RU2190911C2

RU2190911C2 - Ignition system

Info

Publication number: RU2190911C2
Application number: RU2000127448A
Authority: RU
Inventors: А.М. Булкин; А.В. Головин
Original assignee: Булкин Александр Михайлович; Головин Андрей Владимирович
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-10-10

Abstract

FIELD: motor-car industry; internal-combustion engines. SUBSTANCE: ignition system has spark plugs; high-voltage conductors; ignition coil; devices used for low-voltage pulse switching in ignition coil and for high-voltage pulse supply to definite spark plug; and high-voltage spark gap series-connected in high-voltage circuit past ignition coil, its breakdown voltage being lower than or equal to minimal permissible high voltage across ignition coil. High-voltage spark gap may be made either in the form of self-contained device or it may be built in available components of ignition-system high-voltage circuit. EFFECT: simplified design, improved functional and performance characteristics of ignition system. 2 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области автомобильной техники, в частности к элементам системы зажигания двигателей внутреннего сгорания, и предназначено для передачи электрической энергии от источника в камеру сгорания и поджига находящейся там топливовоздушной смеси. The proposed solution relates to the field of automotive engineering, in particular to the elements of the ignition system of internal combustion engines, and is intended to transfer electric energy from a source to the combustion chamber and to ignite the air-fuel mixture located there.

Известны различные конструкции систем зажигания, в которых улучшение процесса воспламенения топливовоздушной смеси решается за счет увеличения энергии, подаваемой от системы зажигания в искру, так как энергетические характеристики искры определяют ее способность поджигать топливно-воздушную смесь. В настоящее время увеличение энергетических характеристик системы зажигания достигается за счет улучшения параметров входящих в нее устройств, например качества изоляции высоковольтных проводов, катушки зажигания, характеристик низковольтного импульса, за счет бесконтактных датчиков и электронных коммутаторов и т.д. Так, в системе зажигания, установленной на автомобиле ВАЗ-2108, увеличение энергетики достигнуто за счет увеличения высоковольтного напряжения катушки (до 25-27 кВт) и использования для формирования низковольтного импульса электронного блока (коммутатора). Несмотря на некоторые отличия в системах зажигания различных автомобилей. обязательным элементом все же остается катушка зажигания, предназначенная для получения высокого напряжения. Various designs of ignition systems are known in which the improvement of the ignition of the air-fuel mixture is solved by increasing the energy supplied from the ignition system to the spark, since the energy characteristics of the spark determine its ability to ignite the air-fuel mixture. Currently, an increase in the energy characteristics of the ignition system is achieved by improving the parameters of the devices included in it, for example, the quality of insulation of high-voltage wires, the ignition coil, the characteristics of the low-voltage pulse, due to proximity sensors and electronic switches, etc. So, in the ignition system installed on a VAZ-2108 car, an increase in energy was achieved by increasing the high-voltage voltage of the coil (up to 25-27 kW) and using an electronic unit (switch) to form a low-voltage pulse. Despite some differences in the ignition systems of various cars. an essential element is still the ignition coil, designed to produce high voltage.

Однако катушка зажигания, обладая большой индуктивностью, при трансформации низковольтного импульса в высоковольтный существенно растягивает его передний фронт. В результате этого высоковольтная часть системы зажигания, до момента пробоя разрядного промежутка в свече зажигания, находится под высоким напряжением. Это время тем больше, чем выше индуктивность катушки зажигания и более пологий передний фронт подаваемого на нее низковольтного импульса. Нахождение цепи под высоким напряжением приводит к утечкам энергии через изоляцию, сопротивление изоляции цепи не бесконечно, а в процессе воздействия эксплуатационных факторов (температура, загрязнения) уменьшается. Часть электрической энергии превращается в тепло на контактах. В качестве наиболее общих направлений работ по повышению эффективности передачи энергии от катушки зажигания в искру можно выделить следующие:
понижение индуктивности катушки зажигания;
обострение фронта низковольтного импульса;
повышение качества применяемых изоляционных материалов.However, the ignition coil, having a large inductance, when transforming a low-voltage pulse into a high-voltage pulse, significantly stretches its leading edge. As a result of this, the high-voltage part of the ignition system, until the breakdown of the discharge gap in the spark plug, is under high voltage. This time is the longer, the higher the inductance of the ignition coil and the more gentle the front edge of the low-voltage pulse supplied to it. The presence of a circuit under high voltage leads to energy leakage through the insulation, the insulation resistance of the circuit is not infinite, and decreases due to operational factors (temperature, pollution). Part of the electrical energy is converted into heat at the contacts. The following are the most general areas of work to increase the efficiency of energy transfer from the ignition coil to the spark:
lowering the inductance of the ignition coil;
aggravation of the front of a low-voltage pulse;
improving the quality of insulating materials used.

