WO2006121368A2 - Ignition system for an internal combustion engine - Google Patents

Ignition system for an internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
WO2006121368A2
WO2006121368A2 PCT/RU2006/000204 RU2006000204W WO2006121368A2 WO 2006121368 A2 WO2006121368 A2 WO 2006121368A2 RU 2006000204 W RU2006000204 W RU 2006000204W WO 2006121368 A2 WO2006121368 A2 WO 2006121368A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spark
ignition
ignition system
discharge
ignition coil
Prior art date
Application number
PCT/RU2006/000204
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Other versions
WO2006121368A3 (en
Inventor
Mikhail Panteleimonovich Brizhinev
Original Assignee
Institute Of Applied Physics Ras
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 Institute Of Applied Physics Ras filed Critical Institute Of Applied Physics Ras
Priority to EP06747762A priority Critical patent/EP1887217A2/en
Publication of WO2006121368A2 publication Critical patent/WO2006121368A2/en
Publication of WO2006121368A3 publication Critical patent/WO2006121368A3/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00Other installations
    • F02P3/02Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04Layout of circuits
    • F02P3/0407Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means
    • F02P3/0435Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means with semiconductor devices

Definitions

  • the invention relates to the automotive industry, namely, to electronic ignition systems of internal combustion engines (ICE).
  • ICE internal combustion engines
  • the invention can be used in spark ignition systems for more reliable engine operation at low temperatures and / or high humidity, as well as with not very high quality air-fuel mixture.
  • a device for increasing the plasma volume of a spark in a spark plug (US Pat. RU 2171909, M.kl.7 F02PZ / 04, F02PZ / 08, publ. 2001).
  • This device contains a series LC circuit connected in parallel with the spark gap directly near the spark plug to eliminate the influence of the high-resistance secondary circuit wire of the ignition coil.
  • the device extending the burning time of the spark by 8-10 times, increases its volume by 3-4 times, increases the ionizing and thermal effects. This known device solves the problem of increasing the spark current, but additional elements are introduced into the circuit.
  • the main disadvantage of such an ignition system is the high wave impedance of the oscillation circuit p ⁇ IMOM formed by the secondary winding of the ignition coil and the effective capacitance in the high-voltage circuit of the ignition coil, which is easily shunted by the leakage resistance in this circuit.
  • the duration of the continuous discharge allows the relaxation-vibrational system of electronic ignition of the internal combustion engine (US Pat. RU 2054575, Mcl 7 F02PZ / 04, publ. 1996).
  • Two additional diodes are introduced into the internal combustion engine ignition system, which contains a thyristor-capacitor block of a high voltage, a low-voltage block of a voltage boost and a transistor switch in the primary circuit of the ignition coil.
  • the first diode is connected in parallel to the thyristor and capacitor circuit and connects the thyristor anode to the voltage boost unit.
  • the second diode connects the midpoint of the thyristor-capacitor circuit with the output of the primary winding of the ignition coil.
  • the ignition system creates relaxation oscillations, which allows you to maintain a continuous discharge current for the right time and forms a wide initial flame front.
  • the ignition system provides an efficient combustion process of the fuel mixture and increases fuel economy.
  • the disadvantage of this system is the introduction of additional elements. Using standard existing ignition coils does not solve the problem of high wave resistance p of the oscillatory circuit of the secondary coil. This reduces the reliability of operation and starting the engine in adverse conditions due to shunting of the discharge gap of the candle with leakage resistance.
  • the largest number of common elements with the proposed ignition system contains a standard ignition system (see, for example, S.V. Akimov, Yu. P. Chizhov ((Electrical equipment of automobiles)). Textbook for universities, pp. 188-191. Edition. “3a en - Lem ", 2001), which is selected as the closest analogue (prototype).
  • Ignition system - the prototype contains a power source, a switch, an ignition coil, consisting of a primary and secondary winding and magnetic circuit, a spark gap, as well as capacities and active resistances in the primary and secondary winding circuits of the coil.
  • the disadvantage of the standard ignition system is its unreliable operation.
  • the analysis shows that in typical ignition systems a significant part of the energy stored in the ignition coil is lost during the formation of a high voltage on the spark plug and when the discharge current flows in it. The main losses are associated with leakage currents in the high voltage circuit and, in addition, there are significant induction losses in the magnetic circuit of the coil and during the course of the capacitive phase of the discharge.
  • the problem solved by the present invention is to increase the power of the spark and the reliability of the sparking of the ignition system by eliminating the "non-productive" losses by matching the wave impedance p of the circuit formed by the inductance and capacitance included in the ignition system with the parameters of the spark discharge - breakdown voltage and discharge current.
  • the proposed ignition system contains an ignition coil consisting of primary and secondary windings and a magnetic circuit, and a spark gap included in the secondary circuit of the ignition coil.
