RU2020258C1 - Method and apparatus for creating spark discharges in combustion chamber of internal combustion engine - Google Patents
Method and apparatus for creating spark discharges in combustion chamber of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2020258C1 RU2020258C1 SU4945023A RU2020258C1 RU 2020258 C1 RU2020258 C1 RU 2020258C1 SU 4945023 A SU4945023 A SU 4945023A RU 2020258 C1 RU2020258 C1 RU 2020258C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- primary winding
- ignition coil
- pulse
- voltage
- current
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а более точно - к способу создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания и устройству для его осуществления. The invention relates to internal combustion engines, and more specifically to a method for creating spark discharges in a combustion chamber of an internal combustion engine and a device for its implementation.
Изобретение может быть использовано в двигателестроении. The invention can be used in engine building.
Основным условием нормальной работы двигателя внутреннего сгорания является воспламенение порций рабочей смеси в цикле сжатия за счет образования искрового разряда в свече зажигания при подаче на нее высоковольтного импульса напряжения со вторичной обмотки катушки зажигания. Если по какой-либо причине искровый разряд не возникает, это приводит к неиспользованию рабочей смеси, вызывающему снижение КПД двигателя внутреннего сгорания, резкому увеличению выбросов СНх в атмосферу и загрязнению окружающей среды. Отсутствие искрового разряда может быть обусловлено снижением напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания до величины, недостаточной для пробоя искрового зазора свечи зажигания. При этом снижение напряжения характерно для большинства известных в настоящее время систем зажигания из-за уменьшения энергии, запасенной в первичной обмотке катушки зажигания, при увеличении частоты вращения двигателя внутреннего сгорания. В связи с этим более перспективные многоискровые системы зажигания оказались трудно реализуемыми за счет того, что в них крайне ограничено время для накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания.The main condition for the normal operation of the internal combustion engine is the ignition of portions of the working mixture in the compression cycle due to the formation of a spark discharge in the spark plug when a high voltage voltage pulse is applied to it from the secondary winding of the ignition coil. If for some reason a spark discharge does not occur, this leads to the non-use of the working mixture, causing a decrease in the efficiency of the internal combustion engine, a sharp increase in emissions of CH x into the atmosphere and environmental pollution. The absence of a spark discharge may be due to a decrease in the voltage on the secondary winding of the ignition coil to a value insufficient for the breakdown of the spark gap of the spark plug. Moreover, a decrease in voltage is characteristic of most currently known ignition systems due to a decrease in the energy stored in the primary winding of the ignition coil with an increase in the speed of the internal combustion engine. In this regard, more promising multi-spark ignition systems turned out to be difficult to implement due to the fact that they have extremely limited time for energy storage in the primary winding of the ignition coil.
Известен способ создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, при котором на управляющий ключ, подключенный к первичной обмотке катушки зажигания, подают множество синхронных импульсов, которые вызывают во вторичной обмотке высоковольтные импульсы напряжения, время между которыми является функцией частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, в свою очередь вызывающие искровые разряды между электродами свечи зажигания. There is a method of creating spark discharges in the combustion chamber of an internal combustion engine, in which a plurality of synchronous pulses are applied to the control key connected to the primary winding of the ignition coil, which cause high voltage voltage pulses in the secondary winding, the time between which is a function of the speed of the internal combustion engine, in turn, spark discharges between the electrodes of the spark plug.
При указанном способе время между соседними искровыми разрядами в свече зажигания на низких частотах вращения двигателя внутреннего сгорания может превысить время сгорания порции рабочей смеси, что приведет к неэффективности последующих искровых разрядов. На средних и высоких частотах вращения существенное влияние на протекание процессов сгорания оказывают первые искровые разряды, а эффективность последующих невысока. With this method, the time between adjacent spark discharges in the spark plug at low rotational speeds of the internal combustion engine can exceed the combustion time of a portion of the working mixture, which will lead to inefficiency of subsequent spark discharges. At medium and high speeds, the first spark discharges have a significant effect on the course of combustion processes, and the efficiency of the subsequent ones is low.
Кроме того, напряжение, подаваемое на первичную обмотку катушки зажигания, равно напряжению бортовой сети, равному 12 В, что не позволяет за короткое время запасти высокую энергию в первичной обмотке катушки зажигания в результате того, что в цикле сжатия порции рабочей смеси необходимо сформировать серию искровых разрядов от 3 до 20. Следствием этого является то, что при указанном способе на первичную обмотку катушки зажигания подают импульсы амплитудой 12 В. Это обуславливает необходимость использования катушки зажигания с очень высоким коэффициентом трансформации ( ≈1000). In addition, the voltage supplied to the primary winding of the ignition coil is equal to the voltage of the on-board network, equal to 12 V, which does not allow for a short time to store high energy in the primary winding of the ignition coil as a result of the fact that in the compression cycle of a portion of the working mixture it is necessary to form a series of spark discharges from 3 to 20. The consequence of this is that with the indicated method, pulses with an amplitude of 12 V are applied to the primary winding of the ignition coil. This necessitates the use of an ignition coil with a very high transformation ratio (≈1000).
Предложенное устройство для осуществления указанного способа рассчитано на формирование трех искровых разрядов. При увеличении количества искровых разрядов до 20 устройство усложняется, что снижает его надежность и увеличивает стоимость. The proposed device for implementing this method is designed to form three spark discharges. With an increase in the number of spark discharges to 20, the device becomes more complex, which reduces its reliability and increases the cost.
