Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.

Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси;
система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.

Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.

Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.

Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

— Топливная система

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.

Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:

Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
Резонатор, или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

tractorreview.ru

устройство, работа, КПД :: SYL.ru

В подавляющем большинстве автомобилей используются в качестве топлива для двигателей производные нефти. При сгорании этих веществ выделяются газы. В замкнутом пространстве они создают давление. Сложный механизм воспринимает эти нагрузки и трансформирует их сначала в поступательное движение, а затем - во вращательное. На этом основан принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Далее вращение уже передается на ведущие колеса.

Поршневой двигатель

В чем преимущество такого механизма? Что дал новый принцип работы двигателя внутреннего сгорания? В настоящее время им оборудуются не только автомобили, но и сельскохозяйственный и погрузочный транспорт, локомотивы поездов, мотоциклы, мопеды, скутера. Двигатели такого типа устанавливаются на военной технике: танках, бронетранспортерах, вертолетах, катерах. Еще можно вспомнить о бензопилах, косилках, мотопомпах, генераторных подстанциях и другом мобильном оборудовании, в котором используется для работы дизельное топливо, бензин или газовая смесь.

До изобретения принципа внутреннего сгорания топливо, чаще твердое (уголь, дрова), сжигалось в отдельной камере. Для этого применялся котел, который грел воду. В качестве первоисточника движущей силы использовался пар. Такие механизмы были массивными и габаритными. Ими оборудовались локомотивы паровозов и теплоходы. Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало возможность в разы уменьшить габариты механизмов. Принцип работы двс

Система

При работе двигателя постоянно происходит ряд цикличных процессов. Они должны быть стабильными и проходить за строго определенный промежуток времени. Это условие обеспечивает бесперебойную работу всех систем.

У дизельных двигателей топливо предварительно не подготавливается. Система подачи топлива доставляет его из бака, и оно подается под высоким давлением в цилиндры. Бензин же по пути предварительно смешивается с воздухом.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания таков, что система зажигания воспламеняет эту смесь, а кривошипно-шатунный механизм принимает, трансформирует и передает энергию газов на трансмиссию. Газораспределительная система выпускает из цилиндров продукты горения и выводит их за пределы транспортного средства. Попутно снижается звук выхлопа.

Система смазки обеспечивает возможность вращения подвижных узлов. Тем не менее трущиеся поверхности нагреваются. Система охлаждения следит за тем, чтобы температура не выходила за пределы допустимых значений. Хотя все процессы происходят в автоматическом режиме, за ними все же необходимо наблюдать. Это обеспечивает система управления. Она передает данные на пульт в кабину водителя. Устройство двигателя внутреннего сгорания

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Достаточно сложный механизм должен иметь корпус. В нем монтируются основные узлы и агрегаты. Дополнительное оборудование для систем, обеспечивающих нормальную его работу, размещается поблизости и монтируется на съемных креплениях.

В блоке цилиндров располагается кривошипно-шатунный механизм. Основная нагрузка от сгоревших газов топлива передается на поршень. Он шатуном соединен с коленчатым валом, который преобразует поступательное движение во вращательное.

Также в блоке размещается цилиндр. По его внутренней плоскости перемещается поршень. На нем прорезаны канавки, в которых помещаются уплотнительные кольца. Это необходимо для минимизации зазора между плоскостями и создания компрессии.

Сверху к корпусу крепится головка блока цилиндров. В ней монтируется газораспределительный механизм. Он состоит из вала с эксцентриками, коромысел и клапанов. Их поочередное открытие и закрытие обеспечивают впуск топлива внутрь цилиндра и выпуск затем отработанных продуктов горения.

К низу корпуса монтируется поддон блока цилиндров. Туда стекает масло после того, как оно смажет трущиеся соединения деталей узлов и механизмов. Внутри двигателя еще расположены каналы, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Принцип работы ДВС

Суть процесса заключается в преобразовании одного вида энергии в другой. Это происходит при сжигании топлива в замкнутом пространстве цилиндра двигателя. Выделяющиеся при этом газы расширяются, и внутри рабочего пространства создается избыточное давление. Его воспринимает поршень. Он может двигаться вверх-вниз. Поршень посредством шатуна соединен с коленчатым валом. По сути это главные детали кривошипно-шатунного механизма – основного узла, отвечающего за преобразование химической энергии топлива во вращательное движение вала.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на поочередной смене циклов. При поступательном движении поршня вниз совершается работа – на определенный угол проворачивается коленчатый вал. На одном его конце закреплен массивный маховик. Получив ускорение, он по инерции продолжает движение, и это еще проворачивает коленчатый вал. Теперь шатун толкает поршень вверх. Он занимает рабочее положение и снова готов принять на себя энергию воспламененного топлива. КПД двигателя внутреннего сгорания

Особенности

Принцип работы ДВС легковых автомобилей чаще всего основан на преобразовании энергии сгораемого бензина. Грузовики, трактора и специальная техника оборудуются в основном дизельными двигателями. Еще в качестве топлива может использоваться сжиженный газ. Дизельные двигатели не имеют системы зажигания. Воспламенение топлива происходит от создаваемого давления в рабочей камере цилиндра.

Рабочий цикл может осуществляться за один или два оборота коленчатого вала. В первом случае происходит четыре такта: впуск топлива и его воспламенение, рабочий ход, сжатие, выпуск отработанных газов. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания полный цикл осуществляет за один оборот коленчатого вала. При этом за один такт происходит впуск топлива и его сжатие, а на втором – воспламенение, рабочий ход и выпуск отработанных газов. Роль газораспределительного механизма в двигателях такого типа играет поршень. Двигаясь вверх-вниз, он поочередно открывает окна впуска топлива и выпуска отработанных газов.

Кроме поршневых ДВС существуют еще турбинные, реактивные и комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Преобразование в них энергии топлива в поступательное движение транспортного средства осуществляется по другим принципам. Устройство двигателя и вспомогательных систем также существенно отличается. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Потери

Несмотря на то что ДВС отличается надежностью и стабильностью работы, его эффективность недостаточно высока, как это может показаться на первый взгляд. В математическом измерении КПД двигателя внутреннего сгорания составляет в среднем 30-45 %. Это говорит о том, что большая часть энергии сгораемого топлива расходуется вхолостую.

КПД лучших бензиновых двигателей может составлять лишь 30 %. И только массивные экономные дизели, у которых много дополнительных механизмов и систем, могут эффективно преобразовать до 45 % энергии топлива в пересчете на мощность и полезную работу.

Устройство двигателя внутреннего сгорания не может исключить потери. Часть топлива не успевает сгорать и уходит с отработанными газами. Другая статья потерь – это расход энергии на преодоление различного рода сопротивлений при трении сопряженных поверхностей деталей узлов и механизмов. И еще какая-то часть ее тратится на приведение в действие систем двигателя, обеспечивающих его нормальную и бесперебойную работу.

www.syl.ru

Система зажигания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности системам зажигания двигателя внутреннего сгорания, а именно к устройствам регулирования параметров искрового разряда, и может быть использовано совместно как с системой зажигания высокой энергии, так и с классической батарейной системой зажигания. Изобретение позволяет усовершенствовать систему зажигания двигателя внутреннего сгорания, повысить эффективность, надежность, быстродействие и экономичность, упростить систему. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания содержит источник питания и катушку зажигания, первый вывод первичной обмотки которой подключен к выходу источника питания, а второй - к первому выводу емкостного элемента, распределитель, свечи зажигания, формирователь управляющих сигналов и электронный ключ. В систему введены дополнительно прерыватель, формирователь сигнала обратной связи и логический элемент 2ИЛИ-НЕ. Источник питания оснащен двумя дополнительными выходами, из которых первый соединен с минусом источника питания через электронный ключ, а второй вместе с первым выводом формирователя сигнала обратной связи - с входом формирователя управляющих сигналов и первым выводом прерывателя. Второй вывод прерывателя соединен с минусом источника питания, с точкой соединения второго вывода первичной обмотки катушки зажигания и первого вывода емкостного элемента. Второй вывод емкостного элемента подключен к минусу источника питания. Первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ соединен со вторым выводом формирователя сигнала обратной связи, его второй вход - с выходом формирователя управляющих сигналов, а его выход - с управляющим входом электронного ключа. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам зажигания двигателя внутреннего сгорания, а именно к устройствам регулирования параметров искрового разряда, и может быть использовано совместно как с системой зажигания высокой энергии, так и с классической батарейной системой зажигания.