  • the ignition coil is made in such a way that the wave resistance p of the oscillatory circuit formed by the inductance and effective capacitance in the secondary winding, taking into account leakage currents, lies in the range:
  • U samples - the minimum voltage value at the discharge gap, at which a breakdown is guaranteed, I add - the maximum allowable spark discharge current.
  • the maximum value of the discharge current is limited by the condition that the combustion process of the high-voltage spark switches to the low-voltage plasma-arc discharge mode, in which the main arc energy is not used to heat the TBC, but to destroy the spark electrodes.
  • the main energy loss is associated with the thermal conductivity of the fuel-air mixture, and with a low power of the spark, even with an increase in its duration, the fuel-air mixture may not ignite.
  • U a is the amplitude value of the voltage
  • ⁇ and t are the frequency and time, respectively
  • L, C, R yx are the parameters of the contour in the conventional notation.
  • FIG. 1 The equivalent circuit of the proposed ignition system is shown.
  • the ignition system contains a power source 1, active resistance 2, a capacitor 3 and a switch 4 included in the primary circuit 5 of the ignition coil.
  • the ignition coil also includes a magnetic core, made in the form of a magnetic core 6, and a secondary winding 7, the circuit of which contains its own inductance 8 of the secondary winding 7, a capacitance 9, counted from the primary circuit, leakage resistance 10 and the discharge gap 11 of the spark plug.
  • the resistance 2 is the active resistance of the primary circuit.
  • the ignition coil is made in such a way that the transformation ratio is the value of K "15 ⁇ 3. In this case, we obtain a system with wave impedance of about 100 kOhm corresponding to the calculated one (4).
  • the maximum voltage in the primary winding 5 of the ignition coil reaches 1000 ⁇ 1500 V, which increases the requirement for the selection of the element base for the switch 4.
  • the magnetic core 6 of the ignition coil can be made of material with low specific losses, for example, of transformer iron, designed for working frequency of 400 Hz.
  • the secondary winding 7 can also be made in the form of a biscuit.
  • the self-inductance 8 of the secondary winding 7 limits the spark current and eliminates losses during the capacitive phase of the discharge.
  • the parameters of the coil the same as for a serial ignition coil of industrial manufacture.
  • the primary coil inductance 5 of the ignition coil is L 4 4 mH
  • the current in it is I I 6 ⁇ 8 A
  • the capacitance of the capacitor 3 which protects the electronic switch (switch 4) from voltage overload C 0,1 0.1 ⁇ F .
  • the proposed ignition system shown in FIG. 1 operates as follows: when switch 4 is turned on, the current flowing from source 1 appears in the primary winding 5 of the ignition coil, through the primary winding 5 of the coil and switch 4. When the current reaches the maximum allowable value, enough energy is stored in the coil to form subsequent spark discharge candles. When turned off by a signal from the crankshaft position sensor (not shown) of the switch 4, the current of the primary winding 5 charges the capacitor 3, inducing a high voltage in the secondary winding 7. When the voltage in this circuit is sufficient for the breakdown of the spark gap 11, a breakdown occurs and a current begins to flow through the secondary winding 7 of the ignition coil.
  • K is the ratio of the number of turns in the secondary winding 7 of the coil to the number of turns in primary winding 5 of the ignition coil.
  • a feature of the operation of the ignition system according to claim 2 of the formula is the limitation of the spark discharge current due to an increase in the magnetic field scattering flux compared to analogs, for example, due to the manufacture of the secondary winding 7 of the ignition coil in the form of a biscuit, which eliminates losses during the capacitive phase .
  • a feature of the operation of the ignition system according to claim 3 of the formula is that during the formation of a high-voltage voltage, energy losses (heating of the magnet wire) are significantly reduced due to the manufacture of core 6 of the coil from transformer iron with low specific losses.
  • Tests of the ignition system confirmed the high stability of sparking in candles, which preserved their operability even with a car mileage of about 100 thousand km.
  • the presence of soot, gasoline and antifreeze on the spark plug insulator did not affect the stable operation of the engine.
  • the engine ignition system developed is made on the basis of a modern element base (components).
  • the number of turns of the secondary winding of the ignition coil was ⁇ 2000, which in serial production should reduce its cost, since usually this number lies in the range of 16-40 thousand turns.
  • the engine ignition system developed is ready for mass production.

Abstract

The invention relates to the automobile industry, in particular to spark ignition systems for internal combustion engines. Said invention makes it possible to improve the engine performance reliability, in particular at low-temperature and high-humidity conditions. The ignition coil of the ignition system is embodied in such a way that the self-surge impedance ρ of an oscillating circuit formed in a secondary coil by inductance and effective capacitance, taking into account a current leakage, lies within a range of 1.4•Ubreak/ Imax<ρ<4,5•Ubreak/ Imax, wherein Ubreak is a minimum voltage value in a discharge gap at which the break-down is guaranteed, Imax is a maximum sparking current at which the spark is not converted into a low-voltage arc discharge. The self-surge impedance value ρ from said gap is adjusted with the spark discharge parameters (break-down voltage, discharge current), thereby reducing undesirable energy loss in the ignition system and increasing a spark power.