В результате указанных способ и устройство не могут найти широкого применения в двигателях внутреннего сгорания. As a result of the above method and device cannot be widely used in internal combustion engines.
Известен способ создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, при котором на первичную обмотку катушки зажигания подают напряжение, формируют в первичной обмотке в соответствии с пусковым импульсом зажигания импульс тока с заданными параметрами, вызывая во вторичной обмотке высоковольтный импульс напряжения, который подают по меньшей мере на одну свечу зажигания для формирования искровых разрядов в камере сгорания. A known method of creating spark discharges in the combustion chamber of an internal combustion engine, in which a voltage is applied to the primary winding of the ignition coil, a current pulse with predetermined parameters is formed in the primary winding in accordance with the ignition starting pulse, causing a high voltage voltage pulse in the secondary winding to be supplied, which is supplied at least at least one spark plug to form spark discharges in the combustion chamber.
Известно устройство для создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, осуществляющее указанный способ, содержащее катушку зажигания, первичная обмотка которой электрически связана с источником напряжения через повышающий преобразователь напряжения, а к вторичной обмотке подключена по меньшей мере одна свеча зажигания, электронный ключ для формирования импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания, подключенный к первичной обмотке катушки зажигания, и блок управления электронным ключом, устанавливающий момент начала формирования импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания, подключенный к управляющему входу электронного ключа и имеющий вход, на который поступают пусковые импульсы зажигания. A device is known for creating spark discharges in the combustion chamber of an internal combustion engine, implementing the method, comprising an ignition coil, the primary winding of which is electrically connected to a voltage source through a voltage boost converter, and at least one spark plug is connected to the secondary winding, an electronic key for generating a current pulse in the primary winding of the ignition coil connected to the primary winding of the ignition coil and the electronic key control unit ivayuschy the start of formation of a current pulse in the primary winding of the ignition coil connected to the control input of the electronic key and having an input that receives the ignition actuating pulses.
В указанном устройстве обеспечивается возникновение импульсов напряжения, прикладываемых к первичной обмотке катушки зажигания, не превышающих 400 В. Тем самым ограничивается величина высоковольтных импульсов напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания при заданном коэффициенте трансформации, которая может оказаться недостаточной для возникновения искрового разряда в свечах зажигания с увеличенным искровым зазором, а также в двигателях с высокой степенью сжатия. The specified device ensures the occurrence of voltage pulses applied to the primary winding of the ignition coil, not exceeding 400 V. This limits the magnitude of the high-voltage voltage pulses in the secondary winding of the ignition coil at a given transformation ratio, which may be insufficient for a spark discharge in spark plugs with increased spark gap, as well as in engines with a high degree of compression.
Указанный способ реализован на традиционной конденсаторной системе зажигания, в которой напряжение бортовой сети равное 12 В, повышают до 400 В, заряжая этим напряжением накопительный конденсатор повышающего преобразователя напряжения, который разряжают посредством электронного ключа на первичную обмотку катушки зажигания, вызывая возникновение высоковольтного импульса напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания. При указанном способе при каждом срабатывании электронного ключа происходит по существу полная разрядка накопительного конденсатора до напряжения бортовой сети, обеспечивая формирование одного искрового рязряда в цикле сжатия порции рабочей смеси в камере сгорания. При этом для формирования последующего искрового разряда необходимо обеспечить заряд накопительного конденсатора до уровня 400 В за время между соседними искровыми разрядами в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания или соседними пусковыми импульсами зажигания. При уменьшении указанного времени на больших оборотах двигателя внутреннего сгорания повышающий преобразователь напряжения практически не успевает зарядить накопительный конденсатор, емкость которого составляет 100 mF, до 400 В, что неизбежно приведет к уменьшению энергии искрового разряда на больших оборотах двигателя внутреннего сгорания. The specified method is implemented on a traditional capacitor ignition system in which the voltage of the on-board network equal to 12 V is increased to 400 V, charging the storage capacitor of the step-up voltage converter with this voltage, which is discharged by means of an electronic key to the primary winding of the ignition coil, causing the appearance of a high-voltage voltage pulse on the secondary coil ignition coil. With this method, each time the electronic key is triggered, the storage capacitor is essentially completely discharged to the voltage of the on-board network, providing the formation of one spark discharge in the compression cycle of a portion of the working mixture in the combustion chamber. Moreover, for the formation of a subsequent spark discharge, it is necessary to ensure the charge of the storage capacitor to a level of 400 V during the time between adjacent spark discharges in the combustion chamber of the internal combustion engine or neighboring ignition starting pulses. With a decrease in the indicated time at high speeds of the internal combustion engine, the step-up voltage converter almost does not have time to charge the storage capacitor, whose capacity is 100 mF, to 400 V, which will inevitably lead to a decrease in the energy of the spark discharge at high speeds of the internal combustion engine.
Таким образом, при предлагаемом способе существует зависимость энергии искрового разряда от частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, что, как правило, приводит к пропускам искрообразования. Кроме того, за счет длительного разряда накопительного конденсатора (емкостью 100 mF) через первичную обмотку происходит ее перегрев, что может привести к выходу ее из строя и снижает экономичность способа. Thus, with the proposed method, there is a dependence of the energy of the spark discharge on the speed of the internal combustion engine, which, as a rule, leads to omissions of sparking. In addition, due to the prolonged discharge of the storage capacitor (with a capacity of 100 mF), overheating occurs through the primary winding, which can lead to its failure and reduces the efficiency of the method.
