RU2243406C2 - Fuel mixture electric spark ignition device - Google Patents

Fuel mixture electric spark ignition device Download PDF

Info

Publication number
RU2243406C2
RU2243406C2 RU2002126903/06A RU2002126903A RU2243406C2 RU 2243406 C2 RU2243406 C2 RU 2243406C2 RU 2002126903/06 A RU2002126903/06 A RU 2002126903/06A RU 2002126903 A RU2002126903 A RU 2002126903A RU 2243406 C2 RU2243406 C2 RU 2243406C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capacitor
spark
transformer
discharge
primary winding
Prior art date
Application number
RU2002126903/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.М. Терехов (RU)
В.М. Терехов
Original Assignee
Терехов Владимир Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Терехов Владимир Михайлович filed Critical Терехов Владимир Михайлович
Priority to RU2002126903/06A priority Critical patent/RU2243406C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2243406C2 publication Critical patent/RU2243406C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: heat power engineering, mechanical engineering, electronics and circuit engineering.
SUBSTANCE: invention is aimed at creating electric spark ignition device with universal circuit providing unlimited increase of power of periodical spark discharge and increase of efficiency of use of energy accumulated between discharge. Proposed device includes the following elements series-connected to current source: switch, primary winding of step-up pulse transformer and capacitor. Switch is installed in parallel with primary winding and capacitor. Capacitor-accumulator, connected through switch with current source or separate charging device, is connected in series with secondary winding of step-up transformer.
EFFECT: simplified design, reduced mass and overall dimensions.
2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области теплоэнергетики, двигателестроения, а также электроники в части схемотехники.The present invention relates to the field of power engineering, engine manufacturing, as well as electronics in the field of circuitry.

Известно устройство для электроискрового зажигания топливной смеси (смеси бензина, природного газа или других видов жидкого или газообразного топлива с воздухом) в двигателях внутреннего сгорания, включающее источник постоянного тока, катушку зажигания, являющуюся повышающим трансформатором, прерыватель тока (ключ) и распределитель (см., например, А.Г.Ходасевич, Т.И.Ходасевич “Справочник по устройству и ремонту электронных приборов автомобилей. Выпуск 1. Электронные системы зажигания”, М., Издательство “АНТЕЛ-КОМ”, 2001, стр. 14-16, рис. 2.1). Искра, поджигающая смесь, формируется в искровом зазоре (искровом промежутке) свечей зажигания, снабженных двумя электродами. Отличаясь достаточной надежностью, с чем и связано широкое распространение в автомобильной промышленности именно данного устройства, последнее имеет и ряд существенных недостатков. К ним относится, прежде всего, трансформация всей энергии для образования искры до напряжения, способного пробить искровой промежуток. Это имеет следствием снижение к.п.д., т.к. в ионизированном зазоре значительно возрастает электропроводимость. В связи с этим большая часть накопленной в катушке энергии теряется во внутреннем сопротивлении источника искры. По этой причине для получения искры большой энергии приходится нерационально увеличивать размер и массу катушки зажигания либо генерировать в зазор серию последовательных разрядов, которые после первой искры лишь незначительно ускоряют сжигание топлива и дополнительно перегревают катушку. Другим недостатком устройства данного типа является повышенная энергия излучаемых радиопомех, борьба с которыми дополнительно снижает энергию искры, а также заметное снижение мощности искры при нагретой катушке.A device is known for electric spark ignition of a fuel mixture (a mixture of gasoline, natural gas or other types of liquid or gaseous fuel with air) in internal combustion engines, including a direct current source, an ignition coil, which is a step-up transformer, a current chopper (key) and a distributor (see , for example, A.G. Khodasevich, T.I. Khodasevich “Handbook for the installation and repair of electronic devices of automobiles. Issue 1. Electronic ignition systems”, M., Publishing house “ANTEL-KOM”, 2001, pp. 14-16, Fig. 2.1). A spark igniting the mixture is formed in the spark gap (spark gap) of the spark plugs equipped with two electrodes. Featuring sufficient reliability, which is why this device is widely used in the automotive industry, the latter also has a number of significant drawbacks. These include, first of all, the transformation of all energy for the formation of a spark to a voltage that can break through the spark gap. This results in a decrease in efficiency, since in the ionized gap, the conductivity increases significantly. In this regard, most of the energy stored in the coil is lost in the internal resistance of the spark source. For this reason, in order to obtain a high-energy spark, it is necessary to irregularly increase the size and mass of the ignition coil or to generate a series of consecutive discharges into the gap, which after the first spark only slightly accelerate fuel combustion and additionally overheat the coil. Another disadvantage of this type of device is the increased energy of the emitted radio noise, the fight against which further reduces the energy of the spark, as well as a noticeable decrease in the power of the spark when the coil is heated.

