод которой подсоединен к распределителю, подключенному к свечам зажигания каждого цилиндра двигателя. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемая система отличается тем, что в ней имеются дополнительные узлы - инвертор, удвоитель напряжения, отсутствует дополнительный источник питания плазменного зажигания, разделительные диоды, дроссель и резистор фильтра, блок управления плазменным зажиганием, специальные свечи зажигания. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает на широкую известность таких устройств, как инвертор с самовозбуждением, удвоитель напряжения, а также параллельное включение диодам резисторов в удвоителе напряжения, подключение вторичной обмотки катушки искрового зажигания к диоду и конденсатору удвоителя напряжения, применение транзисторов инвертора типа p-n-p. Однако использование указанных признаков в заявленном техническом решении для формирования плазменного факела в свече зажигания проявляют новые свойства, заключающиеся в исключении взаимного влияния искрового и плазменного зажигания, в устойчивости запуска инвертора плазменного зажигания независимо от скорости нарастания напряжения питания при емкостной нагрузке и коротком замыкании в свечах зажигания, использование обычных свечей зажигания, что позволяет обеспечить гарантированный запуск инвертора, повысить эксплуатационную безопасность, существенно подавить радиопомехи, сохранить ресурс обычных свечей зажигания, избежать доработок двигателя внутреннего сгорания, получить в увеличенном зазоре между электродами свечи зажигания плазменный факел, что, помимо упрощения электрической схемы системы, повышает экономичность, экологичность ДВС. На фиг. 1 представлена электрическая схема комбинированной системы плазменного зажигания; на фиг.2 - комбинированная система плазменного зажигания, вид спереди; на фиг.3 - то же, вид сверху; на фиг.4 - график зависимости энергии оптимизированных конденсаторов от числа оборотов коленчатого вала ДВС. Комбинированная система плазменного зажигания содержит (фиг.1) искровую систему зажигания 1 с электромеханическим прерывателем 2, плазменную систему зажигания (ПЗ) 3 с подсоединенным между шинами общего для систем 1 и 3 источника питания 4 однофазным инвертором 5 с самовозбуждением, состоящим из трансформатора 6 с обмоткой управления 7, соединенной с базами мощных транзисторов 8, 9 p-n-p-типа, включенных с общим эмиттером, база каждого из транзисторов 8, 9 соединена с катодом диодов 10, 11, аноды диодов 10, 11 соединены с резисторами 12, 13, которые соединены с общей шиной источника питания 4 и с общей точкой симметричных коллекторных обмоток 14, 15 трансформатора 6, вторичная обмотка 16 трансформатора 6 связана с удвоителем напряжения, при этом один вывод соединен с анодом диода 17 и катодом диода 18, другой вывод вторичной обмотки 16 соединен со средней точкой конденсаторов 19, 20, анод диода 18 соединен с общей шиной источника питания 4 и конденсатором 20, катод диода 17 соединен с плюсовой обкладкой конденсатора 19 и входным выводом вторичной обмотки 21 катушки искрового зажигания 24, в которой вторичная обмотка 21 служит реактивным фильтром подавления радиопомех, выходной вывод вторичной обмотки 21 катушки искрового зажигания 22 соединен с распределителем зажигания 23, подвижный контакт 24 которого поочередно подсоединяет выход искровой системы зажигания 1 и плазменной системы зажигания 3 со свечами зажигания 25 - 28, выключатель плазменного зажигания 29 соединен с общей точкой эмиттеров мощных транзисторов 8, 9 инвертора 5 и плюсовой шиной источника питания 4, конденсатор 30 включен между общей точкой эмиттеров мощных транзисторов 8, 9 и общей шиной источника питания 4, с плюсовой шиной которого соединена первичная обмотка 31 катушки искрового зажигания 22. Комбинированная система плазменного зажигания размещена в бескорпусном моноблоке 32 ( фиг.2), залитом эпоксидным компаундом, и крепится к кузову автомобиля с помощью профилей 33. Мощные транзисторы 8, 9 закреплены на игольчатых радиаторах 34 (фиг.3), резисторы 12, 13 размещены между профилями 33. Провод от распределителя зажигания 24 вставляется в съемный переходник 35 (фиг.2), который соединен с вторичной обмоткой 21 катушки искрового зажигания 22, к клеммам 36 присоединены провода электрооборудования системы зажигания автомобиля, тумблер выключателя 29 выведен на боковую поверхность моноблока 32. Описываемая система зажигания работает следующим образом. При включенном выключателе 29 напряжение от источника питания 4 подается на инвертор 5. Через запускающие цепочки из диодов 10, 11, резисторов 12, 13 начинает протекать начальный ток и падение напряжения на резисторах 12, 13 создает отпирающее смещение на входах транзисторов 8, 9, которые приоткрываются, в результате чего через коллекторные обмотки 14, 15 трансформатора 6 начинают протекать различные по величине и фазе начальные токи, пропорциональные коэффициентам усиления транзисторов 8, 9. Больший ток в одной из коллекторных обмоток 14, 15 индуцирует в обмотке управления 7 фазу отпирающего тока, совпадающего с фазой начального большего тока одного из транзисторов 8, 9. Инвертор 5 запускается и переходит в автоколебательный режим, для гарантированного запуска которого при работе на емкостную нагрузку и возможном коротком замыкании на его выходе при любой скорости нарастания напряжения служат запускающие цепочки на диодах 10, 11 и резисторах 12, 13. Величина резисторов 12, 13 выбирается такой, чтобы автоколебания не срывались при напряжении источника 4 питания 1-2 В, начальном токе смещения не более 40 мА и коротком замыкании на выходе инвертора 5. Трансформатор 6 повышает напряжение источника питания 4 до 1,650 - 1,750 кВ, умножитель напряжения на диодах 17, 18 и накопительных конденсаторах 19, 20 переменное напряжение выпрямляет, удваивает до величины 3,3 - 3,5 кВ. Постоянное повышенное