Кроме того, высоковольтный импульс напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания возникает одновременно с началом разряда накопительного конденсатора через первичную обмотку катушки зажигания. In addition, a high voltage voltage pulse in the secondary winding of the ignition coil occurs simultaneously with the start of the discharge of the storage capacitor through the primary winding of the ignition coil.
Указанные особенности данного способа не позволяют реализовать на его основе систему зажигания с множеством искровых разрядов в цикле сжатия порции рабочей смеси в камере сгорания. These features of this method do not allow to implement on its basis an ignition system with many spark discharges in the compression cycle of a portion of the working mixture in the combustion chamber.
В основу изобретения положена задача разработать способ создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления, в которых за счет выбора напряжения, подаваемого на первичную обмотку катушки зажигания, выбора момента начала формирования импульса тока в этой первичной обмотке и его окончания, а также за счет выполнения блока управления электронным ключом, устанавливающего моменты начала и окончания импульса тока в первичной обмотке в соответствии с условием возникновения в ней резонанса, обеспечивали бы независимость энергии искрового разряда и времени протекания тока в первичной обмотке катушки зажигания от частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, уменьшение потребления электрической энергии от бортовой сети, более эффективное воспламенение порций рабочей смеси и более полное ее сгорание. The basis of the invention is the task of developing a method of creating spark discharges in the combustion chamber of an internal combustion engine and a device for its implementation, in which, by selecting the voltage supplied to the primary winding of the ignition coil, selecting the moment of formation of the current pulse in this primary winding and its end, and also due to the implementation of the electronic key control unit, which sets the moments of the beginning and end of the current pulse in the primary winding in accordance with the condition for the occurrence of onansa, would ensure the independence of the spark discharge energy and the time of current flow in the primary winding of the ignition coil on the frequency of rotation of the internal combustion engine, reducing consumption of electrical energy from an onboard network, more effective ignition of the working portions of the mixture and a more complete its combustion.
Это достигается тем, что при способе создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, при котором на первичную обмотку катушки зажигания подают напряжение, формируют в первичной обмотке в соответствии с пусковым импульсом зажигания импульс тока с заданными параметрами, вызывая во вторичной обмотке высоковольтный импульс напряжения, который подают по меньшей мере на одну свечу зажигания для формирования искровых разрядов в камере сгорания, напряжение, подаваемое на первичную обмотку катушки зажигания, устанавливают таким, чтобы время нарастания импульса тока в первичной обмотке до достижения им заданной амплитуды было существенно меньше времени сгорания порции рабочей смеси в камере сгорания, устанавливают момент начала формирования импульса тока в первичной обмотке совпадающим с моментом поступления пускового импульса зажигания и завершают формирование импульса тока путем его прерывания в момент достижения заданной амплитуды тока, ограничивая при прерывании скорость изменения тока. This is achieved by the fact that with the method of creating spark discharges in the combustion chamber of an internal combustion engine, in which a voltage is applied to the primary winding of the ignition coil, a current pulse with predetermined parameters is generated in the primary winding in accordance with the ignition starting pulse, causing a high voltage voltage pulse in the secondary winding which is supplied to at least one spark plug to form spark discharges in the combustion chamber, the voltage supplied to the primary winding of the ignition coil, They make it so that the rise time of the current pulse in the primary winding until it reaches a predetermined amplitude is significantly less than the time of combustion of a portion of the working mixture in the combustion chamber, the moment of the beginning of the formation of the current pulse in the primary winding is set to coincide with the moment the ignition start pulse arrives, and the current pulse is formed by its interruption at the moment of reaching a given amplitude of the current, limiting the rate of change of current during interruption.
Время нарастания импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания до достижения им заданной амплитуды устанавливают равным 50-500 мкс, а напряжение, которое подают на первичную обмотку катушки зажигания, устанавливают равным 30-120 В. The rise time of the current pulse in the primary winding of the ignition coil until it reaches a given amplitude is set to 50-500 μs, and the voltage that is supplied to the primary winding of the ignition coil is set to 30-120 V.
В интервале времени, соответствующем циклу сжатия порции рабочей смеси в камере сгорания, формируют в первичной обмотке катушки зажигания по меньшей мере один дополнительный импульс тока, вызывающий соответствующее количество дополнительных искровых разрядов в камере сгорания, устанавливая момент начала формирования каждого дополнительного импульса тока совпадающим с моментом окончания высоковольтного импульса напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания, вызванного предыдущим импульсом тока в первичной обмотке катушки зажигания, при этом параметры каждого дополнительного импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания устанавливают аналогичными параметрам основного импульса тока. In the time interval corresponding to the compression cycle of a portion of the working mixture in the combustion chamber, at least one additional current pulse is generated in the primary winding of the ignition coil, causing a corresponding number of additional spark discharges in the combustion chamber, setting the moment the formation of each additional current pulse coincides with the end moment high voltage voltage pulse in the secondary winding of the ignition coil caused by a previous current pulse in the primary winding of the ignition coil Hassium, the parameters of each additional current pulse in the primary winding of the ignition coil is set the same parameters of the main current pulse.