В современных устройствах зажигания контакты прерывателя заменены бесконтактными системами. При этом сохраняется основной принцип формирования искры за счет магнитной энергии, накапливаемой катушкой зажигания в паузах между импульсами разряда (см., например, вышеуказанный источник, стр. 33, рис. 5.1). Недостатки данных устройств совпадают с указанными выше.In modern ignition devices, the interrupter contacts are replaced by contactless systems. At the same time, the basic principle of spark formation due to magnetic energy stored by the ignition coil in pauses between discharge pulses is retained (see, for example, the above source, page 33, Fig. 5.1). The disadvantages of these devices are the same as above.

Известны также устройства электроискрового зажигания, именуемые конденсаторными. Они отличаются повышенной энергией искры за счет конденсатора, накапливающего заряд в паузах между импульсами и разряжаемого транзисторным либо тиристорным ключом в первичную обмотку катушки зажигания. Схемотехника конденсаторных устройств весьма разнообразна (см., например, указанный выше источник, стр. 83, рис. 6.6 и 6.7; стр. 89, рис. 6.14) при сохранении главного принципа трансформации всей запасенной энергии до напряжения 20-30 кВ, способного пробить искровой промежуток свечи при высокой компрессии в цилиндрах двигателя. К недостаткам конденсаторных устройств также относится невозможность достигнуть высокой энергоотдачи сжигаемого топлива из-за недостаточной скорости его горения и требуемого сегодня снижения токсичности выхлопных газов. Кроме того, применение существующих в настоящее время конденсаторных устройств для зажигания энергетических горелок большой мощности (газовых, мазутных и др.) возможно лишь с использованием маломощных промежуточных поджигающих горелок, что усложняет их конструктивное исполнение. Для прямого зажигания мощных горелок требуется повышение энергии искры в сотни и тысячи раз, что в устройствах вышеописанного типа недостижимо. Это же относится и к запуску ракетных систем.Also known are spark spark ignition devices, referred to as capacitor. They are distinguished by increased spark energy due to a capacitor that accumulates charge in the pauses between pulses and discharged by a transistor or thyristor key into the primary winding of the ignition coil. The circuitry of capacitor devices is very diverse (see, for example, the above source, p. 83, Fig. 6.6 and 6.7; p. 89, Fig. 6.14) while maintaining the main principle of transforming all stored energy to a voltage of 20-30 kV, which can break through spark gap of a candle with high compression in the engine cylinders. The disadvantages of condenser devices also include the inability to achieve high energy efficiency of the combusted fuel due to the insufficient burning rate and the currently required reduction in toxicity of exhaust gases. In addition, the use of currently existing capacitor devices for ignition of high-power energy burners (gas, oil, etc.) is possible only with the use of low-power intermediate ignition burners, which complicates their design. Direct ignition of powerful burners requires an increase in spark energy by hundreds and thousands of times, which is unattainable in devices of the type described above. The same applies to the launch of rocket systems.

