СПОСОБ ПОДЖИГА РАБОЧЕЙ СМЕСИ В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ОДНОВРЕМЕННОЙ РЕГИСТРАЦИЕЙ ПРОПУСКОВ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02P11/06 F02P3/00 

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано на транспортных средствах.

Известны системы зажигания, позволяющие регистрировать пропуски искрообразования между электродами свечи по форме и амплитуде напряжения в первичной или во вторичной цепи [1] Принцип действия таких систем основан на том, что сравнивают амплитуду или длительность однократного импульсного разряда с заданной, устанавливая таким образом наличие или отсутствие пробоя искрового промежутка свечи. То есть регистрируется не пропуск воспламенения, а наличие или отсутствие искры. Однако смесь может не воспламениться и при пробое искрового промежутка, например, по причине неэффективной работы топливной системы или при недостаточной энергии искры. Причем в таких системах зажигания генерируется и анализируется однократный импульсный разряд, не обладающий достаточной длительностью и энергией для эффективного воспламенения рабочей смеси на всех режимах работы двигателя.

Известна также система зажигания, позволяющая регистрировать пропуск воспламенения, а не пропуск искрообразования [2] В данной системе после поджигающего импульса между электродами свечи пропускают диагностический импульс, по величине которого определяют, воспламенилась или нет смесь. В случае, если смесь воспламенилась, температура в камере сгорания двигателя резко повышается и пробивное напряжение между электродами свечи падает, а, следовательно, уменьшается амплитуда диагностического импульса. Однако в данной системе, как и в описанной выше, генерируется однократный импульс, не позволяющий надежно воспламенять рабочую смесь при неблагоприятных условиях работы двигателя. Вероятность ошибки при установлении факта пропуска воспламенения является достаточно высокой, так как анализируется только один диагностический импульс. Кроме того, такая система является неэкономичной, так как на формирование диагностического импульса затрачивается энергия, не используемая для воспламенения смеси.

Известна также система зажигания, содержащая катушку зажигания первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, а вторичная обмотка соединена со свечой зажигания, емкостной элемент, включенный между выводами первичной обмотки и образующий с ней колебательный LC-контур, и генератор серии импульсов, вход которого подключен к источнику управляющих сигналов, а выход к входу управления электронного ключа. В данной системе зажигания реализован способ воспламенения рабочей смеси, в соответствии с которым через свечу в конце такта сжатия пропускают серию отдельных поджигающих разрядов, причем количество разрядов в серии может регулироваться в зависимости от режима работы двигателя (см. патент США N 4522185, кл. F 02 P 15/08, 1985). Это позволяет повысить надежность воспламенения смеси при неблагоприятных для двигателя режимах работы. Однако данная система зажигания не предусматривает возможности регистрации пропусков воспламенения.

Задачей изобретения является создание системы зажигания, не только надежно воспламеняющей рабочую смесь, но и позволяющей контролировать каждый пропуск воспламенения.

Поставленная задача решается тем, что реализуют способ поджига рабочей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с одновременной регистрацией пропусков воспламенения, заключающийся в том, что через электроды свечи зажигания в конце такта сжатия пропускают серию отдельных поджигающих разрядов, отличающийся тем, что контролируют наличие емкостных составляющих в одном или нескольких разрядах, начиная со второго, и в случае наличия емкостных составляющих во всех контролируемых разрядах формируют сигнал пропуска воспламенения. Для того, чтобы упростить схему регистрации, необходимо, чтобы емкостные составляющие имели одинаковую амплитуду. С этой целью устанавливают интервал между поджигающими разрядами, в течение которого восстанавливается сопротивление искрового промежутка свечи. Для повышения достоверности контроля пропусков воспламенения необходимо контролировать наличие емкостных составляющих во всех разрядах, начиная со второго. Если смесь воспламенилась от первого разряда, то во всех последующих разрядах будут отсутствовать емкостные составляющие, так как температура в камере сгорания двигателя повысится и сопротивление разрядного промежутка свечи резко упадет.

