устройство получения напряжения для поджига рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Устройство получения напряжения для поджига рабочей смеси в двигателе внутреннего сгорания, содержащее первый повышающий трансформатор, в цепь питания первичной обмотки которого включен транзистор, схему управления транзистором и ограничительный конденсатор, разряжающийся во время формирования импульса высокого напряжения, отличающееся тем, что оно снабжено вторым повышающим трансформатором, дополнительным конденсатором и трансформатором с насыщающимся магнитопроводом (магнитным ключом), причем первичная обмотка магнитного ключа включена в цепь разряда ограничительного конденсатора, вторичные обмотки повышающих трансформаторов соединены последовательно, а вторичная обмотка магнитного ключа, дополнительный конденсатор и первичная обмотка второго повышающего трансформатора образуют замкнутый контур.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено двумя дросселями, один из которых включен последовательно с первичной обмоткой первого повышающего трансформатора, а другой последовательно с первичной обмоткой магнитного ключа.

3. Устройство по одному из пп.1 и 2, отличающееся тем, что магнитный ключ снабжен дополнительной подмагничивающей обмоткой.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что оно снабжено фильтрующим конденсатором, подключенным параллельно вторичной обмотке первого повышающего трансформатора.

5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что емкость С2 дополнительного конденсатора выбрана из условия:

С2=С1/К²,

где С1 - емкость ограничительного конденсатора;

К - коэффициент трансформации магнитного ключа.

6. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что второй повышающий трансформатор выполнен с возможностью установки на свечу зажигания, а все остальные элементы размещены в одном корпусе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением рабочей смеси.

Классическая система зажигания содержит катушку зажигания, представляющую собой индуктивный накопитель энергии, совмещенный с повышающим трансформатором. Импульс зажигания в такой системе вырабатывается при прерывании тока через первичную обмотку катушки зажигания. Системы с накоплением энергии в индуктивности имеют невысокий КПД, а сами накопители имеют большие массогабаритные показатели. Кроме того, количества энергии, накапливаемой в катушке зажигания, зачастую недостаточно для обеспечения надежного воспламенения рабочей смеси при запуске двигателя, а также при поступлении в цилиндры бедной смеси. Это приводит к затрудненному запуску при низких температурах, пропускам воспламенения смеси на переходных режимах работы двигателя и является причиной увеличения токсичности выхлопных газов.

Известна электронная система зажигания, в которой пробой искрового промежутка свечи происходит при замкнутой цепи первичной обмотки катушки зажигания во время протекания в ней тока. Система может работать в многоискровом режиме либо в режиме поддержания длительного непрерывного разряда в свече зажигания. Это осуществляется за счет многократного переключения силового транзисторного ключа в цепи питания первичной обмотки катушки зажигания (патент РФ 2020258, кл. F 02 P 3/04, 1994 г.). При прерывании тока через первичную обмотку в ней возникает ЭДС самоиндукции, являющаяся причиной возникновения импульсов перенапряжения на транзисторном ключе.

Для ограничения величины импульсов перенапряжения параллельно транзистору подключают конденсатор. Это позволяет снизить скорость падения тока в первичной обмотке катушки зажигания. Однако необходимо учитывать, что конденсатор малой емкости не дает ощутимого уменьшения импульса перенапряжения, а конденсатор большей емкости, разряжаясь через ключ, является причиной его перегрузки по току. Кроме того, уменьшение скорости падения тока в первичной обмотке приводит соответственно к уменьшению амплитуды и скорости нарастания вторичного напряжения, что отрицательно сказывается на надежности искрообразования.

В системе зажигания, известной из патента РФ 2020258, как и в системе с накоплением энергии в индуктивности, для того, чтобы обеспечить необходимое напряжение на свечах, требуется использовать катушку зажигания с большим количеством витков во вторичной обмотке (не менее 7000). Чтобы обеспечить ток разряда на уровне 60 - 100 мА при коэффициенте трансформации, равном 60 - 80, в первичной цепи необходимо коммутировать ток 6 - 10 А. Эти обстоятельства не позволяют миниатюризировать катушку зажигания и снизить затраты на ее производство.

Задачей изобретения является повышение надежности и экономичности работы устройства получения напряжения для поджига рабочей смеси, а также его миниатюризация.

Поставленная задача решается путем того, что устройство, содержащее первый повышающий трансформатор, в цепь питания первичной обмотки которого включен транзистор, смеху управления транзистором, и ограничительный конденсатор, разряжающийся во время формирования импульса высокого напряжения, снабжено вторым повышающим трансформатором, дополнительным конденсатором, и трансформатором с насыщающимся магнитопроводом (магнитным ключом), причем первичная обмотка магнитного ключа включена в цепь разряда ограничительного конденсатора, вторичные обмотки повышающих трансформаторов соединены последовательно, а вторичная обмотка магнитного ключа, дополнительный конденсатор и первичная обмотка второго повышающего трансформатора образуют замкнутый контур. Предлагаемая схема позволяет значительно уменьшить ток через первичную обмотку первого повышающего трансформатора, а также уменьшить количество витков в его вторичной обмотке и соответственно выполнить его малогабаритным. Использование для коммутации тока магнитного ключа дает возможность увеличить скорость нарастания вторичного напряжения в несколько десятков раз и, следовательно, повысить надежность искрообразования. Устройство имеет высокий КПД и надежно в работе, так как режим работы выходного транзистора значительно облегчен.

Для уменьшения частоты срабатывания выходного транзистора, а также для ограничения величины протекающего через него тока устройство может быть снабжено двумя дросселями, один из которых включен последовательно с первичной обмоткой первого повышающего трансформатора, а другой - последовательно с первичной обмоткой магнитного ключа.