Наиболее близким к настоящему изобретению является конденсаторное устройство зажигания, включающее последовательно подключенные к источнику тока ключ, первичную обмотку повышающего импульсного трансформатора и конденсатор. Параллельно первичной обмотке и конденсатору также установлен ключ. Со вторичной обмоткой повышающего трансформатора соединены электроды искрового промежутка (см., например, указанный выше источник, стр. 30, рис. 4.4). Присущие данному устройству недостатки полностью совпадают с таковыми для вышеприведенных конденсаторных устройств электроискрового зажигания топливной смеси.Closest to the present invention is a capacitor ignition device comprising a key connected in series to a current source, a primary winding of a step-up pulse transformer and a capacitor. In parallel with the primary winding and the capacitor, a key is also installed. Electrodes of the spark gap are connected to the secondary winding of the step-up transformer (see, for example, the source indicated above, page 30, Fig. 4.4). The inherent disadvantages of this device are fully consistent with those for the above capacitor devices for spark ignition of the fuel mixture.

Задача настоящего изобретения состоит в создании устройства электроискрового зажигания топливной смеси с универсальной схемой, позволяющей неограниченно увеличивать мощность периодического искрового разряда.The objective of the present invention is to provide a device for electric spark ignition of a fuel mixture with a universal circuit that allows you to unlimitedly increase the power of a periodic spark discharge.

Технический результат изобретения состоит в повышении к.п.д. использования накапливаемой в паузах между разрядами энергии при упрощении конструкции устройства, в уменьшении его массы и габаритов, в увеличении к.п.д. двигателей внутреннего сгорания и улучшении их экологических показателей, в снижении мощности излучения радиопомех, а также в упрощении конструкции горелочных устройств.The technical result of the invention is to increase the efficiency the use of energy accumulated in pauses between discharges while simplifying the design of the device, in reducing its mass and dimensions, in increasing the efficiency internal combustion engines and improving their environmental performance, in reducing the radiation power of radio interference, as well as in simplifying the design of burner devices.

Указанный технический результат достигают за счет того, что в устройстве электроискрового зажигания топливной смеси, включающем последовательно подключенные к источнику тока ключ, первичную обмотку повышающего импульсного трансформатора и конденсатор, установленный параллельно первичной обмотке и конденсатору ключ и соединенные со вторичной обмоткой повышающего трансформатора электроды искрового промежутка, последовательно со вторичной обмоткой подключен конденсатор-накопитель, соединенный через ключ с источником тока или отдельным зарядным устройством.The specified technical result is achieved due to the fact that in the device for electric spark ignition of the fuel mixture, including a key connected in series to a current source, a primary winding of a step-up pulse transformer and a capacitor installed in parallel with the primary winding and a capacitor, a key and spark gap electrodes connected to the secondary winding of a step-up transformer, a capacitor-drive is connected in series with the secondary winding, connected through a key to a current source or nym charger.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.The essence of the invention is as follows.

В прототипе вся накопленная в конденсаторе энергия одновременно используется для ионизации искрового промежутка и образования искры. При ионизации искрового промежутка в значительной мере снижается его сопротивление, и большая часть энергии теряется во внутреннем сопротивлении устройства. Кроме того, сила тока в искровом промежутке меньше, чем в первичной обмотке трансформатора, во столько раз, во сколько число витков вторичной обмотки трансформатора больше числа витков первичной обмотки. Сила тока в искровом промежутке в двигателях внутреннего сгорания таким образом меньше, чем в первичной обмотке, приблизительно в 100 раз.In the prototype, all the energy stored in the capacitor is simultaneously used to ionize the spark gap and form a spark. When the spark gap is ionized, its resistance is significantly reduced, and most of the energy is lost in the internal resistance of the device. In addition, the current in the spark gap is less than in the primary winding of the transformer, as many times as the number of turns of the secondary winding of the transformer is greater than the number of turns of the primary winding. The current strength in the spark gap in internal combustion engines is thus less than in the primary winding, approximately 100 times.

