RU2140561C1

RU2140561C1 - Ignition system of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2140561C1
Application number: RU97121506A
Authority: RU
Inventors: А.С. Попов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Производственное объединение "Конверсия"
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 1999-10-27

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: ignition system has supply source, ignition coil, dwell angle transmitter, amplifying and control signal shaping unit, switching element, feedback unit, voltage converter installed after supply source and connected with reservoir element and forming oscillatory circuit for forward half-wave with ignition coil primary winding through switching element. It has also charging circuit forming a closed oscillatory circuit for reverse half-wave current together with ignition coil primary winding and storage reservoir element. Amplifying and control signal shaping unit consists of separate interconnected matching circuit and shaping circuit whose second input is connected with feedback unit. EFFECT: provision of reliable starting of engine, reduced dependence of reliability of engine operation from voltage leaks and condition of spark plug gap. 1 dwg ]

Description

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания на транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to the automotive industry, and in particular to ignition systems on vehicles with internal combustion engines (ICE).

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. In the classical ignition system, when the chopper closes, the current flowing through the primary winding of the ignition coil increases exponentially. At the moment the interrupter opens, a high voltage is generated in the secondary winding of the ignition coil, the magnitude of which is proportional to the amount of energy stored in the ignition coil during the current flow. The disadvantage of the classical system is that with an increase in the engine speed, the amount of stored energy in the ignition coil decreases, because the amount of current flowing through the primary winding at the time of opening decreases, and depends on the voltage of the power source, which leads to a decrease in the power of spark discharges when starting the engine. In addition, the use of a transistor as a switching element causes insufficient slew rate of the high voltage pulse, as well as low reliability with a possible break in the high voltage value and failure of the switching element.

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. A known internal combustion engine ignition system, including a power source, an ignition coil, a storage element, as well as a pulse generation unit, see patent N 2069791, 1996 C. F 02 P 15/10. However, the proposed ignition system is difficult to perform, and unreliable in operation.

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. The closest technical solution is the ignition system according to patent N 2004835, 1992, class. F 02 P 15/00, including a power source, an ignition coil, a switching element, a device for amplifying and generating signals, as well as a feedback signal block.

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. An object of the present invention is to provide a powerful spark-ignition process of long duration, ensuring stable and reliable operation of the internal combustion engine regardless of the characteristics of the fuel mixture, climatic conditions, parameters and technical condition of the spark plugs, as well as providing more complete combustion of the fuel mixture, which improves the ecology by reducing the emission of harmful toxic gases into the atmosphere.

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. The technical problem is achieved in that in the ignition system of the internal combustion engine containing a power source, an ignition coil with primary and secondary windings, a rotation angle sensor, a gain and control signal generation unit, a switching element and a feedback unit, a voltage converter installed after the power source is additionally introduced connected to the storage element forming with the primary winding of the ignition coil by means of a switching element an oscillating circuit for direct half wave, and the recharge circuit also forms a closed oscillatory circuit for the reverse half wave current with the primary winding of the ignition coil and the storage element, and the amplification and control signal generation unit is made of separate interconnected matching circuits and forming circuits, the second input of which is connected with a feedback unit, the voltage converter being configured to stabilize the output voltage regardless of the ambient temperature and voltage, and source of power.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, на фиг. 2 - цепь перезаряда (пример одного из возможных вариантов). In FIG. 1 is a functional diagram of an ignition system of an internal combustion engine; FIG. 2 - recharge circuit (example of one of the possible options).

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 i_пр. прямой полуволны.The ignition system includes a power source 1, a voltage converter 2 behind it with thermal stabilization of the operating mode and output voltage, which is connected to the storage element 3. The storage element 3 is connected to the primary winding of the ignition coil 5 by one output by a connecting wire 4, and by the switching element by another output 6, as with the primary winding of the ignition coil 5, thereby forming a closed oscillatory circuit for _direct current _i. line half-wave.

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 i_обр. обратной полуволны.The voltage Converter 2 is configured to stabilize the output voltage regardless of the ambient temperature and the voltage of the power source. In the ignition system, an overcharge circuit 7 of the storage element 3 is also additionally introduced, forming, with the primary winding of the ignition coil 5 and the storage element 3, a closed oscillatory circuit for current i _arr. reverse half-wave.

