SU1719708A1

SU1719708A1 - Spark ignition installation

Info

Publication number: SU1719708A1
Application number: SU904815715A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Георгиевич Павлов; Евгений Анатольевич Павлов
Original assignee: А.Г.Павлов и Е.А.Павлов
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1992-03-15

Abstract

Изобретение относитс к системам зажигани дл поршневых двигателей внутреннего сгорани с повышенной поджигающей способностью разр да. Цель изобретени - повышение длительности и энергии искрового разр да. Дл этого в искровую систему зажигани , содержащую управл емый источник 1 питани , катушку 2 зажигани , искровую свечу 5, конденсатор 4, введен накопительный элемент, выполненный в виде мнбговитковой обмотки из коаксиального кабел размещен ной на высокочастотном ферромагнитном сердечнике . 1 ил.This invention relates to ignition systems for reciprocating internal combustion engines with increased ignition capability. The purpose of the invention is to increase the duration and energy of the spark discharge. For this purpose, a spark-type ignition system containing a controlled power supply 1, an ignition coil 2, a spark plug 5, a capacitor 4, is introduced into a spark-cage element made in the form of a multi-coil winding from a coaxial cable placed on a high-frequency ferromagnetic core. 1 il.

Description

Изобретение относится к системам зажигания для поршневых двигателей внутреннего сгорания с поджигом смеси от искровой свечи, с повышенной поджигающей способностью разряда. 5The invention relates to ignition systems for reciprocating internal combustion engines with ignition of a mixture from a spark plug, with increased ignition ability of the discharge. 5

Целью изобретения является повышение длительности и энергии искрового разряда за счет использования резонансных процессов и накопления энергии во вторичной цепи катушку зажигания. 10The aim of the invention is to increase the duration and energy of the spark discharge through the use of resonant processes and the accumulation of energy in the secondary circuit of the ignition coil. 10

На фиг.1 изображена структурно-принципиальная схема; на фиг.2 - временные диаграммы токов в характерных точках схемы.Figure 1 shows the structural schematic diagram; figure 2 - timing diagrams of currents at characteristic points of the circuit.

На временной диаграмме приняты следующие обозначения: h - ток через первичную обмотку катушки зажигания; 1₂ - ток через свечу; ВМТ и НМТ - положение верхней и нижней мертвых точек коленчатого вала двигателя. 20The following notation is used on the time diagram: h - current through the primary winding of the ignition coil; 1 ₂ - current through the candle; TDC and BDC - the position of the upper and lower dead points of the crankshaft of the engine. 20

Форма тока И соответствует случаю, когда управляемый источник энергии выполнен по схеме, содержащей в первичной цепи катушки накопительный конденсатор, разряжаемый через тиристор (не показано) на первичную обмотку катушки. При этом начало первого импульса тока li совпадает с моментом появления, сигнала на поджиг смеси, а последующие импульсы следуют на .протяжении всего времени горения с пери- 30 одом, определяемым временем, необходимым для заряда упомянутого, накопительного конденсатора. В варианте . схемы, когда энергию запасают в первичной обмотке катушки зажигания, форма тока h 35 будет иной, но форма тока 1₂ практически не изменится. Адаптивная искровая система зажигания содержит управляемый источник 1 питания, выход которого подсоединен к первичной обмотке катушки 2 зажигания, 40 накопительный элемент 3, конденсатор4 и искровую свечу 5.The shape of the current And corresponds to the case when the controlled energy source is made according to a circuit containing a storage capacitor in the primary circuit of the coil, discharged through a thyristor (not shown) to the primary winding of the coil. In this case, the beginning of the first current pulse li coincides with the moment of appearance of a signal to ignite the mixture, and subsequent pulses follow along the entire burning time with a period determined by the time required to charge the said storage capacitor. In option. scheme, when energy is stored in the primary winding of the ignition coil, the current shape h 35 will be different, but the current shape 1 ₂ will not change much. The adaptive spark ignition system contains a controllable power source 1, the output of which is connected to the primary winding of the ignition coil 2, 40 storage element 3, a capacitor 4 and a spark plug 5.

