RU2384729C2

RU2384729C2 - Combined piezoelectric ignition system for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2384729C2
Application number: RU2007138283/06A
Authority: RU
Inventors: Ирек Ханифович Хайруллин (RU); Ирек Ханифович Хайруллин; Флюр Рашитович Исмагилов (RU); Флюр Рашитович Исмагилов; Филюс Аслямович Камалов (RU); Филюс Аслямович Камалов
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2010-03-20
Also published as: RU2007138283A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to internal combustion engines (ICE), namely to their ignition systems. Proposed system comprises main ignition system (1) including power source (2), ignition coil (3), pulse generator (4) and firing point shaper (5). It also includes electronic key (6), feedback signal generator (7), and ICE spark plug (8). Piezoelectric ignition system (10) is additionally connected to aforesaid main ignition system (1) (10). Said piezoelectric system consists of piezoelectric generator with piezo elements (11) and loading mechanism (12). Aforesaid firing point shaper (5) is connected with first input of pulse generator (4). Electronic key (6) is connected with the primary of ignition coil (3) and output of pulse generator (4). Input of feedback signal generator (7) is connected to the point of connection between ignition coil (3) and electronic key (6). Output of feedback signal generator (7) is connected to second input of pulse generator. ICE spark plug (8) is connected to secondary of ignition coil (3) and piezoelectric generator with piezo elements (11). Loading mechanism (12) is linked with ICE drive shaft and aforesaid piezoelectric generator. High-voltage diode (9) is arranged between secondary of ignition coil (3) and ICE spark plug (8).

EFFECT: reduced spark formation voltage, higher reliability.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств, а именно к системам зажигания для двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to electrical equipment of vehicles, namely, ignition systems for internal combustion engines.

Известна пьезоэлектрическая система зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая пьезоэлектрический генератор с пьезоэлементами, периодически деформируемыми механизмом нагружения, электрически соединенными со свечой зажигания (авт. свид-во СССР №554415, кл. F02Р 3/12, 1977).A known piezoelectric ignition system for an internal combustion engine containing a piezoelectric generator with piezoelectric elements periodically deformed by the loading mechanism, electrically connected to the spark plug (ed. Certificate of the USSR No. 554415, class F02P 3/12, 1977).

Недостатком данной системы является малая длительность искрового разряда в свече двигателя внутреннего сгорания. Вследствие этого система, у которой отсутствует устройство для увеличения длительности искрового разряда, не в состоянии воспламенить горючую смесь, т.е. практически неработоспособна.The disadvantage of this system is the short duration of the spark discharge in the spark plug of an internal combustion engine. As a result, a system that does not have a device for increasing the duration of a spark discharge is not able to ignite a combustible mixture, i.e. almost inoperative.

Известна система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, емкостный элемент, включенный между выводами первичной обмотки, и блок формирования серии импульсов, вход которого связан с формирователем управляющих сигналов, а выход подключен к входу управления электронного ключа (патент РФ №2069791 С1, кл. F02P 15/10, F02P 3/08, 1996).A known ignition system of an internal combustion engine containing an ignition coil, the primary winding of which is connected to a power source through an electronic key, a capacitive element connected between the terminals of the primary winding, and a pulse train forming unit, the input of which is connected to the control signal generator, and the output is connected to the input electronic key control (RF patent No. 2069791 C1, CL F02P 15/10, F02P 3/08, 1996).

Недостатком этой системы является необходимость питания цепи искрообразования от источника питания большой мощности, с целью обеспечения достаточного для искрообразования напряжения при пуске двигателя внутреннего сгорания. Это приводит к повышенному износу свечей зажигания из-за работы системы при более высоких токах и напряжениях, чем это необходимо, после того, как двигатель запущен.The disadvantage of this system is the need for supplying a sparking circuit from a high power source, in order to ensure sufficient voltage for sparking when starting an internal combustion engine. This leads to increased wear of the spark plugs due to the operation of the system at higher currents and voltages than necessary after the engine is started.

Также известна комбинированная система плазменного зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая соединенные последовательно искровое зажигание и плазменное зажигание (патент РФ №2019727 С1, кл. Р02P 3/01, F02P 15/10, 1995).Also known is a combined plasma ignition system for an internal combustion engine comprising series-connected spark ignition and plasma ignition (RF patent No. 20119727 C1, CL P02P 3/01, F02P 15/10, 1995).

Однако предложенная система зажигания сложна в выполнении, а в эксплуатации ненадежна.However, the proposed ignition system is difficult to perform, and unreliable in operation.

Наиболее близким техническим решением является система зажигания, включающая источник питания, катушку зажигания, коммутирующий элемент, устройство усиления и формирования сигналов, а также блок сигнала обратной связи (патент РФ №2004835, кл. F02Р 15/10, 1992).The closest technical solution is the ignition system, which includes a power source, an ignition coil, a switching element, a signal amplification and generation device, and also a feedback signal unit (RF patent No. 20044835, class F02P 15/10, 1992).