Description

Система зажигания двигателя внутреннего сгорания Ignition system of an internal combustion engine
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к автомобилестроению, а именно, к электронным сис- темам зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Изобретение может быть использовано в системах искрового зажигания для более надежной работы двигателей в условиях низких температур и/или высокой влажности, а также при не очень высоком качестве топливно-воздушной смеси.The invention relates to the automotive industry, namely, to electronic ignition systems of internal combustion engines (ICE). The invention can be used in spark ignition systems for more reliable engine operation at low temperatures and / or high humidity, as well as with not very high quality air-fuel mixture.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известно устройство для увеличения плазменного объема искры в свече зажигания (пат. RU 2171909, M.кл.7 F02PЗ/04, F02PЗ/08, публ. 2001 г.). Это устройство содержит последовательный LC - контур, подключенный параллельно искровому промежутку непосредственно около свечи зажигания, чтобы исключить влияние высоко- омного провода вторичной цепи катушки зажигания. Устройство, продлевая время горения искры в 8-10 раз-, увеличивает её объём в 3-4 раза, повышает ионизирующее и тепловое действие. Это известное устройство решает задачу по увеличению тока искры, но при этом в схему вводятся дополнительные элементы. Основным недостатком такой системы зажигания является высокое волновое сопротивление колебательного контура р ~ IMOM, образованного вторичной обмоткой катушки зажигания и эффективной емкостью в высоковольтной цепи катушки зажигания, которое легко шунтируется сопротивлением утечки в этой цепи.A device is known for increasing the plasma volume of a spark in a spark plug (US Pat. RU 2171909, M.kl.7 F02PZ / 04, F02PZ / 08, publ. 2001). This device contains a series LC circuit connected in parallel with the spark gap directly near the spark plug to eliminate the influence of the high-resistance secondary circuit wire of the ignition coil. The device, extending the burning time of the spark by 8-10 times, increases its volume by 3-4 times, increases the ionizing and thermal effects. This known device solves the problem of increasing the spark current, but additional elements are introduced into the circuit. The main disadvantage of such an ignition system is the high wave impedance of the oscillation circuit p ~ IMOM formed by the secondary winding of the ignition coil and the effective capacitance in the high-voltage circuit of the ignition coil, which is easily shunted by the leakage resistance in this circuit.
Получить необходимую, регулируемую по времени, длительность непрерывного разряда позволяет релаксационно-колебательная система электронного зажигания ДВС (пат. RU 2054575, М.кл. 7 F02PЗ/04, публ. 1996 г.). В систему зажигания ДВС, содержащую в первичной цепи катушки зажигания тиристорно-конденсаторный блок высокого напряжения, низковольтный блок вольтодобавки и транзисторный ключ, введены дополнительно два диода. Первый диод подключен параллельно цепи из тиристора и конденсатора и соединяет анод тиристора с блоком вольтодобавки. При этом второй диод соединяет среднюю точку тиристорно-конденсаторной цепи с выводом первичной обмотки катушки зажигания. Система зажигания создает релаксационные колебания, что позволяет поддерживать непрерывный ток разряда нужное время и формирует широкий начальный фронт пламени. Система зажигания обеспечивает эффективный процесс горения топливной смеси и повышает экономичность расхода топлива. Недостатком этой системы является введение дополнительных элементов. Использование стандартных существующих катушек зажигания не позволяет решить проблему высокого волнового сопротивления р колебательного контура вторичной обмотки катушки. Это снижает надёжность работы и запуска двигателя в неблагоприятных условиях за счёт шунтирования разрядного промежутка свечи сопротивлением утечки.To obtain the necessary, adjustable in time, the duration of the continuous discharge allows the relaxation-vibrational system of electronic ignition of the internal combustion engine (US Pat. RU 2054575, Mcl 7 F02PZ / 04, publ. 1996). Two additional diodes are introduced into the internal combustion engine ignition system, which contains a thyristor-capacitor block of a high voltage, a low-voltage block of a voltage boost and a transistor switch in the primary circuit of the ignition coil. The first diode is connected in parallel to the thyristor and capacitor circuit and connects the thyristor anode to the voltage boost unit. In this case, the second diode connects the midpoint of the thyristor-capacitor circuit with the output of the primary winding of the ignition coil. The ignition system creates relaxation oscillations, which allows you to maintain a continuous discharge current for the right time and forms a wide initial flame front. The ignition system provides an efficient combustion process of the fuel mixture and increases fuel economy. The disadvantage of this system is the introduction of additional elements. Using standard existing ignition coils does not solve the problem of high wave resistance p of the oscillatory circuit of the secondary coil. This reduces the reliability of operation and starting the engine in adverse conditions due to shunting of the discharge gap of the candle with leakage resistance.
