МНОГОЩЕЛЕВОЙ МАЛООБОРОТНЫЙ ДАТЧИК ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F02P7/00 

Изобретение относится к бесконтактным датчикам искрообразования и может быть использовано в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также других мехатронных системах управления: коммутации, телеметрии, распределительных устройств автоматики и телемеханики, автоматических роторно-конвейерных линий, оптических модуляторах-прерывателях (optical choppers) и многих других.

Используется концепция системы независимого, или многоканального, зажигания двигателя внутреннего сгорания (EFS - нем. Einzel Funken Spule), в которой, в отличие от систем синхронного зажигания, каждый цилиндр, помимо свечи, снабжен своим сенсором, коммутатором и катушкой зажигания. Каждая катушка управляется независимо и дает искру только для одного цилиндра. Коммутатор в таких системах может представлять собой один блок для всех катушек зажигания или отдельные блоки для каждой катушки зажигания. Катушки зажигания также могут стоять как отдельно, так и единым блоком, а, кроме того, могут быть объединены с коммутаторами.

Одной из наиболее популярных разновидностей EFS-систем является так называемая СОР-система (англ. Coil on Plug - "катушка на свече") - в этой системе катушка зажигания ставится прямо на свечу, что позволяет полностью избавиться еще от одного недостаточно надежного компонента системы зажигания - высоковольтных проводов.

Преимуществом систем независимого зажигания ДВС является то, что электрическая нагрузка поровну распределена между несколькими ветвями системы зажигания, уменьшая токовую нагрузку, износ, температурный уход характеристик ее элементов; при выходе из строя сенсора или катушки перестает работать только один цилиндр двигателя, а система в целом сохраняет работоспособность /Д.А. Соснин. Электрическое, электронное и автотронное оборудование легковых автомобилей. М., 2010; Т. Дентон. Автомобильная электроника. М., 2008/.

Широко известен бесконтактный датчик зажигания 38.3706, принятый за прототип /Автомобили семейства ВАЗ-2107. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. К.Б. Пятков, А.П. Игнатов, С.Н. Косарев и др. М.: Издательство "За рулем", 2004 - стр.166/. Датчик формирует импульсы низкого напряжения первичной цепи системы зажигания, управляющие коммутатором для включения и выключения катушки зажигания - импульсного трансформатора. Устройство включает в себя неподвижный статор и вращающийся ротор, расположенный внутри статора по его оси симметрии. Функция статора - размещение одной сенсорной пары - датчика Холла и постоянного магнита, а ротора - магнитоэкранирующего экрана с прорезями, разделяющего два элемента этой сенсорной пары. Число прорезей экрана равно числу цилиндров ДВС, так что за один полный оборот ротора датчик вырабатывает полный цикл сигналов для всех цилиндров. Что, в свою очередь, отвечает двум полным оборотам коленвала для четырехтактного ДВС. Таким образом, для системы зажигания по прототипу частота вращения ротора датчика зажигания только в два раза медленнее частоты вращения коленвала.

Частоты вращения коленчатых валов автомобильных двигателей постоянно возрастают и в настоящее время достигают 5000-8000 об/мин /В.Е. Ютт. Электрооборудование автомобилей. М., 2006/. Это обусловлено исключительно особенностями функционирования ДВС: максимумы вырабатываемых ДВС мощностей и крутящих моментов лежат в достаточно узких высокочастотных диапазонах оборотов коленвала.

Соответственно частоты вращения ротора датчика зажигания также высоки и должны составлять 2500-4000 об/мин. Но высокие частоты вращения ротора датчика совершенно не требуются для его оптимального функционирования. Более того, они вредны и весьма опасны. Действительно, столь высокая частота вращения ротора такого точного и ответственного устройства, каким является датчик зажигания, приводит к целому ряду причин, резко снижающих его функционально-эксплуатационные качества.

Перечислим только некоторые из них.

1. Высокая частота вращения ротора-экрана приводит к весьма малому промежутку времени прохождения прорези экрана через единственную сенсорную пару, что аналогично малому времени замкнутого состояния контактов в контактной системе зажигания, а это не обеспечивает высокой надежности процесса воспламенения рабочей смеси. При этом большая часть времени вращения ротора датчика зажигания расходуется не на выполнение его главной функции - выработку управляющих напряжений, а на непроизводительную холостую транспортировку очередной прорези экрана к сенсору.