Недостатком этой системы является существование зависимости энергии искрообразования от напряжения источника питания, т.е. при снижении напряжения источника питания, что происходит часто при эксплуатации, особенно при низких температурах, количество этой энергии, как правило, недостаточно для обеспечения надежного воспламенения рабочей смеси при запуске двигателя. Это приводит к затрудненному пуску двигателя внутреннего сгорания и снижению надежности системы зажигания.The disadvantage of this system is the existence of a dependence of the energy of sparking on the voltage of the power source, i.e. when the voltage of the power source decreases, which often happens during operation, especially at low temperatures, the amount of this energy is usually not enough to ensure reliable ignition of the working mixture when the engine starts. This leads to a difficult start of the internal combustion engine and a decrease in the reliability of the ignition system.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности системы зажигания за счет снижения необходимого для искрообразования напряжения.The objective of the present invention is to increase the reliability of the ignition system by reducing the voltage necessary for sparking.

Задача достигается тем, что комбинированная система пьезоэлектрического зажигания, содержащая основную систему зажигания, включающую в себя соединенные параллельно источник питания, катушку зажигания, генератор импульсов и формирователь момента зажигания, соединенный с первым входом генератора импульсов, электронный ключ, который соединен с первичной обмоткой катушки зажигания и с выходом генератора импульсов, формирователь сигнала обратной связи, вход которого соединен с точкой соединения катушки зажигания с электронным ключом, а выход соединен со вторым входом генератора импульсов, свечу зажигания двигателя внутреннего сгорания, соединенную со вторичной обмоткой катушки зажигания, в отличие от прототипа, к ней дополнительно подключена пьезоэлектрическая система зажигания, состоящая из пьезоэлектрического генератора с пьезоэлементами, соединенного со свечой зажигания двигателя внутреннего сгорания, механизма нагружения, который соединен с приводным валом от двигателя внутреннего сгорания и с пьезоэлектрическим генератором с пьезоэлементами.The objective is achieved in that a combined piezoelectric ignition system comprising a main ignition system including a power supply connected in parallel, an ignition coil, a pulse generator and an ignition torque driver connected to the first input of the pulse generator, an electronic key that is connected to the primary winding of the ignition coil and with the output of the pulse generator, a driver of the feedback signal, the input of which is connected to the connection point of the ignition coil with an electronic key, and the output is connected to the second input of the pulse generator, the spark plug of the internal combustion engine, connected to the secondary winding of the ignition coil, unlike the prototype, it is additionally connected to a piezoelectric ignition system consisting of a piezoelectric generator with piezoelectric elements connected to the spark plug of the internal combustion engine, mechanism loading, which is connected to the drive shaft from an internal combustion engine and to a piezoelectric generator with piezoelectric elements.

Кроме того, в цепи между вторичной обмоткой катушки зажигания основной системы зажигания и свечой зажигания двигателя внутреннего сгорания установлен высоковольтный диод.In addition, a high voltage diode is installed in the circuit between the secondary winding of the ignition coil of the main ignition system and the spark plug of the internal combustion engine.

На чертеже представлена функциональная схема комбинированной системы пьезоэлектрического зажигания для двигателя внутреннего сгорания.The drawing shows a functional diagram of a combined system of piezoelectric ignition for an internal combustion engine.

Комбинированная система пьезоэлектрического зажигания содержит основную систему зажигания 1, включающую в себя соединенные параллельно источник питания 2, катушку зажигания 3, генератор импульсов 4 и формирователь момента зажигания 5, соединенный с первым входом генератора импульсов 4, электронный ключ 6, который соединен с первичной обмоткой катушки зажигания 3 и с выходом генератора импульсов 4, формирователь сигнала обратной связи 7, вход которого соединен с точкой соединения катушки зажигания 3 с электронным ключом 6, а выход соединен со вторым входом генератора импульсов 4, свечу зажигания двигателя внутреннего сгорания 8, соединенную со вторичной обмоткой катушки зажигания 3, высоковольтный диод 9, установленный в цепь между вторичной обмоткой катушки зажигания 3 и свечой зажигания двигателя внутреннего сгорания 8, и пьезоэлектрическую систему зажигания 10, состоящую из пьезоэлектрического генератора с пьезоэлементами 11, соединенного со свечой зажигания двигателя внутреннего сгорания 8, механизма нагружения 12, который соединен с приводным валом от двигателя внутреннего сгорания (на чертеже не показан) и с пьезоэлектрическим генератором с пьезоэлементами 11.The combined piezoelectric ignition system comprises a main ignition system 1, including a power supply 2 connected in parallel, an ignition coil 3, a pulse generator 4 and an ignition timing 5 connected to the first input of the pulse generator 4, an electronic key 6, which is connected to the primary winding of the coil ignition 3 and with the output of the pulse generator 4, the driver of the feedback signal 7, the input of which is connected to the connection point of the ignition coil 3 with the electronic key 6, and the output is connected to the second input of the pulse generator 4, the spark plug of the internal combustion engine 8, connected to the secondary winding of the ignition coil 3, a high voltage diode 9 mounted in a circuit between the secondary winding of the ignition coil 3 and the spark plug of the internal combustion engine 8, and the piezoelectric ignition system 10, consisting of a piezoelectric generator with piezoelectric elements 11 connected to the spark plug of the internal combustion engine 8, the loading mechanism 12, which is connected to the drive shaft from the internal engine about combustion (not shown) and with a piezoelectric generator with piezoelectric elements 11.

