СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F02P15/12 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к системам электроискрового зажигания двигателей. Оно может быть использовано при создании и модернизации карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, обладающих повышенной надежностью запуска.

Известны системы зажигания одно- и многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания, включающие последовательно соединенные аккумулятор, ключ зажигания, катушку зажигания с прерывателем, распределитель (только для многоцилиндровых двигателей) и свечи зажигания, а также стартер, подключенный своим входом ко второму выходу ключа зажигания, а выходом ко входу катушки зажигания параллельно с ключом зажигания.

Такие системы обладают рядом достоинств. Они достаточно просты, надежны и экономичны.

Основным недостатком известных систем зажигания является то, что величина тока, проходящего через катушку зажигания при запуске двигателя, зависит от числа оборотов двигателя. Причем при увеличении числа оборотов величина тока уменьшается. Соответственно этому уменьшается и высокое напряжение на выходе катушки, а следовательно, снижается интенсивность искрообразования в свечах зажигания, что, в свою очередь, ведет к снижению мощности двигателя.

Кроме того, в системах-аналогах при запуске двигателя стартером также имеет место существенное снижение величины напряжения на входе параллельно соединенной со стартером катушки зажигания и на входах и выходах последующих за ней блоков, что приводит к снижению интенсивности искрообразования в свечах зажигания и, как следствие, к снижению надежности (эффективности) запуска двигателя стартером. Последний недостаток становится особенно существенным в зимних условиях, когда возрастает крутящий момент, преодолеваемый стартером при вращении коленчатого вала, и снижается емкость аккумулятора при снижении температуры его электролита.

Отмеченные недостатки частично устранены в системе зажигания, реализованной в конструкциях двигателей автомобилей "Москвич", МеМЗ, ГАЗ-24. Данная система зажигания дополнительно содержит терморезистор, установленный между ключом зажигания и катушкой зажигания и элементы И и ИЛИ с двумя входами каждый. Первый элемент И своим первым входом подсоединен к стартеру, а вторым - к выходу аккумулятора (параллельно с ключом зажигания).

Своим выходом первый элемент И подсоединен к второму входу первого элемента ИЛИ, установленного между выходом терморезистора и входом катушки зажигания. Такая система выбрана в качестве прототипа.

Ее преимущество перед аналогами состоит в том, что увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя и уменьшение времени нахождения контактов прерывателя в замкнутом состоянии сопровождаются уменьшением тока, протекающего через терморезистор, что приводит к уменьшению температуры терморезистора и соответственно - уменьшению его сопротивления. В результате этого общее сопротивление первичной цепи системы зажигания уменьшается, а ток, проходящий через катушку зажигания, увеличивается.

Во время запуска двигателя стартером терморезистор шунтируется и в катушку поступает ток большей силы, что позволяет получить более высокое напряжение на искровых промежутках свеч зажигания, а значит и повысить надежность (эффективность) запуска двигателя.

Однако второй недостаток систем-аналогов решением-прототипом не устраняется: в результате потребления большого тока стартером имеющее место уменьшение напряжения в сети по-прежнему отрицательно сказывается на эффективности запуска двигателя.

Целью изобретения является устранение отмеченного выше недостатка, а именно: повышение эффективности запуска двигателя стартером путем осуществления компенсации падения напряжения на катушке зажигания во время работы стартера.

Данная цель достигается: введением в систему-прототип последовательно соединенных накопителя, вторых элементов И и ИЛИ, а также трех вентилей электрических и линии задержки сигнала; установкой перед входом накопителя первого вентиля с подсоединением его входа к третьему выходу ключа зажигания "освещение щитка и габариты"; размещением линии задержки сигнала между выходом первого элемента И и дополнительным (вторым) элементом И; размещением второго элемента ИЛИ между основными элементами И и ИЛИ; размещением второго вентиля между выходом первого элемента И и вторым входом второго элемента ИЛИ, а третьего - в цепи между ключом зажигания (его первым выходом "зажигание") и терморезистором.

В основе предложенного решения лежит идея компенсации величины падения напряжения в схеме системы зажигания во время запуска двигателя стартером, путем предварительной зарядки накопителя до величины ЭДС аккумулятора, и подключения накопителя к катушке зажигания во время вращения коленчатого вала двигателя стартером. При этом в качестве накопителя может быть применен, например, ионистор (молекулярный накопитель) или иной физический источник тока, используемый, в частности, в оборонной технике.

