Система зажигания ДВС Советский патент 1993 года по МПК F02P3/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при конструировании ДВС с упрощенной KOHCtpyKMneu и повышенной надежностью систем зажигания,

Целью изобретения является повышение надежности системы зажигания за счет упрощения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы зажигания с поршневым магнитоэлектрическим датчиком; на фиг.2 - фрагмент шатунно-поршневой группы с. разрезами возможных конструкций магнитопровода датчика; на фиг.З - зависимости напряжения на входе ТК от времени при разных конструкциях ферритового сердечника; на фиг.4 - зависимости напряже- ния на входе ТК от угла повороте коленчатого вала при различной частоте его

оборотов; на фиг.5 - расчетная и требуемая характеристики опережения зажигания для разработанной системы,

Принципиальная схема системы зажигания, представленная на фиг.1, содержит шатунно-поршневую группу, изображенную в двух проекциях, и состоит из цилиндра 1 с гильзой, поршня 2 и головки 3 блока, причем на цилиндре размещен магнитопро- вод 4 поршневого магнитоэлектрического датчика 12, а на головке блока - искровой разрядник 5. В поршне 2 смонтирован фер- ритовый сердечник 6, а на днище поршня имеется выступ 7 для образования электрического разряда, когда поршень находится в ВМТ. Электрическая схема зажигания, как и в прототипе, включает в себя АКБ 8 с ЭДС ЕБ и внутренним сопротивлением RB, выключатель 9 зажигания, катушку 10 зажига00

о о о

00

Јь

кия, ТК 11 и отличающиеся от прототипа искровой разрядник (свечу зажигания) 5, поршневой магнитоэлектрический датчик 12, состоящий из магнитопровода 4 с обмоткой и сердечника 6, а также блок согласования - мостовую схему подключения датчика 13, отсутствующую в прототипе и содержащую резисторы нагрузки ТК Ri, R2 и согласующие резисторы Из, . Все магнитоэлектрические датчики соединены в схеме параллельно - на фиг.1 слева изображена обмотка датчика соседнего ци- .линдра и показано ее подключение.

Система зажигания работает следующим образом.

При подходе поршня 2 к ВМТ феррито- вый сердечник 6 входит в зазор магнитопровода 4. Поскольку материал элементов 4 и 6 подобран так, чтобы его магнитная проницаемость многократно превышала проницаемость материала блока цилиндров, совмещение названных элементов приводит к возрастанию магнитного потока в магнитопроводе и появлению ЭДС самоиндукции в обмотке датчика е - d Ф /dt. Указанная ЭДС создает управляющий сигнал на входе ТК, напряжение которого

и рЈ + рЕв,

где р, q - дробно-рациональные функции от величин сопротивлений RI - RA, RB, причем р 0, q 0 при выбранных значениях сопротивлений..

С возрастанием абсолютной величины ЭДС е напряжение U уменьшается, и в момент его перехода через ноль на выходе ТК вырабатывается импульс низкого напряжения, подаваемый на вход катушки 10 зажигания. На выходе катушки зажигания возникает импульс высокого напряжения, подаваемый на разрядник 5. При подходе поршня 2 к ВМТ между выступом 7 на днище поршня и контактом разрядника 5 происходит электрический разряд, Указанный импульс высокого напряжения подается также на разрядники других цилиндров, однако в них разряд не происходит, поскольку соответствующие поршни в данный момент не достигают своей ВМТ.

В разработанной.системе выбором параметров конструкции поршневого магнитоэлектрического датчика и параметров электрической схемы удается получить требуемую характеристику опережения зажигания. Фиг.2, 3 и 4 иллюстрируют зависимость угла опережения зажигания на разных оборотах коленвала от названных параметров. Фрагмент шатунно-поршие

вой группы на фиг.2 представлен при положении поршня, не достигшего ВМТ. Выносной элемент чертежа, представленный на фиг.2 а, б, в, показывает взаимное положе- 5 ние магнитопровода, установленного на цилиндре 2 с гильзой, и сердечника 6 с различными сечениями треугольного профиля при положении поршня 2 в ВМТ.

