УСТРОЙСТВО ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02P9/00 F02P3/00 

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к устройствам зажигания для двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство зажигания для двигателя внутреннего сгорания по международной заявке РСТ (WO) N 91/00961, содержащее источник напряжения переменного тока с трансформатором и выходной резонансной цепью, соединенной с свечой зажигания, а также блоки контроля и управления частотой переменного напряжения и длительностью другого разряда в свече зажигания. Это устройство обеспечивает непосредственное преобразование энергии источника постоянного тока в высоковольтное переменное напряжение дугового разряда в свече зажигания без предварительного накопления энергии.

Введение резонансной цепи в выходную цепь трансформатора позволяет достичь высоких эквивалентных значений коэффициента трансформации, но требует дополнительных средств подстройки рабочей частоты источника переменного напряжения в процессе формирования дугового разряда и снижает надежность устройства, что является его недостатком.

Другим существенным недостатком подобного устройства является прямая зависимость амплитуды выходного высоковольтного напряжения от напряжения источника постоянного тока. Неизбежное снижение напряжения сети электроснабжения двигателя при пуске его стартером снижает выходное напряжение устройства и не позволяет достичь эффективных характеристик воспламенения топливной смеси в этом режиме.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство зажигания для двигателя внутреннего сгорания (авт.св. SU N 1728521), Одержащее датчик и последовательно соединенные генератор, коммутатор и выходной блок для подачи высоковольтного напряжения к распределению зажигания, генератора выполнен импульсным ультразвуковой частоты, а выходной блок выполнен в виде усилителя мощности, имеющего транзистор и трансформатор на ферритовом сердечнике.

Недостатком прототипа является его низкая эффективность работы, обусловленная:
а) снижением амплитуды выходного напряжения в режиме пуска двигателя стартером вследствие снижения напряжения сети электроснабжения в этом режиме;
б) значительной величиной рассеиваемой мощности на активных элементах усилителя мощности выходного блока, поскольку после достижения электрического пробоя в свече зажигания нагрузкой усилителя мощности является трансформатор, работающий в режиме, близком к короткому замыканию вторичной высоковольтной обмотки;
в) недостаточной величиной амплитуды выходного напряжения устройства в связи с трудоемкостью технической реализации выходного трансформатора с необходимым большим коэффициентом трансформации.

Целью изобретения является повышение эффективности устройства зажигания за счет компенсации снижения амплитуды выходного напряжения в режиму пуска двигателя, снижения рассеиваемой мощности на активных элементах усилителя мощности и повышения амплитуды выходного высоковольтного напряжения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик, генератор переменного напряжения, коммутатор, вход которого соединен с выходом датчика, и усилитель мощности, введен стабилизатор напряжения, выход которого подключен соответственно к цепям питания генератора переменного напряжения, коммутатора, усилителя мощности, датчика, при этом трансформатор усилителя мощности выполнен высоковольтным резонансным с повышенной индуктивностью рассеяния, а выход коммутатора к выходу генератора переменного напряжения, выход которого соединен со входом усилителя мощности.

На чертеже представлена структурная схема устройства зажигания для двигателя внутреннего сгорания,
где:
1 датчик,
2 -генератор переменного напряжения,
3 коммутатор,
4 усилитель мощности,
5 стабилизатор повышающего напряжения.

Датчик 1 определяет момент зажигания топливной смеси, коммутатор 3 по сигналам датчика 1 формирует управляющий сигнал необходимой длительности, под воздействием которого генератор переменного напряжения 2 формирует пачку импульсов переменного напряжения рабочей частоты. В усилителе мощности 4 сформированная генератором 2 пачка импульсов рабочей частоты усиливается по току и напряжению и поступает на выход через высоковольтный трансформатор для дальнейшего распределения по свечам зажигания двигателя внутреннего сгорания. Стабилизатор повышающего напряжения 5 обеспечивает поддерживание номинального уровня напряжения питания блоков устройства зажигания при снижении напряжения сети электроснабжения в период пуска двигателя стартером.

Использование высоковольтного трансформатора усилителя мощности 4 с повышенной индуктивностью рассеяния позволяет сохранить экономичный режим работы активных элементов усилителя без превышения предельных параметров по току и рассеиваемой мощности даже при полном коротком замыкании выходной высоковольтной обмотки трансформатора.

