СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ И СПОСОБ ПОДАЧИ ЗАРЯДА ОТ МНОЖЕСТВА ЗАРЯДНЫХ СРЕДСТВ К МНОЖЕСТВУ СРЕДСТВ НАКОПЛЕНИЯ ЗАРЯДА В СИСТЕМЕ ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F02P3/06 

Настоящее изобретение относится к способам искрообразования в системе зажигания, в частности к системе емкостного зажигания для двигателей внутреннего сгорания, а также к усовершенствованной системе емкостного зажигания.

В автомобильной промышленности существует тенденция использовать системы электронного зажигания для улучшения КПД и режима работы двигателей внутреннего сгорания путем создания искрового разряда с желаемыми характеристиками, чтобы воспламенить воздушно-топливную смесь, особенно обедненные смеси, используемые в двигателях с расслоенной горючей смесью.

Однако в системах емкостного зажигания, где в сравнительно короткий интервал времени может быть создано достаточное напряжение искрового разряда, искровой разряд, вызванный этим напряжением, обычно имеет сравнительно короткую длительность. Такая сравнительно короткая длительность искрового разряда еще в большей степени проявляется в системе емкостного зажигания, имеющей малоемкостное высоковольтное средство накопления заряда, как, например, конденсатор. Высокое напряжение будет вызывать прохождение большого разряда тока через первичную катушку системы зажигания для возбуждения необходимого напряжения искры во вторичной катушке системы зажигания, чтобы образовать искровой разряд в искровом промежутке. Однако малая емкость ограничивает длительность этого тока и, следовательно, длительность создаваемого искрового разряда.

Длительность искрового разряда, обеспечиваемая такими известными системами зажигания, может оказаться слишком короткой для надлежащего зажигания воздушно-топливной смеси, особенно обедненной смеси. Это приводит к вредным загрязнениям и, как следствие, нежелательным эксплуатационным характеристикам двигателя.

Увеличение емкости средства накопления заряда или конденсатора не привело бы к значительному увеличению длительности искрового разряда, а лишь вызвало бы более сильный искровой разряд. Другой вариант решения, заключающийся в использовании сопротивления в первичной цепи для уменьшения скорости разряда, также привел бы к снижению величины разрядного тока и энергии, используемых при искровом разряде.

Известна система зажигания, содержащая множество разрядных средств (обмотки трансформатора), по меньшей мере одно из которых предназначено для подачи заряда к множеству средств накопления заряда, то есть к конденсаторам (см. патент США N 3861368, кл. F 02 P 3/06, 1975).

Из патента США N 3861368 известен также способ подачи заряда от множества зарядных средств к множеству средств накопления заряда в системе зажигания, включающий распределение заряда по меньшей мере от одного из зарядных средств к множеству средств накопления заряда для осуществления заряда средств накопления заряда.

Известным способу и системе свойственны отмеченные выше недостатки, в том числе недостаточная длительность искрового разряда, приводящая к неоптимальному режиму воспламенения воздушно-топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания.

Настоящее изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков путем создания усовершенствованных способа и системы, обеспечивающих зарядку в системе зажигания двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в обеспечении формирования улучшенного и более длительного искрового разряда в системе зажигания для двигателей внутреннего сгорания.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе зажигания, содержащей множество зарядных средств и множество средств накопления заряда, включающее первое средство накопления заряда и второе средство накопления заряда, причем по меньшей мере одно из зарядных средств предназначено для подачи части своего заряда к каждому из упомянутых средств накопления заряда, и средство искрообразования с первичной катушкой и вторичной катушкой, соединенной с искровым разрядником, в соответствии с изобретением по меньшей мере одно зарядное средство предназначено для подачи всего своего заряда к одному из упомянутых, первому или второму, средств накопления заряда, оба средства накопления заряда выполнены с возможностью заряда для совместного инициирования средства искрообразования для формирования искры, при этом оба средства накопления заряда соединены с первичной катушкой средства искрообразования.

При этом множество средств накопления заряда предпочтительно включает в себя средства накопления заряда различной емкости, причем по меньшей мере одно зарядное средство предпочтительно выполнено согласованным с емкостью по меньшей мере одного средства накопления заряда, по меньшей мере одно средство накопления заряда может иметь большую емкость, а по меньшей мере одно другое средство накопления заряда - малую емкость.

Кроме того, указанная система предпочтительно выполнена в виде системы емкостного зажигания.

При этом система предпочтительно содержит два средства накопления заряда, отношение емкостей между которыми составляет от 1:20 до 1:200, причем средство искрообразования обеспечивает воспламенение топлива в двигателе внутреннего сгорания.

Указанное выполнение системы зажигания обеспечивает длитеьность искрового разряда свыше 1,5 мс в двигателе внутреннего сгорания.