2. Единственная сенсорная пара традиционной системы зажигания, последовательно обслуживающая все свечи цилиндров ДВС, непрерывно испытывает весьма интенсивные высокочастотные переменные токовые нагрузки, вызывающие джоулево тепловыделение и температурный уход электрических свойств. При выходе из строя этой сенсорной пары полностью прекращается работа всей системы зажигания. Представляется рациональным эту высокочастотную электрическую нагрузку на одну сенсорную пару поровну распределить между несколькими парами, каждая из которых обслуживает свой цилиндр.

3. Высокая частота вращения ротора влечет повышенный износ подшипниковых узлов ротора и высокий уровень вибраций, снижающий точность устройства и приводящий к усталостным разрушениям и механическим тепловыделениям.

Иначе говоря, если для коленчатого вала ДВС высокооборотность - необходимое эксплуатационное условие, то для роторного устройства его системы зажигания - существенный конструктивный недостаток.

Эти проблемы, как правило, приводят к постепенному отказу от применения роторных датчиков в пользу систем зажигания, не имеющих вращающихся частей вовсе /Р. Демидович. Система зажигания легковых автомобилей. Минск, 1998/. А именно в пользу цифровых электронных и микропроцессорных систем зажигания с зашитой программой, управляемой входными сигналами, снимаемыми с многочисленных датчиков. Сложность и многокомпонентность таких систем отрицательно сказывается на надежности и ремонтопригодности. Прежде всего, классический роторный датчик зажигания не подвержен радиационному, электромагнитному или тепловому воздействию (имея в виду боевые условия военной техники), как все сложные микроэлектронные компоненты. Он не требует электронных прошивок, зачастую дающих сбои. А при непредвиденных обстоятельствах его можно починить вне ремонтной базы.

Таким образом, микропроцессорные электронные системы зажигания не обладают достаточной ремонтопригодностью в полевых условиях, а также электромагнитной, тепловой и радиационной устойчивостью при боевых применениях. Вместе с тем возможна модернизация роторных датчиков, закрывающая вышеуказанные проблемы, считавшиеся ранее неразрешимыми.

Задачей заявляемого изобретения является многократное снижение частоты вращения ротора датчика зажигания за счет того, что полный цикл выдачи датчиком зажигания управляющих импульсов низкого напряжения на коммутатор и, далее, высокого напряжения по свечам зажигания всех цилиндров в порядке их работы осуществляется за время не полного оборота ротора датчика, а только за время весьма малого его поворота. Подобное решение было запатентовано применительно к распределителю зажигания ДВС /Свияженинов Е.Д. Распределитель зажигания двигателя внутреннего сгорания. Патент на изобретение №2362242. Приоритет 21.05.2008, Свияженинов Е.Д. Модернизация распределителя зажигания ДВС. «Автомобильная промышленность». №6, 2014/. Это устраняет перечисленные выше проблемы. Сопутствующим эффектом является общее повышение надежности и живучести вследствие принятия концепции системы независимого зажигания ДВС.

Поставленная задача решается тем, что в малооборотном датчике зажигания n-цилиндрового ДВС статор содержит n равномерно расположенных по окружности сенсорных пар - холловских или оптических, а ротор состоит из магнито- или светоэкранирующей цилиндрической оболочки соответственно, разделяющей элементы этих пар, с равномерно распределенными по окружности mn+1 или mn-1 прорезями, где m - любое натуральное число: m=1, 2, 3, …. При этом низкое управляющее напряжение снимается с сенсоров последовательно на цепи свечей зажигания всех цилиндров в порядке их работы за время не полного оборота ротора-экрана, а только за время его поворота на угол 2π/(mn+1) или 2π/(mn-1) в направлении, совпадающем с направлением вращения ротора (прямая коммутация) или противоположном (обратная коммутация), соответственно.

Следовательно, требуемая частота вращения ротора датчика снижается в mn+1 или mn-1 раз соответственно по сравнению с традиционным датчиком зажигания, снабженным одной сенсорной парой и экраном с n прорезями. Время замкнутого состояния, равное времени прохождения прорези экрана между сенсорной парой, увеличивается в это же число раз.

