СТЕРЖНЕВАЯ КАТУШКА ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01F38/12 F02P3/02 G01L23/00 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в конструкции стержневой катушки системы зажигания двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС), снабженной устройством для измерения ионного тока, протекающего через электроды свечи зажигания.

Известны (см., например, патенты RU 2117820 C1, MПК 6 F 02 P 3/02, публ. 20.08.98 г. RU 2123132 C1, МПК 6 F 02 Р 3/02, публ. 10.12.98 г. ) индивидуальные катушки зажигания, выполненные в виде стержня (далее - стержневые катушки зажигания).

Форма и габаритные размеры стержневых катушек зажигания обусловлены необходимостью размещения катушек в глубоких узких свечных каналах многоклананных ДВС.

Известна технологичная конструкция магнитного сердечника для стержневой катушки зажигания, см. заявку WO 99/16092, MПK 6 Н 01 F 41/02, публ. 01.04.99 г. Магнитный сердечник, форма которою близка к цилиндрической, выполнен шихтованным, т. е. набранным в виде пакета прямоугольных пластин. Каждая из пластин снабжена гребнями и впадинами, которые позволяют соединить пластины в пакет путем сжатия.

Из патента RU 2103543 C2, МПК 6 F 02 P 17/00. публ. 27.01.98 г., бюл. 3 известно устройство для измерения ионного тока, протекающего через электроды свечи зажигания, включающее в себя проходной конденсатор и диод.

Из патента RU 2152534 C1, МПК 7 F 02 P 3/02 известна стержневая катушка зажигания, содержащая шихтованный магнитный сердечник, форма которого близка к цилиндрической, с центральной пластиной из электропроводного материала, первичную и вторичную обмотки, расположенные вокруг сердечника, низковольтный и высоковольтный соединители. Катушка снабжена устройством для измерения ионного тока, включающим в себя диод и конденсатор, одна из обкладок которого соединена с первичным соединителем.

Недостатками конструкции являются повышенные требования к изоляции конденсатора и магнитного сердечника, приводящие к усложнению и удорожанию катушки зажигания. Недостатки обусловлены размещением конденсатора вблизи низковольтного соединителя.

За прототип заявляемого изобретения взята стержневая катушка зажигания (патент RU 2165543 C2, МПК 7 F 02 P 3/02, публ. 20.04.2001 г. бюл. 11). Катушка содержит шихтованный магнитный сердечник, первичную и вторичную обмотки, расположенные вокруг сердечника, магнитный экран с прорезью, охватывающий сердечник с обмотками, а также низковольтный соединитель, высоковольтный соединитель и устройство для измерения ионного тока, включающее в себя расположенные вблизи высоковольтного соединителя диод и конденсатор. Один из выводов конденсатора соединен с контактом низковольтного соединителя сигнальной шинкой, расположенной в прорези магнитного экрана.

Достоинством катушки-прототипа является удачное расположение конденсатора в катушке. При размещении конденсатора вблизи высоковольтного соединителя снижаются требования к изоляции конденсатора, благодаря чему снижается стоимость изготовления катушки.

Недостатком прототипа является высокая трудоемкость изготовления катушки, обусловленная применением ручного труда при укладке сигнальной шинки в прорезь магнитного экрана.

Задачей заявляемого изобретения является создание технологичной. надежной и дешевой катушки зажигания, снабженной устройством для измерения ионного тока.

Указанная задача решается в стержневой катушке зажигания, включающей в себя шихтованный магнитный сердечник, обмотки, расположенные вокруг сердечника, низковольтный соединитель, высоковольтный соединитель, а также диод и конденсатор, размещенные вблизи высоковольтного соединителя, причем ось симметрии конденсатора параллельна оси симметрии сердечника, а одна из обкладок конденсатора соединена с контактом низковольтного соединителя сигнальной шинкой.

Задача решается тем, что по меньшей мере один из центральных слоев магнитного сердечника выполнен составным из нескольких продольных пластин, а сигнальная шинка размещена между пластинами упомянутого центрального слоя магнитного сердечника. При этом центральный слой может быть выполнен из двух пластин, размеры пластин центральною слоя магнитного сердечника могут совпадать с размерами пластин периферических слоев магнитного сердечника, конец шинки, примыкающий к конденсатору, может быть снабжен штыревым контактом, а по меньшей мере одна из обкладок конденсатора может быть снабжена гнездовым контактом.

На фиг.1 изображена катушка зажигания в сборе.

На фиг.2 изображен узел магнитного сердечника.