Накопительный элемент выполнен в виде многовитковой обмотки 6 из отрезка коаксиал ьндго кабеля, размещенной на 45 высокочастотном ферромагнитном сердечнике 7, концы центральной жилы коаксиального кабеля подсоединены между высоковольтным выводом вторичной обмотки катушки 2 зажигания и одним выводом конденсатора 4, второй вывод которого подсоединен к высоковольтному электроду искровой свечи 5. Концы оплетки коаксиального кабеля соединены с низковольтным выводом вторичной обмотки ка- 55 тушки зажигания, соединенным с одним из выводов первичной обмотки катушки зажигания, распределенная емкость коаксиального кабеля меньше емкости конденсатора 4 и больше распределенной емкости вторичной обмотки катушки зажигания в 5-10 раз. а число витков обмотки накопительного элемента в 4-5 раз больше указанного соотношения.The storage element is made in the form of a multi-turn winding 6 from a piece of coaxial cable placed on a 45 high-frequency ferromagnetic core 7, the ends of the central core of the coaxial cable are connected between the high-voltage output of the secondary winding of the ignition coil 2 and one output of the capacitor 4, the second output of which is connected to the high-voltage spark electrode candles 5. The ends of the braid of the coaxial cable are connected to the low-voltage terminal of the secondary winding of the ignition coil, connected to one of the terminals of the first ary winding of the ignition coil, the distributed capacitance of the coaxial cable is less than the capacity of the capacitor 4 and more distributed capacitance of the secondary winding of the ignition coil 5-10 times. and the number of turns of the winding of the storage element is 4-5 times greater than the specified ratio.

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

С появлением первого импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания появляется волна нарастающего напряжения на вторичной обмотке её (не показано). Накопительный элемент 3 в данном режиме работает как элемент искусственной длинной линии. Конструктивно элемент представляет собой, например, сердечник из 15 двух П-образных частей, образующих замкнутый магнитопровод 70x70 мм поперечным сечением 20x20 мм из феррита НМ 2000, вокруг стержней которого намотана обмотка из отрезка радиочастотного коаксиального кабеля длиной в несколько метров, число витков обмотки - несколько десятков. При 'предельно высоком значении пробивного напряжения между электродами свечи в элементе запасается большое количество 25 трансформируемой катушкой 2 электромагнитной энергии с малыми потерями и имеет место мощный короткий разрядный процесс (первый импульс Ц), характерный для длинной линии большой протяженности. Большая часть энергии выделяется в этом разряде, напряжение и крутизна фронта нарастания имеют максимально возможные значения. Конденсатор 4 практически не оказывает влияния на указанный процесс, так как значение емкости конденсатора велико, например 3200 пФ по сравнению с емкостью кабеля 500 пФ и емкостью вторичной обмотки катушки 78 пФ (5 ^< ТЮСГ ^{= =} За счет концентрации энергии.пропуск разряда исключен.With the advent of the first current pulse in the primary winding of the ignition coil, a wave of increasing voltage appears on its secondary winding (not shown). The storage element 3 in this mode works as an element of an artificial long line. Structurally, the element is, for example, a core of 15 two U-shaped parts that form a closed magnetic circuit 70x70 mm with a cross section of 20x20 mm of ferrite NM 2000, around the rods of which a winding from a piece of a radio frequency coaxial cable several meters long is wound, the number of turns of the winding is several dozens. At an extremely high breakdown voltage between the spark plug electrodes, a large amount of 25 low-loss electromagnetic energy transforming coil 2 is stored in the cell and a powerful short discharge process takes place (the first impulse C), which is characteristic of a long long line. Most of the energy released in this discharge, the voltage and steepness of the rise front have the highest possible values. Capacitor 4 has practically no effect on this process, since the capacitance value of the capacitor is large, for example, 3200 pF compared to the cable capacitance of 500 pF and the secondary winding capacity of the coil 78 pF (5 ^< TSSG ^{= =} Due to the concentration of energy. The discharge gap is excluded.

