СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ ИСКРОВОГО ПРОМЕЖУТКА Российский патент 1999 года по МПК G01M15/00 F02P17/00 

Изобретение относится к двигателестроению и может применяться в системе зажигания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с индуктивным накопителем энергии для контроля рабочего процесса ДВС по изменению проводимости искрового промежутка разрядника камеры сгорания.

Известен (1) способ определения детонационного сгорания в ДВС путем измерения проводимости продуктов сгорания в искровом промежутке разрядника камеры сгорания. Суть способа состоит в том, что после искрового разряда к электродам разрядника, например, свечи зажигания, прикладывают тестовое напряжение и измеряют ионный ток, протекающий через электроды разрядника.

За прототип заявляемого способа взят способ измерения ионного тока, патент США N 5321978, публ. 21.06.94. Способ заключается в том, что в системе зажигания ДВС с накоплением энергии в катушке зажигания после накопления энергии в магнитном поле катушки и формирования искрового разряда подают тестовое напряжение на электроды разрядника системы зажигания и измеряют ионный ток, протекающий через электроды разрядника.

Практическое применение данного способа ограничено из-за наличия затухающих колебаний напряжения во вторичной цепи катушки зажигания по окончании искрового разряда.

Данное явление связано с тем, что в искровом разряде выделяется не вся запасенная в магнитном поле катушки энергия. Как известно, для поддержания искрового разряда требуется присутствие определенного напряжения, равного напряжению горения тлеющего разряда при данных температуре и давлении. Как только энергия в магнитном поле катушки в процессе искрового разряда уменьшится до величины, не способной поддерживать напряжение горения, разряд прекращается. При этом в магнитном поле катушки зажигания остается некоторая минимальная энергия, которая служит источником свободных колебаний напряжения и естественным образом рассеивается на активном сопротивлении вторичной цепи. Кроме того, в камере сгорания имеет место турбуленнтность заряда, которая может вызвать преждевременное прекращение горения искрового разряда (сдувание искры). Амплитуда колебаний при сдувании искры может достигать величины, при которой возможен повторный пробой искрового промежутка (и возобновление горения искрового разряда). Очевидно, что непосредственно после формирования искрового разряда измерение проводимости искрового промежутка затруднено, так как происходит сложение (суперпозиция) тестового напряжения и напряжения свободных колебаний. На практике для проведения точных измерений выжидают некоторый интервал времени, в течение которого происходит естественное затухание свободных колебаний на активном сопротивлении вторичной цепи катушки зажигания, после чего продолжают измерение проводимости. Длительность периода затухания колебаний может достигать единиц миллисекунд, что на высоких оборотах двигателя соответствует углу поворота коленвала на десятки градусов.

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности измерения проводимости искрового промежутка разрядника системы зажигания ДВС с индуктивным накопителем энергии.

Указанная задача решается в способе измерения проводимости искрового промежутка разрядника системы зажигания ДВС, включающем накопление энергии зажигания в магнитном поле катушки зажигания и формирование искрового разряда, при котором к электродам разрядника прикладывают тестовое напряжение и измеряют ток, протекающий под действием тестового напряжения через искровой промежуток, тем, что перед измерением тока производят принудительное рассеивание энергии, остающейся в магнитном поле катушки зажигания. Принудительное рассеивание остаточной энергии можно произвести, например, путем замыкания начального и конечного выводов первичной обмотки катушки зажигания или замыканием специальной разрядной обмотки катушки зажигания.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема системы зажигания, в которой возможна реализация заявляемого способа.

Способ может быть реализован, например, в системе зажигания ДВС, описанной в патенте США B 5321978, публ. 21.06.94. Указанная система включает в себя источник питания (на схеме не показан), контроллер 1 зажигания, двухвыводнную катушку 2 зажигания с первичной и вторичной обмотками, переключатель 3, свечи 4, 5 зажигания. Переключатель 3 включен между первичной обмоткой катушки и массой ДВС и управляется контроллером 1 Особенностью системы зажигания (см. фиг. патента) является наличие источника 6 тестового напряжения, устройства 7 развязки, токоизмерительного резистора 8 и шунтирующего диода 9. Источник 6 тестового напряжения предназначен для подачи тестового напряжения к искровым промежуткам свечей 4, 5. Устройство 7 развязки защищает источник 6 от высокого напряжения зажигания. Шунтирующий диод 9, подключенный параллельно искровому промежутку свечи 5, согласно описанию патента, служит для отсечки отрицательного напряжения при формировании искрового разряда на свече 4. Напряжение с резистора 8 подается в контроллер зажигания для детектирования ионного тока.