На фиг.3 изображена принципиальная схема катушки зажигания.

На фиг.4 изображена эпюра тока 11 в первичной обмотке катушки зажигания.

На фиг. 5 изображена эпюра напряжения U2 во вторичной обмотке катушки зажигания перед диодом VD.

На фиг. 6 изображена эпюра напряжения Uc во вторичной обмотке катушки зажигания на конденсаторе С.

На фиг. 7 изображена эпюра напряжения Ur на токоизмерительном резисторе R.

Изобретение может быть реализовано в конструкции стержневой катушки зажигания (см. фиг.1), включающей в себя, по меньшей мере, корпус 1 и размещенные в корпусе магнитный сердечник 2, первичную 3 и вторичную 4 обмотки, низковольтный соединитель 5, высоковольтный соединитель 6, конденсатор 7, сигнальную шинку 8 и диод 9.

Для реализации изобретения в конструкции выполняют следующие изменения.

В предпочтительном варианте реализации изобретения (см. фиг.1) конденсатор 7 выполняют в форме цилиндра, при этом по меньшей мере внутреннюю обкладку конденсатора снабжают гнездовым контактом 10.

Заметим, что внешняя обкладка конденсатора 7 также может быть снабжена гнездовым контактом (не показано).

Центральный слой сердечника 2 (см. фиг.2) выполняют из нескольких продольных пластин 11, 12. В лучшем варианте реализации таких пластин может быть две. При этом для повышения технологичности и снижения стоимости изготовления катушки в качестве пластин 11, 12 центрального слоя могут использовать пластины, из которых набирают периферические слои сердечника 2.

Пластины 11, 12 сердечника 2 снабжают средствами крепления, выполненными в виде впадин и гребней (не показаны).

Сердечник 2 получают путем сложения соответствующим образом ориентированных своими гребнями и впадинами двух одинаковых половинок сердечника, одна из которых включает в себя пластину 11, а другая пластину 12. Между половинками сердечника (между центральными пластинами 11, 12) укладывают сигнальную шинку 8 из электропроводящею материала. При сжатии половинок сердечника 2 друг с другом гребни одной половины входят во впадины другой половины, образуя жесткое механическое соединение. В результате получается магнитный сердечник 2 с сигнальной шинкой 8 внутри.

Сигнальная шинка 8 может быть вставлена внутрь магнитного сердечника 2 также и после обжатия половинок в сердечник.

Конец 13 сигнальной шинки 8, предназначенный для соединения с выводом конденсатора 7, может быть снабжен штыревым контактом 14.

Соединение внутренней обкладки конденсатора 7 сигнальной шинкой 8 предпочтительно осуществляют путем вставления штыревого контакта 14 в гнездовой контакт 10 конденсатора. Это позволяет отказаться от сварки или пайки в труднодоступном месте и уменьшает трудозатраты при сборке катушки зажигания.

Наружную обкладку конденсатора 7 соединяют через диод 9 с выходом вторичной обмотки 4.

Второй конец сигнальной шинки 8 и выводы обмоток 3, 4 катушки зажигания обжимают или сваривают с соответствующими контактами низковольтного соединителя 5.

Работа катушки зажигания, принципиальная схемы которой представлена на фиг. 3, происходит в двух последовательных режимах: режиме формирования искрового разряда и следующим за ним режиме диагностики.

Приведенная на фиг. 3 принципиальная схема катушки зажигания содержит следующие обозначения:
L - индуктивность первичной обмотки;
М - магнитный сердечник;
VD - диод;
R - токоизмерительный резистор;
С - конденсатор,
SP - свеча зажигания.

Формирование искрового разряда происходит традиционным способом.

При протекании тока через первичную обмотку L катушки зажигания в ее магнитном сердечнике М возникает магнитный поток и соответственно в магнитном поле катушки зажигания накапливается энергия W, определяемая формулой:
W=¹/₂LI²,
где I - амплитуда тока накопления в первичной обмотке; L - индуктивность, первичной обмотки.

Прерывание тока в первичной обмотке при его выключении вызывает быстрый спад магнитного потока до нуля, что, в свою очередь, по закону индукции вызывает появление ЭДС, находящейся в первичной и вторичной обмотках катушки, пропорционально количеству их витков.

Высокое напряжение U2, см. фиг.5, развиваемое во вторичной обмотке, поступает через диод VD на конденсатор С, в результате чего происходит заряд конденсатора.