Магнитный ключ может быть снабжен дополнительной подмагничивающей обмоткой, обеспечивающей насыщение магнитопровода ключа магнитным потоком, направление которого противоположно направлению потока, создаваемого первичной обмоткой. Это обеспечивает гарантированное приведение ключа в рабочее состояние перед очередным искрообразованием.

Для защиты низковольтных цепей от высокого напряжения параллельно вторичной обмотке первого повышающего трансформатора подключают фильтрующий конденсатор.

Экономичность устройства будет максимальной в том случае, если практически вся энергия предварительно заряженного ограничительного конденсатора при искрообразования будет передана в дополнительный конденсатор. Для достижения этого результата необходимо выбирать емкость C2 дополнительного конденсатора из условия C2=C1/K², где C1 - емкость ограничительного конденсатора, K - коэффициент трансформации магнитного ключа.

С конструктивной точки зрения, перспективным является вариант исполнения устройства согласно которому второй повышающий трансформатор выполняют с возможностью установки на свечу зажигания, а все остальные элементы размещают в одном корпусе. При таком исполнении устройства из системы зажигания двигателя исключаются такие конструктивные единицы, как катушка зажигания и распределитель. Однако целесообразным является также применение описываемого устройства в системе зажигания с распределителем.

На чертеже приведена электрическая схема устройства получения напряжения для электроискрового зажигания.

Устройство содержит первый повышающий трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 и вторичной обмоткой 3. В цепь питания первичной обмотки 2 включен транзистор 4, база которого соединенa со схемой управления 5. К коллектору транзистора 4 подключен вывод ограничительного конденсатора 6. Устройство также снабжено вторым повышающим трансформатором 7 с первичной обмоткой 8 и вторичной обмоткой 9, дополнительным конденсатором 10 и трансформатором 11 с насыщающимся магнитопроводом (магнитным ключом), имеющим первичную обмотку 12, вторичную обмотку 13 и подмагничивающую обмотку 14.

Последовательно с первичной обмоткой 2 первого повышающего трансформатора включен дроссель 15, а последовательно с первичной обмоткой 12 магнитного ключа - дроссель 16. Первичная обмотка 12 магнитного ключа, дроссель 16 и конденсатор 6 соединены последовательно в цепь, включенную между эмиттером и коллектором транзистора 4. Вторичные обмотки 3 и 9 повышающих трансформаторов 1 и 7 также соединены последовательно. Свободный вывод вторичной обмотки 9 трансформатора 7 в системе зажигания подключают либо к центральному контакту распределителя, либо непосредственно к одной из свеч зажигания. Вторичная обмотка 13 магнитного ключа дополнительный конденсатор 10 и первичная обмотка 8 второго повышающего трансформатора образуют замкнутый контур. Параллельно вторичной обмотке 3 первого повышающего трансформатора 1 подключен фильтрующий конденсатор 17. В эмиттерную цепь транзистора 4 включен низкоомный измерительный резистор 18.

Устройство содержит также повышающий преобразователь напряжения 19, от которого питается первичная обмотка 2 трансформатора 1. В системе зажигания вход преобразователя напряжения 19 подключается к аккумуляторной батарее 20, а входы схемы 5 управления транзисторным ключам 4 - к датчику зажигания (не показан) и к точке соединения эмиттера транзистора 4 и измерительного резистора 18. Подмагничивающая обмотка 14 магнитного ключа 11 может быть подключена к аккумуляторной батарее 20 через резистор 21.

Устройство получения напряжения для электроискрового зажигания работает следующим образом.

В исходном состоянии транзистор 4 закрыт и конденсатор 6 заряжен до напряжения на выходе преобразователя 19. За счет тока, протекающего через резистор 21 и подмагничивающую обмотку 14, магнитопровод трансформатора 11 насыщается до индукции -B_s.

При поступлении на вход схемы 5 сигнала с датчика зажигания транзистор 4 открывается и ток протекает через дроссель 15 и первичную обмотку 2 повышающего трансформатора 1. Во вторичной обмотке 3 при этом генерируется высокое напряжениe (3 - 5 кВ), которое является недостаточным для пробоя искрового промежутка свечи зажигания.

Одновременно конденсатор 6 разряжается по цепи, состоящей из транзистора 4, первичной обмотки 12 магнитного ключа и дросселя 16, ограничивающего ток разряда. Магнитопровод трансформатора 11 перемагничивается, а в его вторичной обмотке 13 возникает ЭДС, под воздействием которой заряжается конденсатор 10. Таким образом, осуществляется передача энергии из конденсатора 6 в конденсатор 10.

Через некоторое время магнитопровод магнитного ключа 11 насыщается до индукции +B_s, то есть магнитный ключ замыкается, так как его индуктивное сопротивление стaновится практически равным нулю. Напряжение конденсатора 10 в результате этого прикладывается к первичной обмотке 8 повышающего трансформатора 7. Во вторичной обмотке трансформатора 7 генерируется импульс напряжения, которое суммируется с напряжением на обмотке 3 и вызывает пробой искрового промежутка соответствующей свечи зажигания.

После пробоя искрового промежутка свечи зажигания ток в нем поддерживается за счет трансформатора 1. Величина тока, протекающего через транзистор 4, контролируется по падению напряжения на резисторе 18. При увеличении тока до заданного значения схема управления 5 формирует сигнал, закрывающий транзистор 4.

Длительный непрерывный разряд в свече зажигания достигается путем неоднократного переключения транзистора 4 из насыщенного состояния в состояние отсечки. Магнитный ключ 11, конденсатор 10 и трансформатор 7 при этом практически не оказывают влияния на работу схемы, а конденсатор 6 предотвращает возникновение на коллекторе транзистора 4 импульсов перенапряжения.

Процесс поджига смеси заканчивается при снятии управляющего сигнала с базы транзистора 4.4