Желаемое повышение энергии искры может быть достигнуто прямым разрядом (не через трансформатор) накопленной в конденсаторе энергии в ионизированный искровой промежуток. Использование прямого разряда в искровом промежутке известно за счет применения третьего ионизирующего электрода, например в устройствах, формирующих фотовспышку. Однако применение ионизирующего электрода далеко не всегда допустимо, особенно при использовании искры большой мощности. При работе двигателей внутреннего сгорания третий ионизирующий электрод не применяют, что, вероятно, связано с усложнением конструкции свечи и собственно устройства из-за необходимости применения дополнительных проводников и высокими температурами в цилиндрах. Но и в случае, если было бы возможным использование ионизирующего электрода, очевидно появление дополнительных проблем. При высокой частоте циклов прямого разряда конденсатора в искровой промежуток необходимо смягчать режим разряда. Смягчение может быть достигнуто за счет увеличения времени собственно разряда. Без указанного смягчения, т.е. при жестком разряде наступает быстрое разрушение конденсатора, а следовательно, становится ненадежной работа всего устройства. В настоящем изобретении для формирования искры использован именно прямой разряд с соответствующим решением проблемы его смягчения при исключении третьего ионизирующего электрода. Таким образом, трансформатор совмещает ионизирующие и силовые функции. Поскольку энергия излучаемых радиопомех зависит от величины напряжения в цепях разряда, использование прямого разряда конденсатора при напряжении на два порядка меньшем, чем при существующих устройствах зажигания, снижает радиопомехи до уровня, не требующего специальных мер борьбы с ними.The desired increase in spark energy can be achieved by direct discharge (not through a transformer) of the energy stored in the capacitor into the ionized spark gap. The use of a direct discharge in the spark gap is known through the use of a third ionizing electrode, for example, in devices forming a flash. However, the use of an ionizing electrode is far from always permissible, especially when using a high-power spark. When operating internal combustion engines, a third ionizing electrode is not used, which is probably due to the complexity of the design of the plug and the device itself due to the need to use additional conductors and high temperatures in the cylinders. But even if it would be possible to use an ionizing electrode, the appearance of additional problems is obvious. At a high frequency of direct discharge cycles of the capacitor into the spark gap, it is necessary to soften the discharge mode. Softening can be achieved by increasing the time of the actual discharge. Without the specified mitigation, i.e. with a hard discharge, the capacitor quickly breaks down, and therefore the operation of the entire device becomes unreliable. In the present invention, a direct discharge was used to form a spark with the corresponding solution to the problem of its softening with the exception of the third ionizing electrode. Thus, the transformer combines ionizing and power functions. Since the energy of the emitted radio noise depends on the voltage in the discharge circuits, the use of a direct capacitor discharge at a voltage two orders of magnitude lower than with existing ignition devices reduces the radio noise to a level that does not require special measures to combat them.

Устройство, реализующее настоящее изобретение, представлено на фиг.1.A device that implements the present invention is presented in figure 1.

К источнику тока 1 подключены последовательно соединенные ключ 2, первичная обмотка 3 повышающего импульсного трансформатора 4 и конденсатор 5. Параллельно первичной обмотке 3 трансформатора 4 и конденсатору 5 установлен ключ 6. Со вторичной обмоткой 7 трансформатора 4 соединены электроды 8 и 9 искрового промежутка 10.A key 2, a primary winding 3 of a step-up pulse transformer 4 and a capacitor 5 are connected to a current source 1. Parallel to the primary winding 3 of a transformer 4 and a capacitor 5, a key 6 is installed. Electrodes 8 and 9 of the spark gap 10 are connected to the secondary winding 7 of the transformer 4.

Последовательно со вторичной обмоткой 7 трансформатора 4 соединен конденсатор-накопитель 11. Конденсатор-накопитель 11 соединен с источником тока 1 через ключ 12 (данный вариант предусматривает наличие одного источника тока).In series with the secondary winding 7 of the transformer 4 is connected to the capacitor-drive 11. The capacitor-drive 11 is connected to the current source 1 through the key 12 (this option provides for the presence of one current source).