Выбор рабочей частоты генератора переменного напряжения 2 вблизи резонансной частоты выходного высоковольтного контура позволяет в величину добротности контура раз повысить эквивалентный коэффициент трансформации высоковольтного трансформатора усилителя мощности. Причем в этом случае для развития пробоя в свече зажигания действует высокое резонансное напряжение на ненагруженном контуре, а после пробоя искрового зазора в плазменно-дуговом разряде на протяжении всей пачки импульсов переменного напряжения действует ток разряда, определяемый относительно небольшим конструктивным коэффициентом трансформации высоковольтного трансформатора.

Реализацию данного устройства осуществляют применением задающего генератора 2, например, по схеме преобразователя постоянного напряжения в переменное, управляемого коммутатором 3 по цепи запуска или питания. Коммутатор 3 выполнен по схеме интегратора со сбросом и порогового устройства и формирует управляющий сигнал с длительностью, пропорциональной длительности рабочего хода поршня двигателя. 0усилитель мощности 4 выполняется по двухтактной схеме на составных мощных транзисторах с дополнительно подключенными параллельно выводам коллектор-эмиттер защитными диодами.

Высоковольтный трансформатор усилителя мощности выполняется с разделенными первичной и вторичной обмотками на отдельных стержнях замкнутого ферритового магнитопровода при конструктивном коэффициенте трансформации около 1000. Рабочая частота генератора 2 устройства зажигания в зависимости от конструкции высоковольтного трансформатора может составлять 4 10 кГц, максимальная амплитуда напряжения на разомкнутой цепи выходного трансформатора может составлять более 80 кВ.

Датчик 1 момента зажигания может быть контактным или бесконтактным соответственно с механическим иди электронным автоматом опережения угла зажигания двигателя.

Стабилизатор 5 может быть построен по схеме повышающего однотактного конвертора, (на основе рис. 6 1б, в книге: Моин В.С. Лаптев Н.Н. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М. "Энергия", 1972, стр. 161). Мощности стабилизатора 5 должно быть достаточно для подзарядки своего накопительного конденсатора до номинального рабочего напряжения питания устройства в промежутке между очередными разрядами в свече зажигания и в течение непродолжительного периода пуска двигателя стартером. В остальное время работы двигателя активные элементы стабилизатора могут быть отключены, а пассивные элементы, включая накопительный конденсатор, будут препятствовать проникновению импульсных помех от устройства зажигания в цепь электроснабжения автомобиля.

Применение предлагаемого устройства зажигания в двигателе внутреннего сгорания автомобиля позволяет заметно повысить эффективность его работы и в целом обеспечивает:
возможность увеличения искрового зазора в свечах зажигания без снижения надежности искрообразования;
эффективное воспламенение и сжигание топливной смеси, увеличение полноты ее сгорания на всех режимах работы двигателя, снижение дымности и токсичности выхлопных газов;
увеличение мощности двигателя без регулировки состава топливной смеси или эквивалентное увеличение топливной экономичности двигателя при обеднении состава топливной смеси;
уменьшение эрозии электродов свечей зажигания и увеличение их срока службы;
снижение влияния нестабильности момента искрообразования на мощностные характистики в двигателях с значительным износом механизма прерывателя.

Сущность изобретения: устройство содержит датчик 1, генератор 2 переменного напряжения, коммутатор 3, вход которого соединен с выходом датчика, усилитель 4 мощности, стабилизатор 5 повышающего напряжения, выход которого подключен соответственно к цепям питания генератора 2 переменного напряжения, коммутатора 3, усилителя мощности, датчика 1, при этом трансформатор усилителя 4 мощности выполнен высоковольтным резонансным с повышенной индуктивностью рассеяния, а выход коммутатора 3 подключен к входу генератора 2 переменного напряжения, выход которого соединен со входом усилителя 4 мощности. Устройство зажигания для двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить эффективность воспламенения и сжигания топливной смеси, что обеспечивает улучшение топливной экономичности двигателя и экологической чистоты выхлопных газов. 1 ил.

Устройство зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащее датчик, генератор переменного напряжения, коммутатор, вход которого соединен с выходом датчика, и усилитель мощности, отличающееся тем, что в него введен стабилизатор повышающего напряжения, выход которого подключен соответственно к цепям питания генератора переменного напряжения, коммутатора, усилителя мощности, датчика, при этом трансформатор усилителя мощности выполнен высоковольтным резонансным с повышенной индуктивностью рассеяния, а выход коммутатора подключен к входу генератора переменного напряжения, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход которого является выходом устройства.