Контролировать наличие емкостных составляющих можно либо по амплитуде тока, протекающего через свечу зажигания, либо по амплитуде выбросов напряжения во вторичной цепи. Для надежного воспламенения смеси, а также для уменьшения износа электродов свечи целесообразно пропускать через искровой промежуток разряды, каждый и которых представляет собой затухающие электрические колебания, во время которых полярность напряжения между электродами изменяется. Каждый из таких разрядов получают путем кратковременного подключения LC-контура, образованного первичной обмоткой катушки зажигания и емкостным элементом, к источнику питания с помощью электронного ключа. Если ни один из импульсов, отпирающих электронный ключ, не приведет к поджигу рабочей смеси, то их количество будет равно количеству разрядов, имеющих емкостные составляющие. В этом случае формируется сигнал пропуска воспламенения, который может быть использован для отключения подачи топлива в цилиндр двигателя.

Описанный способ реализуется в системе зажигания, содержащей катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, а вторичная обмотка соединена со свечой зажигания, емкостной элемент, включенный между выводами первичной обмотки катушки зажигания и образующий с ней колебательный LC-контур, и генератор серии импульсов, вход которого подключен к источнику управляющих сигналов, а выход к входу управления электронного ключа. Система снабжена устройством регистрации разрядов через свечу зажигания, имеющих емкостные составляющие, и схемой сравнения количества этих разрядов с количеством импульсов в серии, вырабатываемой генератором, причем выход схемы сравнения связан с индикатором пропуска воспламенения и/или с устройством отключения подачи топлива в цилиндр двигателя. Система позволяет надежно регистрировать каждый пропуск воспламенения. Причем для этого не требуется формировать специальные диагностические сигналы или устанавливать на двигатель какие-либо дополнительные датчика, например датчика давления в цилиндрах двигателя, как это описано в патенте в патенте США N 5127262, кл. G 01 M 15/00, 1992.

Устройство регистрации разрядов, имеющих емкостные составляющие, целесообразно выполнять в виде последовательно соединенных индуктивного датчика тока во вторичной обмотке катушки зажигания, выпрямительного диода и порогового дискриминатора. Это позволяет отказаться от применения в схеме регистрации высоковольтных элементов несмотря на то, что диагностический сигнал снимается с высоковольтной цепи. Выпрямительный диод должен быть расположен в непосредственной близости от обмотки индуктивного датчика. То есть диод припаивают непосредственно к выводу обмотки датчика, что позволяет исключить снижение амплитуды регистрируемого сигнала за счет паразитных емкостей, которые могут быть образованы длинными монтажными проводами.

На фиг. 1 представлен фрагмент схемы системы зажигания, в которой для каждого из цилиндров двигателя предусмотрена индивидуальная катушка зажигания; на фиг. 2 фрагмент схемы системы зажигания с двухвыводной катушкой; на фиг. 3 эпюры напряжений в различных точках схемы, изображенной на фиг. 1; на фиг. 4 эскиз катушки зажигания с закрепленным на ее высоковольтном выводе индуктивным датчиком тока.

Система зажигания, в которой реализуется предлагаемый способ регистрации пропусков воспламенения, содержит катушку зажигания 1 с первичной обмоткой 2 и вторичной обмоткой 3, причем первичная обмотка 2 катушки подключена к источнику питания через транзисторный ключ 4, а вторичная обмотка 3 соединена со свечой зажигания 5. К входу управления транзисторного ключа 4 подключен выход генератора 6 серии импульсов, вход запуска которого соединен с источником 7 управляющих сигналов. Количество импульсов в серии, вырабатываемой генератором 6, зависит от режима работы двигателя, в частности, от частоты его вращения, с увеличением которой количество импульсов в серии уменьшается. Источник 7 управляющих сигналов может представлять собой электронный блок, подключенный к датчику положения вала двигателя и выдающий сигнал на начало искрообразования с учетом угла опережения зажигания. Блоки 6 и 7 могут быть выполнены на базе микропроцессора, регулирующего угол опережения зажигания и длительность серии импульсов, поступающих на вход электронного ключа 4. В качестве источника 7 управляющих сигналов может быть также использован прерыватель классической системы зажигания. Между выводами первичной обмотки 2 включен конденсатор 8, образующий с катушкой зажигания 1 колебательный LC-контур и защищающий транзисторный ключ 4 от перенапряжений. Система зажигания снабжена индуктивными датчиками 9 тоrа, представляющими собой обмотки, охватывающие высоковольтные провода, подключенные к свечам 5 зажигания. Возможно крепление индуктивных датчиков 9 непосредственно на высоковольnных выводах катушек зажигания, поверх изоляции этих выводов.