При более низких значениях пробивного напряжения, что и характерно для последующих разрядов, а также и для первого разряда при частичных нагрузках двигателя, к моменту пробоя свечи в накопительном элементе запасается меньшее количество электромагнитной энергии и характер процессов определяется колебательными обме50 нами энергии между Элементами вторичной цепи с различными резонансными частотами. Учитывая, что значение индуктивности элемента (между выводами центральной жилы) намного меньше значения индуктивности вторичной обмотки катушки и с учетом приведенных величин емкостей можно выделить три основных резонансных контура (без учета сверхвысокочастотных контуров), Наиболее высокочастотный контур образован емкостью вторичной обмотки ка5 1719708 6 тушки зажигания и индуктивностью элемента - последовательный. Среднечастотный контур образован индуктивностью вторичной обмотки и емкостью кабеля - параллельный. И наиболее низкочастотный из перечисленных контур, образованный индуктивностью вторичной обмотки и емкостью конденсатора 3 - последовательный. Резонансные частоты контуров отличаются друг от друга в несколько раз. В результате при наименьшем значении пробивного напряжения количество изменений направления тока 12 достигает числа 8-10 на один импульс тока h в первичной цепи, длительность практически непрерывного с чередующимися емкостными и индуктивными участками разряда достигает значения 5 мс. Если установить частоту следования импульсов тока в первичной цепи, равной 200 Гц, а энергию единичного импульса 0,25 Дж, то автоматически обеспечивается режим непрерывного разряда между электродами свечи на протяжении всего времени горения смеси (необходима доработка распределителя) при любых оборотах и нагрузках двигателя.At lower breakdown voltages, which is typical for subsequent discharges, as well as for the first discharge at partial engine loads, a smaller amount of electromagnetic energy is stored in the storage element at the time of the breakdown of the spark plug and the nature of the processes is determined by vibrational energy exchanges between the secondary circuit elements with different resonant frequencies. Considering that the element inductance value (between the leads of the central core) is much smaller than the secondary coil inductance value and taking into account the given capacitance values, three main resonant circuits can be distinguished (excluding microwave circuits), the most high-frequency circuit is formed by the secondary ignition capacitance and the inductance of the element is serial. The mid-frequency circuit is formed by the inductance of the secondary winding and the cable capacity is parallel. And the most low-frequency of the listed circuit, formed by the inductance of the secondary winding and the capacitance of the capacitor 3 - serial. The resonant frequencies of the circuits differ from each other several times. As a result, at the smallest breakdown voltage, the number of changes in the current direction 12 reaches the number 8–10 per one current pulse h in the primary circuit; the duration of the discharge, which is almost continuous with alternating capacitive and inductive sections of the discharge, reaches 5 ms. If you set the repetition rate of current pulses in the primary circuit to 200 Hz, and the energy of a single pulse of 0.25 J, then a continuous discharge mode between the spark plug electrodes is automatically provided throughout the entire burning time of the mixture (it is necessary to finalize the distributor) at any engine speed and load.

Накопительный элемент 3 может быть выполнен на магнитопроводе другой конфигурации.The storage element 3 can be performed on a magnetic circuit of a different configuration.

Система может быть реализована как с тиристорно-конденсаторным управляемым источником энергии, так и в контактном варианте без полупроводниковых элементов.The system can be implemented both with a thyristor-capacitor controlled energy source, and in the contact version without semiconductor elements.

Claims

Claim

A spark ignition system containing a controlled power source, the output of which is connected to the primary winding of the ignition coil, a storage element, a capacitor, and a spark plug, characterized in that, in order to increase the duration and energy of the spark discharge, the storage element is made in the form of a multi-turn winding from a coaxial cable located on a high-frequency ferromagnetic core, the ends of the central core of the coaxial cable are connected between the high-voltage output of the secondary winding of the coil I have one output of the capacitor, the second output of which is connected to the high-voltage electrode of the spark plug, and the ends of the braid of the coaxial cable are connected to the low-voltage output of the secondary winding of the ignition coil, connected to one of the terminals of the primary winding of the ignition coil, the distributed capacitance of the coaxial cable is smaller than the capacitance of the capacitor and more distributed capacity of the secondary winding of the ignition coil is 510 times, and the number of turns of the winding of the storage element is 4-5 times greater than the specified ratio.