СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВС Российский патент 2001 года по МПК F02P17/00 G01M15/00 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системе зажигания для двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС), снабженной устройством контроля рабочего процесса в цилиндре ДВС по ионному току, протекающему между электродами свечи зажигания.

За прототип заявляемого изобретения взята система зажигания, патент РФ N 2117819, публ. 20.08.98 г. Система зажигания содержит источник питания, первый полюс которого соединен с массой ДВС, контроллер с измерительным входом, конечную ступень, включающую в себя электронный ключ для управления катушкой зажигания, катушку зажигания с измерительным конденсатором, подключенным к высоковольтной цепи катушки зажигания, и свечу зажигания.

Недостатком системы зажигания является то, что в случае обрыва (например, при нарушении контакта в низковольтном разъеме катушки зажигания или в контроллере) линии связи, соединяющей внешний вывод измерительного конденсатора, находящегося внутри катушки зажигания, с измерительным входом контроллера, внутри которого осуществляется соединение (через токоизмерительный резистор) внешнего вывода измерительного конденсатора с землей, на внешнем выводе измерительного конденсатора и связанном с ним участке электрической цепи (до места обрыва) появляется высокое напряжение. Это напряжение может вызывать пробой изоляции между вышеуказанным участком электрической цепи и элементами конструкции катушки зажигания и контроллера, что приводит к выходу из строя системы зажигания.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности системы зажигания.

Указанная задача решается в системе зажигания, включающей в себя источник питания, контроллер с измерительным входом, конечную ступень, содержащую по меньшей мере один электронный ключ для управления катушкой зажигания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками и измерительным конденсатором, подключенным к высоковольтной цепи катушки зажигания, и свечу зажигания. Задача решается тем, что катушка зажигания снабжена дополнительным диодом, соединяющим вывод измерительного конденсатора с выводом первичной обмотки катушки зажигания, подключенным к полюсу источника питания.

На чертеже изображена блок-схема системы зажигания.

Изобретение может быть успешно реализовано, например, в системе зажигания, включающей в себя источник питания (на схеме не показан), первый полюс которого соединен с массой ДВС, контроллер 1, снабженный, по меньшей мере, одной конечной ступенью 2, свечу 3 зажигания, размещенную в цилиндре ДВС, и катушку 4 зажигания. В состав катушки 4 зажигания входят сердечник 5, размещенные вокруг сердечника 5 первичная обмотка 6 и вторичная обмотка 7, диод 8 и измерительный конденсатор 9. Катушка 4 снабжена низковольтным разъемом (на схеме не показан) с контактами А, Б и В. Контакт А (вход первичной обмотки 6) подключен ко второму (положительному) полюсу источника питания, контакт Б (выход первичной обмотки 6) - к выходу конечной ступени 2, а контакт В (вывод измерительного конденсатора 9) - к измерительному входу 10 контроллера 1. Катушка 4 снабжена также высоковольтным выводом Г, присоединенным к центральному электроду свечи 3 зажигания. В состав конечной ступени 2 входят электронный ключ 11 для управления током, протекающим через первичную обмотку 6 катушки 4 зажигания, и электронный ключ 13 для гашения свободных колебаний тока и напряжения в первичной обмотке 6 катушки 4 зажигания, возникающих при потухании искрового разряда между электродами свечи 3 зажигания. Управляющие выводы ключей 11, 13 подключены к выходам 12, 14 контроллера 1. Для реализации предлагаемого изобретения катушка 4 снабжена дополнительным диодом 15, включенным между контактами А и В низковольтного разъема катушки 4. При этом катод диода 15 должен быть подключен к контакту А (к положительному полюсу источника питания).

Система зажигания работает следующим образом.