На фиг.2 изображено устройство, имеющее отдельное зарядное устройство 13 (все остальные позиции фиг.2 совпадают по названиям и нумерации с позициями фиг.1), с которым через ключ соединен конденсатор-накопитель 11.Figure 2 shows a device having a separate charger 13 (all other positions of figure 2 coincide in names and numbers with the positions of figure 1), to which a capacitor-drive 11 is connected via a key.

Устройство электроискрового зажигания топливной смеси по настоящему изобретению работает следующим образом. Работа устройства по сути носит циклический характер при трех фазах в каждом цикле. Рассмотрим работу устройства, изображенного на фиг.1. В первой фазе замыкают ключи 2 и 12. При этом конденсаторы 5 и 11 заряжаются до полного напряжения источника 1. Во второй фазе ключи 2 и 12 размыкают. В третьей фазе замыкают ключ 6. Конденсатор 5 разряжается через ключ 6 и первичную обмотку 3 повышающего трансформатора 4. В соответствии с коэффициентом трансформации во вторичной обмотке 7 трансформатора 4 индуктируется импульс высокого напряжения, способного пробить искровой промежуток 10 между электродами 8 и 9. Возникшая искра ионизирует искровой промежуток 10, создавая цепь для разряда конденсатора-накопителя 11 через вторичную обмотку трансформатора.The device for spark ignition of the fuel mixture of the present invention operates as follows. The operation of the device is essentially cyclical in three phases in each cycle. Consider the operation of the device depicted in figure 1. In the first phase, the keys 2 and 12 are closed. In this case, the capacitors 5 and 11 are charged to the full voltage of the source 1. In the second phase, the keys 2 and 12 are opened. In the third phase, the key is closed 6. The capacitor 5 is discharged through the key 6 and the primary winding 3 of the step-up transformer 4. In accordance with the transformation coefficient, a high voltage pulse is induced in the secondary winding 7 of the transformer 4, which can pierce the spark gap 10 between the electrodes 8 and 9. A spark has arisen ionizes the spark gap 10, creating a circuit for the discharge of the capacitor-drive 11 through the secondary winding of the transformer.

Происходит разряд конденсатора-накопителя 11 в искровой промежуток 10. Индуктивность вторичной обмотки 7 трансформатора 4 удлиняет время разряда конденсатора-накопителя 11, обеспечивая мягкий режим разряда.There is a discharge of the capacitor-drive 11 into the spark gap 10. The inductance of the secondary winding 7 of the transformer 4 lengthens the discharge time of the capacitor-drive 11, providing a soft discharge mode.

Работа устройства, соответствующего фиг.2, проходит также. Отличие состоит лишь в том, что конденсатор 11 заряжается отдельным зарядным устройством 13.The operation of the device corresponding to figure 2, also passes. The only difference is that the capacitor 11 is charged by a separate charger 13.

В качестве ключей 2 и 12 при источнике постоянного тока могут быть использованы тиристоры, транзисторы, контакты реле. При источнике переменного тока в качестве ключей 2 и 12 используют диоды. В качестве ключа 6 может быть применен тиристор, транзистор, контакты реле либо контакты ручного переключателя.As keys 2 and 12 with a DC source, thyristors, transistors, relay contacts can be used. With an AC source, diodes are used as keys 2 and 12. As a key 6, a thyristor, transistor, relay contacts or manual switch contacts can be used.