напряжение через высоковольтную обмотку 21 катушки искрового зажигания 22 поступает на подвижный электрод 24 распределителя 23, через воздушный промежуток между подвижным электродом 24 распределителя 23 в виде тлеющего разряда поступает на электрод одной из свеч зажигания 25 - 28. Воздушный зазор между электродами распределителя 24 и свечей зажигания 25 - 28 велик для зажигания плазмы, но воздушная среда между электродами ионизирована и подготовлена к пробою электрической искрой от искрового зажигания 1. При проворачивании коленчатого вала ДВС в высоковольтной обмотке 21 катушки искрового зажигания 22 индуцируется высокое напряжение до 30 кВ, с которым суммируется напряжение с накопительных конденсаторов 19, 20 плазменной системы зажигания 3, воздушные промежутки между электродами распределителя 23 и одной из свеч зажигания 25 - 28 пробиваются, электрическая искра искровой системы зажигания 1 поджигает плазменный факел, конденсаторы 19, 20 плазменного зажигания 3 разряжаются, инвертор 5 переходит в режим короткого замыкания и поддерживает горение плазмы не более 1,0 мс. При увеличении оборотов ДВС выше средних, если не снижать напряжение на конденсаторах 19, 20, резерв по тепловой нагрузке обычных свечей зажигания 25 - 28 будет исчерпан и начнется капельное зажигание. Для управления энергией плазменного зажигания 3 в зависимости от числа оборотов коленчатого вала ДВС выполняют оптимизированные характеристики плазменного зажигания 3, которыми являются выходная мощность инвертора 3, величина емкостей 19, 20 и величина напряжения на выходе инвертора 3. При заданных оптимизированных характеристиках зависимость энергии, отдаваемой плазменным зажиганием 3, от числа оборотов коленчатого вала ДВС приведена на фиг.4, где n1 соответствует числу оборотов в стартерном режиме; n2 - средним оборотам; n3 - максимальным оборотам коленчатого вала ДВС (5500 об/мин). При увеличении числа оборотов коленчатого вала ДВС напряжение на конденсаторах 19, 20 линейно снижается с 3,5 до 1,0 кВ, энергия, отдаваемая конденсаторами 19, 20, снижается пропорционально квадрату напряжения на них, чем обеспечивается падающая характеристика энергии ПЗ 3 при оборотах коленвала ДВС выше средних. Электрическая эрозия тонкого бокового электрода обычной свечи зажигания снижена подключением катодов диодов 17, 18, ПЗ 3 к вторичной обмотке 21 катушки зажигания 22, что позволяет электрически разгрузить боковой и нагрузить массивный центральный электрод обычной свечи зажигания. Мощные транзисторы 8, 9 инвертора 5 выбраны кремниевые типа p-n-p для повышения надежности инвертора 5, потому что при возможном эксплуатационном коротком замыкании радиаторов 35 с транзисторами 8, 9 типа n-p-n произойдет мгновенный их пробой. Конденсаторы 19, 20 устраняют коммутационные перегрузки инверсными токами транзисторов 8, 9. В случае отказа ПЗ 3 из-за выхода из строя любого элемента ПЗ 3 система зажигания сохраняет свою работоспособность за счет нормального функционирования искрового зажигания 1. Защита транзисторов 8, 9 от воздействия искровой системы зажигания обеспечивается закорачиванием переменной составляющей искрового зажигания 1 на общую шину питания через диоды 17, 18 и конденсаторы 19, 20 ПЗ 3, защиты транзисторов 8, 9 от пиковых напряжений при работе на емкостную нагрузку не требуется, для защиты транзисторов 8, 9 от электрических помех введен конденсатор 30. Путем изменения номиналов резисторов 12, 13, изменения числа витков в обмотках трансформатора 6 можно получить четыре качественно отличных процесса горения в зазоре между электродами свечей зажигания 25 - 28 на открытом воздухе. 1. Автоколебания инвертора 5 срываются и возобновляются сразу после прекращения искры искрового зажигания 1. В этом случае конденсаторы 19, 20 работают как вольтодобавка и наблюдается имитация электронной системы зажигания. 2. Автоколебания инвертора 5 не срываются, но между электродами свечей зажигания 25 - 28 на весь период горения плазмы образуется поток электронов в виде тонкой прямой нити красного цвета. Ток через электроды свечей зажигания на порядок меньше требуемого. 3. Автоколебания не срываются, но образуется слаботочная дуга в виде тонкой прямой нити синего цвета. Ток через электроды свечей зажигания несколько больше указанного в п.2. 4. Собственно плазма в виде плазменного факела большого диаметра ярко-белого свечения с синими областями. В нормальных условиях при атмосферном давлении и напряжении питания 12,5 В в зазоре между электродами не менее 7 мм после первой искры искрового зажигания 1 поддерживается устойчивое горение плазменного факела диаметром до 6 мм. Высокая температура и большая площадь боковой поверхности плазменного факела позволяют существенно улучшить эксплуатационные характеристики ДВС. В предлагаемом техническом решении облегчен запуск ДВС, средняя экономия топлива составляет 13 %, содержание СО в выхлопных газах пониженное, обеспечены устойчивость сгорания топлива на малых оборотах коленвала ДВС, и отсутствие детонации на оборотах коленвала ДВС выше средних, снижены требования к сортности применяемого топлива, сохранен ресурс свечей зажигания, которыми комплектуется ДВС, ощутимо увеличен крутящий момент на валу ДВС. Предусмотренная повышенная безопасность эксплуатации ПЗ облегчает выполнение работ с зажиганиями. Существенное упрощение схемы позволяет реализовать систему в габаритах 65 х 85 х 150 (фиг.2, 3) с установкой и подключением по месту обычной катушки искрового зажигания. По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет получить следующие преимущества: повысить надежность системы зажигания, обусловленную упрощением электрической схемы зажигания, избежать изменений в электрической схеме автомобиля, исключить доработки ДВС для размещения узлов плазменного зажигания в автомобиле, использовать обычные свечи искрового зажигания, которыми комплектуется ДВС.