В устройстве для осуществления способа создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащем катушку зажигания, первичная обмотка которой электрически связана с источником напряжения через повышающий преобразователь напряжения, а к вторичной обмотке подключена по меньшей мере одна свеча зажигания, электронный ключ для формирования иммпульса тока в первичной обмотке катушки зажигания, подключенный к первичной обмотке катушки зажигания, и блок управления электронным ключом, устанавливающий момент начала формирования импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания, подключенный к управляющему входу электронного ключа и имеющий вход, на который поступают пусковые импульсы зажигания, в качестве блока управления электронным ключом использован управляемый генератор импульсов, при этом к первичной обмотке катушки зажигания подключен конденсатор, один вывод которого соединен с первичной обмоткой в точке ее соединения с электронным ключом, а второй вывод заземлен, и емкость которого выбрана из условия возникновения резонанса напряжения в контуре, образованном первичной обмоткой катушки зажигания и конденсатором. In the device for implementing the method of creating spark discharges in the combustion chamber of an internal combustion engine containing an ignition coil, the primary winding of which is electrically connected to a voltage source through a voltage boost converter, and at least one spark plug is connected to the secondary winding, an electronic key for generating a current pulse in the primary winding of the ignition coil, connected to the primary winding of the ignition coil, and an electronic key control unit that sets the moment At the beginning of the current pulse formation in the primary winding of the ignition coil, connected to the control input of the electronic key and having an input to which ignition starting pulses are supplied, a controlled pulse generator is used as the electronic key control unit, and a capacitor is connected to the primary winding of the ignition coil, one output which is connected to the primary winding at the point of its connection with the electronic key, and the second terminal is grounded, and the capacitance of which is selected from the condition for resonance, e.g. zheniya in the loop formed by the primary winding of the ignition coil and the capacitor.
При предлагаемом способе создания искровых разрядов в камере сгорания энергия искрового разряда не зависит от частоты вращения двигателя внутреннего сгорания вследствие того, что время нарастания импульса тока до достижения им заданной амплитуды существенно меньше времени между соседними пусковыми импульсами зажигания, что характерно как для формирования одиночного искрового разряда, так и для множества искровых разрядов. Способ позволяет повысить экономичность потребления энергии от бортовой сети за счет уменьшения времени протекания импульса (импульсов) тока по первичной обмотке катушки зажигания, что предохраняет ее от перегрева. With the proposed method for creating spark discharges in the combustion chamber, the energy of the spark discharge does not depend on the speed of the internal combustion engine due to the fact that the rise time of the current pulse until it reaches the specified amplitude is significantly less than the time between adjacent ignition starting pulses, which is typical for the formation of a single spark discharge , and for many spark discharges. The method improves the efficiency of energy consumption from the on-board network by reducing the flow time of the current pulse (s) along the primary winding of the ignition coil, which prevents it from overheating.
Возможность формирования множества искровых разрядов, составляющих в реальных двигателях внутреннего сгорания от 2 до 100 искровых разрядов, при перемещении порции рабочей смеси в камере сгорания в цикле сжатия с высокой скоростью вызывает возникновение множества очагов распространения воспламенения рабочей смеси. Следствием этого является существенное ускорение процесса сгорания порции рабочей смеси и увеличение вероятности ее воспламенения. The possibility of the formation of many spark discharges, which constitute from 2 to 100 spark discharges in real internal combustion engines, when moving a portion of the working mixture in the combustion chamber in a compression cycle at high speed, there are many foci of ignition of the working mixture. The consequence of this is a significant acceleration of the combustion process of a portion of the working mixture and an increase in the probability of ignition.
Предлагаемый способ позволяет использовать в качестве катушки зажигания высокочастотный повышающий трансформатор с ферритовым сердечником, что позволяет значительно уменьшить время между соседними импульсами тока в первичной обмотке катушки зажигания и приводит к увеличению количества искровых разрядов в камере сгорания в одном цикле сжатия. Это позволяет использовать на каждый цилиндр двигателя внутреннего сгорания свою катушку зажигания, имеющую малые габариты, следствием чего является исключение высоковольтного распределителя напряжения, используемого с одной катушкой зажигания, что приводит к уменьшению потерь энергии искровых разрядов и уменьшению помех, создаваемых системой зажигания. The proposed method allows the use of a high frequency step-up transformer with a ferrite core as an ignition coil, which can significantly reduce the time between adjacent current pulses in the primary winding of the ignition coil and leads to an increase in the number of spark discharges in the combustion chamber in one compression cycle. This makes it possible to use a small size ignition coil for each cylinder of an internal combustion engine, which results in the exclusion of a high voltage voltage distributor used with a single ignition coil, which leads to a reduction in the energy losses of spark discharges and a reduction in interference caused by the ignition system.
На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для создания искровых разрядов в камере сгорания, реализующего способ создания единичного и множества искровых разрядов; на фиг.2 (а, б, в, г) - временные диаграммы сигналов на блоках устройства при формировании единичного искрового разряда; на фиг. 3 (а, б, в, г, д) - временные диаграммы сигналов на блоках устройства при формировании множества искровых разрядов. In FIG. 1 shows a functional diagram of a device for creating spark discharges in a combustion chamber that implements a method for creating single and multiple spark discharges; figure 2 (a, b, c, d) - timing diagrams of signals on the blocks of the device during the formation of a single spark discharge; in FIG. 3 (a, b, c, d, d) - time diagrams of signals on the blocks of the device during the formation of many spark discharges.
