КАТУШКА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК H01F38/12 F02P3/02 

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания, в частности к устройствам системы зажигания.

Ближайшим к изобретению, которое заявляется, относится конструкция катушки зажигания Б-117 А, включающая цилиндрический корпус, в середине которого размещены каркас с магнитопроводом, вторичная и первичная обмотки. Между обмотками размещена изоляция. Обмотки имеют одну высоковольтную клемму и два низковольных вывода соответственно для вторичной и первичной обмоток. Кроме того, катушка имеет сердечник, крышку и пружину центральной клеммы. Первичная обмотка имеет 308 витков, вторичная - 21035 витков (см. Автомобиль ВАЗ-2105, Многокрасочный альбом, М., 1984, с.65).

Конструкция данной катушки выбрана прототипом.

Прототип совпадает с изобретением, которое заявляется, по наличию общих признаков:

- корпус;

- каркас;

- магнитопровод;

- первичная обмотка;

- вторичная обмотка;

- высоковольтная клемма;

- низковольтные выводы первичной и вторичной обмоток.

Однако известная катушка имеет существенный недостаток, который заключается в том, что энергия искры сильно зависит от режима работы двигателя с малой или большой нагрузкой. Энергия искры слагается из двух частей "емкостной" и "индуктивной".

Е_искры=E_c+E_u

Энергия емкостной фазы

где с - емкость свечи зажигания

U - напряжение пробоя.

Энергия индуктивной фазы E_u не зависит от режима работы двигателя, а определяется только электрическими параметрами системы зажигания (коммутатора, высоковольных проводов и катушки зажигания).

Энергия емкостной фазы зависит от квадрата напряжения пробоя, которое прямо пропорционально зависит от давления в цилиндре. Давление в свою очередь зависит от режима работы двигателя: малой или большой нагрузки. Давление в цилиндре и, соответственно, напряжение пробоя изменяются почти в 2 раза, поэтому Е_с изменяется почти в 4 раза.

Поэтому чрезмерная зависимость E_c от режима работы двигателя определяет сильную зависимость энергии искры от величины нагрузки двигателя, которая делает задачу определения и поддержания оптимального угла опережения зажигания в системах управления двигателей внутреннего сгорания очень сложной.

В основу изобретения поставлена задача в катушке зажигания для двигателей внутреннего сгорания за счет обеспечения дополнительной первичной обмоткой с низковольтным выводом, обезпечения вторичной обмотки дополнительной высоковольтной клеммой, а также за счет определенного количества витков первичной и вторичной обмоток и подбора определенного сечения провода обеспечить уменьшение зависимости энергии искры от режима работы двигателя.

Поставленная задача была решена группой изобретений, которые связаны единой изобретательской идеей. В первом варианте группы изобретений поставленная задача решена в катушке зажигания для двигателей внутреннего сгорания, которая представляет собой трансформатор, включающий корпус, в середине которого размещается каркас с магнитопроводом, вторичную и первичную обмотки, имеющие высоковольтную клемму и два низковольтных вывода соответственно к вторичной и первичной обмоткам, тем, что вторичная обмотка содержит 150-3000 витков провода, который имеет сечение 0,11÷0,55 мм², а первичная обмотка имеет 7÷40 витков провода, который имеет сечение 0,85÷2,5 мм².

Во втором варианте группы изобретений поставленная задача решена в катушке зажигания для двигателя внутреннего сгорания, которая представляет собой трансформатор, содержащий корпус, в середине которого размещается каркас с магнитопроводом, вторичной и первичной обмотками, имеющими высоковольтную клемму и два низковольтных вывода соответственно к вторичной и первичной обмоткам, тем, что вторичная обмотка содержит 150-3000 витков провода, имеющего сечение 0,11÷0,55 мм², а первичная обмотка имеет 7÷40 витков провода, имеющего сечение 0,85÷2,5 мм², при этом вторичная обмотка дополнительно содержит высоковольтную клемму.

В третьем варианте группы изобретений поставленная задача решена в катушке зажигания для двигателя внутреннего сгорания, которая представляет собой трансформатор, содержащий корпус, в середине которого размещается каркас с магнитопроводом, вторичной и первичной обмотками, имеющими высоковольтную клемму и два низковольтных вывода соответственно к вторичной и первичной обмоткам, тем, что вторичная обмотка содержит 150-2000 витков провода, имеющего сечение 0,85÷2,5 мм², при этом катушка содержит дополнительно вторую первичную обмотку, которая содержит 7÷40 витков провода, имеющего сечение 0,85÷2,5 мм², кроме того вторая первичная обмотка обеспечивается третьим низковольтным выводом.