Формула изобретения

КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПЛАЗМЕННОГО ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая соединенные последовательно искровое зажигание и плазменное зажигание, которое содержит инвертор, включающий трансформатор, который имеет обмотку управления, первичную обмотку, которая состоит из двух частей, соединенных последовательно, вторичную обмотку, выход которой является выходом инвертора, первый и второй транзисторы, коллекторы которых соединены соответственно с началом и концом первичной обмотки, базы которых соединены с началом и концом обмотки управления, первый и второй диоды, первый резистор, источник питания, плюсовая клемма которого соединена с общей шиной, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, в инвертор плазменного зажигания введены второй резистор и конденсатор, причем база первого и второго транзисторов соединены соответственно через соединенные последовательно первый диод и первый резистор, второй диод и второй резистор с общей шиной, эмиттеры первого, второго транзисторов соединены непосредственно через введенный переключатель с плюсовой клеммой и через конденсатор с общей шиной, обе части первичной обмотки трансформатора выполнены симметричными, а их средняя точка соединена с общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

www.findpatent.ru

---

• 
  Испарение бензина это физический или химический процесс
• 
  Моторное топливо для автомобилей это
• 
  Система смазки неисправности
• 
  Форд транзит база короткая
• 
  Передняя ось мтз
• 
  Восстановление постелей блока цилиндров
• 
  Кадди фольксваген 2018
• 
  Высота форд транзит с средней крышей
• 
  Гидравлический коллектор поворотный
• 
  От чего зависит емкость аккумулятора
• 
  Фиат дукато технические характеристики 2018