Известен способ зажигания топливно-воздушной смеси и система зажигания для его осуществления, согласно которому топливно-воздушную смесь воспламеняют путем подачи высокочастотных импульсов напряжения на электроды, подключенные к вторичной обмотке катушки зажигания, причем частоту импульсов напряжения изменяют в зависимости от величины тока во вторичной обмотке катушки зажигания, а система зажигания содержит источник тока и подключенные к нему последовательно первичную обмотку катушки зажигания и электронный ключ, ко входу управления которого подключены последовательно формирователь сигнала момента зажигания и генератор импульсов, вход управления частоты которого подключен через формирователь сигнала обратной связи по току в катушке зажигания к точке соединения первичной обмотки катушки зажигания и электронного ключа (см. патент РФ №2004835, опубл. 15.12.1993).

Недостатком указанного способа и устройства является то, что они не обеспечивают достаточно полного сгорания топлива и снижения уровня токсичности продуктов сгорания из-за низкой частоты и энергии искрообразования. Частота повторения искр ограничена необходимостью обеспечения в каждом такте генератора импульсов достаточного времени для накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания, а энергия искрообразования снижена за счет недостаточной частоты повторения искр, пауз между искрами и не использования отрицательных полуволн напряжения на первичной обмотке катушки зажигания.

Известна также система зажигания ДВС, которая содержит источник питания с аккумуляторной батареей, ключом зажигания, повышающим преобразователем напряжения и емкостным накопителем, катушку зажигания с подключенным к ее первичной обмотке параллельно емкостным элементам, распределитель и свечи зажигания, а также формирователь управляющих сигналов, блок формирования серии импульсов с одновибратором, автогенератором и преобразователем «частота-напряжение» и электронный ключ. Эта система обеспечивает более полное сгорание топлива и снижение токсичности выхлопных газов благодаря более высокой энергии и частоте искр зажигания переменного тока (см. патент РФ №2069791, опубл. 27.11.1996). Данная система наиболее близка к заявляемой по технической сути и принята в качестве прототипа.

Недостатками системы являются:

- недостаточно полное сгорание топлива и высокая токсичность выхлопных газов из-за отсутствия автоматической коррекции частоты импульсов зажигания в процессе горения топливно-воздушной смеси;

- низкая надежность, т.к. при установке системы на автомобиль требуется полная переделка штатной системы и возврат к ней в случае отказа предложенной системы требует значительных усилий и определенного уровня квалификации;

- сложность, определяемая наличием специального блока формирования серии импульсов с одновибратором, автогенератором и преобразователем «частота-напряжение» и выполнением повышающего преобразователя напряжения регулируемым;

- низкое быстродействие принудительной коррекции параметров серии искр из-за наличия в каналах управления преобразователя «частота-напряжение»;

- большое потребление энергии, связанное с тем, что система не только поддерживает колебательный процесс в катушке зажигания с емкостным элементом, но и должна инициировать первый пробой межэлектродного промежутка в свечах в каждой серии, а поскольку катушка зажигания работает в режимах прямой трансформации как в обычной - тиристорной системе зажигания, повышающий преобразователь напряжения должен иметь большое выходное напряжение (не менее 300 В) и, следовательно, обладает низким КПД;

- сложность регулировки, связанная с необходимостью точной установки частоты автогенератора;

- избыточная эрозия свечей и высокий уровень электромагнитных помех из-за однополярного характера тока в свечах зажигания и большого уровня емкостных составляющих разряда, снижение которого системе по прототипу невозможно без уменьшения энергии искрообразования ввиду быстрого затухания индуктивных составляющих, расположенных в паузах между емкостными составляющими.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы зажигания двигателя внутреннего за счет подпитки колебательного контура, образованного емкостным элементом и катушкой зажигания от повышающего преобразователя напряжения во время отрицательных полуволн напряжения, обеспечить высокую частоту искр и энергию искрообразования при автоматической коррекции частоты импульсов зажигания в процессе горения топливно-воздушной смеси, увеличение быстродействия, снижение уровня электромагнитных помех, уменьшение эрозии свечей и, как результат, создание эффективной, надежной, простой, быстродействующей, экономичной, не требующей регулировки системы зажигания ДВС, обеспечивающей более полное сгорание топлива и снижение уровня токсичности продуктов сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в известную систему зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащую источник питания и катушку зажигания, первый вывод первичной обмотки которой подключен к выходу источника питания, а второй - к первому выводу емкостного элемента, распределитель, свечи зажигания, формирователь управляющих сигналов и электронный ключ, согласно заявленному изобретению в систему введены дополнительно прерыватель, формирователь сигнала обратной связи и логический элемент 2ИЛИ-НЕ, причем источник питания оснащен двумя дополнительными выходами, из которых первый соединен с минусом источника питания через электронный ключ, а второй вместе с первым выводом формирователя сигнала обратной связи - с входом формирователя управляющих сигналов и первым выводом прерывателя, второй вывод которого соединен с минусом источника питания, с точкой соединения второго вывода первичной обмотки катушки зажигания и первого вывода емкостного элемента, второй вывод которого подключен к минусу источника питания, первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ соединен со вторым выводом формирователя сигнала обратной связи, его второй вход - с выходом формирователя управляющих сигналов, а его выход - с управляющим входом электронного ключа.

Источник питания может быть выполнен с тремя входами в виде соединенных последовательно аккумуляторной батареи, ключа зажигания и повышающего преобразователя напряжения с емкостным накопителем энергии, причем минус аккумуляторной батареи является минусом источника питания, точка соединения ключа зажигания и входа повышающего преобразователя напряжения образует выход источника питания, выходы повышающего преобразователя гальванически отсоединены от аккумуляторной батареи, его положительный выход образует первый дополнительный выход источника питания, а отрицательный - второй дополнительный выход источника питания.

Формирователь сигнала обратной связи может быть выполнен, например, в виде соединенных последовательно резистора и конденсатора. Формирователь управляющих сигналов может содержать соединенные последовательно устройство подавления "дребезга" контактов прерывателя и устройство углового ограничения длительности искрового разряда.

Устройство подавления "дребезга" контактов прерывателя может содержать логический элемент НЕ, вход которого подключен через первый резистор ко входному выводу устройства, а его выход соединен через обратный диод с выходным выводом устройства, подключенным также через второй резистор с выходом источника питания, а через конденсатор - с минусом источника питания.

Устройство углового ограничения длительности искрового разряда может содержать RS-триггер, выполненный на двух логических элементах 2И-НЕ, вход установки которого соединен через первый конденсатор с входным выводом устройства и через первый резистор - с выходом источника питания, а его вход сброса - с выходом операционного усилителя и через второй конденсатор - с инвертирующим входом операционного усилителя, который подключен также через цепочку, состоящую из соединенных последовательно обратного первого диода и второго резистора, параллельно которой подключена цепочка из последовательных прямого диода и третьего резистора, с инвертирующим выходом RS-триггера, неинвертирующий выход которого является выходом устройства, а на неинвертирующий вход операционного усилителя подается напряжение смещения.

На фиг.1 приведена функциональная схема системы зажигания ДВС.

На фиг.2 - принципиальная схема формирования управляющих сигналов системы зажигания.

На фиг.3 - эпюры напряжений, поясняющие работу формирователя управляющих сигналов, где:

А - состояние контактов прерывателя на входе формирователя управляющих сигналов и на входе устройства подавления «дребезга» контактов;

Б - напряжение на выходе логического элемента НЕ устройства подавления «дребезга» контактов;

В - напряжение на выходе устройства подавления «дребезга» контактов;

Г - сигналы на выходе устройства RS-триггера;

Д - сигнал на инвертирующем выходе RS-триггера;

Е - напряжение на входе сброса RS-триггера;

Ж - сигнал на выходе формирователя управляющих сигналов.

Система зажигания (фиг.1) содержит источник 1 питания с тремя выходами, катушку 2 зажигания с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, распределитель 5 зажигания, свечи 6 зажигания, электронный ключ 7, логический элемент 8 2ИЛИ-НЕ, формирователь 9 сигнала обратной связи, емкостной элемент 10, прерыватель 11 и формирователь 12 управляющих сигналов. Выход источника 1 питания соединен с первым выводом первичной обмотки 3 катушки зажигания 2, его первый дополнительный выход соединен через электронный ключ 7, управляющий вход которого соединен с выходом элемента 8 2ИЛИ-НЕ, с минусом источника питания.