Известны различные накопители, в том числе и ионисторы. Однако использование подобного накопителя с соответствующей схемой его подсоединения в системе зажигания двигателя неизвестно. Именно введение накопителя в систему зажигания и подсоединение его входа через вентиль электрический (также известный элемент) к третьему выходу ("освещение щитка и габариты") ключа зажигания обеспечивает зарядку накопителя до величины ЭДС аккумулятора, которая существенно превышает величину напряжения на клеммах аккумулятора во время работы стартера. Общеизвестно, что даже практически разряженный аккумулятор без внешней загрузки сохраняет неизменной величину своей ЭДС. Подключение накопителя к третьему выходу "освещение щитка и габариты" ключа зажигания позволяет при отключенных тумблерах "освещение щитка" и "габаритные огни" обеспечить подключение накопителя к аккумулятору без нагрузки, а значит тем самым и его заряд до величины ЭДС аккумулятора. Наличие в этой схеме связи вентиля электрического (диода) обеспечивает исключение разряда накопителя через аккумулятор при понижении напряжения на последнем, т. е. реализуется защита накопителя от разряда на аккумулятор.

Широко известны также различные линии задержки. Однако введение такой линии в систему зажигания двигателя с подключением ее входа к основному (первому) элементу И, а выхода - ко второму входу дополнительного (второго) элемента И, к первому входу которого подсоединен своим выходом накопитель, неизвестно. Благодаря этому обеспечиваются задействование энергии накопителя только при вращении коленчатого вала стартером и исключение бесцельной разрядки накопителя через замкнутые контакты прерывателя в момент включения стартера, когда коленчатый вал двигателя еще не начал вращаться.

Введением второго вентиля электрического и размещением его между выходом основного (первого) элемента И и выходом дополнительного (второго) элемента ИЛИ обеспечивается исключение разряда накопителя через аккумулятор во время работы стартера.

Введением третьего вентиля электрического и включением его между первым выходом ключа зажигания и входом терморезистора обеспечивается исключение разряда накопителя (во время запуска двигателя) через холодный терморезистор, имеющий малое сопротивление, и ключ зажигания на аккумулятор.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемой системы зажигания; на фиг. 2 - пример ее практической реализации для двигателей автомобилей "Москвич" МеМЗ, ГАЗ-24.

Схема на фиг. 1 содержит следующие основные блоки: 1 - аккумулятор; 2 - ключ зажигания; 3 - терморезистор; 4 - катушка зажигания с прерывателем; 5 - распределитель; 6 - свеча зажигания; 7 - стартер; 8 - первый логический элемент ИЛИ; 9 - первый логический элемент И; 10 - линия задержки; 11 - накопитель; 12 - второй логический элемент ИЛИ; 13 - второй логический элемент И; 14, 15, 16 - соответственно первый, второй и третий вентили электрические. Блоки 1. . . 9 имеются в прототипе. Блоки 10. . . 16 в прототипе отсутствуют, на фиг. 1 они показаны пунктиром. По отдельности эти блоки известны. Однако использование их в системах зажигания и взаимосвязи с другими элементами системы зажигания неизвестно.

Предлагаемая система функционирует следующим образом.