Облегчить запуск двигателя в неблагоприятных условиях, особенно в зимнее время позволяет искровая система зажигания ДВС, известная по патенту RU 2107184, M. кл. 7 F02PЗ/04, публ. 1998. Эта система зажигания содержит последовательно соединённые преобразователь напряжения, удвоитель напряжения, стабилизатор напряжения, прерыватель, включенные в первичную обмотку катушки зажигания. А в цепь вторичной обмотки катушки зажигания перед разрядным промежутком свечи введен больший дополнительный искровой промежуток. Такая конструкция уменьшает нежелательное влияние токов утечки, при этом почти вся энергия идет на образование искры в свече зажигания. Но это не исключает емкостную фазу разряда, когда большая часть энергии тока в разрядном промежутке идёт на разрушение электродов свечи. Другим недостатком является усложнение схемы, введение ряда дополнитель- ных блоков для стабилизации напряжения и дополнительная эрозия материала на добавленном искровом промежутке.Facilitate starting the engine in adverse conditions, especially in winter, allows the spark ignition system of the internal combustion engine, known according to patent RU 2107184, M. cl. 7 F02PЗ / 04, publ. 1998. This ignition system contains a series-connected voltage converter, voltage doubler, voltage stabilizer, chopper, included in the primary winding of the ignition coil. And in the secondary circuit of the ignition coil before the discharge gap of the spark plug, a larger additional spark gap is introduced. This design reduces the undesirable effect of leakage currents, with almost all the energy spent on the formation of a spark in the spark plug. But this does not exclude the capacitive phase of the discharge, when most of the current energy in the discharge gap goes to the destruction of the spark electrodes. Another disadvantage is the complication of the circuit, the introduction of a number of additional blocks to stabilize the voltage, and additional erosion of the material in the added spark gap.
Наибольшее количество общих элементов с предлагаемой системой зажигания содержит штатная система зажигания (см. например, С. В. Акимов, Ю. П. Чижов ((Электрооборудование автомобилей)). Учебник для ВУЗов, стр. 188-191. Изд. «3a ру- лём», 2001 г.), которая выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа). Система зажигания - прототип содержит источник питания, коммутатор, катушку зажигания, состоящую из первичной и вторичной обмотки и магнитопровода, искровой промежуток, а также емкости и активные сопротивления в цепях первичной и вторичной обмоток катушки. Недостатком стандартной системы зажигания является её ненадёжная работа. Копоть и влага на изоляторе свечи, грязь и конденсат в распределителе зажигания и на высоковольтных проводах приводят к перебоям в работе двигателя или полному отказу всей системы зажигания. Особенно часто такие ситуации возникают при эксплуатации автомобиля зимой при низких температурах. Анализ показывает, что в типовых системах зажигания значительная часть энергии, запасаемой в катушке зажигания, теряется в процессе формирования высокого напряжения на свече зажигания и при протекании разрядного тока в ней. Основные потери связаны с токами утечки в высоковольтной цепи и, кроме того, есть значитель- ные индукционные потери в магнитопроводе катушки и в процессе протекания емкостной фазы разряда.The largest number of common elements with the proposed ignition system contains a standard ignition system (see, for example, S.V. Akimov, Yu. P. Chizhov ((Electrical equipment of automobiles)). Textbook for universities, pp. 188-191. Edition. “3a en - Lem ", 2001), which is selected as the closest analogue (prototype). Ignition system - the prototype contains a power source, a switch, an ignition coil, consisting of a primary and secondary winding and magnetic circuit, a spark gap, as well as capacities and active resistances in the primary and secondary winding circuits of the coil. The disadvantage of the standard ignition system is its unreliable operation. Soot and moisture on the spark plug insulator, dirt and condensation in the ignition distributor and on the high-voltage wires lead to interruptions in the engine or a complete failure of the entire ignition system. Especially often, such situations arise when operating a car in winter at low temperatures. The analysis shows that in typical ignition systems a significant part of the energy stored in the ignition coil is lost during the formation of a high voltage on the spark plug and when the discharge current flows in it. The main losses are associated with leakage currents in the high voltage circuit and, in addition, there are significant induction losses in the magnetic circuit of the coil and during the course of the capacitive phase of the discharge.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является увеличение мощности искры и надежности искрообразования системы зажигания за счет исключения «нe- пpoизвoдитeльныx» потерь путем согласования величины волнового сопротивления р контура, образованного индуктивностью и емкостью, входящих в состав системы зажигания, с параметрами искрового разряда - напряжением пробоя и током разряда.The problem solved by the present invention is to increase the power of the spark and the reliability of the sparking of the ignition system by eliminating the "non-productive" losses by matching the wave impedance p of the circuit formed by the inductance and capacitance included in the ignition system with the parameters of the spark discharge - breakdown voltage and discharge current.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая система зажигания, так лее как и прототип, содержит катушку зажигания, состоящую из первичной и вторичной обмоток и магнитопровода, и искровой промежуток, включенный в цепь вторичной обмотки катушки зажигания.The technical result is achieved by the fact that the proposed ignition system, as well as the prototype, contains an ignition coil consisting of primary and secondary windings and a magnetic circuit, and a spark gap included in the secondary circuit of the ignition coil.