Второй дополнительный выход источника 1 питания соединен со вторым выводом первичной обмотки 3 катушки 2 зажигания непосредственно, с минусом источника 1 питания через параллельные емкостной элемент 10 и прерыватель 11, с первым входом элемента 8 2ИЛИ-НЕ через формирователь 9 и со вторым входом элемента 8 2ИЛИ-НЕ - через формирователь 12. В системе зажигания источник 1 питания содержит соединенные последовательно аккумуляторную батарею 13, минус которой является минусом источника 1 питания, ключ 14 зажигания и повышающий преобразователь 15 напряжения с емкостным накопителем 16 энергии и с гальванической развязкой от аккумуляторной батареи. Точка соединения ключа 14 зажигания и входа преобразователя 16 образует выход источника 1 питания, положительный выход преобразователя 15 образует первый дополнительный выход источника 1 питания, а отрицательный выход - второй дополнительный выход источника 1 питания.

Формирователь 12 управляющих сигналов системы зажигания содержит соединенные последовательно устройство 17 подавления «дребезга» контактов прерывателя и устройство 18 углового ограничения длительности искрового разряда.

В процессе работы системы зажигания (фиг.2) высокочастотный колебательный процесс искрообразования начинается после размыкания контактов прерывателя 11. При этом формирователь 12 устанавливает сигнал низкого логического уровня на втором входе элемента 8 2ИЛИ-НЕ на тот период времени, который определяет продолжительность пачки искр в каждом такте искрообразования. Сигнал обратной связи во время отрицательной полуволны напряжения на обмотке 3 катушки зажигания 2 поступает через формирователь 9 на первый вход элемента 8 2ИЛИ-НЕ, после чего электронный ключ 7 открывается.

Конденсатор 16 источника питания 1, заряженный до повышающего напряжения (более 100 В), оказывается включенным последовательно с аккумуляторной батареей 13 и обмоткой 3 катушки 2 зажигания. Это суммарное напряжение перезаряжает конденсатор 10 и форсирует реверс тока в обмотке 3 катушки 2. Колебательный контур, образованный конденсатором 10 и катушкой 2, получает подпитку энергией, вследствие чего ток в обмотке 3 в прямом направлении существенно возрастает в сравнении со значениями, которые имеют место в случае затухания колебаний в контуре без подпитки. Когда отрицательная полуволна напряжения на обмотке 3 проходит через нулевое значение и становится положительной, на выходе формирователя 9 появляется сигнал низкого логического уровня, и ключ 8 замыкается, прерывая ток в прямом направлении через обмотку 3. Далее колебательный незатухающий процесс повторяется за отрезок времени, когда формирователь 12 поддерживает сигнал низкого логического уровня на другом входе элемента 8.

Формирователь 12 управляющих сигналов (фиг.2) зажигания содержит последовательно соединенное устройство 17 подавления «дребезга» контактов прерывателя и устройство 18 углового ограничения длительности искрового разряда. Во время размыкания контактов прерывателя 11 на входе элемента 20 НЕ появляется сигнал высокого логического уровня (фиг.3.А), а на его выходе - низкого (фиг.3.Б). Конденсатор 23 разряжается через диод 21 и выход элемента 20 (фиг.3.В).

В случае появления «дребезга» контактов прерывателя 11 конденсатор 23 разряжается уже при первом появлении короткого сигнала низкого логического уровня на выходе элемента 20. Задержка заряда конденсатора 23 благодаря присутствию резистора 22 в цепи его заряда обеспечивает поддержку конденсатора 23 в разряженном состоянии во время «дребезга» контактов и при их замыкании.

Цепочка R26 С25 дифференцирует напряжение на конденсаторе 23 (фиг.3.В) и формирует короткие сигналы установки на входе RS-триггера 24 (фиг.3.Г). На инвертирующем выходе триггера 24 появляется сигнал высокого логического уровня (фиг.3.Д), на его инвертирующем выходе и выходе формирователя 12 - низкого (фиг.3.Ж). Напряжение на выходе операционного усилителя 27, включенного по схеме интегратора, линейно уменьшается до уровня сброса триггера 24 (фиг.3.Е), после чего он снова переключается (фиг.3.Е). Сигналы на его выходах реверсируются (фиг.3.Д,Ж), а напряжение на выходе усилителя 27 линейно увеличивается до поступления следующего сигнала установки. Далее процесс повторяется. Благодаря выбору асимметрии цепочка заряда (диод 29, резистор 30) и разряда (диод 31, резистор 32) конденсатора 28 можно установить любую угловую длительность выходного сигнала низкого логического уровня на выходе формирователя 12 в диапазоне от 0 до 45° угла поворота распределителя 5, которая поддерживается с высокой точностью в широком диапазоне частот вращения.

Система обеспечивает более полное сгорание топлива и снижение токсичности выхлопных газов благодаря автоматическому заданию частоты импульсов зажигания в зависимости от изменения параметров топливно-воздушной смеси в процессе ее сгорания. В результате взаимодействия плазмы топлива, которая горит в электромагнитном поле вокруг электродов свечей зажигания, изменяются частотные характеристики обмоток катушки зажигания и соответственно резонансная частота колебательного контура, образованного индуктивностью первичной обмотки катушки зажигания и приведенной к ней вторичной и емкостным элементом.

В системе предусмотрено не жесткое задание частоты колебаний, а осуществляется организация незатухающих автоколебаний в колебательном контуре, индуктивность которого непосредственно корригируется процессом горения топливно-воздушной смеси.

Система зажигания повышает надежность системы ДВС, т.к. для ее установки не предусматривается демонтаж штатной системы зажигания, и она полностью сохраняется.

Система подключается к штатной с помощью 4-х проводов, при этом в штатной системе необходимо сделать только одно разъединение. Поэтому в случае отказа предложенной системы она будет продублирована штатной системой, переделать которую не составит труда.

Предлагаемая система зажигания существенно проще устройства-прототипа, поскольку в ее схеме отсутствует блок формирования серии импульсов, содержащей одновибратор, автогенератор и преобразователь «частота-напряжение», вместо которого введены три простых элемента: электронный ключ (или прерыватель), формирователь сигнала обратной связи и логический элемент 2ИЛИ-НЕ. Кроме того, дополнительное упрощение достигнуто за счет выполнения повышающего преобразователя напряжения нерегулируемым, поскольку его мощность невелика.

Быстродействие предложенной системы существенно повышено, т.к. быстрота коррекции частоты устанавливается только быстротой изменения концентрации плазмы около электродов свечей, а преобразователь «частота-напряжение» отсутствует.

Система зажигания требует значительно меньшей энергии, т.к. энергия повышающего преобразователя напряжения не расходуется на инициацию первичного пробоя, а расходуется только на поддержание автоколебаний. Поскольку фаза импульсов подкачки энергии в колебательный контур устанавливается автоматически, ошибка в фазе исключена и нет необходимости создавать запас энергии на случай «ухода» фазы или ошибки принудительного задания частоты, как в устройстве-прототипе. Кроме того, т.к. повышенное напряжение в предлагаемой системе существенно снижено (не более 100 В), КПД повышающего преобразователя больше, а потребление энергии меньше. Система не требует совсем никакой первоначальной регулировки частоты, т.к. частота многократного искрообразования устанавливается оптимальной автоматически.

В предложенной системе эрозия свечей и уровень электромагнитных помех существенно снижены, т.к. между электродами свечей течет не импульсный однополярный, а переменный ток, причем емкостная составляющая тока искрового разряда в каждой пачке искр присутствует в чистом виде только во время первой искры.

Указанные признаки неизвестны авторам из отечественных и зарубежных источников, поэтому они являются существенными и новыми. Предложенное решение явным образом не вытекает из современного уровня техники и не является очевидным для специалистов в области автомобильной электроники. Решение может быть осуществлено известными средствами производства. Поэтому оно отвечает критериям изобретения и ему может быть дана правовая защита.

1. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая источник питания и катушку зажигания, первый вывод первичной обмотки которой подключен к выходу источника питания, а второй - к первому выводу емкостного элемента, распределитель, свечи зажигания, формирователь управляющих сигналов и электронный ключ, отличающаяся тем, что в нее введены дополнительно прерыватель, формирователь сигнала обратной связи и логический элемент 2 ИЛИ - НЕ, причем источник питания оснащен двумя дополнительными выходами, из которых первый соединен с минусом источника питания через электронный ключ, а второй вместе с первым выводом формирователя сигнала обратной связи - с входом формирователя управляющих сигналов и первым выводом прерывателя, второй вывод которого соединен с минусом источника питания, с точкой соединения второго вывода первичной обмотки катушки зажигания и первого вывода емкостного элемента, второй вывод которого подключен к минусу источника питания, первый вход элемента 2 ИЛИ - НЕ соединен со вторым выводом формирователя сигнала обратной связи, его второй вход - с выходом формирователя управляющих сигналов, а его выход - с управляющим входом электронного ключа.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен с тремя входами в виде соединенных последовательно аккумуляторной батареи, ключа зажигания и повышающего преобразователя напряжения с емкостным накопителем энергии, причем минус аккумуляторной батареи является минусом источника питания, точка соединения ключа зажигания и входа повышающего преобразователя напряжения образует выход источника питания, выходы повышающего преобразователя гальванически отсоединены от аккумуляторной батареи, его положительный выход образует первый дополнительный выход источника питания, а отрицательный - второй дополнительный выход источника питания.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что формирователь сигнала обратной связи выполнен, например, в виде соединенных последовательно резистора и конденсатора.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что формирователь управляющих сигналов содержит соединенные последовательно устройство подавления "дребезга" контактов прерывателя и устройство углового ограничения длительности искрового разряда.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что устройство подавления "дребезга" контактов прерывателя содержит логический элемент НЕ, вход которого подключен через первый резистор ко входному выводу устройства, а его выход соединен через обратный диод с выходным выводом устройства, подключенным также через второй резистор к выходу источника питания, а через конденсатор - к минусу источника питания.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что устройство углового ограничения длительности искрового разряда содержит RS-триггер, выполненный на двух логических элементах 2И - НЕ, вход установки которого соединен через первый конденсатор с входным выводом устройства и через первый резистор - с выходом источника питания, а его вход сброса - с выходом операционного усилителя и через второй конденсатор с инвертирующим входом операционного усилителя, который подключен также через цепочку, состоящую из соединенных последовательно обратного первого диода и второго резистора, параллельно которой подключена цепочка из последовательных прямого диода и третьего резистора, с инвертирующим выходом RS-триггера, неинвертирующий выход которого является выходом устройства, а на неинвертирующий вход операционного усилителя подается напряжение смещения.

www.findpatent.ru

Система зажигания двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к системам зажигания на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания и позволяет упростить конструкцию системы зажигания и обеспечить надежный запуск двигателя путем увеличения мощности и длительности разряда. Система зажигания содержит источник питания, преобразователь напряжения, накопительный конденсатор, соединенный с первичной обмоткой катушки зажигания, и коммутирующий элемент, образующий колебательный контур, с колебательным контуром связан блок обратной связи, который своим выходом соединен с устройством усиления и формирования сигнала, при этом блок обратной связи выполнен с возможностью управления работой коммутирующего элемента. 1 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания на транспортных средствах с двигателем внутреннего сгорания.

В классической системе зажигания при замыкании прерывателя ток, протекающий через первичную обмотку катушки зажигания, возрастает по экспоненциальному закону. В момент размыкания прерывателя во второй обмотке катушки зажигания генерируется высокое напряжение, величина которого пропорциональна количеству энергии, запасенному в катушке зажигания за время протекания тока. Недостатками классической системы является то, что при увеличении частоты вращения вала двигателя количество энергии, запасенное в катушке зажигания, уменьшается, а величина тока, протекающего через первичную обмотку катушки зажигания, зависит от напряжения источника питания, что приводит к снижению мощности искровых разрядов, тем более при запуске двигателя. Известна система зажигания двигателя внутреннего сгорания, включающая источник питания, катушку зажигания, первичная обмотка которой образует с емкостным элементом колебательный контур, а также блок формирования импульсов, частота которых равна или в целое число раз меньше резонансной частоты контура, см. патент РФ N 2069791, 1993 г, кл. F 02 P 15/10. Однако предложенная система зажигания сложна в выполнении, так как требует необходимости введения электронного ключа, содержащего высоковольтные и низковольтные транзисторы, и дополнительного блока формирования импульсов. Эта система ненадежна в эксплуатации. Наиболее близким техническим решением является система зажигания по патенту РФ N 2004835, 1992 г, кл. F 02 P 15/00, включающая катушку зажигания, коммутирующий элемент, а также формирователь сигналов обратной связи. Однако в данной системе ограничена скорость нарастания импульсов, амплитуды и напряжения коммутирующего тока. Кроме того, ограничена мощность и длительность искры, что не обеспечивает надежного запуска двигателя. Технической задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции системы, получение мощного и длительного искрообразования, обеспечивающего надежную работу двигателя внутреннего сгорания не зависимо от характеристик топливной смеси, климатических условий, параметров и технического состояния свечей зажигания, а также обеспечение более полного сгорания топливной смеси, что улучшит экологию путем снижения поступления в атмосферу вредных ядовитых газов. Техническая задача достигается тем, что в систему зажигания, содержащую источник питания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками, коммутирующий элемент, устройство усиления и формирования сигнала, датчик угла поворота, дополнительно введены установленный после источника питания преобразователь напряжения, соединенный с накопительным конденсатором, образующий с первичной обмоткой катушки зажигания колебательный контур, с которым соединен вход блока обратной связи, а его выход - с устройством усиления и формирования сигнала, при этом блок обратной связи выполнен с возможностью управления работой коммутирующего элемента. На чертеже представлена функциональная схема системы зажигания двигателя внутреннего сгорания. Система зажигания содержит источник питания 1, соединенный через преобразователь 2 напряжения с накопительным конденсатором 3, который, в свою очередь, посредством провода 4 соединен с первичной обмоткой катушки 5 зажигания. К соединительному проводу 4 подключен блок обратной связи 6, выходом 7 связанный с устройством 8 усиления и формирования сигналов, поступающих от датчика 9 угла поворота. Что касается выполнения блока обратной связи, то он охарактеризован посредством выполняемой им функциональной значимости, может быть выполнен различным образом и не является определяющим моментом изобретения и охарактеризован выполняемой функцией в связи с отличием от прототипа. Блок обратной связи может быть выполнен различным образом, например включать триггер. Устройство 8 усиления и формирования сигналов посредством коммутирующего элемента 10 связано с накопительным конденсатором 3. В представленной системе зажигания образован колебательный контур, состоящий из накопительного конденсатора 3, соединительного провода 4, первичной обмотки катушки 5 зажигания, массы автомобиля и коммутирующего элемента 10. Система зажигания работает следующим образом. При поступлении первого импульса от датчика 9 угла поворота через устройство 8 усиления и формирования сигнала открывается коммутирующий элемент 10, вследствие чего возникает колебательный процесс, вызывающий первичное искрообразование. В то же время с колебательного контура блоком 6 обратной связи снимается сигнал, который выходом 7 блока 6 обратной связи запускает устройство 8 усиления и формирования сигнала, обуславливающее определенную работу коммутирующего элемента 10, который, в свою очередь, поддерживает заданную длительность затухающего колебательного процесса в колебательном контуре 2-3. В качестве примера можно пояснить работу блока обратной связи следующим образом. Блок обратной связи через устройство усиления и формирования сигнала управляет работой коммутирующего элемента посредством управления длительностью или количеством импульсов, сформированным, например, триггером. Длительность или количество управляющих импульсов определяется параметрами сигналов, снимаемых с колебательного контура и определяемых, в свою очередь, характеристиками колебательной цепи, учитывающими емкость накопителя, индуктивность катушки зажигания и добротностью зависящей от величины выносимого сопротивления (реактивной и активной составляющей) внешней цепи - высоковольтные провода, состояние свеч зажигания и характеристик процесса сгорания. Возникший колебательный процесс за счет более полного разряда накопительного конденсатора 3 обеспечивает существенное увеличение длительности и мощности разряда в свечах зажигания. Увеличению длительности и мощности разряда в свечах зажигания позволяет создать условия для устойчивой работы двигателя за счет более полного сгорания топливной смеси различной концентрации, что позволяет снизить выбросы вредных газов в атмосферу. Кроме того, в предложенной системе переменный ток, протекающий через свечу зажигания, препятствует переносу металла с одного электрода на другой, что, в свою очередь, снижает эрозию электродов, уменьшающую срок их службы, что нарушает устойчивую работу двигателя, приводящую к ухудшению экологических характеристик двигателя. Предложенная система зажигания за счет уменьшения фронта искры, увеличения мощности и длительности разряда способствует обеспечению надежного запуска двигателя при практически любых метеоусловиях, уменьшению зависимости надежности двигателя от утечки напряжения, а также состояния зазора в свечах. Использование данной системы зажигания обеспечивает возможность использования свечей с увеличенным межэлектродным зазором, что позволяет получить эффект мощного факела распыла, что, в свою очередь, улучшает экономико-экологические характеристики двигателя. Предложенная система зажигания не критична к использованию как низкоомных так и высокоомных катушек зажигания.

