КАТУШКА ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F02P3/02 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в конструкции катушки системы зажигания ДВС.

Известно (см. 1), что основным источником электромагнитных помех в автомобиле является высоковольтная часть системы зажигания. Механизм образования помехи заключается в быстром разряде, в момент электрического пробоя искрового промежутка свечи зажигания, емкости вторичной цепи катушки зажигания, которая успевает зарядиться, до начала фазы пробоя, до некоторого напряжения. Емкость вторичной цепи катушки зажигания складывается из распределенной емкости вторичной обмотки катушки зажигания, емкости высоковольтных проводов, свечи зажигания и т.д. Импульс тока, возникающий при разряде емкости, имеет очень короткую длительность, большую амплитуду (десятки ампер) и является источником электромагнитной помехи с очень широким спектром.

Для снижения уровня (величины) помех обычно в цепь вторичной обмотки катушки зажигания включают помехоподавительный резистор, который снижает уровень помех путем ограничения величины тока разряда вторичной емкости.

Известны (см. , например, заявку Японии N 57-46634, публ. 04.10.82 г.) свечи зажигания со встроенным помехоподавительным резистором.

За прототип заявляемого изобретения взята конструкция катушки зажигания, патент РФ N 2117820, публ. 20.08.98. Катушка зажигания содержит установленные в корпусе сердечник, первичную и вторичную обмотки, причем сердечник электрически последовательно соединен с высоковольтным выводом вторичной обмотки. Недостатком такой катушки зажигания является высокий уровень электромагнитных помех.

Задачей заявляемого изобретения является создание малогабаритной катушки зажигания с низким уровнем электромагнитных помех.

Указанная задача решается в катушке зажигания, включающей в себя ферромагнитный сердечник, первичную обмотку, вторичную обмотку и высоковольтный терминал, электрически соединенный с сердечником. Задача решается тем, что катушка снабжена помехоподавительным резистором, включенным между высоковольтным выводом вторичной обмотки и высоковольтным терминалом. При этом в качестве помехоподавительного резистора может быть использован материал сердечника, а сердечник может быть хотя бы частично выполнен из ферромагнитного порошка.

Низкий уровень помех достигается за счет оснащения катушки зажигания помехоподавительным резистором и интегрирования помехоподавительного резистора в конструкцию катушки зажигания.

Снижение габаритов катушки достигается за счет использования в качестве помехоподавительного резистора материала сердечника.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 изображена конструкция катушки зажигания в продольном разрезе.

На фиг. 2 изображена электрическая схема катушки зажигания.

На фиг. 3 изображена электрическая схема катушки зажигания с устройством контроля состояния процесса горения в камере сгорания ДВС.

На фиг. 4 изображена электрическая схема системы зажигания, использующая катушку зажигания с устройством контроля состояния процесса горения в камере сгорания ДВС.

Катушка зажигания (см. фиг. 1) содержит размещенные в корпусе 1 сердечник 2, первичную обмотку 3, вторичную обмотку 4, имеющую высоковольтный вывод 5, и высоковольтный терминал 6. Сердечник 2 (см. фиг. 2) электрически включен между выводом 5 и высоковольтным терминалом 6 катушки зажигания.

В варианте выполнения катушки зажигания с устройством контроля процесса горения в камере сгорания ДВС, см. фиг. 3, включающим в себя диод 7 и конденсатор 8, сердечник 2 включается между диодом 7 и высоковольтным терминалом 6 катушки зажигания.

Сердечник 2 может быть выполнен из ферромагнитного, обладающего электрическим сопротивлением, порошка путем прессования при одновременном ориентировании частиц порошка магнитным полем. Сердечник, полученный описанным выше способом, имеет характеристики, позволяющие использовать его как в качестве магнитопровода, так и в качестве высоковольтного сопротивления.

Катушка зажигания работает следующим образом. Полный цикл работы катушки зажигания состоит из режима накопления энергии зажигания и режима формирования импульса зажигания, который в свою очередь подразделяется на фазу электрического пробоя и фазу тлеющего разряда. Кроме того, по окончании импульса зажигания катушка может переводиться в режим возбуждения резонансных колебаний для возбуждения ионного тока между электродами свечи зажигания с целью диагностики рабочего процесса в камере сгорания ДВС. Работа катушки зажигания (см. фиг. 4) начинается с режима накопления энергии в ее магнитном поле. Для этого один вывод первичной обмотки, второй вывод которой постоянно подключен к одному из полюсов источника электрического питания автомобиля (на фиг. 4 обозначен +БС), соединяют при помощи коммутационного элемента 9 ко второму полюсу вышеназванного источника питания. При этом через первичную обмотку 3 катушки зажигания начинает протекать нарастающий от нуля ток. При включении коммутационного элемента 9 во вторичной обмотке 4 катушки зажигания образуется бросок напряжения, амплитуда которого равна величине напряжения источника питания, умноженной на коэффициент трансформации катушки зажигания. С целью недопущения пробоя искрового промежутка в момент включения коммутационного элемента 9 во вторичной обмотке 4 катушки зажигания устанавливают диод 7 полярностью, препятствующей прохождению наведенного импульса через вторичную обмотку. Протекание тока через первичную обмотку 3 катушки зажигания вызывает появление в ее сердечнике 2 связанного с током и прямо пропорционального ему магнитного поля, в котором и происходит накопление энергии зажигания. При достижении величины тока заданного значения, а стало быть, и заданной энергии, заканчивается режим накопления энергии зажигания и начинается режим формирования импульса зажигания (искры). Режим формирования импульса зажигания начинается при выключении коммутационного элемента 9 и прерывании тока в первичной обмотке 3 катушки зажигания.