К выходу каждого из индуктивных датчиков 9 подключена схема регистрации разрядов, имеющих емкостные составляющие, которая состоит из последовательно соединенных выпрямительного диода 10, интегратора 11, порогового дискриминатора 12 и нормализатора 13 длительности и амплитуды импульсов. Интегратор 11 представляет собой параллельно соединенные конденсатор и разрядный резистор. Выходы нормализатора 13 и генератора 6 серии импульсов подключены к входам схемы 14 сравнения, которая так же, как и блоки 6 и 7, может быть выполнена на базе микропроцессора.

Система зажигания работает следующим образом.

В конце такта сжатия управляющий сигнал источника 7 поступает на вход генератора 6 и запускает его. На выходе генератора 6 формируются импульсы, отпирающие транзисторный ключ 4. Количество формируемых импульсов зависит от режима работы двигателя и является максимальным при его запуске. Каждое отпирание транзисторного ключа 4 приводит к возникновению в LC-контуре, образованном первичной обмоткой 2 катушки зажигания и конденсатором 8 затухающего колебательного процесса. В момент открытия ключа 4 ток через первичную обмотку 2 резко возрастает и во вторичной обмотке 3 катушки зажигания генерируется высокое напряжение, пробивающее искровой промежуток свечи 5 (емкостная фаза разряда). Далее ток в свече зажигания затухает, изменяясь по синусоидальному закону (индуктивная фаза разряда). Интервал между импульсами, формируемыми генератором 6, устанавливают достаточным для того, чтобы колебательный процесс, вызванный однократным отпиранием транзисторного ключа, затух и сопротивление разрядного промежутка восстановилось.

В случае, если смесь не воспламенилась от первого разряда, во втором разряде так же, как и в первом, будет присутствовать емкостная составляющая. То есть, будет иметь место бросок тока во вторичной цепи катушки зажигания. Емкостные составляющие будут присутствовать во всех разрядах до тех пор, пока смесь не воспламенится. После воспламенения смеси температура в камере сгорания резко возрастает, а сопротивление разрядного промежутка падает. Таким образом, искровые разряды, проскакивающие через свечу после воспламенения смеси, не будут иметь емкостных составляющих. Однако эти разряды будут способствовать более полому сгоранию смеси и одновременно позволят установить факт воспламенения.

Ток во вторичной обмотке катушки зажигания регистрируется с помощью индуктивного датчика 9, охватывающего высоковольтный провод. Напряжение, индуктируемое в датчике 9, выпрямляется с помощью диода 10 и поступает на интегратор 11, расширяющий длительность импульса, получаемого во время емкостной фазы разряда, и снижающий амплитуду этого импульса. Это необходимо, так как емкостная фаза длится очень короткий промежуток времени (единицы микросекунд). Импульсы с выхода интегратора 11 поступают на пороговый (амплитудный) дискриминатор 12, выделяющий из них только те, которые могут быть созданы током, протекающим во время емкостной фазы разряда (ток емкостной фазы разряда на несколько порядков превышает ток индуктивной фазы). Далее серия импульсов, количество которых равно числу разрядов, имеющих емкостные составляющие, поступает на вход схемы 13. На выходе схемы 13 формируются нормализованные импульсы, длительность которых равна длительности импульсов, поступающих на вход электронного ключа 4, а амплитуда соответствует допустимому входному напряжению схемы 4 сравнения. Таким образом, на один вход схемы 4 сравнения поступают импульсы с генератора 6, а на другой импульсы, количество которых равно числу разрядов, имеющих емкостные составляющие. В случае, если количество импульсов на обоих входах схемы 4 сравнения равно, на ее выходе формируется сигнал пропуска воспламенения. Этот сигнал может быть использован для индикации факта отсутствия воспламенения, а также для отключения подачи топлива в цилиндр, в котором смесь не воспламенилась.

Предлагаемая система зажигания может быть использована в составе систем комплексной диагностики ДВС. Так, по количеству импульсов, имеющих емкостные составляющие, можно судить о том, насколько хорошая смесь поступила в цилиндр двигателя. Хорошая смесь воспламеняется от первого искрового разряда в свече зажигания. В этом случае все последующие разряды не будут иметь емкостных составляющих и количество импульсов в серии, вырабатываемой генератор ом 6, будет отличаться на единицу от количества импульсов на выходе нормализатора 13.

