RU2171395C2

RU2171395C2 - Ignition system for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2171395C2
Application number: RU99111517/06A
Authority: RU
Inventors: А.В. Малышев; А.В. Лисовский
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2001-07-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed ignition system has supply source, controller with measuring input, final stage including at least one electronic switch to control ignition coil, ignition coil with primary and secondary windings and instrument capacitor connected to high-tension circuit of ignition coil, and spark plug. Ignition coil is provided with additional diode connected between terminal of instrument capacitor and output lead of ignition coil primary winding connected to supply source pole. EFFECT: improved reliability of ignition system. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системе зажигания для двигателя внутреннего сгорания (далее - ДВС), снабженной устройством контроля рабочего процесса в цилиндре ДВС по ионному току, протекающему между электродами свечи зажигания. The invention relates to engine building and can be used in the ignition system for an internal combustion engine (hereinafter - ICE), equipped with a device for controlling the working process in the ICE cylinder by ion current flowing between the electrodes of the spark plug.

За прототип заявляемого изобретения взята система зажигания, патент РФ N 2117819, публ. 20.08.98 г. Система зажигания содержит источник питания, первый полюс которого соединен с массой ДВС, контроллер с измерительным входом, конечную ступень, включающую в себя электронный ключ для управления катушкой зажигания, катушку зажигания с измерительным конденсатором, подключенным к высоковольтной цепи катушки зажигания, и свечу зажигания. For the prototype of the claimed invention, the ignition system is taken, RF patent N 2117819, publ. 08/20/98, the ignition system contains a power source, the first pole of which is connected to the mass of the internal combustion engine, a controller with a measuring input, an end stage that includes an electronic key for controlling the ignition coil, an ignition coil with a measuring capacitor connected to a high-voltage circuit of the ignition coil, and a spark plug.

Недостатком системы зажигания является то, что в случае обрыва (например, при нарушении контакта в низковольтном разъеме катушки зажигания или в контроллере) линии связи, соединяющей внешний вывод измерительного конденсатора, находящегося внутри катушки зажигания, с измерительным входом контроллера, внутри которого осуществляется соединение (через токоизмерительный резистор) внешнего вывода измерительного конденсатора с землей, на внешнем выводе измерительного конденсатора и связанном с ним участке электрической цепи (до места обрыва) появляется высокое напряжение. Это напряжение может вызывать пробой изоляции между вышеуказанным участком электрической цепи и элементами конструкции катушки зажигания и контроллера, что приводит к выходу из строя системы зажигания. The disadvantage of the ignition system is that in the event of a break (for example, if the contact in the low-voltage connector of the ignition coil or in the controller is broken), the communication line connecting the external terminal of the measuring capacitor located inside the ignition coil to the measuring input of the controller inside which the connection is made (through current-measuring resistor) of the external terminal of the measuring capacitor with earth, at the external terminal of the measuring capacitor and the associated section of the electrical circuit (to the point of break a) there is a high voltage. This voltage can cause a breakdown of the insulation between the above section of the electrical circuit and the structural elements of the ignition coil and controller, which leads to failure of the ignition system.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности системы зажигания. The task of the invention is to increase the reliability of the ignition system.

Указанная задача решается в системе зажигания, включающей в себя источник питания, контроллер с измерительным входом, конечную ступень, содержащую по меньшей мере один электронный ключ для управления катушкой зажигания, катушку зажигания с первичной и вторичной обмотками и измерительным конденсатором, подключенным к высоковольтной цепи катушки зажигания, и свечу зажигания. Задача решается тем, что катушка зажигания снабжена дополнительным диодом, соединяющим вывод измерительного конденсатора с выводом первичной обмотки катушки зажигания, подключенным к полюсу источника питания. This problem is solved in the ignition system, which includes a power source, a controller with a measuring input, an end stage containing at least one electronic key for controlling the ignition coil, an ignition coil with primary and secondary windings and a measuring capacitor connected to the high-voltage circuit of the ignition coil , and a spark plug. The problem is solved in that the ignition coil is equipped with an additional diode connecting the terminal of the measuring capacitor to the terminal of the primary winding of the ignition coil connected to the pole of the power source.