Большие потери электрической энергии в высоковольтной части системы зажигания приводят к уменьшению энергии выделяемой в разрядном промежутке свечи и следовательно к ухудшению условий образования очага пламени и воспламенения топливовоздушной смеси. Large losses of electrical energy in the high-voltage part of the ignition system lead to a decrease in the energy released in the discharge gap of the spark plug and, consequently, to a deterioration of the conditions for the formation of a flame source and ignition of the air-fuel mixture.

Наиболее близким к предлагаемому решению является техническое решение "Схема распознавания детонации в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием (ДВС ИЗ), описанное в патенте Германии 3338271. дата публикации 26.04.1984. МПК G 01 L 23/22. В данном техническом решении вторичная обмотка катушки зажигания через разрядник (искровой промежуток) связана с высоковольтным электродом свечи зажигания, в схему включен генератор высокого напряжения. вырабатываующий положительное постоянное высокое напряжение (100-500 В). которое значительно меньше напряжения зажигания, и через измерительную линию с измерительным резистором и высоковольтным диодом связан со свечой зажигания, кроме того, с измерительной линией связан полосовой фильтр, настроенный на акустическую собственную частоту соответствующей камеры сгорания, а к полосовому фильтру подключены выпрямительная схема и пороговая схема, которая вырабатывает сигнал детонации. Closest to the proposed solution is the technical solution "Detonation recognition scheme in internal combustion engines with spark ignition (ICE IZ), described in German patent 3338271. publication date 04/26/1984. IPC G 01 L 23/22. In this technical solution, the secondary winding the ignition coil through the spark gap (spark gap) is connected to the high-voltage electrode of the spark plug, a high voltage generator is included in the circuit, generating a positive constant high voltage (100-500 V), which is much less voltage, and through a measuring line with a measuring resistor and a high-voltage diode is connected to the spark plug, in addition, a band-pass filter tuned to the acoustic natural frequency of the corresponding combustion chamber is connected to the measuring line, and a rectifier circuit and a threshold circuit are connected to the band-pass filter, which generates knock signal.

Для определения детонации в камере сгорания при работе двигателя внутреннего сгорания в цепь между катушкой зажигания и свечой подключена специальная электронная схема распознавания детонации по току ионизации в разрядном промежутке свечи зажигания. Для нормальной работы электронной схемы в ходе измерения тока ионизации при отсутствии поджигающего импульса она отключена от вторичной обмотки катушки зажигания ("заперта от измерительного постоянного напряжения") с помощью искрового промежутка (разрядника). В этой схеме разрядник, установленный в цепь между катушкой зажигания и свечей зажигания, используется для исключения подачи на вторичную обмотку катушки зажигания измерительного напряжения электронной схемы и настраивается на напряжение несколько большее, чем напряжение электронной схемы (100-500 В). Данное техническое решение обеспечивает распознавание детонации в камере сгорания при работе двигателя, однако не приводит к улучшению условий передачи энергии в камеру сгорания, а даже ухудшает эти условия за счет искажения поджигающего импульса накладываемым измерительным напряжением, при этом существенно повышается сложность и стоимость такой системы. To determine the detonation in the combustion chamber during operation of the internal combustion engine, a special electronic circuit for detecting detonation by the ionization current in the discharge gap of the spark plug is connected to the circuit between the ignition coil and the spark plug. For normal operation of the electronic circuit in the course of measuring the ionization current in the absence of an ignition pulse, it is disconnected from the secondary winding of the ignition coil ("locked from the measuring constant voltage") using a spark gap (spark gap). In this circuit, the arrester installed in the circuit between the ignition coil and spark plugs is used to exclude the measurement voltage of the electronic circuit from being supplied to the secondary coil of the ignition coil and is adjusted to a voltage slightly higher than the voltage of the electronic circuit (100-500 V). This technical solution provides the recognition of detonation in the combustion chamber when the engine is running, however, it does not improve the conditions for energy transfer to the combustion chamber, and even worsens these conditions due to the distortion of the ignition pulse by the imposed measuring voltage, while the complexity and cost of such a system significantly increases.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и улучшение функциональных и эксплуатационных характеристик системы зажигания. Изобретение поясняется схемой
Указанная задача достигается тем, что дополнительный высоковольтный разрядчик, установленный в разрыв высоковольтной цепи после катушки зажигания в системе зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащей свечи зажигания. высоковольтные провода, катушку зажигания, дополнительные устройства, обеспечивающие коммутацию низковольтного импульса в катушке зажигания и подачу высоковольтного импульса в нужный момент времени к определенной свече зажигания, имеет напряжение пробоя по своему значению меньшее или равное минимально допустимому высоковольтному напряжению катушки зажигания. Высоковольтный разрядчик может быть выполнен как самостоятельное устройство, устанавливаемое в разрыв высоковольтной цепи, так и быть встроенным в элементы высоковольтной цепи системы зажигания, такие как катушка зажигания, высоковольтные провода и др.The objective of the invention is to simplify the design and improve the functional and operational characteristics of the ignition system. The invention is illustrated in the diagram.
This problem is achieved by the fact that an additional high voltage arrester installed in the gap of the high voltage circuit after the ignition coil in the ignition system of an internal combustion engine containing spark plugs. high-voltage wires, ignition coil, additional devices that provide switching of a low-voltage pulse in the ignition coil and supply a high-voltage pulse at the right time to a specific spark plug, has a breakdown voltage less than or equal to the minimum allowable high-voltage voltage of the ignition coil. A high-voltage discharger can be made as a stand-alone device, installed in the gap of the high-voltage circuit, or be integrated into the elements of the high-voltage circuit of the ignition system, such as an ignition coil, high-voltage wires, etc.