Фиг.З показывает зависимости напря- 10 женияи на входе ТК от времени три малых оборотах двигателя. Кривые 14, 15 и 16 соответствуют конструкциям сердечника, представленным на разрезах фиг.2. На графике

15 и° дЕв - напряжение покоя (см, формулу (1));

tBMT - время достижения ВМТ; to - момент входа вершины треугольного профиля сердечника в зазор магнитопро- 2.0 вода;

т.н - момент выработки импульса в ТК (обозначено только для случая а).

Представленные зависимости иллюстрируют тот факт, что при заданной частоте 25 вращения коленвала время опережения зажигания A to tBMT - tH зависит от конструкций и взаимного положения сердечника и магнитопровода - при треугольном профиле сердечника и заданных размерах магни- 30 топровода прямоугольного сечения от. величин L, h (см.фиг.2), площади сечения сердечника. S, а также зазора между сердечником и магнитопроводом д (на фигурах не показан). Кроме того,, варьируя сопротивле- 35 ние Ra (фиг.1), можно изменять напряжение покоя U0 практически .не изменяя переменную составляющую U р е. Этим обеспечивается зависимость начального опережения зажигания At0 (на малых оборотах коленва- 40 ла) от сопротивления Rs.

При возникновении частоты оборотов двигателя увеличивается абсолютное значение ЭДС, самоиндукции lei, поскбльку уменьшается время совмещения сердечни- 4$ ка и магнитопровода , следовательно, ускоряется изменение магнитного потока Ф.

На фиг.4 показаны для случая а (фиг.2) зависимости напряжения U от угла а поворота коленвала относительно положения 50 ВМТ (а 0) на малых, средних и максиtgm

мальиых частотах вращения n °

мин

ко

ленвала - соответственно кривые 17, 18 и 19. Можно видеть, что угол опережения зажигания - а увеличивается с ростом частоты вращения,, т.е. .регулирование опережения зажигания в предложенной схеме происходит автоматически. Можно видеть также, что на максимальных обороах коленвала угол опережения приближатся к углу Gb, соответствующему началу входа вершины сердечника в зазор магни- опровода.

Для обеспечения эффективности рабоы системы зажигания параметры электрической схемы, показанной на фиг. 1, должны удовлетворять следующим требованиям.

Питающий обмотку датчика ток А мало зависит от ЭДС е, иначе отрицательная обратная связь по току i4 может существенно ослабить ЭДС самоиндукции.

Переменная составляющая U на входе ТК имеет порядок величины, соизмеримый с ЭДС Ј, т.е. коэффициент р по формуле (1) по порядку величины близок к единице 1. Невыполнение этого требования может привести к необходимости предварительного усиления управляющего сигнала, Количе- ственнре данное требование можно представить в виде ориентировочного неравенства р : 0,1.

Напряжение покоя U° варьируется резистором Рз от нуля до максимального пе- ременного напряжения Кмакс, причем изменение напряжения U° мало влияет на переменную составляющую U, в противном случае не гарантируется установка начального опережения зажигания.

Потери мощности АКБ на питание пред- ложенной схемы достаточно малы.

Для выполнения первого из поставленных требований достаточно, чтобы разность потенциалов UBC между точками В и С схемы (фиг.1) была существенно больше, чем ЭДС датчика 12. В дальнейшем полагаем, что внутреннее сопротивление батареи РБ намного меньше сопротивлений RI резисторов схемы, т.е. можно считать НБ 0.

Ниже постоянные составляющие токов и напряжений в схеме обозначаются верхним индексом О, переменные составляющие (вызываемые ЭДС е) обозначены символом .

Положим

т.е. первое требование выполняется при условии (2).