Формула изобретения

Система зажигания двигателей внутреннего сгорания, содержащая источник питания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками, коммутирующий элемент, устройство усиления и формирования сигнала, датчик угла поворота и блок обратной связи, отличающаяся тем, что в систему зажигания после источника питания дополнительно введены преобразователь напряжения, соединенный с накопительным конденсатором, образующим с первичной обмоткой катушки зажигания посредством коммутирующего элемента колебательный контур, связанный с блоком обратной связи, при этом блок обратной связи, соединенный своим выходом с устройством усиления и формирования сигнала, выполнен с возможностью управления работой коммутирующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам зажигания, в частности к системе зажигания двигателей внутреннего сгорания, и позволяет улучшить режим работы двигателей путем создания искрового разряда с желаемыми характеристиками

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания и предназначено для поджига рабочей смеси в цилиндрах

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для накопления электрической энергии большой энергоемкости в автономных системах электропитания

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в системах электростартерного пуска и искрового зажигания

Изобретение относится к устройствам зажигания для двигателей внутреннего сгорания, в частности к электронным конденсаторным устройствам с импульсным накоплением энергии

Изобретение относится к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания, в частности к блокам электронного зажигания, предназначенным для работы в таких системах

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к автотранспорту, и может найти широкое применение в современном автотранспорте для снижения токсичности выхлопных газов

Изобретение относится к источникам электроэнергии, устанавливаемым на двигателях внутреннего сгорания транспортных средств, в частности мототехники, для питания систем зажигания этих двигателей и бортовой сети мототехники (фары, фонари, светосигнальные приборы)

Изобретение относится к искровым разрядникам, в частности к устройствам для воспламенения горючих смесей в двигателях внутреннего сгорания

Изобретение относится к области теплоэнергетики, двигателестроения, а также электроники в части схемотехники

Изобретение относится к системам электроискрового зажигания с емкостными накопителями энергии

Изобретение относится к технологии изготовления электрооборудования, эксплуатируемого на летательных аппаратах, в частности агрегатов зажигания авиационных газотурбинных двигателей и жидкостных ракетных двигателей, и может также быть использовано для изготовления изделий с применением пенопластов, к которым предъявляются повышенные требования к термостойкости и вибропрочности

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для розжига горючих смесей с помощью электрической искры, в частности в емкостных системах зажигания для контроля системы зажигания, установленной на двигатель в составе летательного аппарата, для оценки технического состояния системы зажигания в перерывах между запусками двигателей летательных аппаратов. Техническим результатом является повышение достоверности контроля работоспособности емкостной системы зажигания двигателей летательных аппаратов. Устройство контроля емкостной системы зажигания двигателей летательных аппаратов содержит датчик разрядного тока, устройство сравнения, задатчик контрольного значения напряжения амплитуды разрядного тока, измеритель временного интервала времени, исполнительный элемент. Выход датчика разрядного тока соединен с первым входом устройства сравнения, выход задатчика контрольного значения напряжения амплитуды разрядного тока подключен к второму входу устройства сравнения. Выход измерителя временного интервала подключен к исполнительному элементу. В устройство контроля дополнительно введены измерительный преобразователь давления окружающей среды, содержащий последовательно соединенные датчик давления окружающей среды, усилитель, задатчик контрольного напряжения давления окружающей среды, второе устройство сравнения, одновибратор, логическое устройство «И». Выход измерительного преобразователя давления окружающей среды подключен к первому входу второго устройства сравнения. Выход задатчика контрольного напряжения давления окружающей среды подключен к второму входу второго устройства сравнения, выход устройства сравнения подключен к входу одновибратора, выход которого и выход второго устройства сравнения подключены к логическому устройству «И», выходом подключенному к входу измерителя временного интервала. 1ил.

www.findpatent.ru

Система зажигания двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания, и позволяет обеспечить надежный запуск двигателя, уменьшить зависимость надежности в работе двигателя от утечки напряжения, а также состояния зазора в свечах. Система зажигания содержит источник питания, катушку зажигания, датчик угла поворота, блок усиления и формирования управляющего сигнала, коммутирующий элемент, блок обратной связи, преобразователь напряжения, установленный после источника питания и соединенный с накопительным элементом, образующим с первичной обмоткой катушки зажигания посредством коммутирующего элемента колебательный контур для прямой полуволны, цепь перезаряда, образующую с первичной обмоткой катушки зажигания и накопительным элементом замкнутый колебательный контур для тока обратной полуволны, при этом блок усиления и формирования управляющего сигнала выполнен из отдельных соединенных между собой схемы-согласования и схемы-формирования, второй вход которой соединен с блоком обратной связи. 2 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