При достижении напряжения на конденсаторе величины Ub, см. фиг.6 (напряжение пробоя искрового промежутка свечи зажигания, установленной и камере сгорания ДВС, на фигуре не показан), происходит электрический пробой искрового промежутка свечи зажигания SP, и напряжение на искровом промежутке резко уменьшается (см. фиг. 5) до напряжения Us, горения тлеющего разряда (происходит искровой разряд).

Искровой разряд вызывает воспламенение топливовоздушной смеси в камере сгорания ДВС и последующий рабочий ход.

После того, как на поддержание тлеющего разряда будет израсходована запасенная в магнитном поле энергия, искровой разряд прекращается и катушка переходит в режим диагностики, при котором во вторичной обмотке катушки возбуждаются резонансные колебания напряжения. Возбуждение резонансных колебаний производят путем периодического пропускания через первичную обмотку катушки зажигания тока возбуждения с частотой, близкой к частоте собственных колебаний вторичной обмотки. Величина тока возбуждения, см. фиг.4, в десятки раз меньше тока накопления (0,2А и 10А соответственно).

Напряжение резонансных колебаний производит заряд конденсатора до амплитудного значения Ua, см. фиг.5, для получения положительного напряжения, приложенного к искровому промежутку свечи зажигания.

Под действием приложенного положительного напряжения через искровой промежуток свечи зажигания начинает протекать ионный ток i, образованный продуктами горения топливовоздушной смеси. При этом ионный ток i протекает от одной обкладки конденсатора С к другой через искровой промежуток свечи зажигания, вызывая разряд конденсатора С до некоторой остаточной величины Ur, см. фиг.6, зависящей от величины ионного тока i. Величина ионного тока i определяется параметрами среды в искровом промежутке свечи зажигания, размещенной в камере сгорания ДВС, которая, в свою очередь, определяется условиями работы ДВС. Каждое следующее резонансное колебание вызывает дозаряд конденсатора С oт остаточного значения напряжения Ur до амплитудного значения Uа резонансных колебаний, см. фиг.5. Процесс возбуждения резонансных колебаний продолжается до окончания такта сгорания в камере сгорания.

Измеряя величину тока до заряда, см. фиг.7, конденсатора, например, при помощи токоизмерительного резистора R, подключенного последовательно к выводу конденсатора С, можно судить о величине ионного тока i, протекающего в искровом промежутке свечи зажигания SP, см. фиг.6, поскольку из закона сохранения заряда следует, что за период следования импульсов до заряд , интеграл тока до заряда равен интегралу ионного тока за тот же период.

Величина ионного тока зависит от таких параметров, как давление в камере сгорания, температура, состав топлива, соотношение воздух/топливо исходной топливовоздушной смеси и др.

Анализируя ионный ток, можно получать информацию о всех этих параметрах, которые могут быть использованы как для диагностики, так и для управления ДВС.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в конструкции стержневой катушки системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, снабженной устройством для измерения ионного тока, протекающею через электроды свечи зажигания. Технический результат заключается в создании технологичной, надежной и дешевой катушки зажигания, снабженной устройством для измерения ионного тока. Стержневая катушка зажигания включает в себя шихтованный магнитный сердечник, один из центральных слоев которого выполнен из нескольких продольных пластин, первичную и вторичную обмотки, низковольтный соединитель, высоковольтный соединитель и конденсатор, ось симметрии которого параллельна оси симметрии сердечника. Одна из обкладок конденсатора соединена с контактом низковольтного соединителя сигнальной шинкой, которая размещена между пластинами упомянутого центрального слоя магнитного сердечника. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Стержневая катушка зажигания, включающая в себя шихтованный магнитный сердечник, обмотки, расположенные вокруг сердечника, низковольтный соединитель, высоковольтный соединитель и конденсатор, ось симметрии которого параллельна оси симметрии сердечника, а одна из обкладок соединена с контактом низковольтного соединителя сигнальной шинкой, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из центральных слоев магнитного сердечника выполнен из нескольких продольных пластин, а сигнальная шинка размещена между пластинами упомянутого центрального слоя.2. Стержневая катушка зажигания по п.1, отличающаяся тем, что центральный слой выполнен из двух пластин.3. Стержневая катушка зажигания по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что размеры пластин центрального слоя магнитною сердечника совпадают с размерами пластин периферических слоев магнитного сердечника.4. Стержневая катушка зажигания по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что конец шинки, примыкающий к конденсатору, снабжен штыревым контактом.5. Стержневая катушка зажигания по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из обкладок конденсатора снабжена гнездовым контактом.