Реализация предлагаемого решения приводит к улучшению условий передачи энергии и поджига топливовоздушной смеси в камере сгорания и снижению потерь электрической энергии в высоковольтной части системы зажигания. The implementation of the proposed solution leads to an improvement in the conditions of energy transfer and ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber and to reduce losses of electric energy in the high-voltage part of the ignition system.

Работа предлагаемой системы зажигания заключается в следующем. The work of the proposed ignition system is as follows.

Электрическая энергия, преобразованная катушкой зажигания и подлежащая передаче в нагрузку (в искру), через электрическую цепь системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, обладающую индуктивностью и активным сопротивлением, приложена к разряднику, установленному за катушкой зажигания. В высоковольтную цепь за разрядником энергия не передается. Как только напряжение на электродах разрядника превысит напряжение его пробоя, газовый промежуток пробьется, сопротивление разрядника за доли микросекунд изменится с сотен МОм до сотых долей Ом и электрическая энергия начнет передаваться от катушки через высоковольтную цепь на свечу зажигания. Происходит как бы накопление энергии, а высоковольтный импульс будет иметь более крутой фронт. В искру при этом будет передана энергия большей величины из-за снижения потерь в высоковольтной цепи, а процесс поджига топливно-воздушной смеси будет более интенсивный из-за увеличения амплитуды импульса тока. The electric energy converted by the ignition coil and to be transferred to the load (into a spark) through the electric circuit of the ignition system of the internal combustion engine, which has inductance and resistance, is applied to the spark gap installed behind the ignition coil. Energy is not transferred to the high-voltage circuit behind the arrester. As soon as the voltage at the electrodes of the spark gap exceeds its breakdown voltage, the gas gap breaks, the resistance of the spark gap in a few microseconds changes from hundreds of ohms to hundredths of an ohm and electric energy begins to be transmitted from the coil through the high-voltage circuit to the spark plug. There is a kind of energy storage, and the high-voltage pulse will have a steeper front. In this case, a larger amount of energy will be transferred to the spark due to a decrease in losses in the high-voltage circuit, and the process of igniting the fuel-air mixture will be more intense due to an increase in the amplitude of the current pulse.

Источник информации
1. Руководство по ремонту автомобилей ВАЗ-2108, -21081, -21083, -2109, -21093, -21099. Волжское объединение по производству легковых автомобилей, Тольятти, 1990 г.Sourse of information
1. Guide to car repair VAZ-2108, -21081, -21083, -2109, -21093, -21099. Volga association for the production of cars, Togliatti, 1990

Claims

1. The ignition system of the internal combustion engine, containing spark plugs, high voltage wires, the ignition coil, additional devices that provide switching of the low voltage pulse to the ignition coil and supply a high voltage pulse at the right time to a specific spark plug, as well as a high voltage arrester installed in the high voltage gap circuit after the ignition coil, characterized in that the breakdown voltage of the high voltage arrester is less than or equal to the minimum allowable value th high voltage ignition coil.

2. The ignition system according to claim 1, characterized in that the high-voltage arrester can be made as a separate independent device, or be built into existing elements of the high-voltage circuit of the ignition system.