В исходном состоянии системы зажигания электронные ключи 11 и 13 находятся в разомкнутом (выключенном состоянии). В некоторый момент времени t1, предшествующий моменту времени t2, который в свою очередь соответствует заданному углу зажигания, на выходе 12 контроллера 1 устанавливается положительный уровень напряжения, замыкающий электронный ключ 11. При этом через первичную обмотку 6 катушки зажигания 4 начинает протекать нарастающий от нуля ток. Протекание тока через первичную обмотку 6 вызывает появление связанного с ним магнитного потока в сердечнике 5, в котором происходит накопление энергии зажигания. В момент времени t2, когда ток достигнет заданного значения или, другими словами, когда будет накоплена необходимая энергия зажигания, на выходе 12 контроллера 1 устанавливается нулевой уровень напряжения, вызывающий выключение электронного ключа 12. Моменты включения t1 и выключения t2 определяется программным обеспечением контроллера 1 в соответствии с программой управления зажиганием. Выключение ключа 12 вызывает прерывание тока, протекающего через первичную обмотку, и соответственно прекращение связанного с ним магнитного потока. В соответствии с законом индукции, изменение магнитного потока вызывает появление ЭДС самоиндукции в первичной 6 и вторичной 7 обмотках катушки 4 зажигания, препятствующее этому изменению. ЭДС самоиндукции, наведенная во вторичной обмотке, вызывает заряд емкости вторичной цепи, состоящей из емкости измерительного конденсатора 9, распределенной емкости высоковольтного вывода Г катушки 4 зажигания и емкости свечи 3 зажигания. Как только напряжение во вторичной цепи достигнет напряжения пробоя искрового промежутка свечи 3 зажигания (7 - 25 кВ), произойдет электрический пробой искрового промежутка и заряд, накопленный в емкости вторичной цепи, разрядится через искровой промежуток. После пробоя искрового промежутка и разряда емкости напряжение на искровом промежутке уменьшится до напряжения поддержания тлеющего разряда (700 - 800 В). Ток тлеющего разряда поддерживается за счет энергии зажигания, запасенной в магнитном поле катушки 4 зажигания. При этом, по мере уменьшения энергии, величина тока тлеющего разряда будет линейно уменьшаться, и при достижении некоторого уровня (порядка 20 мА) разряд прекратится. Прекращение тлеющего разряда связано с наличием турбулентности рабочего тела в цилиндре ДВС. Таким образом, в искровом промежутке свечи зажигания 3 будет сформирован искровой разряд. В процессе формирования искрового разряда, если вторая обкладка измерительного конденсатора 9 соединена через токоизмерительный резистор, находящийся в контроллере 1, с землей, напряжение на ней составляет единицы вольт.

Если вторая обкладка измерительного конденсатора 9 по какой-либо причине, например, при плохом контакте в разъемах контроллера 1 или разъема катушки зажигания 4, оказывается оторванной от земли, то высокое напряжения искрового разряда (7 - 25 кВ), которое появляется в этом случае на обкладке конденсатора, стечет через дополнительный диод 15 на шину источника питания. При этом напряжение на линии связи ни при каких условиях не превысит напряжения источника питания (+12В) и, таким образом, электрического пробоя линии связи не произойдет.

Электронный ключ 13 используется после окончания искрового разряда на свече 3 для разряда остаточной энергии зажигания, остающейся в магнитном поле катушки 4 после погасания искрового разряда. После разряда остаточной энергии контроллер 1 переходит в режим возбуждения ионных токов, при котором происходит возбуждение резонансных колебаний в системе магнитосвязанных резонансных контуров, образованных в первичной 6 и вторичной 7 обмотках. Положительная полуволна синусоидальных колебаний, возбуждаемых во вторичной обмотке 7, через диод 8 производит заряд измерительного конденсатора 9 до определенного уровня напряжения, например +300В, которое, будучи приложенным к искровому промежутку свечи зажигания 3, вызывает протекание ионного тока между электродами свечи зажигания. При этом протекающий ионный ток производит разряд измерительного конденсатора до некоторого остаточного напряжения, зависящего от величины ионного тока. Следующая положительная полуволна снова произведет заряд (дозаряд) измерительного конденсатора до того же напряжения. Поскольку количество ионов в камере сгорания зависит от характера протекания рабочего процесса в цилиндре ДВС (от процесса сгорания топлива), то, измеряя величину тока заряда конденсатора, можно получать информацию о характере процесса сгорания. Данная информация используется для управления ДВС и его диагностики. Процесс возбуждения резонансных колебаний длится в течение всего рабочего такта ДВС, после чего прекращается, и электронный ключ 11 устанавливается в исходное состояние.

Система зажигания для ДВС, относящаяся к двигателестроению и используемая в системах зажигания, включает в себя источник питания, контроллер с измерительным входом, конечную ступень, содержащую по меньшей мере один электронный ключ для управления катушкой зажигания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками и измерительным конденсатором, подключенным к высоковольтной цепи катушки зажигания, и свечу зажигания. Катушка зажигания снабжена дополнительным диодом, включенным между выводом измерительного конденсатора и выводом первичной обмотки катушки зажигания, подключенным к полюсу источника питания. Изобретение решает задачу повышения надежности системы зажигания. 1 ил.

Система зажигания для ДВС, включающая в себя источник питания, контроллер с измерительным входом, конечную ступень, содержащую по меньшей мере один электронный ключ для управления катушкой зажигания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками и измерительным конденсатором, подключенным к высоковольтной цепи катушки зажигания, и свечу зажигания, отличающаяся тем, что катушка зажигания снабжена дополнительным диодом, включенным между выводом измерительного конденсатора и выводом первичной обмотки катушки зажигания, подключенным к полюсу источника питания.