Проверим выполнение второго требования при соотношении номиналов (2). В предположении RB 0 для переменной

составляющей управляющего напряжения

имеем

U -UBC,

причем, пренебрегая самоиндукцией в обмотках датчиков других цилиндров (где поршень не достигает ВМТ), можем получить

(4

Ј(R5+RQ

R4 Rs + R4 Rl + RS Rl

где Rs R4/(N-1). Отсюда

U -UBC e-UR4 Ri Rs

e S

R4 Rs + RI R4 + RI Rs R

N RI + R4

(4)

При выбранном соотношении номиналов (2) эта формула дает

U e/2N.(5)

Таким образом, требование р S 0,1 выполняется при числе цилиндров не более пяти. ,

Покажем, что выбором постоянного сопротивления Ra удается удовлетворить третьему требованию. Для коэффициента q в соотношении (1) из уравнений Кирхгофа можно получить

1

RiRaCRj+RsJ-RaRjRs WRs(R6+H2+Rj)-meRl(R4+R5J + (R|+Rs)(ll«+K5)(Ra+R3y

Использование: в машиностроении при конструирования двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: система включает датчики, содержащие подвижный и неподвижный магнитопроводы, блок согласования, катушку, коммутатор. Особенностью изобретения является то, что магнитоэлектрический датчик смонтирован на каждом цилиндре и вырабатывает управляющее напряжение за счет замыкания магнитопровода датчика ферритовым1 сердечником, смонтированным на поршне, ЭДС самоиндукции, возникшая в обмотке датчика, с возрастанием своей абсолютной величины уменьшает напряжение на входе, транзисторного коммутатора в момент его перехода через нуль в катушке зажигания возникает импульс высокого напряжения, который подается на контакт разрядника, и при подходе одного из поршней к ВМТ между его выступом и контактом разрядка происходит электрический разряд,-что позволяет повысить надежность. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Rl R4/N,

(2)

Выберем номинал RI Ra. Из последне- , го соотношения имеем, что при Рз R4/N где N - число цилиндров двигателя.постоянное смещение на входе ТК отсутстТогда для постоянной составляющей 50 Вует; UBC имеем очевидно

U° 0, ивс° 0,5ЕБ.(3)

а при Ra R4, с учетом того, что Ri Re, Поскольку lЈl« Ев, отсюда для со- 55 | 1,4, можно получить ставляющих тока Ц имеем

q 0,5.

.

Таким образом, в этом случае

Таким образом, в этом случае

,5EB lei IWc,

т.е третье требование также выполняется. .

Итак, для выполнения первых трех требований достаточно следующих соотношений номиналов резисторов:

Ri R2 R4/N;R3 Rl-100Ri (6)

Очевидно, четвертое требование можно удовлетворить выбором достаточно высокого сопротивления RA, удовлетворяющую условию

R4 « RBX,

где RBX - входное сопротивление ТК.

Заметим, что если мощность используемых поршневых датчиков не обеспечивает достаточной величины напряжения (5), то его можно повысить за счет уменьшения постоянного смещения 1)вс°. Вместо номиналов (6) в этом случае выберем номиналы

R4; R3 Rl 100Ri. Тогда вместо соотношения (3) имеем

U вс

о ЕБ

N + 1

а переменная составляющая на входе ТК, получаемая по формуле (4), изменится и станет равной (ср. с. формулой (5))

U

N +1

Для алюминиевого четырехцилиндро- вогр блока с чугунными гильзами (магнитная проницаемость ц 600) и магнитопровода из полосового железа (и 6000) подбором параметров I, h, S, 6 при треугольном профиле сердечника (фиг.2), а также установкой сопротивления Яз удалось обеспечить характеристику опережения зажигания 0(п) 6° - о, представленную на фиг.5 кривой 20. Данная характеристика оказалась близкой к заданной (зависимость 21), Благодаря наличию в схеме переменного резистора R3 удается изменять характеристику опережения зажигания при переходе на другие сорта топлива, а также компенсировать разряжение АКБ. .