Изложенная сущность поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема многощелевого малооборотного датчика зажигания двигателя внутреннего сгорания для m=3, на фиг. 2-4, фиг. 5-7 - последовательность и схема работы датчиков управляющих сигналов низкого напряжения для прямого и обратного искрообразования соответственно. Прямое искрообразование показано на фиг. 2-4, тогда как обратное - на фиг. 5-7. В качестве примера приведена схема прямого искрообразования для 4-цилиндрового двигателя, n=4, и обратного искрообразования для 6-цилиндрового двигателя, n=6. В обоих случаях используется ротор с последовательными значениями m=1, 2, 3. На фиг. 8 представлены временные развертки управляющих низковольтных сигналов, снимаемых с каждого сенсора при непрерывной коммутации, и высоковольтных напряжений, поступающих на свечи каждого из n цилиндров, для прямого искрообразования. На фиг. 9, 10 приведены частоты вращения роторов традиционного n-щелевого датчика зажигания по прототипу и mn+1, mn-1-щелевого соответственно по предлагаемой схеме устройства как функции частот вращения коленвала ДВС.

Схема многощелевого малооборотного датчика зажигания ДВС

Многощелевой малооборотный датчик зажигания n-цилиндрового ДВС (фиг. 1) состоит из вращающегося ротора с магнито- или светоэкранирующей цилиндрической оболочкой 1 (далее - экран) с равномерно распределенными по окружности прорезями 2 угловой величины γ_r, разделяющей элементы равномерно установленных по окружности статора n сенсорных пар угловой величины γ_s. Холловские сенсорные пары состоят из датчиков Холла 3 и постоянных магнитов 4, тогда как оптические - из фоточувствительных элементов 3 и излучающих светодиодов 4. Экран 1 содержит mn+1 или mn-1 прорезей 2, где m - любое натуральное число: m=1, 2, 3, …. Обозначим через у полный (суммарный) угол прорези и сенсорной пары:

γ=γ_r+γ_s.

Угол γ_r может быть как больше угла γ_s, так и меньше его. Соотношение углов γ_r и γ_s определяется конкретной реализацией устройства, в частности, длиной сенсорных пар 3, 4, радиусом экрана 1, и может быть совершенно произвольным.

Экран 1 содержит mn+1 прорезей 2 для реализации прямого искрообразования или mn-1 прорезей 2 - для обратного. Для обеспечения раздельной отработки каждой сенсорной пары по времени, чтобы временные циклы срабатывания соседних сенсоров не перекрывали друг друга, полный угол соответственно должен удовлетворять условиям:

(для реализации прямого искрообразования),

(для обратного),

а число сенсорных пар, как указано выше, равно n, где n - число цилиндров ДВС.

Отметим, что если угол γ - частная характеристика конкретной технической реализации многощелевого малооборотного датчика зажигания, определяющийся его геометрическими размерами, то угол δ, определяющийся соотношениями:

принципиальная универсальная (зависящая только от чисел m, n) характеристика устройства, при которой достигается его наиболее эффективный режим функционирования, полностью исключающий непроизводительное (холостое) вращение ротора только лишь для поворота очередной прорези экрана к следующей сенсорной паре (непрерывная коммутация), о чем будет указано ниже.

На фиг. 2-4 изображена схема прямой коммутации (искрообразования) для 4-цилиндрового двигателя, n=4, а на фиг. 5-7 - схема обратной коммутации (искрообразования) для 6-цилиндрового двигателя, n=6. В обоих случаях использован ротор со значениями параметра m=1, 2, 3.

Принцип работы многощелевого малооборотного датчика зажигания ДВС. Анализ прямой и обратной коммутации

Для пояснения принципа работы многощелевого малооборотного датчика зажигания, а также анализа прямой и обратной коммутации, служат фиг. 2-7 соответственно. На фиг. 2-4 изображена схема прямой коммутации для 4-цилиндрового двигателя, а на фиг. 5-7 - схема обратной коммутации для 6-цилиндрового двигателя посредством ротора с многощелевым экраном с указанием опорных углов.

Направление вращения экрана 1 показано круговой стрелкой, помеченной буквой f. Далее f будет обозначать частоту вращения экрана 1.

Передние края прорезей 2 экрана 1 по ходу его вращения обозначены вращающимися лучами r_i (сплошные линии), а передние края сенсорных пар 3, 4 - неподвижными лучами s_j (штриховые линии), с индексами i, j, соответствующими порядковым номерам прорезей 2 экрана 1 и сенсорных пар 3, 4.