Поскольку разряд конденсатора-накопителя создает в трансформаторе постоянную составляющую магнитного потока в сердечнике, последний должен иметь зазор, ускоряющий размагничивание сердечника за время паузы между циклами разряда. Объем сердечника трансформатора должен соответствовать мощности разряда, зависящей от емкости конденсатора 11, напряжения на нем и частоты периодов “заряд-разряд”. Предлагаемое устройство допускает получение разрядов мощностью в десятки кВт при средней мощности в единицы кВт и при частоте циклов разряда в десятки Гц, что бывает необходимо при зажигании мощных энергетических горелок и запуске ракетных двигателей в кратковременном режиме, а также при использовании в установках электрогидравлического удара в более длительном режиме. В двигателях внутреннего сгорания с длительным режимом максимальная мощность предлагаемого устройства составляет десятки Вт.Since the discharge of the storage capacitor creates a constant component of the magnetic flux in the core in the transformer, the latter must have a gap that accelerates the demagnetization of the core during the pause between discharge cycles. The volume of the transformer core must correspond to the discharge power, depending on the capacitance of the capacitor 11, the voltage across it and the frequency of the charge-discharge periods. The proposed device allows receiving discharges with a power of tens of kW at an average power of units of kW and at a discharge cycle frequency of tens of Hz, which is necessary when igniting powerful energy burners and starting rocket engines in short-term mode, as well as when using electrohydraulic shock in installations continuous mode. In internal combustion engines with continuous operation, the maximum power of the proposed device is tens of watts.

Claims (1)

Устройство электроискрового зажигания топливной смеси, включающее последовательно подключенные к источнику тока ключ, первичную обмотку повышающего импульсного трансформатора и конденсатор, установленный параллельно первичной обмотке и конденсатору ключ и соединенные со вторичной обмоткой повышающего трансформатора электроды искрового промежутка, отличающееся тем, что последовательно со вторичной обмоткой подключен конденсатор-накопитель, соединенный через ключ с источником тока или отдельным зарядным устройством.A device for electric spark ignition of a fuel mixture, comprising a key connected in series to a current source, a primary winding of a step-up pulse transformer and a capacitor, a key installed parallel to the primary winding and a capacitor, and spark gap electrodes connected to a secondary winding of a step-up transformer, characterized in that a capacitor is connected in series with the secondary winding - a drive connected via a key to a current source or a separate charger.
RU2002126903/06A 2002-10-07 2002-10-07 Fuel mixture electric spark ignition device RU2243406C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002126903/06A RU2243406C2 (en) 2002-10-07 2002-10-07 Fuel mixture electric spark ignition device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002126903/06A RU2243406C2 (en) 2002-10-07 2002-10-07 Fuel mixture electric spark ignition device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2243406C2 true RU2243406C2 (en) 2004-12-27

Family

ID=34387208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002126903/06A RU2243406C2 (en) 2002-10-07 2002-10-07 Fuel mixture electric spark ignition device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2243406C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4345575A (en) Ignition system with power boosting arrangement
JPS5859376A (en) Plasma igniter
CA2584628C (en) Triggered pulsed ignition system and method
JPH0585752B2 (en)
JP6313773B2 (en) Plasma ignition device for internal combustion engine
US2980822A (en) Ignition system
CN1315235C (en) Inductive ignition circuit
RU2243406C2 (en) Fuel mixture electric spark ignition device
EP0628719B1 (en) Ignition apparatus employing a lower voltage capacitor discharge self-triggering circuit
JP2014211148A (en) Ignition system
Mon Capacitive Discharge Ignition CDI System for Spark Ignition SI Engine Pulse Control Circuit
US4149509A (en) Breakerless ignition system
US2940014A (en) Electronic ignition system
US3624487A (en) Dual energy electrical pulse generating system
RU2362902C2 (en) Method of discharge voltage reduction in ignition systems of internal combustion engines
CN2240055Y (en) High-energy igniter for spark-ignition engine
JP3116964B2 (en) Engine ignition device
JPS593246Y2 (en) Layered discharge type high energy ignition system
JPS6226696Y2 (en)
Abarna et al. Design and Simulation of Isolated AC-DC Fly Back Conversion System for High Energy Ignition Unit of Gas Turbine Engines
CN105472854A (en) Ignition device of capacitive resonance charging type high-pressure gas discharge lamp
RU2088054C1 (en) Device for ignition of gas-discharge lamps
RU2000465C1 (en) Plasma ignition system for internal combustion engines
RU1419228C (en) Spark ignition system
CN1075352A (en) High-energy ignitor for gasoline engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20061008

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20090420

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091008