Замена датчика-распределителя и свечей, системы-прототипа поршневыми магнитоэлектрическими датчиками, подсоединенными к ТК через специальную мостовую схему, и соответственно, электрическими разрядниками специальной конструкции позволяет устранить ряд возможных неисправностей, связанных со сложностью конструкции датчика-распределителя. В то же время поршневой магнитоэлектрический датчик каждого цилиндра представляет собой разрезной магнитопровод с обмоткой, смонтированный на цилиндре, и феррито0 вый сердечник, смонтированный на поршне, т.е. конструкция его проста и не имеет источников характерных отказов. Блок согласования, выполненный в виде мостовой схемы на резисторах, также прост и над5 ежен, а разрядники системы имеют те же источники отказов, что и обычные свечи (это главным образом появление нагара на контактах разрядника и нарушение зазора). Таким образом, цель изобретения 0 повышение надежности - достигается заявленным устройством, Кроме того, заявленная схема имеет простую механическую конструкцию сравнительно с прототипом: охарактеризованные выше датчик импуль5. сов и распределитель прототипа имеют ряд сложных элементов, требующих высокой точности изготовления и регулировок при монтаже и эксплуатации. В то же время поршневые магнитоэлектрические датчики не

0 требуют жесткого контроля по допускам, поскольку их электрические параметры (ЭДС) самоиндукции на разных режимах работы двигателя) слабо зависят от погрешностей изготовления. -

5

Формул а изо бретен и я 1. Система зажигания ДВС, содержащая магнитоэлектрический датчик, который включает выходную обмотку, первая и вто0 рая клеммы которой являются его первой и второй выходными клеммами, подвижный магнитопровод и неподвижный магнитопровод, транзисторный коммутатор и катушку зажигания, которые соединены

5 последовательно, N свечей зажигания (где N - число цилиндров ДВС), каждая из которых имеет первый.высоковольтный контакт и второй, который соединен с общей шиной, аккумуляторную батарею и выключатель

0 зажигания, которые соединены последовательно, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности за счет упрощения, введены N-1 аналогичных магнитоэлектрических датчиков и блок

5 согласования, который имеет N входов, каждый из которых включает первую и вторую входные клеммы, и выход, который имеет первую, вторую и третью выходные клеммы, причем выходы всех датчиков соединены через блок согласования с входом транзисторного коммутатора, третья выходная клемма блока согласования соединена через соединенные последовательно аккумуляторную батарею и выключатель зажигания с первыми входными клеммами блока согласования, а выход катушки зажигания соединен с входами N свечей зажигания, подвижный магнитопровод каждого магнитоэлектрического датчика совмещен с поршнем цилиндропоршневой группы ДВС и расположен в верхней его части, неподвижный магнитопровод каждого магнитоэлектрического датчика совмещен с верхней частью корпуса цилиндра камеры сгорания ДВС, причем линия замыкания магнитного потока неподвижного магнито- провода и линия расположения подвижного магнитопровода при нахождении поршня камеры -сгорания ДВС и -ВМТ выполнены совпадающими.

клеммами N входом блока согласования, вторые клеммы которых соединены и являются первой клеммой выхода блока согласования, переменный резистор, первая

клемма которого соединена с первыми входными клеммами N входов блока согласования, вторая клемма которого соединена с второй выходной клеммой непосредственно и через делитель напряжения, который

включает первый и второй резисторы, соединенные последовательно с первой выходной клеммой блока согласования, причем третья выходная клемма блока согласования соединена с общей точкой первого и

второго резисторов делителя напряжения. 3. Система по п.1,отличаю щ а я с я тем, что подвижный магнитопровод магнитоэлектрического датчика выполнен в виде треугольной ферритовой призмы.

tfvr.S