RU2122139C1

RU2122139C1 - Ignition system of four-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: RU2122139C1
Application number: RU97101432A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Автоманов
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 1998-11-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; carburetor engines. SUBSTANCE: ignition switch is connected with storage battery and generator connected to ignition coil primary winding. All ignition coils are connected with spark plugs by high tension wires. Ignition coil primary windings are connected with switches of ignition breaker provided with capacitors and rotating cam. Ignition breaker switches are spring loaded and installed on breaker plate for engagement with cam. Cam is fitted on shaft set into motion by engine crankshaft and is provided with lobe designed for opening breaker switches. Breaker switches whose number corresponds to number of engine cylinders are uniformly placed on breaker plate to cam turning angle in compliance with number of engine cylinders. EFFECT: simplified design of ignition system owing to dispensing with ignition distributor, enhanced electrical characteristics of system. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в карбюраторных четырехтактных двигателях внутреннего сгорания (ДВС) для поджигания рабочей смеси в цилиндрах. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used in four-stroke carburetor internal combustion engines (ICE) for igniting the working mixture in the cylinders.

Известна система зажигания ДВС, содержащая катушку зажигания, прерыватель тока низкого напряжения с конденсатором и устройствами для регулирования момента зажигания, распределитель тока высокого напряжения, свечи зажигания, подавительные сопротивления для устранения помех радиоприему и включатель (замок) зажигания. Ток низкого напряжения, поступающего от аккумуляторной батареи или генератора, при помощи катушки зажигания и прерывателя с конденсатором преобразовывается в ток высокого напряжения. Этот ток через распределитель тока высокого напряжения поступает к свечам зажигания, ввернутым в отверстия головки блока цилиндров и размещенным внутри камер сгорания, где между электродами свечи в нужные моменты проскакивает электрическая искра, поджигающая сжатую в камере сгорания горячую смесь. Для получения достаточно мощной искры в среде сжатой рабочей смеси и особенно в холодное время необходимо высокое напряжение электрического тока порядка 12000 - 15000 В (см. книгу Анохина В.И. Отечественные автомобили. М.: Машиностроение, 1977, с. 262, рис. 169). A known internal combustion engine ignition system comprising an ignition coil, a low voltage current chopper with a capacitor and devices for controlling the ignition moment, a high voltage current distributor, spark plugs, suppression resistors to eliminate radio interference and an ignition switch (lock). The low voltage current from the battery or generator, using the ignition coil and chopper with capacitor is converted to high voltage current. This current flows through the high voltage current distributor to the spark plugs screwed into the openings of the cylinder head and placed inside the combustion chambers, where an electric spark jumps between the spark plug electrodes at the right moments, igniting the hot mixture compressed in the combustion chamber. To obtain a sufficiently powerful spark in a compressed working mixture, and especially in cold weather, a high voltage of about 12000 - 15000 V is required (see the book by V. Anokhin, Domestic Cars. M .: Mashinostroenie, 1977, p. 262, Fig. 169).

Недостатками описанной системы зажигания являются, во-первых, низкое вторичное напряжение, поступающее к свечам зажигания, и ограничение максимальной частоты вращения коленчатого вала ДВС вследствие уменьшения времени накопления энергии в первичной обмотке катушки с увеличением частоты вращения коленчатого вала ДВС, и во-вторых, большие потери энергии и увеличение коэффициента запаса из-за наличия в распределителе токоведущих частей высокого напряжения. The disadvantages of the described ignition system are, firstly, the low secondary voltage supplied to the spark plugs and the limitation of the maximum engine speed of the ICE crankshaft due to a decrease in the energy storage time in the primary winding of the coil with an increase in the engine speed, and secondly, large energy losses and an increase in the safety factor due to the presence of high voltage live parts in the distributor.