Новым в разработанной системе зажигания является то что, катушка зажигания изготовлена таким образом, что волновое сопротивление р колебательного контура, образованного индуктивностью и эффективной ёмкостью во вторичной обмотке, с учетом токов утечки, лежит в интервале:
Figure imgf000005_0001
New in the developed ignition system is that the ignition coil is made in such a way that the wave resistance p of the oscillatory circuit formed by the inductance and effective capacitance in the secondary winding, taking into account leakage currents, lies in the range:
Figure imgf000005_0001
Uпроб - минимальное значение напряжения на разрядном промежутке, при котором гарантировано происходит пробой, Iдоп - максимально допустимый ток искрового разряда. Максимальная величина тока разряда ограничена условием перехода процесса горения высоковольтной искры в режим низковольтного плазменно-дугового разряда, при котором основная энергия дуги идет не на нагрев TBC, а на разрушение электродов свечи.U samples - the minimum voltage value at the discharge gap, at which a breakdown is guaranteed, I add - the maximum allowable spark discharge current. The maximum value of the discharge current is limited by the condition that the combustion process of the high-voltage spark switches to the low-voltage plasma-arc discharge mode, in which the main arc energy is not used to heat the TBC, but to destroy the spark electrodes.
В частном случае целесообразно с целью исключения потерь при емкостной фазе разряда, при изготовлении обмоток катушки зажигания делать их с увеличенным потоком рассеяния магнитного поля, например, в виде галеты. В другом частном случае, с целью уменьшения потерь от вихревых токов, маг- нитопровод катушки зажигания целесообразно изготавливать из материала с низкими удельными потерями, например, из трансформаторного железа, рассчитанного на частоту 400 Гц. В процессе формирования высоковольтного напряжения неконтролируемые потери энергии связаны с токами утечки. Расчеты показывают, что наиболее типичное значение волнового сопротивления системы зажигания со стандартной катушкой составляет величину р ~ 1 МОм. При наличии токов утечки в такой системе через сопротивление утечки, равное волновому, напряжение на искровом промежутке умень- шается практически вдвое, что приводит либо к отказу системы зажигания, либо к значительному уменьшению энергии искры.In the particular case, it is advisable to exclude losses during the capacitive phase of the discharge, in the manufacture of the windings of the ignition coil, to make them with an increased magnetic flux scattering flux, for example, in the form of a biscuit. In another particular case, in order to reduce eddy current losses, it is advisable to produce the magnetic circuit of the ignition coil from a material with low specific losses, for example, from transformer iron, designed for a frequency of 400 Hz. During the formation of high voltage, uncontrolled energy losses are associated with leakage currents. Calculations show that the most typical value of the wave resistance of an ignition system with a standard coil is p ~ 1 MΩ. In the presence of leakage currents in such a system through a leakage resistance equal to the wave one, the voltage across the spark gap is almost halved, which leads either to a failure of the ignition system or to a significant decrease in the spark energy.
В процессе горения искры основные потери энергии связаны с теплопроводностью топливно-воздушной смеси и при малой мощности искры, даже при увеличении ее длительности, топливно-воздушная смесь может не воспламениться. Обеспечение заявленного технического результата можно объяснить следующим образом.In the process of burning a spark, the main energy loss is associated with the thermal conductivity of the fuel-air mixture, and with a low power of the spark, even with an increase in its duration, the fuel-air mixture may not ignite. The provision of the claimed technical result can be explained as follows.
Решение волнового уравнения для параллельного колебательного контура, которым является цепь вторичной обмотки системы зажигания, можно написать в виде напряжения в контуре: tThe solution of the wave equation for a parallel oscillatory circuit, which is the secondary circuit of the ignition system, can be written as the voltage in the circuit: t
2-Rym -С2-rym-C
U = U - е 7(+i-ω-ή U = Ua - e '" - ^ (1) где Ua - амплитудное значение напряжения, ω и t - частота и время, соответственно, а L, С, Ryx - параметры контура в общепринятых обозначениях.U = U - e 7 (+ i-ω-ή U = U a - e '" - ^ (1) where U a is the amplitude value of the voltage, ω and t are the frequency and time, respectively, and L, C, R yx are the parameters of the contour in the conventional notation.