Способ создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что на первичную обмотку катушки зажигания подают напряжение и формируют в первичной обмотке импульс тока с заданными параметрами (амплитудой, длительностью), причем напряжение устанавливают таким, чтобы время нарастания импульса тока до достижения им заданной амплитуды было существенно меньше времени сгорания порции рабочей смеси в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания. Момент начала формирования импульса тока устанавливают совпадающим с моментом поступления пускового импульса зажигания, и завершают формирование импульса тока путем его прерывания в момент достижения заданной амплитуды тока, ограничивая скорость изменения тока при прерывании импульса тока. Ограничение скорости изменения тока осуществляют с помощью конденсатора заданной емкости, подключенного к первичной обмотке катушки зажигания. The method of creating spark discharges in the combustion chamber of an internal combustion engine is that a voltage is applied to the primary winding of the ignition coil and a current pulse is formed in the primary winding with predetermined parameters (amplitude, duration), the voltage being set such that the rise time of the current pulse reaches with a given amplitude, it was significantly less than the time of burning a portion of the working mixture in the combustion chamber of an internal combustion engine. The moment of the beginning of the formation of the current pulse is set to coincide with the moment of receipt of the starting ignition pulse, and the formation of the current pulse is completed by interrupting it at the moment the specified current amplitude is reached, limiting the rate of change of current when the current pulse is interrupted. The rate of change of current is limited by a capacitor of a given capacity connected to the primary winding of the ignition coil.
Формирование импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания вызывает в ее вторичной обмотке высоковольтный импульс напряжения, который подают по меньшей мере на одну свечу зажигания для формирования искровых разрядов в камере сгорания. The formation of a current pulse in the primary winding of the ignition coil causes a high voltage voltage pulse in its secondary winding, which is supplied to at least one spark plug to form spark discharges in the combustion chamber.
Время нарастания импульса тока в первичной обмотке до достижения им заданной амплитуды устанавливают равным 50-500 мкс, а напряжение, которое подают на первичную обмотку, равно 30-120 В. The rise time of the current pulse in the primary winding until it reaches a given amplitude is set to 50-500 μs, and the voltage that is supplied to the primary winding is 30-120 V.
Выбор указанного времени нарастанияяя импульса тока обусловлен тем, что время сгорания порции рабочей смеси в разных режимах работы двигателя внутреннего сгорания составляет единицы миллисекунд. Кроме того, как показали исследования, оптимальная длительность искрового разряда (искровых разрядов) составляет 1,5-2,5 мс. При этом выбираемое из указанного диапазона время устанавливают в зависимости от используемого типа катушки зажигания, стремясь выбрать минимально возможным. The choice of the indicated rise time of the current pulse is due to the fact that the combustion time of a portion of the working mixture in different operating modes of the internal combustion engine is one millisecond. In addition, studies have shown that the optimal duration of a spark discharge (spark discharges) is 1.5-2.5 ms. At the same time, the time selected from the specified range is set depending on the type of ignition coil used, trying to choose the minimum possible.
Выбор указанного диапазона напряжений обусловлен реально существующими параметрами первичной обмотки катушки зажигания и связан с временным диапазоном 50-500 мкс. The choice of the specified voltage range is due to the really existing parameters of the primary winding of the ignition coil and is associated with a time range of 50-500 μs.
Описанный способ позволяет сформировать мощный высоковольтный импульс напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания, достаточный для пробоя искрового зазора свечи зажигания. Величина высоковольтного импульса напряжения определяется выражением
U2 = kI
k - коэффициент трансформации катушки зажигания;
I1 - амплитуда тока в первичной обмотке катушки зажигания;
L - индуктивность первичной обмотки катушки зажигания;
С - емкость, ограничивающая скорость изменения тока в первичной обмотке катушки зажигания и обеспечивающая возникновение в ней резонансных колебаний.The described method allows you to generate a powerful high-voltage voltage pulse in the secondary winding of the ignition coil, sufficient for breakdown of the spark gap of the spark plug. The magnitude of the high voltage voltage pulse is determined by the expression
U 2 = kI
k is the transformation coefficient of the ignition coil;
I 1 - the amplitude of the current in the primary winding of the ignition coil;
L is the inductance of the primary winding of the ignition coil;
C is the capacity limiting the rate of change of current in the primary winding of the ignition coil and ensuring the occurrence of resonant oscillations in it.
Как видно из выражения (1), величина высоковольтного импульса напряжения на вторичной обмотке по существу определяется амплитудой I1тока в первичной обмотке. Таким образом, для получения заданного высоковольтного импульса напряжения на вторичной обмотке необходимо обеспечить заданную амплитуду тока в первичной обмотке.As can be seen from the expression (1), the magnitude of the high voltage voltage pulse on the secondary winding is essentially determined by the amplitude I 1 of the current in the primary winding. Thus, to obtain a given high-voltage voltage pulse on the secondary winding, it is necessary to provide a given amplitude of the current in the primary winding.