Комбинированная система пьезоэлектрического зажигания для двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.The combined system of piezoelectric ignition for an internal combustion engine operates as follows.

Формирователь момента зажигания 5 синхронно частоте вращения вала двигателя (на чертеже не показан) запускает генератор импульсов 4. Генератор импульсов 4 формирует импульсы, приводящие в действие электронный ключ 6, коммутирующий электрический ток в первичной обмотке катушки зажигания 3 с частотой следования импульсов, в результате чего во вторичной цепи катушки зажигания 3 наводятся импульсы высокого напряжения, обеспечивающего электрические разряды между электродами свечи зажигания 8. Синхронно начинает работу и пьезоэлектрическая система зажигания 10. Подсоединенный к валу двигателя внутреннего сгорания механизм нагружения 12 периодически деформирует пьезоэлементы пьезоэлектрического генератора 11. При этом генерируется высокое напряжение, которое подается на свечу зажигания двигателя внутреннего сгорания 8. Происходит искровой разряд малой длительности по времени, который создает ионизированный канал в воздушном промежутке свечи 12. Это позволяет произойти искровому разряду, возникающему в основной системе зажигания 1, при меньших значениях напряжения, чем пробивное напряжение воздушного промежутка свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания 8.The ignition timing generator 5 synchronously starts the pulse generator 4 in synchronization with the engine shaft speed (not shown). The pulse generator 4 generates pulses that drive an electronic switch 6, which commutes an electric current in the primary winding of the ignition coil 3 with a pulse repetition rate, resulting in in the secondary circuit of the ignition coil 3, high voltage pulses are induced, providing electrical discharges between the electrodes of the spark plug 8. Synchronously, the piezoelectric ignition system 10. A loading mechanism 12 connected to the shaft of the internal combustion engine periodically deforms the piezoelectric elements of the piezoelectric generator 11. In this case, a high voltage is generated that is supplied to the spark plug of the internal combustion engine 8. A spark discharge of short duration occurs, which creates an ionized channel in the air the gap of the candle 12. This allows a spark discharge to occur in the main ignition system 1, at lower voltage values than samples vnoe voltage air gap 8 spark internal combustion engine ignition.

Кроме того, в цепь между вторичной обмоткой катушки зажигания 3 и свечой зажигания 8 установлен высоковольтный диод 9 p-n-p-n типа, с целью защиты элементов основной системы зажигания 1 от высоких напряжений, возникающих в цепи пьезоэлектрической системы 10.In addition, a high-voltage p-n-p-n type diode 9 is installed in the circuit between the secondary winding of the ignition coil 3 and the spark plug 8, in order to protect the elements of the main ignition system 1 from high voltages arising in the circuit of the piezoelectric system 10.

Таким образом, комбинированная система пьезоэлектрического зажигания позволяет значительно увеличить надежность системы зажигания в условиях эксплуатации вследствие уменьшения напряжения искрообразования.Thus, the combined piezoelectric ignition system can significantly increase the reliability of the ignition system in operating conditions due to the reduction of sparking voltage.

Claims

1. A combined piezoelectric ignition system comprising a main ignition system including a parallel power supply, an ignition coil, a pulse generator and an ignition torque driver connected to a first input of a pulse generator, an electronic key that is connected to the primary winding of the ignition coil and to the output pulse generator, a shaper of the feedback signal, the input of which is connected to the point of connection of the ignition coil with an electronic key, and the output is connected to the second the pulse generator, the spark plug of the internal combustion engine connected to the secondary winding of the ignition coil, characterized in that it is additionally connected to a piezoelectric ignition system, consisting of a piezoelectric generator with piezoelectric elements connected to the spark plug of the internal combustion engine, a loading mechanism that is connected to drive shaft from an internal combustion engine and with a piezoelectric generator with piezoelectric elements.

2. The combined piezoelectric ignition system according to claim 1, characterized in that a high-voltage diode is installed in the circuit between the secondary winding of the ignition coil of the main ignition system and the spark plug of the internal combustion engine.