Ключевая особенность предложенной схемы, как видно из этих рисунков, состоит в том, что:

1. Последовательные углы между лучами r_i, s_i, i=2, 3, 4… составляют (i-1)δ, т.е. образуют натуральную последовательность (1, 2, 3, …)δ.

2. Вращающееся устройство имеет осевую симметрию mn+1 или mn-1 порядка, т.е. при повороте его вокруг оси вращения на угол 2π/(mn+1) или на угол 2π/(mn-1), соответственно, оно совмещается само с собой.

Именно эти два обстоятельства эффективно обеспечивают полный цикл равновременной, т.е. равномерной по времени, коммутации управляющих импульсов не за полный период вращения экрана 1, как в традиционном датчике, принятом за прототип, а только за mn+1 или mn-1 его часть.

Работает устройство следующим образом. Пусть в начальный момент времени передний край одной из mn+1 (фиг. 2-4) или mn-1 (фиг. 5-7) прорезей 2 экрана 1 совпадает с передней кромкой одной из n сенсорных пар 3, 4 (фиг. 4). Сенсорная пара открывается, начинается срабатывание этого сенсора, пока задний край прорези 2 экрана 1 не достигает задней кромки сенсорной пары. Сенсорная пара закрывается, и работа этого сенсора заканчивается, что происходит при повороте ротора на угол γ. Сразу после этого (непрерывная коммутация, при γ=δ) или с некоторой задержкой во времени (дискретная коммутация, при γ<δ), активируется следующая, соседняя сенсорная пара. Действительно, при повороте экрана 1 на угол $$\delta =\frac{2\pi }{n\left(mn+1\right)}$$ (при прямой коммутации) или на угол (при обратной) открывается соседняя сенсорная пара по направлению или против вращения экрана 1. Конструктивным выбором угла (относительно универсальной постоянной ((зависящей лишь от чисел m, n) достигается требуемый вид цикличности коммутации всех сенсорных пар.

Полный цикл коммутации управляющих импульсов происходит не за полный период вращения экрана 1, как в традиционном датчике зажигания, а только за mn+1 или mn-1 его часть, в силу осевой симметрии устройства mn+1 или mn-1 порядка, когда при повороте его вокруг оси вращения на угол 2π/(mn+1) или на угол 2π/(mn-1), соответственно, оно совмещается само с собой. Поэтому при повороте экрана 1 на угол 2π/(mn+1)=nδ или на угол 2π/(mn-1)=πδ произойдет последовательное равновременное (равномерное во времени) срабатывание всех сенсорных пар в прямом или обратном направлении. Таким образом, частота коммутации при той же частоте вращения экрана 1 соответственно в mn+1 или mn-1 раз выше, чем в традиционном датчике зажигания по прототипу. Следовательно, требуемая частота вращения mn+1-щелевого или mn-1-щелевого экрана 1 будет соответственно в mn+1 или в mn-1 раз меньше частоты вращения n-щелевого экрана, дающего ту же частоту коммутации. Таким образом, экран по предложенной схеме устройства выполняет функцию мультипликатора, т.е. умножителя частоты искрообразования в mn+1 или в mn-1 раз, и его частота вращения должна быть во столько же раз снижена. Но при сниженной частоте вращения экрана во столько же раз увеличивается время замкнутого состояния - время работы сенсорной пары, пока внутри нее проходит прорезь экрана, при том же угле прорези.

Итак, частота коммутации (связана с частотой вращения экрана f следующими соотношениями: для прямой коммутации

ν=f(mn+1),

для обратной коммутации

ν=f(mn-1).

Случаю γ=δ отвечает непрерывная коммутация, когда последовательные срабатывания сенсоров происходят непрерывно, без разрывов во времени, или слитно, а случаю γ<δ - дискретная коммутация, когда последовательные срабатывания сенсоров происходят с определенными разрывами по времени, или раздельно, т.е. между последовательными срабатываниями датчиков содержится некоторая временная пауза /Свияженинов Е.Д. Вращающийся коммутатор. Патент на изобретение №2413347. Приоритет 15.12.2009, Свияженинов Е.Д. Малооборотный датчик зажигания двигателя внутреннего сгорания. «Автомобильная промышленность». №4, 2014/.