Устройство для создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, реализующее указанный способ, содержит катушку 1 (см. фиг.1) зажигания, первичная обмотка 2 которой электрически связана с источником 3 напряжения (бортовой сетью) через повышающий преобразователь 4 напряжения. К вторичной обмотке 5 катушки 1 зажигания подключена по меньшей мере одна свеча 6 зажигания. A device for creating spark discharges in the combustion chamber of an internal combustion engine that implements this method comprises an ignition coil 1 (see FIG. 1), the
К первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания подключен электронный ключ 7 для формирования импульса тока в первичной обмотке, к управляющему входу которого подключен блок управления электронным ключом 7, в качестве которого использован управляемый генератор 8 импульсов, устанавливающий момент начала формирования импульса тока в первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания и момент его прерывания. При этом управляемый генератор 8 импульсов имеет управляющий вход, на который поступают пусковые импульсы зажигания. An electronic key 7 is connected to the
К первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания подключен также конденсатор 9 с заданной емкостью, величину которой выбирают в соответствии с параметрами катушки 1 зажигания и заданной величиной высоковольтного импульса напряжения. Один вывод конденсатора 9 подключен к точке соединения первичной обмотки 2 с электронным ключом 7, а другой вывод заземлен. A capacitor 9 is also connected to the
Повышающий преобразователь 4 напряжения в описываемом варианте устройства содержит генератор 10 импульсов, выход которого подключен к базе транзистора 11. Коллектор транзистора 11 подключен к одному выводу катушки 12 индуктивности, другой вывод которой подключен к клемме положительной полярности источника 3 напряжения. Эмиттер транзистора 11 заземлен. Катушка 12 индуктивности через диод 13, подключенный к ней анодом, подключена к одному выводу накопительного конденсатора 14, другой вывод которого заземлен. В схеме преобразователя 4 напряжения предусмотрен также стабилитрон 15, подключенный к одному выводу резистора 16 и входу компаратора 17, выход которого подключен к управляющему входу генератора 10 импульсов. Стабилитрон 15 подключен также к одному выводу резистора 18, другой вывод которого подключен к катоду диода 13 и накопительному конденсатору 14. К общей точке соединения стабилитрона 15 и резистора 18 подключен конденсатор 19, один вывод которого заземлен. The step-up voltage converter 4 in the described embodiment of the device contains a pulse generator 10, the output of which is connected to the base of the transistor 11. The collector of the transistor 11 is connected to one terminal of the inductor 12, the other terminal of which is connected to the positive polarity terminal of the voltage source 3. The emitter of transistor 11 is grounded. The inductor 12 through the diode 13 connected to it by the anode is connected to one terminal of the storage capacitor 14, the other terminal of which is grounded. The voltage converter 4 also includes a zener diode 15 connected to one output of the resistor 16 and the input of the comparator 17, the output of which is connected to the control input of the pulse generator 10. The zener diode 15 is also connected to one terminal of the resistor 18, the other terminal of which is connected to the cathode of the diode 13 and the storage capacitor 14. A capacitor 19 is connected to the common connection point of the zener diode 15 and the resistor 18, one terminal of which is grounded.
В описываемом варианте устройства электронный ключ 7 выполнен на основе транзистора 20, к которому подключен диод 21, служащий для обрезания отрицательной полуволны напряжения, возникающего на первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания. Эмиттер транзистора 20 и анод диода 21 заземлены. In the described embodiment of the device, the electronic switch 7 is made on the basis of a
Управляемый генератор 8 импульсов содержит задающий генератор 22 импульсов, к управляющему входу которого подключен выход одновибратора 23, вход которого подключен к выходу блока 24 согласования. При этом на вход блока 24 согласования поступают пусковые импульсы зажигания. The controlled pulse generator 8 contains a
Кроме того, в устройстве предусмотрен источник 25 напряжения, подключенный клеммой отрицательной полярности к шинам питания отрицательной полярности управляемого генератора 8 импульсов, генератора 10 импульсов и компаратора 17, а также резистору 16 повышающего преобразователя 4 напряжения. Источник 25 предназначен для уменьшения времени закрывания транзисторов 20 и 11, что позволяет управлять этими транзисторами 20, 11 с высокой частотой. In addition, the device provides a voltage source 25 connected by a negative polarity terminal to the negative power buses of the controlled pulse generator 8, pulse generator 10 and comparator 17, as well as resistor 16 of voltage boost converter 4. The source 25 is designed to reduce the closing time of the
Устройство для создания искровых разрядов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания при формировании единичного искрового разряда работает следующим образом. A device for creating spark discharges in the combustion chamber of an internal combustion engine during the formation of a single spark discharge works as follows.
Преобразователь 4 напряжения повышает напряжение источника 3 до величины, которую устанавливают в пределах 30-120 В, и это напряжение подают на первичную обмотку 2 катушки 1 зажигания. The voltage Converter 4 increases the voltage of the source 3 to a value that is set within 30-120 V, and this voltage is applied to the primary winding 2 of the ignition coil 1.
В повышающем преобразователе 4 напряжения при достижении на накопительном конденсаторе 14 напряжения, достаточного для открывания стабилитрона 15, на подключенном к нему резисторе 16 появляется сигнал, переключающий компаратор 17. При этом генератор 10 импульсов прекращает генерировать импульсы. Резистор 18, подключенный к стабилитрону 15, диоду 13 и накопительному конденсатору 14, определяет величину пульсаций напряжения на выходе повышающего преобразователя 4 напряжения, а конденсатор 19 сглаживает пульсации напряжения в цепи управления компаратора 17. In the step-up voltage converter 4, when the voltage at the storage capacitor 14 is sufficient to open the zener diode 15, a signal switching the comparator 17 appears on the resistor 16 connected to it. In this case, the pulse generator 10 stops generating pulses. A resistor 18 connected to a zener diode 15, a diode 13 and a storage capacitor 14 determines the magnitude of the ripple voltage at the output of the voltage boost converter 4, and the capacitor 19 smoothes the ripple voltage in the control circuit of the comparator 17.