После выключения ключа в первичной цепи катушки зажигания напряжениеAfter turning off the key in the primary circuit of the ignition coil, the voltage
достигает максимального значения при Rπ = р к моменту времени *max = 1JeT • Необ- ходимым условием возникновения искры в свече зажигания в ЭТОТ момент являетсяreaches its maximum value at R π = p at the time instant * max = 1 JeT • A necessary condition for the appearance of a spark in the spark plug at THIS moment is
Umах ≥ Unpoб, ГДеUmax ≥ U np , WHERE
2 t 2 t
P ''mах
Figure imgf000006_0001
P '' max
Figure imgf000006_0001
Из уравнения (2) для сопротивления утечки, при котором сохраняется условие пробоя разрядного промежутка, находим: P '^mахFrom equation (2) for leakage resistance, at which the condition of the breakdown of the discharge gap is maintained, we find: P '^ max
ЛL
УШ ~ 2 L ЫIдoп 'p * ^ USH ~ 2 L s Idop 'p * ^
UпробSample
Из уравнения (3) находим величину волнового сопротивления р при минимальном значении сопротивления утечки:
Figure imgf000007_0001
Считая приемлемым условие надежной работы системы зажигания при Rуг, увеличенным в 1,5 раза относительно минимального, для волнового сопротивления р найдём интервал допустимых значений:
From equation (3) we find the value of the wave impedance p at the minimum value of the leakage resistance:
Figure imgf000007_0001
Considering an acceptable condition for reliable operation of the ignition system at Rug, increased by 1.5 times relative to the minimum, for wave resistance p we find the range of acceptable values:
Figure imgf000007_0002
Учитывая, что типовые значения Uпp0б составляют ~ Ю-÷-15 кВ, Iдoп составляет
Figure imgf000007_0002
Given that the typical values of U p0b are ~ 10–15 kV, I dop is
~0,3 А, получаем интервал числовых значений р, соответствующих условию (5):~ 0.3 A, we obtain the interval of numerical values of p corresponding to condition (5):
50 кОм < р < 180 кОм . (5а)50 kΩ <p <180 kΩ. (5a)
Величина сопротивления утечки, при котором сохраняется работоспособность системы зажигания, находится из того же уравнения (3) и можно показать, что его ми- нимальная величина равна волновому сопротивлению, т. е. Ry1- = р.The leakage resistance at which the operability of the ignition system is maintained is found from the same equation (3) and it can be shown that its minimum value is equal to the wave impedance, that is, Ry 1 - = p.
Краткое описание фигуры чертежа На фиг. 1. приведена эквивалентная схема предлагаемой системы зажигания.Brief Description of the Drawing FIG. 1. The equivalent circuit of the proposed ignition system is shown.
Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention
Система зажигания содержит источник питания 1, активное сопротивление 2, конденсатор 3 и коммутатор 4, включенные в цепь первичной обмотки 5 катушки зажигания. Катушка зажигания включает в себя также магнитопровод, выполненный в виде магнитного сердечника 6, и вторичную обмотку 7, цепь которой содержит собст- венную индуктивность 8 вторичной обмотки 7, ёмкость 9, пересчитанную из первичной цепи, сопротивление утечки 10 и разрядный промежуток 11 свечи зажигания.The ignition system contains a power source 1, active resistance 2, a capacitor 3 and a switch 4 included in the primary circuit 5 of the ignition coil. The ignition coil also includes a magnetic core, made in the form of a magnetic core 6, and a secondary winding 7, the circuit of which contains its own inductance 8 of the secondary winding 7, a capacitance 9, counted from the primary circuit, leakage resistance 10 and the discharge gap 11 of the spark plug.
В качестве источника питания 1 используется аккумуляторная батарея, сопротивление 2 представляет собой активное сопротивление первичной цепи. Катушка зажигания изготавливается таким образом, что коэффициент трансформации составляет величину К « 15 ÷ЗО. При этом получаем систему с волновым сопротивлением р да 100 кОм, соответствующим расчетному (4). Максимальное напряжение в первичной обмотке 5 катушки зажигания достигает величины 1000 ÷1500 В, что повышает требование к выбору элементной базы для коммутатора 4. Магнитный сердечник 6 катушки зажигания может быть выполнен из материала с низкими удельными потерями, например, из трансформаторного железа, рассчитанного на рабочую частоту 400 Гц.As a power source 1, a rechargeable battery is used, the resistance 2 is the active resistance of the primary circuit. The ignition coil is made in such a way that the transformation ratio is the value of K "15 ÷ 3. In this case, we obtain a system with wave impedance of about 100 kOhm corresponding to the calculated one (4). The maximum voltage in the primary winding 5 of the ignition coil reaches 1000 ÷ 1500 V, which increases the requirement for the selection of the element base for the switch 4. The magnetic core 6 of the ignition coil can be made of material with low specific losses, for example, of transformer iron, designed for working frequency of 400 Hz.