Наиболее близкой к предлагаемой системе зажигания по технической сущности (прототипом) является система зажигания четырехтактного ДВС, содержащая включатель зажигания, соединенный с аккумуляторной батареей и генератором, подключенными к первичной обмотке катушки зажигания, свечи зажигания, связанные с распределителем зажигания, состоящим из ротора и электродов в пластмассовой крышке, и прерыватель зажигания, имеющий плату с включателем, конденсатором, многогранным кулачком и стойками с контактами, которые размыкаются при вращении кулачка, установленного на валике. Первичная обмотка катушки зажигания соединена с включателем прерывателя зажигания. При замыкании контактов включателя зажигания и включателя прерывателя зажигания ток от аккумуляторной батареи или от генератора течет через первичную обмотку катушки зажигания, замкнутые контакты включателя прерывателя зажигания на массу. Идет процесс накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания. При размыкании контактов включателя прерывателя зажигания, что происходит при повороте кулачка, ток в первичной обмотке катушки зажигания исчезает, и его быстрому исчезновению содействует конденсатор прерывателя зажигания. Во вторичной обмотке катушки зажигания наводится высокая ЭДС, которая подается распределителем зажигания на свечу зажигания нужного цилиндра двигателя. В дальнейшем контакты включателя прерывателя зажигания замыкаются и опять происходит накопление энергии в первичной обмотке катушки зажигания. Контакты включателя прерывателя зажигания размыкаются и процесс повторяется для следующего цилиндра ДВС (см. книгу Вершигоры В.А. и др. Автомобили ВАЗ. Изд. 3-е. М.: Транспорт, 1976, с. 352 - 356, рис. 299, 302). Closest to the proposed ignition system in technical essence (prototype) is a four-stroke internal combustion engine ignition system containing an ignition switch connected to a battery and a generator connected to the primary winding of the ignition coil, spark plugs connected to the ignition distributor consisting of a rotor and electrodes in a plastic cover, and an ignition chopper having a board with a switch, a capacitor, a multi-faceted cam and struts with contacts that open when turned to Lacko set on the platen. The primary winding of the ignition coil is connected to the ignition breaker switch. When the contacts of the ignition switch and the ignition switch switch are shorted, current from the battery or from the generator flows through the primary winding of the ignition coil, and the closed contacts of the ignition switch switch to ground. There is a process of energy storage in the primary winding of the ignition coil. When the contacts of the ignition interrupter switch open, which occurs when the cam is turned, the current in the primary winding of the ignition coil disappears, and the ignition interrupter capacitor contributes to its rapid disappearance. In the secondary winding of the ignition coil, a high EMF is induced, which is supplied by the ignition distributor to the spark plug of the desired engine cylinder. Subsequently, the contacts of the ignition interrupter switch are closed and energy is again accumulated in the primary winding of the ignition coil. The contacts of the ignition interrupter switch are opened and the process is repeated for the next cylinder of the engine (see the book Vershigory V.A. et al. 302).

Основным недостатком этой системы зажигания ДВС является большая трудоемкость передачи высокого напряжения к свечам зажигания вследствие недостаточного времени накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания. Время накопления энергии в первичной катушке зажигания зависит от профиля кулачка (относительного времени замкнутого состояния контактов включателя прерывателя зажигания), числа выступов на кулачке, т. е. числа цилиндров ДВС, и частоты вращения валика прерывателя зажигания. При этом максимальная частота вращения валика прерывателя зажигания (максимальная частота вращения коленчатого вала ДВС) ограничена числом выступов кулачка, равным числу цилиндров ДВС, и профилем кулачка. В системе зажигания, выбранной в качестве прототипа, угол, в течение которого контакты включателя прерывателя зажигания находятся в замкнутом состоянии, равен 55±3^o (для других четырехцилиндровых ДВС с такой же системой зажигания, этот угол равен 42 - 46^o, а для шести- и восьмицилиндровых ДВС - еще меньше. Поэтому время накопления энергии в первичной катушке зажигания является недостаточным для обеспечения необходимой величины вторичного (высокого) напряжения, подаваемого к свечам зажигания.The main disadvantage of this internal combustion engine ignition system is the high complexity of high voltage transmission to the spark plugs due to insufficient energy storage time in the primary winding of the ignition coil. The time of energy storage in the primary ignition coil depends on the cam profile (relative time of the closed state of the contacts of the ignition breaker switch), the number of protrusions on the cam, i.e., the number of ICE cylinders, and the frequency of rotation of the ignition chopper roller. In this case, the maximum rotation speed of the ignition chopper roller (maximum engine speed of the engine) is limited by the number of cam projections equal to the number of internal combustion engine cylinders and the cam profile. In the ignition system selected as a prototype, the angle during which the contacts of the ignition switch is in the closed state is 55 ± 3 ^o (for other four-cylinder internal combustion engines with the same ignition system, this angle is 42 - 46 ^o , and for six - and eight-cylinder internal combustion engines - even less.Therefore, the time of energy storage in the primary ignition coil is insufficient to provide the necessary value of the secondary (high) voltage supplied to the spark plugs.

Сущность изобретения заключается в том, что система зажигания четырехтактного ДВС, содержащая включатель зажигания, соединенный с аккумуляторной батареей и генератором, подключенными к первичной обмотке катушки зажигания, свечи зажигания и прерыватель зажигания, имеющий плату с включателем, конденсатором и вращающимся кулачком, причем первичная обмотка катушки зажигания соединена с включателем прерывателя зажигания, снабжена дополнительными катушками зажигания, первичные обмотки которых соединены с дополнительными включателями прерывателя зажигания. При этом каждая катушка зажигания связана со свечой зажигания, а каждый включатель прерывателя зажигания выполнен подпружиненным и установлен на плате прерывателя зажигания с возможностью взаимодействия с кулачком. The essence of the invention lies in the fact that the ignition system of a four-stroke internal combustion engine containing an ignition switch connected to a battery and a generator connected to the primary winding of the ignition coil, spark plugs and an ignition chopper having a board with a switch, a capacitor and a rotating cam, the primary winding of the coil the ignition is connected to the switch of the ignition interrupter, equipped with additional ignition coils, the primary windings of which are connected to additional switches eryvatelya ignition. In this case, each ignition coil is connected with the spark plug, and each switch of the ignition interrupter is spring-loaded and mounted on the ignition interrupter board with the possibility of interaction with the cam.