В четвертом варианте группы изобретений поставленая задача решена в катушке зажигания для двигателя внутреннего сгорания, которая представляет собой трансформатор, содержащий корпус, в середине которого размещается каркас с магнитопроводом, вторичной и первичной обмотками, имеющими высоковольтную клемму и два низковольтных вывода соответственно к вторичной и первичной обмоткам, тем, что вторичная обмотка содержит 150÷2000 витков провода, имеющего сечение 0,11÷0,55 мм², а первичная обмотка содержит 7÷40 витков провода, имеющего сечение 0,85÷2,5 мм², кроме того, вторая первичная обмотка обеспечена третьим низковольтным выводом, а вторичная обмотка содержит дополнительную высоковольтную клемму.

Новым в первом варианте группы изобретений является количество витков провода вторичной и первичной обмоток, а также сечение провода вторичной и первичной обмоток.

Новым во втором варианте группы изобретений является наличие дополнительной высоковольтной клеммы у вторичной обмотки.

Новым в третьем варианте группы изобретений является то, что вторичная обмотка содержит меньшее количество витков провода, кроме того, катушка дополнительно содержит вторую первичную обмотку, которая обеспечивается третьим низковольтным выводом.

Новым в четвертом варианте группы изобретений является то, что вторичная обмотка обеспечивается дополнительной высоковольтной клеммой.

Благодаря выбранным параметрам катушки зажигания (малое число витков вторичной обмотки, большой диаметр провода) выходное сопротивление вторичной обмотки приблизительно в 500 раз меньше, чем в катушке по прототипу, и практически не влияет на величину тока "индуктивной" фазы. Ток индуктивной фазы и продолжительность определяются разницей между накопленной энергией первичной обмотки

энергией "емкостной" фазы

При условии использования провода без сопротивления и свечей зажигания без вмонтированного резистора ток "индуктивной" фазы практически определяется только омическим сопротивлением искры. Поэтому при уменьшении энергии "емкостной" фазы в режиме минимальной нагрузки двигателя, соответственно, увеличивается энергия "индуктивной" фазы. Ток "индуктивной" фазы предложенной катушки зажигания в режиме малых нагрузок в 20 раз превышает ток катушки зажигания по прототипу. Поэтому энергия искры практически не зависит от режима работы двигателя. Это значительно упрощает задачу определения и поддержания оптимального угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания.

Предложенная катушка изображена на чертеже.

Фиг.1 - вид катушки в разрезе, первый вариант;

фиг.2 - вид катушки в разрезе, второй вариант;

фиг.3 - вид катушки в разрезе, третий вариант;

фиг.4 - вид катушки в разрезе, четвертый вариант.

Катушка зажигания для двигателя внутреннего сгорания по варианту 1 (фиг.1) содержит корпус 1, в середине которого размещены секционированный каркас 2, на котором намотана вторичная обмотка 3 таким образом, что конец обмотки одной секции соединен с началом обмотки следующей секции. Вторичная обмотка 3 содержит 400 витков провода, имеющего сечение 0,25 мм². Сверху вторичной обмотки 3 намотана первичная обмотка 4, содержащая 12 витков провода, который имеет сечение 1,2 мм². Между вторичной обмоткой 3 и первичной обмоткой 4 размещен изоляционный слой 5. Секционированный каркас 2 окружает магнитопровод 6, в котором сделан зазор 7. Вторичная обмотка 3 имеет высоковольтную клемму 8. Первичная обмотка 4 имеет первый низковольтный вывод 9 и второй низковольтный вывод 10, который соединен с началом вторичной обмотки 3. Первичная обмотка 4 имеет также изоляционный слой 11.

Катушка зажигания по варианту 2 (фиг.2) отличается от катушки по варианту 1 тем, что имеет дополнительную высоковольтную клемму 12, которая соединяется с началом вторичной обмотки 3.

Катушка зажигания по варианту 3 (фиг.3) отличается от катушки по варианту 1 тем, что она имеет вторую первичную обмотку 13 и третий низковольтный вывод 14. Вторая первичная обмотка 13 содержит 20 витков провода, который имеет сечение 1,1, мм², она намотана сверху первичной обмотки 4 на изолирующий слой 15. Начало второй первичной обмотки 13 соединяется с первым низковольтным выводом 9, а ее конец соединен с третьим низковольтным выводом 14. Направление намотки второй первичной обмотки 13 противоположно направлению намотки первой первичной обмотки 4.

Катушка зажигания по варианту 4 (фиг.4) отличается от катушки по варианту 3 тем, что она имеет дополнительную высоковольтную клемму 12, которая соединена с началом вторичной обмотки 3.

Катушка зажигания для двигателя внутреннего сгорания по варианту 1 работает следующим образом. На первый низковольтный вывод 9 и второй низковольтный вывод 10 подают электрический ток, который, проходя через первичную обмотку 4, образует магнитное поле, поток которого замыкается через магнитопровод 6. Зазор 7 в магнитопроводе 6 уменьшает остаточную намагниченность однополярными импульсами тока, которые протекают в первичной обмотке 4. В момент выключения тока в первичной обмотке 4 возникает ε_эдс самоиндукции, которая образует во вторичной обмотке 3 высокое напряжение (˜25 кВ), пробивающее через высоковольтную клемму 8 вторичной обмотки 3 воздушный зазор свечи зажигания (на чертеже не показано).