В классической системе зажигания при замыкании прерывателя ток, протекающий через первичную обмотку катушки зажигания, возрастает по экспоненциальному закону. В момент размыкания прерывателя во вторичной обмотке катушки зажигания генерируется высокое напряжение, величина которого пропорциональна количеству энергии, запасенной в катушке зажигания за время протекания тока. Недостатком классической системы является то, что с увеличением частоты вращения двигателя количество запасенной энергии в катушке зажигания уменьшается, т. к. величина тока, протекающего через первичную обмотку в момент размыкания, уменьшается и зависит от напряжения источника питания, что приводит к снижению мощности искровых разрядов при запуске двигателя. Кроме того, использование транзистора в качестве коммутирующих элементов обуславливает недостаточную скорость нарастания высоковольтного импульса, а также невысокую надежность работы при возможном разрыве высоковольтной цени и выходу из строя коммутирующего элемента. Известна система зажигания ДВС, включающая источник питания, катушку зажигания, накопительный элемент, а так же блок формирования импульсов, см. патент N 2069791, 1996 г.кл. F 02 P 15/10. Однако предложенная система зажигания сложна в выполнении, а в эксплуатации ненадежна. Наиболее близким техническим решением является система зажигания по патенту N 2004835, 1992 г., кл. F 02 P 15/00, включающая источник питания, катушку зажигания, коммутирующий элемент, устройство усиления и формирования сигналы, а так же блок сигнала обратной связи. Технической задачей настоящего изобретения является получение мощного управляемого по длительности процесса искрообразования, обеспечивающего стабильную и надежную работу двигателя внутреннего сгорания в независимости от характеристик топливной смеси, климатических условий, параметров и технического состояния свечей зажигания, а также обеспечение более полного сгорания топливной смеси, что улучшает экологию путем снижения выброса в атмосферу вредных ядовитых газов. Техническая задача достигается тем, что в систему зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащую источник питания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками, датчик угла поворота, блок усиления и формирования управляющего сигнала, коммутирующий элемент и блок обратной связи дополнительно введены установленный после источника питания преобразователь напряжения, соединенный с накопительным элементом образующими с первичной обмоткой катушки зажигания посредством коммутирующего элемента колебательный контур для прямой полуволны, и цепь перезаряда также образующая с первичной обмоткой катушки зажигания и накопительным элементом замкнутый колебательный контур для тока обратной полуволны, при этом блок усиления и формирования управляющего сигнала выполнен из отдельных соединенных между собой схемы-согласования и схемы-формирования, второй вход которой соединен с блоком обратной связи, причем преобразователь напряжения выполнен с возможностью обеспечения стабилизации выходного напряжения независимо от температуры окружающей среды и напряжения источника питания. На фиг. 1 представлена функциональная схема системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, на фиг. 2 - цепь перезаряда (пример одного из возможных вариантов). Система зажигания включает источник питания 1, установленный за ним преобразователь 2 напряжения с термостабилизацией режима работы и выходного напряжения, который соединен с накопительным элементом 3. Накопительный элемент 3 одним выходом соединительным проводом 4 связан с первичной обмоткой катушки зажигания 5, а другим выходом посредством коммутирующего элемента 6 так же с первичной обмоткой катушки зажигания 5, образуя таким образом замкнутый колебательный контур для тока iпр. прямой полуволны. Преобразователь 2 напряжения выполнен с возможностью обеспечения стабилизации выходного напряжения независимо от температуры окружающей среды и напряжения источника питания. В систему зажигания так же дополнительно введена цепь 7 перезаряда накопительного элемента 3, образуя с первичной обмоткой катушки зажигания 5 и накопительным элементом 3 замкнутый колебательный контур для тока iобр. обратной полуволны. В простейшем варианте цепь перезаряда может иметь только один полупроводниковый диод 13, создавая путь для протекания тока iобр. перезаряда обратной полуволны колебательного процесса. Поскольку в зависимости от типа коммутирующего элемента и длительности управляющего импульса непрерывность колебательного процесса без отдельной цепи перезаряда может быть затруднена. Преобразователь напряжения системы зажигания должен выдавать достаточно стабильное выходное напряжение в пусковом режиме при низких значениях напряжения и температур. При номинальном напряжении питания и максимальных оборотах двигателя высокое напряжение преобразователя может быть снижено, т.к. мощность искры и ее длительность должны быть снижены из-за увеличения скорости сжатия газов и разогрева воздушной смеси, а также уменьшения времени сгорания. Исходя из данных требований преобразователь может быть выполнен, например, на основе блокинг-генераторов или двухтактных трансформаторных преобразователей с термоконпенсацией напряжения введения обратной связи по вторичному входному напряжению. Блок 8 усиления и формирования сигналов в предложенной системе зажигания выполнен из двух соединенных между собой самостоятельных схем: схемы-согласования 9 и схемы-формирования 10. В предложенной системе зажигания блок 11 обратной связи выполнен с возможностью регулировки длительности сигнала и своим входом соединен в точке А с соединительным проводом 4, а выходом - со схемой формирования 10. Схема-согласования 9 блока 8 усиления и формирования сигналов соединена с датчиком 12 угла поворота. К схеме-формирования 10 может быть подключен датчик противоугонного устройства (на чертеже не показан). Система зажигания работает следующим образом. От источника питания 1 запускается преобразователь 2 напряжения, обеспечивающий стабильное выходное напряжение, заряжающее накопительный элемент 3. При запуске двигателя с параметрического датчика 12 угла поворота синхронно частоте вращения вала двигателя (на чертеже не показан) поступает электрический сигнал на схему-согласования 9 блока 8 усиления и формирования управляющего сигнала, которая обеспечивает согласование и предварительное усиление электрического сигнала и передает на схему-формирования 10, где производится преобразование, суммирование и усиление электрического сигнала до амплитуд и форм, необходимых для надежного запуска коммутирующего элемента 6. Накопительный элемент 3 совместно с первичной обмоткой катушки зажигания 5 через коммутирующий элемент 6 и цепь перезаряда 7 образуют полный колебательный контур, формирующий затухающий колебательный процесс. Сигнал с параметрического датчика 12 угла поворота запускает коммутирующий элемент 6, формируя первичное искрообразование. Возникший электрический процесс колебательного контура посредством цепи блока 11 обратной связи так же подключенному к этому колебательному контуру посылает сигнал на второй вход схемы-формирования 10 и таким образом повторно, циклично запускает коммутирующий элемент 6, т.е. постоянно формируя затухающий колебательный процесс. Длительность колебательного процесса определяется регулировкой в блоке 11 обратной связи. Цепь 7 перезаряда накопительного элемента 3 обеспечивает возможность существования неразрывного колебательного процесса, который за счет более полного разряда накопительного элемента 3 обеспечивает существенное увеличение длительности и мощности разряда. Увеличение длительности и мощности разряда в свечах зажигания позволяет создать условия для устойчивой работы двигателя за счет более полного сгорания топливной смеси различной концентрации, что позволяет снизить выбросы вредных и ядовитых газов в атмосферу. Кроме того, в предложенной системе переменный ток, протекающий через свечу зажигания, препятствует переносу металла с одного электрода свечи на другой, что в свою очередь снижает эрозию электродов, снижающую срок их службы, что нарушает устойчивую работу двигателя, приводящую к ухудшению его экологических характеристик. Предложенная система зажигания за счет уменьшения фронта искры, увеличения и длительности разряда способствует обеспечению надежного запуска двигателя при практически любых метеоусловиях, уменьшению зависимости надежности работы двигателя от утечки напряжения, а также состояния зазора в свечах. Использование данной системы зажигания обеспечивает возможность использования свечей с увеличенным межэлектродным зазором, что позволяет получить эффект мощного факела распыла, что в свою очередь улучшает экономико-экологические характеристики двигателя. Предложенная система зажигания не критична к использованию как низкоомных, так и высокоомных катушек зажигания.

Формула изобретения

Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая источник питания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками, датчик угла поворота, блок усиления и формирования управляющего сигнала, коммутирующий элемент и блок обратной связи, отличающаяся тем, что в систему зажигания дополнительно введены установленный после источника питания преобразователь напряжения, соединенный с накопительным элементом, образующим с первичной обмоткой катушки зажигания посредством коммутирующего элемента колебательный контур для прямой полуволны, и цепь перезаряда, образующая также с первичной обмоткой катушки зажигания и накопительным элементом замкнутый колебательный контур для тока обратной полуволны, при этом блок усиления и формирования управляющего сигнала выполнен из отдельных соединенных между собой схемы-согласования и схемы-формирования, второй вход которой соединен с блоком обратной связи, который выполнен с возможностью управления работой коммутирующего элемента, причем преобразователь напряжения выполнен с возможностью обеспечения стабилизации выходного напряжения независимо от температуры окружающей среды и напряжения источника питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств

Изобретение относится к системам электроискрового зажигания с емкостными накопителями энергии

www.findpatent.ru

Система зажигания двигателя внутреннего сгорания

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: система зажигания двигателя внутреннего сгорания содержит катушку зажигания 1, первичная обмотка 2 которой подключена к источнику питания 4 через электронный ключ 5, емкостной элемент 8, включенный между выводами первичной обмотки, и блок 6 формирования серии импульсов, вход которого связан с формирователем 7 управляющих сигналов, а выход - подключен к входу управления электронного ключа 5. Катушка зажигания 1 и емкостной элемент 8 образуют колебательный LC-контур, а блок 6 формирования серии импульсов выполнен на выходную частоту, равную или в целое число раз меньшую резонансной частоты LC-контура. Система обеспечивает получение в свечах зажигания непрерывного разряда, длительность и мощность которого изменяется в зависимости от режима работы двигателя. 7 з. п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания.

Известно, что в классических системах зажигания в искровом промежутке свечи выделяется энергия, предварительно накопленная в катушке зажигания. Количество этой энергии, как правило, недостаточно для обеспечения надежного воспламенения рабочей смеси при запуске двигателя, а также при поступлении в цилиндры бедной смеси. Это приводит к затрудненному пуску при низких температурах, пропускам воспламенения смеси на переходных режимах работы двигателя, и является причиной увеличения токсичности выхлопных газов. Известна также система зажигания, содержащая катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, емкостной элемент, включенный между выводами первичной обмотки, и блок формирования серии импульсов, выход которого подключен к входу электронного ключа (ЕР, А, 0070572). В данной системе между электродами свечей получают серию искр, мощность которых изменяется. Однако, разряд в свече не является длительным и непрерывным, а следовательно увеличивается количество его емкостных составляющих, что повышает эрозию свечей и уровень электромагнитных помех. В основу настоящего изобретения положена задача создания надежной, экономичной и малогабаритной системы зажигания, обеспечивающей получение в свечах зажигания длительного непрерывного разряда, энергией которого можно управлять. Поставленная задача решается тем, что в системе, содержащей катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, емкостной элемент, включенный непосредственно между выводами первичной обмотки, и блок формирования серии импульсов, вход которого связан с формирователем управляющих сигналов, а выход подключен к входу управления электронного ключа, катушка зажигания и емкостной элемент образуют колебательный LC-контур, а блок формирования серии импульсов выполнен на выходную частоту равную, или в целое число раз меньшую резонансной частоты LC-контура, то есть частоты собственных колебаний тока в данном контуре во время работы системы зажигания. Иными словами, период между двумя последовательными открываниями электронного ключа равен, или в целое число раз больше периода колебаний тока в LC-контуре. Уточним, что приведенная индуктивность L колебательного контура не равна собственной индуктивности L1 первичной обмотки катушки зажигания, а зависит также от индуктивности L2 вторичной обмотки и коэффициента взаимоиндукции между обмотками. На величину приведенной емкости С колебательного контура влияет не только емкость конденсатора, подключенного параллельно первичной обмотке, но и собственные емкости первичной и вторичной цепей системы зажигания, однако это влияние является незначительным. Уточним также, что предлагается использовать для создания колебательного контура не накопительную емкость, а дополнительный конденсатор, который подключен параллельно первичной обмотке катушки зажигания, и заряжается непосредственно во время открывания электронного ключа. Предлагаемая схема позволяет эффективно передавать энергию из первичной цепи катушки зажигания во вторичную, при этом амплитуда импульсов напряжения на первичной обмотке может значительно превышать напряжение на выходе источника питания. Это дает возможность использовать в данной системе катушку зажигания с уменьшенным коэффициентом трансформации. В соответствии с п. 2 формулы изобретения для создания резонансного контура может быть использован конденсатор собственная емкость С1 которого больше или равна