На чертеже изображена блок-схема системы зажигания. The drawing shows a block diagram of an ignition system.

Изобретение может быть успешно реализовано, например, в системе зажигания, включающей в себя источник питания (на схеме не показан), первый полюс которого соединен с массой ДВС, контроллер 1, снабженный, по меньшей мере, одной конечной ступенью 2, свечу 3 зажигания, размещенную в цилиндре ДВС, и катушку 4 зажигания. В состав катушки 4 зажигания входят сердечник 5, размещенные вокруг сердечника 5 первичная обмотка 6 и вторичная обмотка 7, диод 8 и измерительный конденсатор 9. Катушка 4 снабжена низковольтным разъемом (на схеме не показан) с контактами А, Б и В. Контакт А (вход первичной обмотки 6) подключен ко второму (положительному) полюсу источника питания, контакт Б (выход первичной обмотки 6) - к выходу конечной ступени 2, а контакт В (вывод измерительного конденсатора 9) - к измерительному входу 10 контроллера 1. Катушка 4 снабжена также высоковольтным выводом Г, присоединенным к центральному электроду свечи 3 зажигания. В состав конечной ступени 2 входят электронный ключ 11 для управления током, протекающим через первичную обмотку 6 катушки 4 зажигания, и электронный ключ 13 для гашения свободных колебаний тока и напряжения в первичной обмотке 6 катушки 4 зажигания, возникающих при потухании искрового разряда между электродами свечи 3 зажигания. Управляющие выводы ключей 11, 13 подключены к выходам 12, 14 контроллера 1. Для реализации предлагаемого изобретения катушка 4 снабжена дополнительным диодом 15, включенным между контактами А и В низковольтного разъема катушки 4. При этом катод диода 15 должен быть подключен к контакту А (к положительному полюсу источника питания). The invention can be successfully implemented, for example, in an ignition system that includes a power source (not shown in the diagram), the first pole of which is connected to the mass of the internal combustion engine, controller 1, equipped with at least one final stage 2, spark plug 3, placed in the cylinder of the engine, and the ignition coil 4. The ignition coil 4 includes a core 5 located around the core 5, the primary winding 6 and the secondary winding 7, a diode 8 and a measuring capacitor 9. The coil 4 is equipped with a low-voltage connector (not shown in the diagram) with contacts A, B and B. Contact A ( the input of the primary winding 6) is connected to the second (positive) pole of the power source, contact B (output of the primary winding 6) is connected to the output of the final stage 2, and contact B (output of the measuring capacitor 9) is connected to the measuring input 10 of the controller 1. Coil 4 is provided also high voltage output Attached to the center electrode 3, spark plugs. The composition of the final stage 2 includes an electronic key 11 for controlling the current flowing through the primary winding 6 of the ignition coil 4, and an electronic key 13 for damping free oscillations of current and voltage in the primary winding 6 of the ignition coil 4 arising from the extinction of a spark discharge between the electrodes of candle 3 ignition. The control terminals of the keys 11, 13 are connected to the outputs 12, 14 of the controller 1. For the implementation of the invention, the coil 4 is equipped with an additional diode 15 connected between the contacts A and B of the low-voltage connector of the coil 4. In this case, the cathode of the diode 15 must be connected to pin A (to positive pole of the power supply).

Система зажигания работает следующим образом. The ignition system operates as follows.