При создании настоящего изобретения заявителем было обнаружено, что длительность искрового разряда можно увеличить за счет использования более одного зарядного средства для снабжения зарядом более одного средства накопления заряда и что при подаче заряда от множества зарядных средств к множеству средств накопления заряда предварительно определенным путем средства накопления заряда способны передавать энергию для формирования более длительного искрового разряда.

При использовании двух зарядных катушек вместо одной и разделении различных частей генерируемых при этом волн тока оптимизируется передача энергии от зарядных катушек к средствам накопления заряда, в результате чего длительность искрового заряда составляет приблизительно 2 мс. Тем самым обеспечивается оптимальное использование каждой катушки путем точного согласования возбуждающей способности каждой катушки с возбуждающей способностью каждого отдельного средства накопления заряда.

Указанный выше технический результат достигается также тем, что в способе подачи заряда от множества зарядных средств к множеству средств накопления заряда в системе зажигания в соответствии с изобретением осуществляют распределение заряда по меньшей мере от одного из множества зарядных средств к каждому из средств накопления заряда и распределение всего заряда по меньшей мере от одного зарядного средства к одному из множества средств накопления заряда.

Предпочтительно используют первое и второе средства накопления заряда, при этом заряд по меньшей мере от одного из множества зарядных средств распределяют к каждому из упомянутых, первому и второму, средств накопления заряда, и весь заряд по меньшей мере от одного другого зарядного средства распределяют к одному из упомянутых, первому или второму, средств накопления заряда, причем первое и второе средства накопления заряда предпочтительно представляют собой средства накопления заряда различной емкости.

Кроме того, предпочтительно, что по меньшей мере одно средство накопления заряда имеет большую емкость, а по меньшей мере одно другое средство накопления заряда имеет малую емкость. При этом одно средство накопления заряда предпочтительно получает больше заряда, чем другое средство накопления заряда, по меньшей мере одно зарядное средство предпочтительно согласуют с емкостью по меньшей мере одного из средств накопления заряда.

Также предпочтительно, что указанную систему зажигания используют для зажигания в двигателе внутреннего сгорания.

Настоящее изобретение основано на обнаружении того, что в процессе зарядки двух средств накопления заряда двумя зарядными средствами, с использованием первой половины зарядной волны единственного зарядного средства для зарядки первого средства накопления заряда, а второй половины зарядной волны - для зарядки второго средства накопления заряда (до достижения номинального напряжения во втором средстве накопления заряда с последующим применением оставшейся части второй половины зарядной волны для дополнительной зарядки первого средства накопления заряда), может быть использован метод несбалансированной зарядки двух средств накопления заряда посредством двух зарядных средств.

В предпочтительном варианте одно средство накопления заряда заряжается путем получения приблизительно трех полуволн, состоящих из двух полуволн от первого зарядного средства и одной полуволны от второго зарядного средства, а второе средство накопления заряда заряжается путем получения второй полуволны от второго зарядного средства.

В результате обеспечивается возможность использования более экономичного средства развязки в виде сравнительно недорогого диода вместо более дорогостоящего кремниевого стабилитрона, как, например, описано в заявке PCT/AU 91/00524, и увеличения длительности искрового разряда до величины, превышающей 1,5 мс.

Настоящее изобретение описано ниже со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 представлена схема одного примера выполнения системы зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 представлена схема другого примера выполнения системы зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

В системе двойного емкостного зажигания, используемой, например, в двигателях внутреннего сгорания, обычно применяется единственная зарядная катушка для генерирования зарядного тока, распределяемого на два средства накопления заряда. До недавнего времени в небольших двигателях, снабженных системами впрыска топлива, не требовалась продолжительность искрового разряда свыше 1 мс. Однако современные потребности в этом эффективном сгорании топлива в двигателях внутреннего сгорания и желание использовать системы емкостного зажигания в небольших двигателях большей мощности определяют необходимость в длительности искрового разряда свыше 1,5 мс, чтобы поддерживать стабильность сгорания топлива.

При использовании двух зарядных катушек вместо одной и разделении различных частей, образуемых ими зарядных волн, оптимизируется передача энергии от зарядных катушек к множеству средств накопления заряда или конденсаторам, в результате чего длительность искрового разряда увеличивается вплоть до 2 мс.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, одна зарядная катушка (L1) выбрана со сравнительно малым полным сопротивлением и способна подавать значительный ток в конденсатор с большой емкостью ("средство накопления C1"). Выпрямитель, состоящий из диодов D4, D1 и D2, D3, обеспечивает подачу к средству накопления заряда C1 всего тока, генерируемого этой катушкой (L1).