Благодаря предложенной схеме достигается возможность непрерывной коммутации роторного датчика зажигания ДВС - его важнейшее преимущество. При непрерывной коммутации все время вращения ротора датчика зажигания расходуется только на совершение главной его функции - выработку управляющих сигналов. Холостое непроизводительное вращение ротора только лишь для поворота очередной прорези экрана к сенсорной паре может быть полностью исключено. В прототипе же, из-за его конструкции, непрерывная коммутация принципиально невозможна.

Время замкнутого состояния (время срабатывания одной сенсорной пары) составляет 1/(νn) в случае непрерывной коммутации, когда γ=δ, и (γ/δ)/(νn) - в случае дискретной коммутации, при γ<δ.

Использование сенсорных холловских пар

При использовании сенсорных холловских пар - датчиков Холла 3 и постоянных магнитов 4 устройство работает следующим образом. Пусть в начальный момент времени передний край одной из mn+1 (фиг. 2-4) или mn-1 (фиг. 5-7) прорезей 2 экрана 1 совпадает с передней кромкой одной из n сенсорных пар 3, 4 (фиг. 4). Магнитный поток, направленный на датчик Холла 3 от постоянного магнита 4, открывается и начинается срабатывание этого датчика, пока задний край прорези 2 экрана 1 не достигает задней кромки сенсорной пары, и падающий на датчик Холла магнитный поток закрывается. В результате при прохождении экрана 1 в зазоре между постоянным магнитом 4 и датчиком Холла 3 происходит периодическое шунтирование - прерывание магнитного потока, и на выходе каждого датчика Холла 3 формируется сигнал об угловом положении коленчатого вала в виде прямоугольных импульсов низкого напряжения, поступающий далее в электронный коммутатор. Когда поток от постоянного магнита 4 попадает на датчик Холла 3, он срабатывает, а когда он закрывается экраном, падающий на него магнитный поток блокируется, что вызывает переключение выхода интегральной схемы сенсора к высокому уровню. Поэтому устройство выдает прямоугольный импульс с низким уровнем при срабатывании датчика 3 (прохождению прорези 2 экрана 1 внутри сенсорной пары 3, 4) и высоким - при его закрытии (экранировании). Далее электронный коммутатор формирует токовый импульс, подаваемый к первичной обмотке катушки зажигания для обеспечения заданного уровня высокого напряжения и энергии искры.

На фиг. 8 представлены временные развертки низковольтных сигналов, снимаемых с каждого датчика Холла, для прямой непрерывной коммутации, а также временные развертки высоковольтных напряжений, поступающих на свечи каждого из n цилиндров.

Использование сенсорных оптических пар

Вместо сенсорных холловских пар - датчиков Холла 3 и постоянных магнитов 4, - без какого-либо изменения компоновочной схемы (фиг. 1) возможно использование сенсорных оптических пар - фоточувствительных элементов 3 и светодиодов 4 соответственно.

Луч света от светодиода 4 попадает на фоточувствительный элемент 3 (фототранзистор или фотодиод), если в зазоре между ними находится прорезь 2 экрана 1. Оптический канал между светодиодом 4 и фоточувствительным элементом 3 прерывается, когда в зазоре появляется непрозрачный элемент - экран 1. Поэтому цилиндрическая оболочка-экран 1 выполняется из любого непрозрачного материала, т.е. должна быть не магнитоэкранирующая, а всего лишь светоэкранирующая.

При прохождении экрана 1 в зазоре между источником света 4 и фотоэлементом 3 происходит периодическое прерывание светового потока, и на выходе каждого оптического сенсора 3 формируется сигнал об угловом положении коленчатого вала в виде прямоугольных импульсов низкого напряжения, поступающий далее в электронный коммутатор. Когда свет от источника 4 попадает на фототранзистор 3, он переходит в состояние насыщения. Если он закрыт экраном, поток падающего на него света блокируется, что вызывает переключение выхода фототранзистора к высокому уровню. В результате устройство выдает прямоугольный импульс с низким уровнем при срабатывании сенсора 3 (прохождению прорези 2 экрана 1 внутри сенсорной пары 3, 4) и высоким - при его закрытии (экранировании). Разумеется, возможен и инверсный вариант реализации устройства: с высоким уровнем сигнала при срабатывании сенсора и низким - при его экранировании. Далее по этим прямоугольным импульсам электронный коммутатор формирует токовый импульс, подаваемый к первичной обмотке катушки зажигания для обеспечения заданного уровня высокого напряжения и энергии искры.