, где L1 собственная индуктивность первичной обмотки, Ip ток разрыва электронного ключа, то есть максимально возможный ток через ключ в момент его запирания, Vдоп.кл. максимально допустимое напряжение на электронном ключе. Использование конденсатора указанной емкости позволяет обеспечить безопасный режим работы электронного ключа. В соответствии с п. 3 5 формулы изобретения блок формирования серии импульсов выполнен с возможностью управления длительностью серии и длительностью импульсов в серии в зависимости от режима работы двигателя, в частности в зависимости от частоты его вращения. С этой целью блок формирования серии импульсов содержит преобразователь "частота-напряжение", и последовательно соединенные управляемые напряжением одновибратор и автогенератор, причем выход преобразователя "частота-напряжение" подключен к входу управления длительностью импульса одновибратора и к входу управления длительностью импульсов автогенератора. Вход преобразователя "частота-напряжение" при этом подключен к формирователю управляющих сигналов. Это позволяет осуществлять регулирование длительности и мощности разрядов в свечах зажигания в зависимости от режима работы двигателя и таким образом управлять энергией разряда и увеличить срок службы свечей. Целесообразно использовать в настоящей системе зажигания источник питания, выполненный в виде повышающего преобразователя напряжения, вход которого подключен к аккумуляторной батарее, и емкостного накопителя энергии, подключенного к выходу преобразователя, как это указано в п. 6 формулы изобретения. Регулирование мощности разрядов в свечах в этом случае может быть осуществлено за счет выполнения преобразователя напряжения управляемым (см. п. 7 формулы). Указанное в п. 8 выполнение электронного ключа в виде двух последовательно соединенных транзисторов, один из которых включен в эмиттерную цепь другого, позволяет увеличить быстродействие ключа и уменьшить ток его управления. В свою очередь это дает возможность увеличить скорость нарастания напряжения во вторичной цепи и уменьшить влияние шунтирующего действия нагара на свечах зажигания. Указанное выполнение ключа позволяет также уменьшить рассеиваемую в выходной цепи транзисторного коммутатора мощность и исключить возможность вторичного пробоя высоковольтного транзистора. Для лучшего понимания изобретения ниже приводятся примеры выполнения предлагаемой системы зажигания и входящих в ее состав блоков со ссылками на чертежи, на которых: фиг. 1 функциональная схема системы зажигания; фиг. 2 - пример выполнения генератора серии импульсов; фиг. 3 схема электронного ключа. Система зажигания содержит катушку зажигания 1 с первичной обмоткой 2 и вторичной обмоткой 3, источник питания 4, электронный ключ 5, блок 6 формирования серии импульсов, формирователь 7 управляющих сигналов и емкостной элемент (конденсатор 8), образующий с первичной обмоткой 2 катушки зажигания колебательный LC-контур. Приведенная индуктивность L данного контура зависит от индуктивностей обмоток 2 и 3 и коэффициента взаимоиндукции между ними. Приведенная емкость С контура практически равна емкости конденсатора 8. Блок 6 формирования серии импульсов может содержать одновибратор 9, автогенератор 10, и преобразователь "частота-напряжение" 11. Возможно также иное выполнение блока 6, например на базе микропроцессора. Источник питания целесообразно выполнять в виде подключенного к аккумуляторной батарее 12 через ключ зажигания 13 повышающего преобразователя напряжения 14 с емкостным накопителем энергии 15 на выходе. К вторичной обмотке 3 катушки зажигания через распределитель 16 подключены свечи 17. Электронный ключ 5 содержит высоковольтный транзистор 18, база которого через резистор 19 подключена к аккумуляторной батарее 12, и низковольтный транзистор 20, имеющий большой коэффициент усиления, причем база транзистора 20 через резистор 21 соединена с выходом блока 6 формирования серии импульсов. Длительность искрового разряда задается с помощью одновибратора 9, имеющего вход 22, при изменении напряжения на котором изменяется длительность tc, вырабатываемых им импульсов. Мощность искрового разряда может регулироваться двумя способами: путем изменения напряжения Vп на емкостном накопителе энергии 15 или путем изменения длительности tи импульсов на выходе блока 6. Соответственно возможны два варианта выполнения системы. В соответствии с первым вариантом повышающий преобразователь напряжения 14 выполняют управляемым, с входом 23, при подаче сигнала на который преобразователь отключается. Вход 23 соединяют с формирователем 7 управляющих сигналов, который вырабатывает импульсы постоянной длительности, при этом частота импульсов пропорциональна частоте вращения двигателя (на фиг. 1 связь формирователя 7 с входом 23 показана прерывистой линией). Это позволяет уменьшать напряжение на емкостном накопителе энергии 15, и соответственно мощность искры, при увеличении частоты вращения двигателя. В соответствии с другим вариантом управляемым выполняют автогенератор 10. При этом длительность tи вырабатываемых им импульсов изменяется в зависимости от величины напряжения на его управляющем входе 24. Вход 24 одновибратора подключают к выходу преобразователя "частота-напряжение" 11 (на фиг. 2 данная связь показана прерывистой линией). Вход преобразователя "частота-напряжение" 11 соединен с формирователем 7 управляющих сигналов, что позволяет с увеличением частоты вращения двигателя уменьшать как длительность tc импульсов, вырабатываемых одновибратором 9, так и длительность tи импульсов, вырабатываемых автогенератором 10. За счет уменьшения длительности tи импульсов на выходе блока 6, уменьшается время открытого состояния электронного ключа 5, и соответственно величина тока, протекающего через первичную обмотку катушки зажигания. Пропорционально величине tи уменьшается также величина тока, протекающего между электродами свечи зажигания. Система зажигания работает следующим образом. Сигнал на начало искрообразования с выхода формирователя 7 управляющих импульсов поступает на вход блока 6. Этот сигнал запускает одновибратор 9, вырабатывающий импульс длительностью tc. Передний фронт импульса tc запускает автогенератор 10, генерирующий импульсы длительностью tи, частота следования которых равна, или в целое число раз больше резонансной частоты контура, образованного конденсатором 8 и обмотками катушки зажигания 1. При отпирании ключа 5 конденсатор 8 заряжается и ток через первичную обмотку 2 катушки зажигания увеличивается до значения, которое задается длительностью tи импульса на выходе автогенератора 10 или напряжением Vп источника питания. При этом во вторичной обмотке индуктируется высокое напряжение, что приводит к пробою искрового промежутка подключенной к ней свечи. Во время паузы между импульсами, когда ключ 5 закрыт, в LC-контуре возникают затухающие периодические электрические колебания. При этом напряжение на первичной обмотке 2 катушки зажигания может значительно превышать напряжение Vп. Следующий импульс длительностью tи вырабатывается автогенератором 10 через промежуток времени Т, равный или в целое число раз больший периода колебаний тока в LC-контуре, за счет чего контур подпитывается и в нем поддерживаются электрические колебания. Таким образом, в течение времени tc через свечу зажигания протекает переменный ток, воспламеняющий топливовоздушную смесь. Настоящее изобретение может быть применено практически на всех типах поршневых двигателей, работающих на бензине или на газовом топливе.