При поступлении пускового импульса зажигания амплитудой 12 В, показанного на временной диаграмме фиг.2,а, от внешнего источника через блок 24 согласования и одновибратор 23 на вход задающего генератора 22 импульсов, последний генерирует управляющий импульс. Длительность управляющего импульса устанавливается одновибратором 23 и в описываемом варианте составляет 100 мкс; (см. фиг.2, б). Управляющий импульс поступает на базу транзистора 20, переводя его в открытое состояние своим передним фронтом. Открывание транзистора 20 соответствует моменту начала формирования импульса тока I1 в первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания (см. фиг.2, в). При достижении амплитуды импульса тока заданной величины завершают формирование импульса тока I1, закрывая транзистор 20 задним фронтом импульса от управляемого генератора 8. При этом скорость изменения (уменьшения) тока в первичной обмотке 2 ограничивают конденсатором 9. С момента закрывания транзистора 20 начинается формирование импульса напряжения в первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания (см. фиг.2, г). Одновременно начинается формирование высоковольтного импульса напряжения во вторичной обмотке 5 катушки 1 зажигания, который подают на свечу 6 зажигания, вызывая искровый разряд. Высоковольтный импульс напряжения повторяет форму импульса напряжения в первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания и имеет ту же длительность.Upon receipt of the ignition starting pulse with an amplitude of 12 V, shown in the time diagram of FIG. 2, a, from an external source through the matching unit 24 and a single-
В случае возникновения на коллекторе транзистора 20 импульса напряжения отрицательной полярности диод 21 ограничивает величину этого напряжения, обеспечивая защиту транзистора 20. In the event of a voltage pulse of negative polarity occurring on the collector of
Для увеличения вероятности воспламенения порции рабочей смеси в камере сгорания в интервале времени, соответствующем циклу ее сжатия, формируют в первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания множество импульсов тока, вызывающих соответствующее количество искровых разрядов в камере сгорания, устанавливая момент начала формирования каждого импульса тока, начиная со второго, совпадающим с моментом окончания высоковольтного импульса напряжения во вторичной обмотке 5, вызванного предыдущим импульсом тока в первичной обмотке 2. При этом параметры всех импульсов тока устанавливают одинаковыми и аналогичными параметрам единичного импульса тока. To increase the probability of ignition of a portion of the working mixture in the combustion chamber in the time interval corresponding to the compression cycle, a plurality of current pulses are generated in the primary winding 2 of the ignition coil 1, causing a corresponding number of spark discharges in the combustion chamber, setting the moment of formation of each current pulse starting from the second, coinciding with the moment of the end of the high voltage voltage pulse in the secondary winding 5, caused by the previous current pulse in the primary winding 2. In this case, the parameter s of all current pulses is set identical and similar parameters of a single current pulse.
Увеличение количества искровых разрядов в одном цикле сжатия целесообразно при использовании топлива с низкой воспламеняемостью. An increase in the number of spark discharges in one compression cycle is advisable when using fuel with low flammability.
Устройство для создания искровых разрядов в камере сгорания при формировании множества искровых разрядов работает по существу аналогично описанному. A device for creating spark discharges in a combustion chamber when forming a plurality of spark discharges works essentially as described.
Отличие заключается в том, что пусковой импульс зажигания амплитудой 12 В, показанный на фиг.3, а, от внешнего источника через блок 24 согласования поступает на вход одновибратора 23, задающего длительность Т генерирования пачки импульсов, в описываемом варианте составляющую 2 мс. Сигнал на выходе одновибратора 23 показан на фиг.3,б. The difference is that the ignition starting pulse with a amplitude of 12 V, shown in Fig. 3, a, from an external source through the matching unit 24 is fed to the input of a
При поступлении сигнала с выхода одновибратора 23 на вход задающего генератора 22 импульсов последний генерирует пачку управляющих импульсов, в описываемом варианте состоящую из десяти импульсов, с интервалом времени между передними фронтами соседних импульсов, составляющим 200 мкс (см. фиг. 3, в). По каждому импульсу пачки осуществляется открывание (передний фронт импульса) транзистора 20, что соответствует моменту начала формирования импульса тока I1 в первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания (см. фиг.3, г). Закрывание транзистора 20 осуществляется задним фронтом каждого импульса, что соответствует моменту окончания формирования импульса тока I1 в первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания. С каждого момента закрывания транзистора 20 до момента последующего его открывания в первичной обмотке 2 возникают импульсы напряжения, показанные на фиг.3, д. Одновременно с возникновением последовательности импульсов напряжения в первичной обмотке 2 возникает последовательность высоковольтных импульсов напряжения во вторичной обмотке 5 катушки 1 зажигания, вызывающих множество искровых разрядов в камере сгорания. По существу момент начала формирования каждого последующего импульса тока I1 в первичной обмотке 2 совпадает с моментом окончания высоковольтного импульса напряжения во вторичной обмотке 5 катушки 1 зажигания, вызванного предыдущим импульсом тока I1 в первичной обмотке 2. При этом импульсы тока I1 в первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания имеют одинаковые параметры (см. фиг.3, г).Upon receipt of a signal from the output of a single-
Задаваемое одновибратором 23 время формирования пачки импульсов лежит в интервале 1,5-2,5 мс, что является оптимальным временем длительности искровых разрядов в камере сгорания. The pulse shaping time set by the
Использование управляемого генератора 8 позволяет легко перестраивать работу устройства для создания искровых разрядов при изменении параметров катушки 1 зажигания, например при использовании в качестве катушки зажигания повышающего трансформатора с ферритовым сердечником. Using a controlled generator 8 allows you to easily rebuild the operation of the device to create spark discharges when changing the parameters of the ignition coil 1, for example when using as an ignition coil a step-up transformer with a ferrite core.