На фиг. 8 представлены временные развертки низковольтных сигналов, снимаемых с каждого оптического сенсора, для прямой непрерывной коммутации, а также временные развертки высоковольтных напряжений, поступающих на свечи каждого из n цилиндров.

Отметим, что оптические сенсоры - более высокоточные, чем многие другие электрические измерители, обладают безынерционностью и работают при высоких температурах, вплоть до 125°С. Источники света могут функционировать как в видимом, так и в инфракрасном спектре. Существенно повысить разрешение оптопар позволяют лазерные диоды. /С. Сысоева. Актуальные классические принципы оптоэлектроники в автоэлектронике. «Компоненты и технологии», №5, 2006/.

Пример расчета частоты вращения ротора многощелевого малооборотного датчика зажигания ДВС для прямого и обратного искрообразования

В качестве примера рассчитаем схему прямого искрообразования для 4-цилиндрового двигателя, n=4, и обратного искрообразования для 6-цилиндрового двигателя, n=6 посредством соответственно mn+1 или nm-1 - прорезного экрана ротора и n сенсорных пар статора. В обоих рассматриваемых случаях используем значения параметра системы m=1, 2, 3. Требуемая частота вращения ротора такого экрана будет ровно в mn+1 или mn-1 раз ниже частоты вращения ротора датчика с n-прорезным экраном по прототипу. Таким образом, если для традиционного датчика зажигания, принятого за прототип, частота вращения ротора только в 2 раза ниже частоты вращения коленвала, то для предлагаемого - в 2(mn+1) или 2(mn-1) раз. На фиг. 9, 10 приведены частоты вращения соответственно mn+1 и mn-1 - прорезного экрана по предлагаемой схеме устройства и n-прорезного экрана по схеме прототипа, как функции частоты вращения коленвала ДВС. Наглядно виден эффект мультипликации частоты искрообразования, проявляющийся в mn+1 или mn-1 - кратном снижении требуемых частот вращения ротора многощелевого малооборотного датчика зажигания.

В результате ротор датчика вращается ровно в 2(mn+1) или 2(mn-1) раз медленнее коленвала, а не в два раза, как в прототипе. Устраняются проблемы механических вибраций и тепловыделения, а также износа подшипниковых узлов ротора. Многократно уменьшается джоулево тепловыделение, температурный уход электрических характеристик и износ элементов системы зажигания ДВС. В mn+1 и mn-1 раз по сравнению с прототипом увеличивается время замкнутого состояния, что повышает надежность отработки искрового разряда на контактах свечей и, следовательно, надежность процесса воспламенения рабочей смеси. Это обусловлено тем, что все время вращения ротора датчика зажигания эффективно расходуется на совершение главной его функции - выработку управляющих сигналов, а непроизводительное холостое вращение ротора только лишь для поворота очередной прорези экрана к сенсору полностью исключено.

Выводы. Технический результат

1. Использование mn+1 или mn-1-прорезного экрана ротора и n сенсорных пар статора, где n - число цилиндров ДВС, снижает частоту вращения ротора датчика зажигания соответственно в mn+1 или в mn-1 раз при той же частоте вращения коленвала ДВС. В первом случае последовательность искрообразования идет в прямом, а во втором - в обратном направлении относительно направления вращения ротора.

2. Увеличение натурального числа - параметра системы m=1, 2, 3, (позволяет практически неограниченно снижать отношение частот вращений ротора датчика и коленвала ДВС.

3. Многократное снижение частоты вращения ротора датчика зажигания относительно частоты вращения коленвала весьма существенно для устранения механических вибраций, тепловыделения и динамических нагрузок на подшипниковые узлы ротора, что увеличивает механическую надежность.

4. Малая частота вращения ротора датчика зажигания в mn+1 или в mn-1 раз соответственно увеличивает время замкнутого состояния и, следовательно, повышает надежность отработки искрового разряда на контактах свечей и процесса воспламенения рабочей смеси.

5. Возможность непрерывной коммутации, при которой все время вращения ротора датчика зажигания полностью расходуется только на совершение главной его функции - выработку управляющих сигналов, - важнейшее преимущество предлагаемой схемы устройства. Непроизводительный холостой пробег ротора только для поворота очередной прорези экрана к сенсору может быть полностью исключен.