В исходном состоянии системы зажигания электронные ключи 11 и 13 находятся в разомкнутом (выключенном состоянии). В некоторый момент времени t1, предшествующий моменту времени t2, который в свою очередь соответствует заданному углу зажигания, на выходе 12 контроллера 1 устанавливается положительный уровень напряжения, замыкающий электронный ключ 11. При этом через первичную обмотку 6 катушки зажигания 4 начинает протекать нарастающий от нуля ток. Протекание тока через первичную обмотку 6 вызывает появление связанного с ним магнитного потока в сердечнике 5, в котором происходит накопление энергии зажигания. В момент времени t2, когда ток достигнет заданного значения или, другими словами, когда будет накоплена необходимая энергия зажигания, на выходе 12 контроллера 1 устанавливается нулевой уровень напряжения, вызывающий выключение электронного ключа 12. Моменты включения t1 и выключения t2 определяется программным обеспечением контроллера 1 в соответствии с программой управления зажиганием. Выключение ключа 12 вызывает прерывание тока, протекающего через первичную обмотку, и соответственно прекращение связанного с ним магнитного потока. В соответствии с законом индукции, изменение магнитного потока вызывает появление ЭДС самоиндукции в первичной 6 и вторичной 7 обмотках катушки 4 зажигания, препятствующее этому изменению. ЭДС самоиндукции, наведенная во вторичной обмотке, вызывает заряд емкости вторичной цепи, состоящей из емкости измерительного конденсатора 9, распределенной емкости высоковольтного вывода Г катушки 4 зажигания и емкости свечи 3 зажигания. Как только напряжение во вторичной цепи достигнет напряжения пробоя искрового промежутка свечи 3 зажигания (7 - 25 кВ), произойдет электрический пробой искрового промежутка и заряд, накопленный в емкости вторичной цепи, разрядится через искровой промежуток. После пробоя искрового промежутка и разряда емкости напряжение на искровом промежутке уменьшится до напряжения поддержания тлеющего разряда (700 - 800 В). Ток тлеющего разряда поддерживается за счет энергии зажигания, запасенной в магнитном поле катушки 4 зажигания. При этом, по мере уменьшения энергии, величина тока тлеющего разряда будет линейно уменьшаться, и при достижении некоторого уровня (порядка 20 мА) разряд прекратится. Прекращение тлеющего разряда связано с наличием турбулентности рабочего тела в цилиндре ДВС. Таким образом, в искровом промежутке свечи зажигания 3 будет сформирован искровой разряд. В процессе формирования искрового разряда, если вторая обкладка измерительного конденсатора 9 соединена через токоизмерительный резистор, находящийся в контроллере 1, с землей, напряжение на ней составляет единицы вольт. In the initial state of the ignition system, the electronic keys 11 and 13 are in the open (off state). At some point in time t1, which precedes the point in time t2, which in turn corresponds to a given ignition angle, a positive voltage level is established at the output 12 of the controller 1, which closes the electronic switch 11. At the same time, a current increasing from zero begins to flow through the primary winding 6 of the ignition coil 4 . The flow of current through the primary winding 6 causes the appearance of the associated magnetic flux in the core 5, in which the accumulation of ignition energy occurs. At time t2, when the current reaches the set value or, in other words, when the necessary ignition energy is accumulated, the output 12 of the controller 1 sets the voltage level to zero, which turns off the electronic switch 12. The moments of turning on t1 and turning off t2 are determined by the software of controller 1 in accordance with the ignition control program. Turning off the key 12 causes interruption of the current flowing through the primary winding, and accordingly, the termination of the associated magnetic flux. In accordance with the law of induction, a change in magnetic flux causes the appearance of EMF self-induction in the primary 6 and secondary 7 windings of the ignition coil 4, preventing this change. The self-induction EMF induced in the secondary winding causes a charge of the secondary circuit capacity, consisting of the capacitance of the measuring capacitor 9, the distributed capacitance of the high-voltage output Г of the ignition coil 4 and the capacity of the spark plug 3. As soon as the voltage in the secondary circuit reaches the breakdown voltage of the spark gap of the spark plug 3 (7 - 25 kV), an electric breakdown of the spark gap occurs and the charge accumulated in the secondary circuit capacitance is discharged through the spark gap. After the breakdown of the spark gap and the discharge of the capacitance, the voltage in the spark gap will decrease to the voltage that maintains the glow discharge (700 - 800 V). The glow discharge current is maintained due to the ignition energy stored in the magnetic field of the ignition coil 4. In this case, as the energy decreases, the glow discharge current will linearly decrease, and when a certain level (about 20 mA) is reached, the discharge will cease. The cessation of a glow discharge is associated with the presence of turbulence in the working fluid in the internal combustion engine cylinder. Thus, a spark discharge will be formed in the spark gap of the spark plug 3. In the process of forming a spark discharge, if the second lining of the measuring capacitor 9 is connected through the current-measuring resistor located in the controller 1 to the ground, the voltage across it is units of volts.