Изобретение может быть использовано в системе зажигания с одновыводной катушкой и высоковольтным распределителем, в системе зажигания с двумя двухвыводными катушками и в системе с индивидуальными для каждого цилиндра катушками зажигания. В любом из указанных случаев целесообразно устанавливать индуктивные датчики на все высоковольтные провода. Количество схем регистрации при этом должно быть равно числу цилиндров двигателя.

Использование: электрооборудование двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ заключается в том, что через электроды свечи зажигания в конце такта сжатия пропускают серию отдельных поджигающих разрядов, причем контролируют наличие емкостных составляющих в одном или нескольких разрядах, начиная со второго, и в случае наличия емкостных составляющих во всех контролируемых разрядах формируют сигнал пропуска воспламенения. Система зажигания, реализующая предлагаемый способ, содержит катушку зажигания 1, первичная обмотка 2 которой подключена к источнику питания через электронный ключ 4, а вторичная обмотка 3 соединена со свечой зажигания 5, емкостной элемент 8, включенный между выводами первичной обмотки катушки зажигания и образующий с ней колебательный LC-контур, и генератор 6 серии импульсов, вход которого подключен к источнику 7 управляющих сигналов, а выход - к входу управления электронного ключа 4. Система отличается тем, что она снабжена устройством регистрации разрядов через свечу зажигания, имеющих емкостные составляющие, и схемой 14 сравнения количества этих разрядов с количеством импульсов в серии, вырабатываемой генератором 6, причем выход схемы сравнения связан с индикатором пропусков воспламенения и/или с устройством отключения подачи топлива в цилиндр двигателя. Устройство регистрации разрядов может быть выполнено в виде последовательно соединенных индуктивного датчика 9 тока во вторичной обмотке катушки зажигания, выпрямительного диода 10 и порогового дискриминатора 12. 2 с. и 8 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ поджига рабочей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с одновременной регистрацией пропусков воспламенения, заключающийся в том, что через электроды свечи зажигания в конце такта сжатия пропускают серию отдельных поджигающих разрядов, отличающийся тем, что контролируют наличие емкостных составляющих в одном или нескольких разрядах, начиная со второго, и в случае наличия емкостных составляющих во всех контролирующих разрядах формируют сигнал пропуска воспламенения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устанавливают интервал между следующими друг за другом поджигающими разрядами, достаточный для получения в них емкостных составляющих одинаковой амплитуды. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что контролируют наличие емкостных составляющих во всех разрядах, начиная со второго. 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что контролируют наличие емкостных составляющих по амплитуде тока, протекающего между электродами свечи. 5. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что контролируют наличие емкостных составляющих по амплитуде напряжения между электродами свечи. 6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что пропускают между электродами свечи серию разрядов, каждый из которых представляет собой затухающие электрические колебания, причем разряды получают путем периодического замыкания электронного ключа, который включен в цепь питания катушки зажигания, и формируют сигнал пропуска воспламенения в случае, если количество разрядов, имеющих емкостные составляющие, равно количеству отпирающих импульсов, поступивших на вход электронного ключа. 7. Способ по пп.1-6, отличающийся тем, что используют сигнал пропуска воспламенения для отключения подачи топлива в цилиндр двигателя. 8. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, а вторичная обмотка соединена со свечой зажигания, емкостной элемент, включенный между выводами первичной обмотки катушки зажигания и образующей с ней колебательной LC-контур, и генератор серии импульсов, вход которого подключен к источнику управляющих сигналов, а выход к входу управления электронного ключа, отличающаяся тем, что она снабжена устройством регистрации разрядов через свечу зажигания, имеющих емкостные составляющие, и схемой сравнения количества этих разрядов с количеством импульсов в серии, вырабатываемой генератором, причем выход схемы сравнения связан с индикатором пропусков воспламенения и/или с устройством отключения подачи топлива в цилиндр двигателя. 9. Система по п.8, отличающаяся тем, что устройство регистрации разрядов, имеющих емкостные составляющие, выполнено в виде последовательно соединенных индуктивного датчика тока во вторичной обмотке катушки зажигания, выпрямительного диода и порогового дискриминатора. 10. Система по п.9, отличающаяся тем, что выпрямительный диод расположен в непосредственной близости от индуктивного датчика и образует с ним единый конструктивный узел.