Другая зарядная катушка (L2) имеет значительно большее полное сопротивление, но соответственно более высокое выходное напряжение. Таким образом, необходима только одна половина создаваемой ею зарядной волны для обеспечения достаточного заряда малоемкостного конденсатора ("средство накопления C2") до более высокого напряжения, и поэтому другая половина этой зарядной волны перенаправляется к средству накопления C1, которое ввиду большой емкости ограничивает выходное напряжение катушки для этой половины волны. Выпрямитель, состоящий из диодов D4, D7 и D6, D3, обеспечивает подачу к средству накопления заряда C1 и C2 всего тока, генерируемого этой катушкой (L2). Диод D5 служит в качестве разделителя заряда между средствами накопления заряда C1 и C2.

Конденсатор малой емкости (C2) предпочтительно имеет емкость в пределах от 0,47 до 4,7 мкФ, а конденсатор большой емкости (C1) - в пределах от 22 до 680 мкФ.

Кроме того, установлено, что оптимальным является отношение емкостей конденсаторов C2:C1 в пределах от 1:20 до 1:200.

К тому же установлено, что, в общем случае, чем больше величина емкости, выбранная для C1, тем больше энергия, которую можно накопить, и, следовательно, больше длительность искрового разряда.

В данном варианте осуществления изобретения обе катушки L1 и L2 формируют полную волну в фазе для подачи в конденсаторы C1 и C2, по меньшей мере при одном цикле зарядки на цикл разрядки, при этом в системе может быть более одного цикла зарядки на цикл разрядки.

Значительное изменение в процессе зарядки заключается в том, что вместо использования одной полуволны от единственной зарядной катушки для зарядки средства накопления заряда C1 и другой полуволны для зарядки средства накопления заряда C2 (до достижения минимального напряжения, например, 300 В с использованием затем этой второй полуволны для дополнительной зарядки средства накопления заряда C1) используются две зарядные катушки, при этом три полуволны заряжают средство для накопления заряда C1 и одна полуволна - средство накопления заряда C2. В этом случае в качестве средства разделения заряда D5 может быть использован недорогой диод.

Подача соответственно трех полуволн и одной полуволны возможна благодаря перенаправлению части заряда от одной катушки (L2) к одному из конденсаторов (C1). Подавая три полуволны к одному средству накопления заряда (C1), можно запасать больше энергии в средстве накопления заряда, результатом чего является увеличение подачи энергии/заряда для обеспечения искрового разряда большей длительности в искровом разряднике S1.

В качестве варианта можно перенаправлять одну полуволну от L1 к C2 способом, сходным с описанным выше.

В данном варианте зарядные катушки L1 и L2 подают три полуволны для зарядки средства накопления заряда C2, а единственная полуволна L1 используется для зарядки средства накопления заряда C1. Однако, в этом варианте, в схеме по фиг. 1 потребовался бы кремниевый стабилитрон вместо диода D5, т.е. было бы исключено преимущество, связанное с устранением использования кремниевого стабилитрона.

На фиг. 2 показан другой пример осуществления изобретения, в котором средство накопления заряда C1 заряжается отдельными полуволнами от соответствующих зарядных катушек (L1 и L2). Выпрямитель из диодов D4, D1 и D7 позволяет подавать две полуволны к средству накопления заряда C1.

Подобным же образом другое средство накопления заряда C2 также заряжается отдельными полуволнами от соответствующих зарядных катушек (L1 и L2). Выпрямитель, состоящий из диодов D2, D3 и D6, позволяет подавать две полуволны к средству накопления заряда C2.

В этом варианте осуществления изобретения обе зарядные волны зарядных катушек L1 и L2 разделяются для зарядки средств накопления заряда C1 и C2. Каждая из двух зарядных катушек L1 и L2 создает полную волну в фазе, по меньшей мере для одного цикла зарядки-разрядки, на цикл разрядки для подачи ее к конденсаторам C1 и C2. Хотя последовательность зарядки отличается от соответствующей примеру осуществления, показанному на фиг. 1, однако принцип действия и конструкция устройства соответствуют изобретению.

Следует отметить, что существует предел величины заряда, который может быть передан к искровому разряднику S1. Этот предел зависит от КПД катушки зажигания T1 по передачи энергии от первичной обмотки к вторичной обмотке, т. е., от наименьшей скорости изменения первичного тока, который будет преобразовываться во вторичной обмотке. Это происходит до тех пор, пока скорость изменения тока не окажется настолько медленной, что не будет возбуждать ток во вторичной обмотке. В этот момент начинается обратный ход. Установлено, что при конденсаторе C1 с большей емкостью, равной около 470 мкФ, скорость изменения тока, поступающего в первичную обмотку катушки зажигания T1, приближается к эксплуатационной величине, которая достаточна для удовлетворения современных требований двигателестроения. Другое побочное влияние скорости изменения тока заключается в том, что вторичный или обратный искровой заряд обладает большей энергией и большей длительностью, чем это было возможно ранее.