При переводе ключа 2 (фиг. 1) зажигания в положение "зажигание" (на первый выход) напряжение аккумулятора 1 через ключ 2, его первый выход через третий вентиль 16, терморезистор 3, первый вход первого элемента 8 ИЛИ поступает на вход катушки 4 зажигания с прерывателем. При переводе ключа 2 зажигания в положение "стартер" напряжение аккумулятора 1 дополнительно появляется и на втором выходе ключа 2 зажигания и поступает через стартер 7 на первый вход первого элемента 9 И, второй вход этого блока подключен к аккумулятору 1 постоянно. На выходе элемента 9 И появляется напряжение, которое через второй вентиль 15 и далее через второй вход блок 12 ИЛИ поступает на второй вход элемента 8 ИЛИ, а через него вновь на вход катушки 4 зажигания с прерывателем. Стартер 7 начинает вращать вал двигателя, а вместе с ним начинают "замыкаться-размыкаться" контакты прерывателя катушки 4. На выходе катушки 4 появляется высокое напряжение, которое через распределитель 5 поступает к соответствующей свече 6 зажигания. Так происходит запуск двигателя. При отключении стартера 7 на втором выходе ключа 2 напряжение, поступающее с аккумулятора снимается, исчезает сигнал и на выходе первого элемент 9 И. Напряжение на катушку 4 зажигания поступает с аккумулятора 1 лишь через первый выход ключа 2 зажигания, третий вентиль 16 терморезистор 3 и первый элемент 8 ИЛИ. Практически также работает система-прототип с той лишь разницей, что в ней нет вентилей 15 и 16 и второго элемента 12 ИЛИ. В предлагаемом решении ключ 2 зажигания перед запуском двигателя вначале ставится в третье положение "освещение щитка и габариты". В этом случае на третьем выходе ключа 2 появляется напряжение аккумулятора 1, которое через первый вентиль 14 прилагается к накопителю 11. Пусть в качестве вентиля 14 используется полупроводниковый диод, а в качестве накопителя ионистор (молекулярный накопитель). В данном случае накопитель 11 заряжается практически до величины ЭДС аккумулятора 1, так как диод 14 в прямом направлении обладает пренебрежимо малым сопротивлением, а накопитель 11 по мере его зарядки потребляет все меньший ток. Напряжение с накопителя 11 поступает на первый вход второго элемента 13 И, подготавливая его к работе. В дальнейшем при подключении ключом 2 стартера 7 и появлении на выходе первого элемента 9 И напряжения оно передается также на вход линии 10 задержки, и через 1-1,5 с на выходе линии 10 задержки появляется сигнал, который передается на второй вход второго элемента 13 И. Так как напряжение накопителя 11 уже было приложено к первому входу блока элемента 13 И, то оно при этом передается далее через первый вход второго 12 и второй вход первого 8 элемента ИЛИ ко входу катушки 4 зажигания, повышая напряжение в момент подключения накопителя 11 до значения ЭДС аккумулятора 1 и уменьшаясь по мере разряда накопителя 11 до текущей величины напряжения на аккумуляторе 1. Емкость накопителя 11 выбирается таким образом, чтобы каждую свечу 6 зажигания обеспечить энергией, достаточной по крайней мере для одного искрообразования с повышенным напряжением. Этим достигается повышение эффективности (надежности) запуска двигателя. Так, использование в качестве накопителя 11 ионистора из а. с. N 248167-1985 г. позволяет при массе накопителя 150 г и объеме 0,3 дм³ обеспечить его емкость ≈1 Ф при токе разряда 30 А. Ток, потребляемый катушкой 4 зажигания, не превышает единиц А. Тогда один ионистор может питать катушку 4 зажигания, по крайней мере, в течение 5-6 с до снижения в нем напряжения до величины напряжения аккумулятора.

Использование вентилей 15 и 16 позволяет обеспечить исключение разряда накопителя 11 на аккумулятор 1, когда напряжение на последнем оказывается меньше напряжения на накопителе 11. При отключении стартера 7 ключом 2 зажигания накопитель 11 вновь подзаряжается до значения ЭДС аккумулятора 1 через третий выход "освещение щитка и габариты" ключа 2 зажигания.