Для заданных параметров катушки 1 зажигания и заданного времени нарастания тока в первичной обмотке 2 катушки 1 зажигания напряжение на выходе повышающего преобразователя 4 устанавливают экспериментально, подбирая стабилитрон 15 с соответствующим напряжением стабилизации. For the given parameters of the ignition coil 1 and the specified rise time of the current in the primary winding 2 of the ignition coil 1, the voltage at the output of the boost converter 4 is set experimentally by selecting a zener diode 15 with the corresponding stabilization voltage.
Таким образом, в предлагаемых вариантах способа создания искровых разрядов в камере сгорания энергия искрового разряда не зависит от частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, так как время нарастания импульса (импульсов) тока до достижения им заданной амплитуды существенно меньше времени между соседними пусковыми импульсами зажигания. Способ позволяет повысить экономичность потребления энергии от бортовой сети за счет уменьшения времени протекания импульса (импульсов) тока по первичной обмотке катушки зажигания, что предохраняет ее от перегрева. Формирование множества искровых разрядов в цикле сжатия порции рабочей смеси вызывает множество очагов распространения воспламенения, что существенно ускоряет процесс сгорания порции рабочей смеси. Кроме того, предлагаемый способ позволяет использовать в качестве катушки зажигания высокочастотный повышающий трансформатор с ферритовым сердечником, следствием чего является возможность увеличения количества искровых разрядов в камере сгорания в одном цикле сжатия. Thus, in the proposed variants of the method for creating spark discharges in the combustion chamber, the energy of the spark discharge does not depend on the rotational speed of the internal combustion engine, since the rise time of the current pulse (s) until it reaches a predetermined amplitude is significantly less than the time between adjacent ignition starting pulses. The method improves the efficiency of energy consumption from the on-board network by reducing the flow time of the current pulse (s) along the primary winding of the ignition coil, which prevents it from overheating. The formation of many spark discharges in the compression cycle of a portion of the working mixture causes many foci of ignition propagation, which significantly accelerates the combustion process of a portion of the working mixture. In addition, the proposed method allows the use of a high-frequency step-up transformer with a ferrite core as an ignition coil, which results in the possibility of increasing the number of spark discharges in the combustion chamber in one compression cycle.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4945023 RU2020258C1 (en) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | Method and apparatus for creating spark discharges in combustion chamber of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4945023 RU2020258C1 (en) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | Method and apparatus for creating spark discharges in combustion chamber of internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020258C1 true RU2020258C1 (en) | 1994-09-30 |
Family
ID=21579047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4945023 RU2020258C1 (en) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | Method and apparatus for creating spark discharges in combustion chamber of internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2020258C1 (en) |
-
1991
- 1991-06-14 RU SU4945023 patent/RU2020258C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент Франции N 2534635, кл. F 02P 9/00, опублик.1984. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4677960A (en) | High efficiency voltage doubling ignition coil for CD system producing pulsed plasma type ignition | |
| US4149508A (en) | Electronic ignition system exhibiting efficient energy usage | |
| US3892219A (en) | Internal combustion engine ignition system | |
| US4345575A (en) | Ignition system with power boosting arrangement | |
| EP0280716B1 (en) | Method and arrangement for generating ignition sparks in an internal combustion engine | |
| US3636936A (en) | Auxiliary spark starting circuit for ignition systems | |
| US4004561A (en) | Ignition system | |
| US4326493A (en) | Multiple spark discharge ignition system | |
| JPS5840030B2 (en) | igniter | |
| EP0228840A2 (en) | Pulse generating circuit for an ignition system | |
| US3934570A (en) | Ferroresonant capacitor discharge ignition system | |
| GB1574733A (en) | Method and apparatus for the generation of ignition sparks | |
| US3316449A (en) | Ignition circuit | |
| JP2010151069A (en) | Ignition device for internal combustion engine | |
| RU2020258C1 (en) | Method and apparatus for creating spark discharges in combustion chamber of internal combustion engine | |
| US6782880B2 (en) | Ignition system and method for operating an ignition system | |
| US3445723A (en) | Ignition system applying induced voltage to the coil primary | |
| EP0142478A1 (en) | Method and apparatus in electronic ignition systems for internal combustion engine | |
| US10385819B2 (en) | Multi-strike ignition system for an internal combustion engine | |
| EP0095589A1 (en) | Internal combustion engine ignition system with improvement | |
| Mon | Capacitive Discharge Ignition CDI System for Spark Ignition SI Engine Pulse Control Circuit | |
| US3500808A (en) | Capacitive-discharge ignition system | |
| US2100210A (en) | Ignition system for internal com | |
| JPH01142269A (en) | Ignition device | |
| SU976122A1 (en) | Baterry ignition system |