Работа катушки зажигания для двигателя внутреннего сгорания по варианту 2 отличается от работы катушки по варианту 1 тем, что вследствие того, что к ней дополнительно подключена (к высоковольтной клемме 12) еще одна свеча зажигания (на фиг.2 не показано), искра одновременно образуется в двух свечах зажигания.

Работа катушки зажигания для двигателя внутреннего сгорания по варианту 3 отличается от работы катушки по варианту 1 тем, что после пробоя на вторую первичную обмотку 13 через низковольтные выводы 9 и 14 подается ток, который поддерживает ток вторичной обмотки 3 и, соответственно, ток "индуктивной" фазы искры. Величина тока вторичной обмотки 3 достигает 5 А, а его продолжительность определяется продолжительностью тока второй первичной обмотки 15.

Работа катушки зажигания для двигателя внутреннего сгорания по варианту 4 отличается от работы катушки по варианту 3 тем, что вследствие подключения к ней еще одной свечи (на фиг.4 не показано) с помощью высоковольтной клеммы 12 искра образуется одновременно в двух свечах.

Ток "индуктивной" фазы определяется формулой:

Для катушки, описанной в прототипе Imax≈100 мА,

τ=0,3 мс.

Для катушек по варианту 1 и варианту 2:

где U_в.о.и.ф - напряжение вторичной обмотки "индуктивной" фазы,

r_в.о - сопротивление вторичной обмотки,

r_В.П - сопротивление высоковольтного провода,

r_и.п - сопротивление искрового промежутка.

Для катушек зажигания по варианту 3 и варианту 4

U_в.о.и.ф≈250 В,

тому

Приведенные расчеты свидетельствуют, что ток индуктивной фазы в катушках зажигания, которые заявляются, намного превышает этот показатель у известной катушки зажигания.

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания, в частности к устройствам системы зажигания. Технический результат заключается в возможности уменьшения зависимости энергии искры от режима работы двигателя. Согласно изобретению катушка зажигания содержит корпус, в середине которого размещается каркас с магнитопроводом, вторичной и первичной обмотками. Вторичная обмотка имеет высоковольтную клемму, первичная обмотка - два низковольтных вывода. При этом катушка может дополнительно содержать вторую первичную обмотку. Кроме того, вторая первичная обмотка может быть обеспечена третьим низковольтным выводом, а вторичная обмотка может содержать дополнительную высоковольтную клемму. Заявленный технический результат также обеспечивается подбором количества витков и величины сечения проводов в обмотках. 4 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Катушка зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, в середине которого размещается каркас с магнитопроводом, вторичной и первичной обмотками, имеющими высоковольтную клемму и два низковольтных вывода соответственно к вторичной и первичной обмоткам, отличающаяся тем, что вторичная обмотка содержит 150÷3000 витков провода, который имеет сечение 0,11÷0,55 мм², а первичная обмотка имеет 7÷40 витков провода, который имеет сечение 0,85÷2,5 мм².2. Катушка зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, в середине которого размещается каркас с магнитопроводом, вторичной и первичной обмотками, имеющими высоковольтную клемму и два низковольтных вывода соответственно к вторичной и первичной обмоткам, отличающаяся тем, что вторичная обмотка содержит 150÷3000 витков провода, имеющего сечение 0,11÷0,55 мм², а первичная обмотка имеет 7÷40 витков провода, имеющего сечение 0,85÷2,5 мм², при этом вторичная обмотка дополнительно содержит высоковольтную клемму.3. Катушка зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, в середине которого размещается каркас с магнитопроводом, вторичной и первичной обмотками, имеющими высоковольтную клемму и два низковольтных вывода соответственно к вторичной и первичной обмоткам, отличающаяся тем, что вторичная обмотка содержит 150÷2000 витков провода, имеющего сечение 0,85÷2,5 мм², при этом катушка содержит дополнительно вторую первичную обмотку, которая содержит 7÷40 витков провода, имеющего сечение 0,85÷2,5 мм², кроме того, вторая первичная обмотка обеспечивается третьим низковольтным выводом.4. Катушка зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, в середине которого размещается каркас с магнитопроводом, вторичной и первичной обмотками, имеющими высоковольтную клемму и два низковольтных вывода соответственно к вторичной и первичной обмоткам, отличающаяся тем, что вторичная обмотка содержит 150÷2000 витков провода, имеющего сечение 0,11÷0,5 мм², а первичная обмотка содержит 7÷40 витков провода, имеющего сечение 0,85÷2,5 мм², кроме того, вторая первичная обмотка обеспечена третьим низковольтным выводом, а вторичная обмотка содержит дополнительную высоковольтную клемму.