Естественно, что моменты включения и выключения коммутационного элемента должны синхронизироваться с работой ДВС, чтобы обеспечивать появление импульса зажигания в требуемый момент времени. Это может осуществляться, например, при помощи электронного управляющего устройства - контроллера. При разрыве тока в первичной обмотке 3 катушки зажигания в ней образуется индуктивный выброс напряжения, который трансформируется во вторичную обмотку 4 и вызывает заряд емкости 10 вторичной цепи. Емкость 10 вторичной цепи катушки зажигания приложена параллельно искровому промежутку свечи 11 зажигания. Электрическое сопротивление искрового промежутка, в отсутствие электрического пробоя, составляет величину, превышающую 1 МОм, и ток, который при этом через него протекает (ток утечек), очень мал. Вторичная обмотка 4 катушки зажигания при этом работает в режиме генератора напряжения. Напряжение во вторичной обмотке 4 катушки зажигания нарастает во времени от нуля до некоторого значения по синусоидальному закону и вызывает заряд емкости 10 вторичной цепи, поскольку диод 7 не препятствует протеканию тока для заряда емкости 10, т.к. полярность его включения соответствует прохождению наведенного импульса напряжения в прямом направлении. Когда напряжение на емкости 10 вторичной цепи достигает величины, равной напряжению пробоя искрового промежутка свечи 11 зажигания, происходит его электрический пробой. При электрическом пробое сопротивление искрового промежутка скачкообразно уменьшается и емкость 10 вторичной цепи за очень малый промежуток времени (единицы микросекунд) разряжается от напряжения пробоя (7-25 кВ) до напряжения горения тлеющего разряда (0.7 кВ) через помехоподавительное сопротивление, которое ограничивает ток разряда вторичной емкости на приемлемом уровне, снижая тем самым интенсивность электромагнитной помехи. На этом фаза электрического пробоя заканчивается и начинается фаза тлеющего разряда. Вторичная обмотка 4 катушки зажигания при этом шунтируется малым сопротивлением искрового промежутка, которое возникает при его электрическом пробое и работает как генератор тока. Энергия, необходимая для поддержания тлеющего разряда, черпается из магнитного поля катушки зажигания, которое локализуется, главным образом, в сердечнике 2. Величина тока тлеющего разряда по мере расходования на его поддержание энергии, запасенной в магнитном поле катушки зажигания во время протекания первичного тока через первичную обмотку 3 катушки, будет линейно падать от некоторого (0.6 А - 0.8 А) начального значения, равного величине первичного тока в момент его разрыва, деленного на коэффициент трансформации катушки зажигания, до некоторого минимального (0.2 А) тока горения, при котором происходит погасание (сдувание) тлеющего разряда. При погасании тлеющего разряда сопротивление искрового промежутка также скачком становится исходным, т. е. порядка единиц МОм. Длительность фазы тлеющего разряда составляет величину порядка тысяч микросекунд. После окончания искрового разряда, катушка зажигания может быть переведена в режим возбуждения резонансных колебаний, который предназначен для возбуждения ионного тока в искровом промежутке свечи 11 зажигания с целью контроля рабочего процесса в цилиндре ДВС. Для этого производят кратковременное включение коммутационного элемента 9 с частотой, близкой к резонансной частоте колебательного контура, образованного емкостью вторичной цепи 10 и индуктивностью рассеивания вторичной обмотки 4. При этом величина ионного тока считывается с измерительного конденсатора 8.

Список литературы:
1. Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования. Учебник для машиностроительных техникумов по специальности "Автотракторное электрооборудование"/ Л. В.Копылова, В.И.Коротков, В.Е.Красильников; Под ред. М.Н.Фесенко и др. - М.: Машиностроение, 1979 г., стр. 338.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в конструкции катушки системы зажигания ДВС. Изобретение позволяет создать малогабаритную катушку зажигания с низким уровнем электромагнитных помех. Катушка зажигания включает в себя ферромагнитный сердечник, первичную обмотку, вторичную обмотку и высоковольтный терминал, электрически соединенный с высоковольтным выходом вторичной обмотки. Катушка снабжена помехоподавительным резистором, включенным между высоковольтным выходом вторичной обмотки и высоковольтным терминалом. В качестве помехоподавительного резистора может быть использован материал сердечника. Сердечник хотя бы частично может быть выполнен из ферромагнитного порошка. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Катушка зажигания, включающая в себя ферромагнитный сердечник, первичную обмотку, вторичную обмотку и высоковольтный терминал, электрически соединенный с высоковольтным выходом вторичной обмотки, отличающаяся тем, что катушка снабжена помехоподавительным резистором, включенным между высоковольтным выходом вторичной обмотки и высоковольтным терминалом. 2. Катушка зажигания по п.1, отличающаяся тем, что в качестве помехоподавительного резистора использован материал сердечника. 3. Катушка зажигания по п.2, отличающаяся тем, что сердечник хотя бы частично выполнен из ферромагнитного порошка.