В простейшем варианте цепь перезаряда может иметь только один полупроводниковый диод 13, создавая путь для протекания тока i_обр. 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.In the simplest version, the overcharge circuit can have only one semiconductor diode 13, creating a path for the flow of current i _arr. recharging the reverse half-wave of the oscillatory process. Since, depending on the type of switching element and the duration of the control pulse, the continuity of the oscillatory process without a separate recharge circuit can be difficult.

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. The ignition system voltage converter should give a sufficiently stable output voltage in the starting mode at low voltage and temperature values. With the rated supply voltage and maximum engine speed, the high voltage of the converter can be reduced, because the power of the spark and its duration should be reduced due to an increase in the speed of compression of gases and heating of the air mixture, as well as a decrease in the time of combustion. Based on these requirements, the converter can be performed, for example, on the basis of blocking generators or push-pull transformers with thermocondensation of the voltage for introducing feedback on the secondary input voltage.

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. Block 8 amplification and signal generation in the proposed ignition system is made of two interconnected independent circuits: matching circuit 9 and forming circuit 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. In the proposed ignition system, the feedback unit 11 is configured to adjust the signal duration and is connected at point A to the connecting wire 4 and its output to the formation circuit 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). The matching circuit 9 of the amplification and signal generating unit 8 is connected to the rotation angle sensor 12. To the formation circuit 10, an anti-theft device sensor (not shown) can be connected.

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. The ignition system operates as follows. From the power source 1, the voltage converter 2 is launched, providing a stable output voltage charging the storage element 3. When the engine is started from the rotation angle parametric sensor 12, the electric signal is received to the matching circuit 9 of the amplification unit 8 synchronously to the engine shaft speed (not shown). and the formation of a control signal, which provides coordination and preliminary amplification of the electrical signal and transmits to the circuit-formation 10, where the conversion e, summing and amplifying the electrical signal to the amplitudes and shapes necessary for reliable starting of the switching element 6. The storage element 3 together with the primary winding of the ignition coil 5 through the switching element 6 and the overcharge circuit 7 form a complete oscillatory circuit, forming a damped oscillatory process. The signal from the parametric sensor 12 of the angle of rotation triggers the switching element 6, forming the primary sparking. The electrical process of the oscillatory circuit that has arisen, through the circuit of the feedback block 11, which is also connected to this oscillatory circuit, sends a signal to the second input of the forming circuit 10 and thus repeatedly, cyclically starts the switching element 6, i.e. constantly forming a damped oscillatory process. The duration of the oscillatory process is determined by the adjustment in the feedback unit 11. The recharge circuit 7 of the storage element 3 provides the possibility of an inextricable oscillatory process, which due to a more complete discharge of the storage element 3 provides a significant increase in the duration and power of the discharge.

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. The increase in the duration and power of the discharge in the spark plugs allows you to create conditions for the stable operation of the engine due to more complete combustion of the fuel mixture of various concentrations, which allows to reduce emissions of harmful and toxic gases into the atmosphere. In addition, in the proposed system, alternating current flowing through the spark plug prevents the transfer of metal from one electrode to the other, which in turn reduces the erosion of the electrodes, reducing their service life, which disrupts the stable operation of the engine, leading to a deterioration in its environmental performance.

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. The proposed ignition system by reducing the spark front, increasing and duration of the discharge helps to ensure reliable engine starting under virtually any weather conditions, reducing the dependence of engine reliability on voltage leakage, as well as the state of the gap in the spark plugs.

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. The use of this ignition system makes it possible to use candles with an increased interelectrode gap, which allows to obtain the effect of a powerful spray torch, which in turn improves the economic and environmental characteristics of the engine. The proposed ignition system is not critical to the use of both low-resistance and high-resistance ignition coils.

Claims

The ignition system of an internal combustion engine containing a power source, an ignition coil with primary and secondary windings, a rotation angle sensor, a gain and control signal generation unit, a switching element and a feedback unit, characterized in that a converter installed after the power source is additionally introduced into the ignition system voltage connected to the storage element forming with the primary winding of the ignition coil by means of a switching element an oscillating circuit for direct the half-wave, and the recharge circuit, which also forms a closed oscillatory circuit for the reverse half-wave current with the primary winding of the ignition coil and the storage element, while the amplification and control signal generation unit is made of separate interconnected matching circuits and forming circuits, the second input of which connected to the feedback unit, which is configured to control the operation of the switching element, and the voltage Converter is configured to provide stabilization driving voltage regardless of the ambient temperature and the voltage of the power source.