Кроме того, как показано на фиг. 1, в описанном варианте изобретения достигается значительное улучшение благодаря замене переключающего элемента и средства контроля обратного хода единственным транзистором Q1, предпочтительно представляющим собой биполярный транзистор с изолированным затвором, имеющим соответствующую характеристику.

Настоящее изобретение может быть также использовано в существующих системах емкостного или неемкостного зажигания. Конденсаторы C1, C2 можно заменить батареями B1, B2 для использования их в качестве средств накопления заряда. При этом необходимо приспособить батареи для работы при высоком и низком напряжениях, как и в примерах осуществления изобретения, показанных на фиг. 1 и 2. В таком варианте системы зажигания может быть использован аналогичный способ зарядки.

Изобретение в равной степени применимо в системе, которая включает в себя любое требуемое количество зарядных катушек, средств накопления заряда и средств разделения накапливаемого заряда.

Изобретение относится к системам зажигания, в частности к системе зажигания двигателей внутреннего сгорания, и позволяет улучшить режим работы двигателей путем создания искрового разряда с желаемыми характеристиками. В системе зажигания с множеством зарядных средств и множеством средств накопления заряда и средством искрообразования с первичной катушкой и вторичной катушкой, соединенной с искровым разрядником, по меньшей мере одно зарядное средство предназначено для подачи всего своего заряда к одному из средств накопления заряда, первому или второму, при этом оба средства накопления заряда выполнены с возможностью разряда для совместного инициирования средства искрообразования для формирования искры и соединены с первичной катушкой средства искрообразования. Способ заключается в том, что осуществляют распределение заряда по меньшей мере от одного из множества зарядных средств к каждому из средств накопления заряда и распределения заряда по меньшей мере от одного зарядного средства к одному из множества средств накопления заряда. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Система зажигания, содержащая множество зарядных средств и множество средств накопления заряда, включающая первое средство накопления заряда и второе средство накопления заряда, причем по меньшей мере одно из зарядных средств предназначено для подачи части своего заряда к каждому из упомянутых средств накопления заряда, и средство искрообразования с первичной катушкой и вторичной катушкой, соединенный с искровым разрядником, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно зарядное средство предназначено для подачи всего своего заряда к одному из упомянутых, первому или второму, средств накопления заряда, оба средства накопления заряда выполнены с возможностью разряда для совместного инициирования средства искрообразования для формирования искры, при этом оба средства накопления заряда соединены с первичной катушкой средства искрообразования. 2. Система зажигания по п.1, отличающаяся тем, что множество средств накопления заряда включает в себя средства накопления заряда различной емкости. 3. Система зажигания по п.1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно зарядное средство выполнено согласованным с емкостью по меньшей мере одного средства накопления заряда. 4. Система зажигания по п.3, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно средство накопления заряда имеет большую емкость, а по меньшей мере одно другое средство накопления заряда имеет малую емкость. 5. Система зажигания по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что указанная система выполнена в виде системы емкостного зажигания. 6. Система по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что содержит два средства накопления заряда, а отношение емкостей между обоими средствами накопления заряда составляет от 1:20 до 1:200. 7. Система зажигания по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что средство искрообразования обеспечивает воспламенение топлива в двигателе внутреннего сгорания. 8. Способ подачи заряда от множества зарядных средств к множеству средств накопления зарядов в системе зажигания, отличающийся тем, что осуществляют распределение заряда по меньшей мере от одного из множества зарядных средств к каждому из средств накопления заряда и распределение всего заряда по меньшей мере от одного зарядного средства к одному из множества средств накопления заряда. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют первое и второе средства накопления заряда, при этом заряд по меньшей мере от одного из множества зарядных средств распределяют к каждому из упомянутых, первому и второму, средств накопления заряда, и весь заряд по меньшей мере от одного другого зарядного средства распределяют к одному из упомянутых, первому или второму, средств накопления заряда. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что первое и второе средства накопления заряда представляют собой средства накопления заряда различной емкости. 11. Способ по п.8, отличающийся тем, что по меньшей мере одно средство накопления заряда имеет большую емкость, а по меньшей мере одно другое средство накопления заряда имеет малую емкость. 12. Способ по любому из пп. 8 - 11, отличающийся тем, что одно средство накопления заряда получает больше заряда, чем другое средство накопления заряда. 13. Способ по любому из пп. 8 - 12, отличающийся тем, что по меньшей мере одно зарядное средство согласуют с емкостью по меньшей мере одного из средств накопления заряда. 14. Способ по любому из пп. 8 - 13, отличающийся тем, что указанную систему зажигания используют для зажигания в двигателе внутреннего сгорания.