Кроме этого, включатели прерывателя зажигания, количество которых соответствует количеству цилиндров ДВС, равномерно размещены на плате прерывателя зажигания по углу поворота кулачка в соответствии с количеством цилиндров ДВС. In addition, the ignition interrupter switches, the number of which corresponds to the number of ICE cylinders, are evenly placed on the ignition interrupter circuit board according to the cam angle in accordance with the number of ICE cylinders.

Кроме этого, кулачок выполнен с выступом для размыкания включателей прерывателя зажигания. In addition, the cam is made with a protrusion for opening the switches of the ignition interrupter.

Техническим результатом является снижение трудоемкости передачи высокого напряжения к свечам зажигания в системе зажигания четырехтактного ДВС. The technical result is to reduce the complexity of the transmission of high voltage to the spark plugs in the ignition system of a four-stroke internal combustion engine.

Снижение трудоемкости передачи высокого напряжения к свечам зажигания достигается путем увеличения времени накопления энергии в первичных обмотках катушек зажигания и расположением катушек зажигания в непосредственной близости от свечей зажигания. Reducing the complexity of the transmission of high voltage to the spark plugs is achieved by increasing the time of energy storage in the primary windings of the ignition coils and by arranging the ignition coils in the immediate vicinity of the spark plugs.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид системы зажигания четырехтактного ДВС. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the ignition system of a four-stroke internal combustion engine.

Система зажигания четырехтактного ДВС содержит включатель звжигания 1, соединенный с источниками питания - аккумуляторной батареей 2 и генератором 3, подключенными к первичным обмоткам катушек зажигания 4. Количество катушек зажигания 4 равно количеству цилиндров двигателя. Катушки зажигания 4 связаны высоковольтными проводами 5 со свечами зажигания 6, 7, 8, 9. На плате 10 прерывателя зажигания равномерно размещены по углу поворота кулачка 11 в соответствии с числом цилиндров ДВС включателя 12 с неподвижными контактами 13. Включатели 12 соединены с первичными обмотками катушек зажигания 4. Включатели 12 приводятся из замкнутого состояния в разомкнутое кулачком 11, а из разомкнутого состояния в замкнутое - пружинами 13. Кулачок 11 установлен на валике, приводящемся в движение от коленчатого вала двигателя (на чертеже не показаны) и выполнен с выступом, предназначенным для размыкания включателей 12. The ignition system of a four-stroke ICE contains an ignition switch 1 connected to power sources - a storage battery 2 and a generator 3 connected to the primary windings of the ignition coils 4. The number of ignition coils 4 is equal to the number of engine cylinders. The ignition coils 4 are connected by high-voltage wires 5 to the spark plugs 6, 7, 8, 9. On the circuit board 10 of the ignition chopper, they are evenly spaced along the angle of rotation of the cam 11 in accordance with the number of ICE cylinders of the switch 12 with fixed contacts 13. The switches 12 are connected to the primary windings of the coils ignition 4. The switches 12 are driven from the closed state to the open cam 11, and from the open to closed state by the springs 13. The cam 11 is mounted on a roller driven from the crankshaft of the engine (not shown in the drawing azans) and formed with a protrusion, designed to open the switches 12.

Число включателей 12 прерывателя зажигания соответствует числу цилиндров двигателя. The number of switches 12 of the ignition interrupter corresponds to the number of engine cylinders.

Для настройки чередования искрообразования предусмотрена регулировка путем выбора оптимального зазора а между включателями 12 и неподвижными контактами 13. Включатели 12 шунтируются конденсаторами 14. Каждый включатель 12 соединен с клеммой P катушки зажигания 4 в соответствии с порядком работы двигателя. Клеммы Б катушек зажигания 4 соединены между собой и с полюсом включателя зажигания 1. To adjust the alternation of sparking, adjustment is provided by choosing the optimal gap a between the switches 12 and the fixed contacts 13. The switches 12 are bridged by capacitors 14. Each switch 12 is connected to the terminal P of the ignition coil 4 in accordance with the engine operation order. Terminals B of the ignition coils 4 are connected to each other and to the pole of the ignition switch 1.