Для реализации заявляемого способа приведенную выше систему необходимо дополнить переключателем 10, управляемым контролером 1 и замыкающим накоротко первичную обмотку катушки 2. Системы зажигания, использующие такой переключатель (для регулирования длительности искрового разряда), известны (см., например, заявки DE 4038440, публ. 04.06.92, DE 4115305, публ. 12.11.92).

Реализация способа включает в себя следующие действия:
1. Накапливают энергию в магнитном поле катушки зажигания. Для этого контроллером 1 включают переключатель 3. Через первичную обмотку катушки 2 начинает протекать ток источника питания. Протекающий ток вызывает появление магнитного потока в сердечнике катушки 2, величина которого пропорциональна величине протекающего тока.

2. Формируют искровой разряд. Для этого контроллером 1 в соответствующий момент времени выключают переключатель 3, прекращая тем самым ток в первичной обмотке катушки 2. Прекращение тока вызывает прекращение (спад до нуля) магнитного потока, вызываемого током, что, по закону индукции, вызывает появление ЭДС самоиндукции в первичной и вторичной обмотках катушки 2. ЭДС самоиндукции, наведенная во вторичной обмотке, вызывает электрический пробой искровых промежутков свечей 4, 5. Электрический пробой является начальной фазой формирования искрового разряда. Напряжение пробоя составляет 7-15 киловольт, длительность - единицы микросекунд, ток - до нескольких десятков ампер. После пробоя искровой разряд переходит в фазу тлеющего разряда, которая характеризуется уменьшением напряжения до напряжения горения (700-800 вольт), током в несколько десятков миллиампер и длительностью в несколько единиц миллисекунд. Напряжение горения тлеющего разряда зависит от температуры и давления горючей смеси. По мере расхода запасенной энергии и изменения условий горения напряжение в искровом промежутке уменьшается до величины, меньшей напряжения горения при заданных температуре и давлении, вслед за чем происходит затухание искрового разряда, сопровождающееся резким уменьшением тока разряда и повышением напряжения. Во вторичной цепи возникает затухающий колебательный процесс, при котором происходит перекачка остаточной энергии из магнитного поля катушки 2 зажигания в электрическое поле распределенных емкостей вторичной цепи и обратно.

3. Производят принудительное рассеивание энергии зажигания. Для этого контроллером 1 выключают переключатель 10, закорачивая тем самым первичную обмотку катушки 2. При этом происходит быстрый разряд энергии, запасенной в магнитном поле катушки 2, через активное сопротивление первичной обмотки, и напряжение ЭДС во вторичной обмотке уменьшается практически до нуля. Время разряда определяется параметрами первичной обмотки катушки 2 зажигания. В результате выполнения данного действия становится возможным беспомеховое измерение проводимости искрового промежутка свечей зажигания.

4. Прикладывают к электродам свечей 4, 5 тестовое напряжение от источника 6 тестового напряжения.

5. Измеряют ток, протекающий под действием тестового напряжения через искровой промежуток свечей зажигания. Для этого контроллером 1 измеряют падение напряжения на токоизмерительном резисторе 8, поступающее на измерительный вход контроллера 1. Величина падения напряжения прямо пропорциональна току, протекающему через искровой промежуток, и пропорциональна проводимости искрового промежутка.

Источники информации
1. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями. /Под ред. Д. Хиллиарда, Дж. С. Спрингера. М.: Машиностроение, 1988, с. 260.

Изобретение относится к двигателестроению, может применяться в системе зажигания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с индуктивным накопителем энергии для контроля рабочего процесса ДВС по изменению проводимости искрового промежутка разрядника камеры сгорания и решает задачу повышения точности измерения проводимости искрового промежутка разрядника системы зажигания ДВС. Указанная задача решается путем накопления энергии зажигания в магнитном поле катушки зажигания и формирования искрового разряда, при котором к электродам разрядника прикладывают тестовое напряжение и измеряют ток, протекающий под действием тестового напряжения через искровый промежуток, при этом перед измерением тока производят принудительное рассеивание энергии, остающейся в магнитном поле катушки зажигания. 1 ил.

Способ измерения проводимости искрового промежутка разрядника системы зажигания ДВС, включающий накопление энергии зажигания в магнитном поле катушки зажигания и формирование искрового разряда, при котором к электродам разрядника прикладывают тестовое напряжение и измеряют ток, протекающий под действием тестового напряжения через искровой промежуток, отличающийся тем, что перед измерением производят принудительное рассеивание энергии, остающейся в магнитном поле катушки зажигания.