Вторичная обмотка 7 может так же быть выполнена в виде галеты. При этом собственная индуктивность 8 вторичной обмотки 7 (не связанная магнитным потоком с первичной) ограничивает ток искры и исключает потери при емкостной фазе разряда.The secondary winding 7 can also be made in the form of a biscuit. In this case, the self-inductance 8 of the secondary winding 7 (not connected with the primary magnetic flux) limits the spark current and eliminates losses during the capacitive phase of the discharge.
Исходя из требования накопить определенную энергию в системе, необходимую для образования искры, параметры катушки выбираем такие же, как и для серийной катушки зажигания промышленного изготовления. В случае конкретной реализа- ции индуктивность первичной обмотки 5 катушки зажигания составляет величину L « 4 мГн, ток в ней I « 6÷8 А, емкость конденсатора 3, защищающего электронный ключ (коммутатор 4) от перегрузки по напряжению С « 0,1 мкФ.Based on the requirement to accumulate a certain energy in the system necessary for the formation of a spark, we choose the parameters of the coil the same as for a serial ignition coil of industrial manufacture. In the case of a specific implementation, the primary coil inductance 5 of the ignition coil is L 4 4 mH, the current in it is I I 6 ÷ 8 A, the capacitance of the capacitor 3, which protects the electronic switch (switch 4) from voltage overload C 0,1 0.1 μF .
Предлагаемая система зажигания, представленная на фиг. 1 , работает следующим образом: при включенном коммутаторе 4 в первичной обмотке 5 катушки зажи- гания появляется ток, протекающий от источника 1, через первичную обмотку 5 катушки и коммутатор 4. При достижении током максимально допустимой величины в катушке запасается энергия, достаточная для формирования в последующем искрового разряда свечи. При выключении по сигналу с датчика положения коленвала (не показан) коммутатора 4 ток первичной обмотки 5 заряжает конденсатор 3, индуктируя во вторичной обмотке 7 высокое напряжение. При достижении в этой цепи напряжения, достаточного для пробоя искрового промежутка 11, происходит пробой и через вторичную обмотку 7 катушки зажигания начинает протекать ток. Этот ток складывается из тока самой катушки зажигания и тока разряда конденсатора 3, который пере- считывается во вторичную цепь катушки зажигания в емкость 9 по формуле C 2 = C JK 2 , где К - отношение количества витков во вторичной обмотке 7 катушки к количеству витков в первичной обмотке 5 катушки зажигания. Использование современной элементной базы при изготовлении электронного ключа (коммутатора 4) и катушки зажигания с измененным соотношением витков в первичной 5 и вторичной 7 обмотках позволило получить систему зажигания с низким волновым сопротивлением р ~ 100 кОм, соответствующим условию (5), значительно менее чувствительную к токам утечки, и существенно увеличенной мощностью искры при увеличенном токе искрового разряда до Iдoп ~ 0,3 А.The proposed ignition system shown in FIG. 1, operates as follows: when switch 4 is turned on, the current flowing from source 1 appears in the primary winding 5 of the ignition coil, through the primary winding 5 of the coil and switch 4. When the current reaches the maximum allowable value, enough energy is stored in the coil to form subsequent spark discharge candles. When turned off by a signal from the crankshaft position sensor (not shown) of the switch 4, the current of the primary winding 5 charges the capacitor 3, inducing a high voltage in the secondary winding 7. When the voltage in this circuit is sufficient for the breakdown of the spark gap 11, a breakdown occurs and a current begins to flow through the secondary winding 7 of the ignition coil. This current is composed of the current of the ignition coil itself and the discharge current of the capacitor 3, which is converted into the secondary circuit of the ignition coil into a capacitance 9 by the formula C 2 = C JK 2 , where K is the ratio of the number of turns in the secondary winding 7 of the coil to the number of turns in primary winding 5 of the ignition coil. The use of a modern element base in the manufacture of an electronic key (switch 4) and an ignition coil with a changed ratio of turns in the primary 5 and secondary 7 windings made it possible to obtain an ignition system with a low wave impedance p ~ 100 kOhm corresponding to condition (5), significantly less sensitive to currents leakage, and significantly increased spark power with an increased spark discharge current up to I dop ~ 0.3 A.