Формула изобретения

1. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, емкостный элемент, включенный между выводами первичной обмотки, и блок формирования серии импульсов, вход которого связан с формирователем управляющих сигналов, а выход подключен к входу управления электронного ключа, отличающаяся тем, что катушка зажигания и емкостный элемент образуют колебательный LC-контур, а блок формирования серии импульсов выполнен на выходную частоту, равную или в целое число раз меньшую резонансной частоты LC-контура. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что собственная емкость C1 элемента, включенного между выводами первичной обмотки катушки зажигания, больше или равна величине

где L1 собственная индуктивность первичной обмотки; Ip максимальный ток, протекающий через электронный ключ; Vдоп.кл. максимально допустимое напряжение на электронном ключе. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования серии импульсов выполнен с возможностью управления длительностью серии в зависимости от режима работы двигателя. 4. Система по п. 3, отличающаяся тем, что блок формирования серии импульсов выполнен с возможностью управления длительностью импульсов в зависимости от режима работы двигателя. 5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что блок формирования серии импульсов содержит преобразователь частота напряжение и последовательно соединенные управляемые напряжением одновибратор и автогенератор, причем выход преобразователя частота напряжение подключен к входу управления длительностью импульса одновибратора и входу управления длительностью импульсов автогенератора. 6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде последовательно соединенных аккумуляторной батареи, повышающего преобразователя напряжения и емкостного накопителя энергии. 7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что преобразователь напряжения выполнен с возможностью управления величиной выходного напряжения в зависимости от режима работы двигателя. 8. Система по п. 6, отличающаяся тем, что электронный ключ содержит два последовательно соединенных транзистора, один из которых включен в эмиттерную цепь другого, причем базовая цепь одного транзистора подключена к выходу блока формирования серии импульсов, а базовая цепь другого к источнику питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

www.findpatent.ru

Система зажигания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к электрооборудованию двигателей с принудительным воспламенением топливовоздушной смеси. Технический результат заключается в упрощении конструкции и уменьшении массы и габаритов системы зажигания. Согласно изобретению система зажигания двигателя внутреннего сгорания содержит распределитель высокого напряжения с подвижным и неподвижными контактами и свечи с обмотками возбуждения, установленными на наружных частях центральных электродов, выполненных из магнитострикционного материала. При этом один из выводов каждой обмотки возбуждения соединен с одним из неподвижных контактов распределителя высокого напряжения, а второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом свечи. Кроме того, второй вывод каждой обмотки возбуждения может быть соединен с центральным электродом соседней свечи. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к электрооборудованию двигателей с принудительным воспламенением топливовоздушной смеси.

Известна система зажигания ДВС, содержащая источник тока, катушку зажигания, прерыватель, механически связанный с валом двигателя, распределитель высокого напряжения с подвижным и неподвижными контактами, а также искровые свечи зажигания [1].

Такая система зажигания имеет недостаточную надежность, обусловленную низкой поджигающей способностью свечей.

Известна также свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорании, содержащая корпус с закрепленным на нем боковым электродом, размещенный в корпусе изолятор с центральным электродом и обмотку возбуждения, остановленную на наружной части центрального электрода, причем часть центрального электрода, размещенная внутри обмотки возбуждения, выполнена из магнитострикционного материала [2]. Система зажигания с такими свечами имеет повышенную надежность благодаря увеличенной поджигающей способности свечей зажигания. Поджигающая способность свечей зажигания увеличена за счет вынужденных колебаний топливовоздушной смеси в зоне разряда, приводящих к ее поляризации и, как следствие, к росту мощности искрового разряда.

Однако система зажигания с подобными свечами предполагает наличие ультразвукового генератора, что усложняет конструкцию и ухудшает габаритно-массовые показатели системы.

В основу изобретения поставлена задача в системе зажигания ДВС использовать для питания обмотки возбуждения центрального электрода высокочастотные составляющие тока, имеющие место при пробое искрового промежутка свечи, и благодаря этому исключить из состава системы ультразвуковой генератор.

Поставленная задача решается за счет того, что в системе зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащей распределитель высокого напряжения с подвижным и неподвижными контактами и свечи зажигания с обмотками возбуждения, установленными на наружных частях центральных электродов, выполненных из магнитострикционного материала, один из выводов каждой обмотки возбуждения соединен с одним из неподвижных контактов распределителя высокого напряжения, а второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом свечи.

В конкретном исполнении системы второй вывод каждой обмотки возбуждения может быть соединен с центральным электродом соседней свечи.

Введенные отличительные признаки обеспечивают питание обмоток возбуждения свечей высокочастотными составляющими тока, которые имеют место при пробое искрового промежутка, что позволяет устранить ультразвуковой генератор и этим упростить конструкцию и улучшить габаритно-массовые показатели системы зажигания ДВС.

На чертеже представлена схема предлагаемой системы зажигания двигателя внутреннего сгорании.

Система зажигания содержит датчик 1 импульсов момента зажигания, распределитель 2 высокого напряжения по свечам 3, транзисторный коммутатор 4 и индукционную катушку 5. Распределитель имеет подвижный контакт 6, соединенный с выходом индукционной катушки, и неподвижные контакты 7. Система подключена к источнику тока 8. Каждая свеча зажигания имеет стальной корпус 9 с закрепленным на нем боковым электродом 10 и размещенный в корпусе изолятор 11 с центральным электродом 12, изготовленным из магнитострикционного материала. Каждая свеча снабжена обмоткой возбуждения 13, установленной на наружной части центрального электрода. Один из выводов каждой обмотки возбуждения соединен высоковольтном проводом 14 с одним из неподвижных контактов 7 распределителя высокого напряжения, а второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен высоковольтным проводом 15 с центральным электродом соседней свечи зажигания /у которой один из выводов обмотки возбуждения подключен к неподвижному контакту, предыдущему по ходу распределителя высокого напряжения/.

Система зажигания функционирует следующим образом.

При вращении коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания с датчика 1 на коммутатор 4 поступают импульсы момента зажигания. Когда коммутатор 4 производит отсечку тока в первичной обмотке катушки 5, во вторичной обмотке создается высокое напряжение, которое распределяется по свечам 3 ротором распределителя 2.

Происходит процесс искрообразования; при этом в обмотках возбуждения 13 имеют место высокочастотные составляющие тока. Так как центральные электроды 12 изготовлены из магнитострикционного материала, то в них под действием высокочастотного поля обмоток 13 возникают механические колебания. Колебания торцов электродов 12 поляризуют топливовоздушную смесь в зоне искрового промежутка, после чего следует мощный искровой разряд. В представленной схеме поляризация рабочей смеси осуществляется в такте сжатия /перед подачей высокого напряжения на электрод 12/ благодаря тому, что второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом соседней свечи.

Следует отметить, что при соединении второго вывода обмотки возбуждения с центральным электродом, охватываемым данной обмоткой, поляризация рабочей смеси и подача высокого напряжения на центральный электрод происходит практически одновременно. Таким образом, имеется возможность выбора интервала времени между энергетической накачкой смеси и ее воспламенением в зависимости от конкретных условий использования изобретения.

В предложенной системе зажигания ДВС упрощение конструкции достигнуто устранением ультразвукового генератора, функцию которого здесь выполняет токи высокой частоты, которые имеют место при пробое искрового промежутка свечи. При этом масса и габариты системы зажигания существенно уменьшаются.

Внедрение изобретения не требует больших затрат и сводится к подключению выводов обмотки возбуждения свечи зажигания в разрыв провода высокого напряжения. Учитывая большое количество двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием и неудовлетворительную работу существующих систем зажигания, изобретение позволит получить значительный экономический эффект.

Источники информации

1. Боровских Ю.И., Куралев Ю.В., Морозов К.А. Устройство автомобилей: Практическое пособие - М.: Высшая школа, 1989, с.129, рис. 11.17. Электрическая схема бесконтактной системы зажигания "Искра".

2. SU 1372437, кл. H 01 Т 13/00, 1988.

1. Система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая распределитель высокого напряжения с подвижным и неподвижными контактами и свечи с обмотками возбуждения, установленными на наружных частях центральных электродов, выполненных из магнитострикционного материала, отличающаяся тем, что один из выводов каждой обмотки возбуждения соединен с одним из неподвижных контактов распределителя высокого напряжения, а второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом свечи.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй вывод каждой обмотки возбуждения соединен с центральным электродом соседней свечи.