Если вторая обкладка измерительного конденсатора 9 по какой-либо причине, например, при плохом контакте в разъемах контроллера 1 или разъема катушки зажигания 4, оказывается оторванной от земли, то высокое напряжения искрового разряда (7 - 25 кВ), которое появляется в этом случае на обкладке конденсатора, стечет через дополнительный диод 15 на шину источника питания. При этом напряжение на линии связи ни при каких условиях не превысит напряжения источника питания (+12В) и, таким образом, электрического пробоя линии связи не произойдет. If the second lining of the measuring capacitor 9, for example, due to poor contact in the connectors of the controller 1 or the connector of the ignition coil 4, is torn off the ground, then the high voltage of the spark discharge (7 - 25 kV), which appears in this case on capacitor plate, drains through an additional diode 15 to the bus power source. In this case, the voltage on the communication line under no circumstances will exceed the voltage of the power source (+ 12V) and, thus, electrical breakdown of the communication line will not occur.

Электронный ключ 13 используется после окончания искрового разряда на свече 3 для разряда остаточной энергии зажигания, остающейся в магнитном поле катушки 4 после погасания искрового разряда. После разряда остаточной энергии контроллер 1 переходит в режим возбуждения ионных токов, при котором происходит возбуждение резонансных колебаний в системе магнитосвязанных резонансных контуров, образованных в первичной 6 и вторичной 7 обмотках. Положительная полуволна синусоидальных колебаний, возбуждаемых во вторичной обмотке 7, через диод 8 производит заряд измерительного конденсатора 9 до определенного уровня напряжения, например +300В, которое, будучи приложенным к искровому промежутку свечи зажигания 3, вызывает протекание ионного тока между электродами свечи зажигания. При этом протекающий ионный ток производит разряд измерительного конденсатора до некоторого остаточного напряжения, зависящего от величины ионного тока. Следующая положительная полуволна снова произведет заряд (дозаряд) измерительного конденсатора до того же напряжения. Поскольку количество ионов в камере сгорания зависит от характера протекания рабочего процесса в цилиндре ДВС (от процесса сгорания топлива), то, измеряя величину тока заряда конденсатора, можно получать информацию о характере процесса сгорания. Данная информация используется для управления ДВС и его диагностики. Процесс возбуждения резонансных колебаний длится в течение всего рабочего такта ДВС, после чего прекращается, и электронный ключ 11 устанавливается в исходное состояние. The electronic key 13 is used after the end of the spark discharge on the candle 3 to discharge the residual ignition energy remaining in the magnetic field of the coil 4 after the extinction of the spark discharge. After the discharge of residual energy, the controller 1 switches to the mode of excitation of ion currents, in which the resonance oscillations are excited in the system of magnetically coupled resonant circuits formed in the primary 6 and secondary 7 windings. The positive half-wave of sinusoidal oscillations excited in the secondary winding 7, through the diode 8, charges the measuring capacitor 9 to a certain voltage level, for example + 300V, which, when applied to the spark gap of the spark plug 3, causes the ion current to flow between the electrodes of the spark plug. In this case, the flowing ion current discharges the measuring capacitor to some residual voltage, depending on the magnitude of the ion current. The next positive half-wave will again charge (recharge) the measuring capacitor to the same voltage. Since the number of ions in the combustion chamber depends on the nature of the flow of the working process in the internal combustion engine cylinder (on the fuel combustion process), by measuring the value of the charge current of the capacitor, it is possible to obtain information about the nature of the combustion process. This information is used to control the internal combustion engine and its diagnosis. The process of excitation of resonant oscillations lasts throughout the entire working cycle of the internal combustion engine, after which it stops, and the electronic switch 11 is set to its original state.

Claims

An internal combustion engine ignition system including a power source, a controller with a measurement input, an end stage comprising at least one electronic key for controlling an ignition coil, an ignition coil with primary and secondary windings and a measuring capacitor connected to a high voltage circuit of the ignition coil, and spark plug, characterized in that the ignition coil is equipped with an additional diode connected between the output of the measuring capacitor and the output of the primary winding of the ignition coil th to the pole of the power source.