Рассмотрим теперь пример реализации предлагаемой системы зажигания, представленный на фиг. 2, применительно к автомобилям "Москвич", МеМЗ, ГАЗ-24. На схеме в линию связи между первым выходом "зажигание" ключа 2 зажигания и входом терморезистора 3 введен третий диод 16 Д₃. Выход терморезистора 3 подсоединен к клемме дополнительного контакта стартера 7 не непосредственно, как в прототипе, а через блок 11 накопителя. Причем дополнительный контакт стартера 7 подсоединен к первому входу блока 11 накопителя, а второй вход блока 11 накопителя подсоединен к третьему выходу "освещение щитка и габариты" ключа 2 зажигания через первый диод 14 Д₁. Выход накопителя 11 подсоединен к выходу терморезистора 3. Разряд ионистора 17 на аккумулятор 1 блокирован посредством второго диода 15 Д₂. Катушка 4 зажигания подсоединена своими выходами к распределителю 5, прерывателю 18 и первому конденсатору 19 С₁. Блок 11 накопителя (на фиг. 2) содержит переменный резистор 20 T₁, электромагнитное реле 19 Р₁, второй конденсатор 22 С₂. Эти три элемента в совокупности представляют собой линию 10 задержки (фиг. 1 и 2). Кроме того блок 11 накопителя содержит контакты 1-1 реле 23 и кнопку 24 К_н. Работа системы, представленной на фиг. 2 осуществляется следующим образом. Поворотом ключа 2 зажигания вправо до отказа по сигналу с выхода 2 ключа 2 происходит включение стартера 7. В итоге небольшой силы ток от аккумулятора 1 идет через ключ 2 зажигания в обмотку реле включения стартера 7, намагничивая его сердечник, который, притягивая контактный диск стартера 7, обеспечивает замыкание контактов тягового реле основной цепи стартера 7, а также дополнительного контакта, подсоединенного к первому входу блока 11 накопителя, обеспечивающему подсоединение аккумулятора 1 через диод 15 Д₂ к первичной обмотке катушки 4 зажигания (см. К. С. Шестопалов, стр. 90-98). Одновременно через резистор 20 R₁ происходит зарядка второго конденсатора 22 С₂. Когда напряжение на конденсаторе 22 достигает величины срабатывания реле 21 Р₁, последнее срабатывает и замыкает свои нормально разомкнутые контакты 23 I-I. Тем самым происходит подключение накопителя-ионистора 17 И ко входу катушки 4 зажигания. Ионистор 17 И до этого момента уже был заряжен по цепи: аккумулятор 1 - клемма стартера - амперметр - ключ 2 зажигания-выход 3 "освещение щитка и габариты" ключа 2 зажигания - первый диод 14 Д₁ - масса, так как ключ 2 зажигания можно перевести в положения "зажигание" или "стартер" только из положения "освещение щитка и габариты". Кнопкой 24 К_н пользуются при запуске двигателя от рукоятки, т. е. при сильно разряженном аккумуляторе, и когда при включении ключа 2 зажигания в положение "зажигание" падение напряжения на катушке 4 зажигания является значительным.

Таким образом, как следует из рассмотрения функционирования предлагаемого технического решения, при запуске двигателя стартером, когда в результате потребления стартером большого тока, напряжение на катушке зажигания снижается, благодаря реализации предлагаемого решения достигается возможность компенсации такого снижения. В результате обеспечивается возможность управления величиной тока в системе электроискрового зажигания во время запуска двигателя, а в конечном итоге повышается эффективность запуска двигателя.

Указанные преимущества достигаются за счет дополнения системы-прототипа несколькими по отдельности известными элементами, а именно накопителем, линией задержки, блоками И и ИЛИ и тремя вентилями электрическими, взаимосвязями этих элементов между собой и с элементами прототипа. Благодаря отмеченным конструктивным изменениям, обеспечивается возможность предварительной зарядки накопителя до значения ЭДС аккумулятора и его последующей разрядки только на катушку зажигания во время вращения вала двигателя стартером.

Предложенное решение разработано на уровне опытного образца применительно к системе зажигания двигателя "Москвич". Оно прошло экспериментальную проверку.

При необходимости авторы могут представить дополнительные материалы, подтверждающие работоспособность решения и его преимущества перед известными.

(56) К. С. Шестопалов. Легковые автомобили. М. , 1984, ДОСААФ, с. 90-98.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к системам электроискрового зажигания двигателей. Оно может быть использовано при создании и модернизации карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, обладающих повышенной надежностью запуска. Система зажигания двигателя содержит 1 аккумулятор (1), 1 ключ зажигания (2), 1 терморезистор (3), 1 катушку зажигания (4), 1 распределитель (5), свечу зажигания 6, 1 стартер (7), 2 элемента ИЛИ (8, 13), 2 элемента И (9, 13), 3 электрических вентиля (14, 15, 16). 2 ил.

СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ, включающая последовательно соединенные аккумулятор, ключ зажигания, терморезистор, элемент ИЛИ, катушку зажигания с прерывателем, распределитель и свечи зажигания, а также стартер, подсоединенный своим входом к второму выходу ключа зажигания, а выходом к первому входу элемента И, второй вход которого подсоединен к выходу аккумулятора, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены линия задержки, три вентиля электрических, последовательно соединенные накопитель, например ионистор, вторые элементы И и ИЛИ, причем выход первого вентиля соединен с входом накопителя, а своим входом подсоединен к третьему выходу "освещение щитка и габариты" ключа зажигания, вход линии задержки соединен с выходом первого элемента, а выход - с вторым входом второго элемента И, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом второго вентиля, вход которого соединен с выходом первого элемента И, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, а третий вентиль включен в разрыв цепи между первым выходом "зажигание" ключа зажигания и терморезистором.