Система зажигания четырехтактного ДВС работает следующим образом. При замыкании включателя зажигания 1 ток от аккумуляторной батареи 2 или от генератора 3 течет по первичным обмоткам катушек зажигания 4 от клемм Б к клеммам Р и через замкнутые включатели 12 с контактами 13 - на массу. В первичных обмотках катушек зажигания 4 происходит накопление энергии. При прокручивании коленчатого вала двигателя кулачок 11 размыкает один из включателей 12 и один из контактов 13, и в первичной обмотке катушки зажигания 4, связанной с этим включателем 12, исчезнет ток. Шунтирующий этот включатель 12 конденсатор 14 ускоряет этот процесс, и во вторичной обмотке катушки зажигания 4 наводится высокая ЭДС, которая высоковольтным проводом 5 подается к одной из свечей зажигания без каких-либо промежуточных элементов. В дальнейшем кулачок 11 будет воздействовать на выключатели 12, соединенные с клеммами Р других катушек зажигания 4 в соответствии с порядком работы двигателя. The ignition system of a four-stroke engine works as follows. When the ignition switch 1 is closed, the current from the battery 2 or from the generator 3 flows through the primary windings of the ignition coils 4 from terminals B to terminals P and through closed switches 12 with contacts 13 to ground. In the primary windings of the ignition coils 4 is the accumulation of energy. When scrolling the crankshaft of the engine, the cam 11 opens one of the switches 12 and one of the contacts 13, and the current disappears in the primary winding of the ignition coil 4 associated with this switch 12. The capacitor 14 shunting this switch 12 accelerates this process, and a high EMF is induced in the secondary winding of the ignition coil 4, which is fed to one of the spark plugs by any high-voltage wire 5 without any intermediate elements. Subsequently, the cam 11 will act on the switches 12 connected to the terminals P of the other ignition coils 4 in accordance with the engine operation order.

От одного размыкания включателя 12, например, первого цилиндра, до его следующего размыкания кулачок 11 делает полный оборот. Таким образом, угол замкнутого состояния одного включателя 12 и контакта 13 составляет 360^o и не зависит ни от профиля кулачка, ни от числа цилиндров двигателя.From one opening of the switch 12, for example, the first cylinder, to its next opening, the cam 11 makes a complete revolution. Thus, the angle of the closed state of one switch 12 and contact 13 is 360 ^o and does not depend on either the cam profile or the number of engine cylinders.

Кулачок 11 расположен (или может быть расположен) на траверсе, соединенной с центробежным автоматом угла опережения зажигания, а плата 10 может быть выполнена подвижной относительно корпуса прерывателя зажигания и связана с вакуумным автоматом опережения зажигания (на чертеже не показаны). The cam 11 is located (or can be located) on the traverse connected to a centrifugal automatic ignition timing, and the board 10 can be made movable relative to the housing of the ignition chopper and connected to a vacuum automatic timing ignition (not shown).

Таким образом, в предлагаемой система зажигания четырехтактного ДВС с любым числом цилиндров предложена установка катушек зажигания для каждого цилиндра двигателя, установка включателей прерывателя зажигания для каждой катушки зажигания и выполнение кулачка прерывателя зажигания с одним выступом. При этом упрощается конструкция системы зажигания вследствие отсутствия распределителя зажигания (крышка, ротор, длинные высоковольтные провода), что позволит выполнить ее более компактной, а увеличение угла замкнутого состояния включателя с контактом прерывателя до 360^o обеспечит значительное улучшение электрических характеристик контактной батарейной системы зажигания.Thus, in the proposed ignition system of a four-stroke internal combustion engine with any number of cylinders, it is proposed to install ignition coils for each cylinder of the engine, to install ignition switch switches for each ignition coil, and to make the ignition switch cam with one protrusion. This simplifies the design of the ignition system due to the lack of an ignition distributor (cover, rotor, long high-voltage wires), which will make it more compact, and an increase in the angle of the closed state of the switch with a breaker contact of up to 360 ^o will provide a significant improvement in the electrical characteristics of the contact battery ignition system.

Claims

1. The ignition system of a four-time internal combustion engine containing an ignition switch connected to a battery and a generator connected to the primary winding of the ignition coil, spark plugs and an ignition chopper having a circuit board with a switch, a capacitor and a rotating cam, the primary winding of the ignition coil connected to ignition interrupter switch, characterized in that the ignition system is equipped with additional ignition coils, the primary windings of which are connected to additional itelnymi interrupter switch plugs, each ignition coil connected to a spark plug, and each breaker ignition switch is made spring-loaded and is mounted on the board breaker plug for engagement with the cam.

2. The system according to claim 1, characterized in that the ignition interrupter switches, the number of which corresponds to the number of cylinders of the internal combustion engine, are evenly placed on the ignition interrupter circuit board according to the angle of rotation of the cam in accordance with the number of cylinders of the internal combustion engine.

3. The system according to claims 1 and 2, characterized in that the cam is made with a protrusion for opening the switches of the ignition interrupter.