6. Применена система независимого зажигания двигателя внутреннего сгорания, в которой каждый из n цилиндров снабжен своей сенсорной парой, коммутатором, катушкой зажигания и свечой. Каждая катушка управляется независимо и дает искру только для одного цилиндра. Следовательно, джоулево тепловыделение, температурный уход электрических характеристик и износ всех элементов системы зажигания будет в n раз меньше, чем в системе синхронного зажигания, что увеличивает электрическую надежность.

7. При выходе из строя одного элемента электрической цепи перестанет работать только один цилиндр двигателя, а система в целом сохраняет работоспособность, что повышает ее живучесть.

Источники информации

1. Д.А. Соснин. Электрическое, электронное и автотронное оборудование легковых автомобилей. М., 2010.

2. Т. Дентон. Автомобильная электроника. М., 2008.

3. Автомобили семейства ВАЗ-2107. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. К.Б. Пятков, А.П. Игнатов, С.Н. Косарев и др. М., Издательство "За рулем", 2004. (прототип).

4. В.Е. Ютт. Электрооборудование автомобилей. М., 2006.

5. Р. Демидович. Система зажигания легковых автомобилей. Минск, 1998.

6. Свияженинов Е.Д. Распределитель зажигания двигателя внутреннего сгорания. Патент на изобретение №2362242. Приоритет 21.05.2008.

7. Свияженинов Е.Д. Модернизация распределителя зажигания ДВС. «Автомобильная промышленность». №6, 2014.

8. Свияженинов Е.Д. Вращающийся коммутатор. Патент на изобретение №2413347. Приоритет 15.12.2009.

9. Свияженинов Е.Д. Малооборотный датчик зажигания двигателя внутреннего сгорания. «Автомобильная промышленность». №4, 2014.

10. С. Сысоева. Актуальные классические принципы оптоэлектроники в автоэлектронике. «Компоненты и технологии», №5, 2006.

Изобретение относится к области мехатроники, в частности к бесконтактным датчикам искрообразования, и может быть использовано в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также в других мехатронных системах: коммутации, телеметрии, распределительных устройствах автоматики и телемеханики. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в mn+1 или mn-1-кратном снижении частоты вращения ротора, соответственно mn+1 или mn-1-кратном увеличении времени замкнутого состояния, возможности непрерывной коммутации, а также повышении механической и электрической надежности устройства. Многощелевой малооборотный датчик зажигания ДВС включает неподвижный статор, снабженный n равномерно распределенными по окружности сенсорными парами, и вращающийся ротор, снабженный экранирующей оболочкой, разделяющей элементы сенсорных пар, которая содержит mn+1 или mn-1 прорезей соответственно для прямого или обратного искрообразования относительно направления вращения ротора, где n - число цилиндров ДВС, m - любое натуральное число: m=1, 2, 3,…. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Многощелевой малооборотный датчик зажигания двигателя внутреннего сгорания, включающий неподвижный статор и вращающийся ротор, на котором закреплена экранирующая цилиндрическая оболочка с равномерно распределенными по окружности прорезями, разделяющая установленные на статоре радиально с малым зазором сенсорные пары, отличающийся тем, что статор снабжен n равномерно распределенными по окружности сенсорными парами угловой величины γ_s, где n - число цилиндров, а цилиндрический экран ротора содержит mn+1 или mn-1 прорезей угловой величины γ_r, где m - любое натуральное число: m=1, 2, 3,…, при этом низкое управляющее напряжение с сенсоров подается последовательно на цепи катушек зажигания всех цилиндров в порядке их работы за время не полного оборота ротора, а только за время его поворота на угол 2π/(mn+1) или 2π/(mn-1) соответственно в прямом или обратном направлении относительно направления вращения ротора, при этом выполнены условия:
γ≤δ,
где γ=γ_r+γ_s, δ - универсальная (зависящая только от чисел m, n) характеристика устройства: угол, при котором достигается непрерывная коммутация, определяющийся соотношениями:
- для прямого искрообразования,
- для обратного.

2. Многощелевой малооборотный датчик зажигания двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрическая оболочка ротора - магнитоэкранирующая, а сенсорные пары - холловские, каждая из которых содержит датчик Холла и постоянный магнит.

3. Многощелевой малооборотный датчик зажигания двигателя внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрическая оболочка ротора - светоэкранирующая, а сенсорные пары - оптические, каждая из которых содержит фоточувствительный элемент и источник света.