Система зажигания с заявленными свойствами получена при неизменном потреблении энергии (величине максимального тока катушки зажигания). Система получается менее чувствительной к токам утечки по сравнению с известными аналогами, поскольку величина сопротивления утечки 10 практически всегда остается больше, чем волновое сопротивление р контура вторичной обмотки 7 и не может его шунтировать, что позволяет исключить «нeпpoизвoдитeльныe» потери, тем самым решить поставленную задачу.An ignition system with the declared properties is obtained with constant energy consumption (the maximum current of the ignition coil). The system turns out to be less sensitive to leakage currents compared to known analogues, since the value of leakage resistance 10 almost always remains greater than the wave impedance p of the secondary winding circuit 7 and cannot bypass it, which eliminates "non-productive" losses, thereby solving the problem .
Особенностью работы системы зажигания по п. 2 формулы является ограниче- ние тока искрового разряда за счёт увеличенного по сравнению с аналогами потока рассеяния магнитного поля, например, за счёт изготовления вторичной обмотки 7 катушки зажигания в виде галеты, что позволяет исключить потери при емкостной фазе разряда.A feature of the operation of the ignition system according to claim 2 of the formula is the limitation of the spark discharge current due to an increase in the magnetic field scattering flux compared to analogs, for example, due to the manufacture of the secondary winding 7 of the ignition coil in the form of a biscuit, which eliminates losses during the capacitive phase .
Особенностью работы системы зажигания по п. 3 формулы является то, что в процессе формирования высоковольтного напряжения потери энергии (нагрев магни- топровода) значительно уменьшаются за счет изготовления сердечника 6 катушки из трансформаторного железа с низкими удельными потерями.A feature of the operation of the ignition system according to claim 3 of the formula is that during the formation of a high-voltage voltage, energy losses (heating of the magnet wire) are significantly reduced due to the manufacture of core 6 of the coil from transformer iron with low specific losses.
Испытания системы зажигания, изготовленной, как указано в примере конкретной реализации на странице 6, подтвердили высокую стабильность искрообразования в свечах, которые сохранили работоспособность даже при пробеге на автомобиле порядка 100 тысяч км. Наличие нагара, бензина и антифриза на изоляторе свечи не влияло на устойчивую работу двигателя.Tests of the ignition system, made as indicated in the specific implementation example on page 6, confirmed the high stability of sparking in candles, which preserved their operability even with a car mileage of about 100 thousand km. The presence of soot, gasoline and antifreeze on the spark plug insulator did not affect the stable operation of the engine.
Увеличение энергии разряда, обеспечиваемое разработанной системой зажигания, приводит к более полному сжиганию топливной смеси, и тем самым уменьшает токсичность выхлопа. Промышленная применимостьThe increase in discharge energy provided by the developed ignition system leads to a more complete combustion of the fuel mixture, and thereby reduces the toxicity of the exhaust. Industrial applicability
Разработанная система зажигания ДВС изготовлена на основе современной элементной базы (комплектующих деталей). Количество витков вторичной обмотки катушки зажигания составило ~ 2000, что при серийном изготовлении должно снизить её себестоимость, т. к. обычно это число лежит в пределах 16-40 тысяч витков.The engine ignition system developed is made on the basis of a modern element base (components). The number of turns of the secondary winding of the ignition coil was ~ 2000, which in serial production should reduce its cost, since usually this number lies in the range of 16-40 thousand turns.
В настоящее время на автомобилях различных марок проведены испытания 3 образцов разработанной системы зажигания ДВС, которые показали высокую эффективность поджига топливно-воздушной смеси.Currently, 3 samples of the developed engine ignition system have been tested on cars of various brands, which have shown high efficiency of ignition of the fuel-air mixture.
Разработанная система зажигания ДВС готова к серийному производству. The engine ignition system developed is ready for mass production.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Система зажигания ДВС, содержащая катушку зажигания, состоящую из первичной и вторичной обмоток и магнитопровода, и разрядный промежуток, включен- ный в цепь вторичной обмотки катушки зажигания, отличающаяся тем, что катушка зажигания изготовлена таким образом, что волновое сопротивление р колебательного контура, образованного индуктивностью и эффективной ёмкостью во вторичной обмотке, с учетом токов утечки лежит в интервале:
Figure imgf000011_0001
Uпpoб - минимальное значение напряжения на разрядном промежутке, при котором гарантировано происходит пробой,
1. ICE ignition system, comprising an ignition coil consisting of a primary and secondary windings and a magnetic circuit, and a discharge gap included in the secondary circuit of the ignition coil, characterized in that the ignition coil is made in such a way that the wave impedance p of the oscillating circuit, formed by inductance and effective capacitance in the secondary winding, taking into account leakage currents, lies in the range:
Figure imgf000011_0001
U sample - the minimum voltage value at the discharge gap, at which a breakdown is guaranteed,
Iдоп - максимально допустимый ток искрового разряда, при котором искра не переходит в низковольтный дуговой разряд.I add - the maximum permissible spark discharge current at which the spark does not go into a low-voltage arc discharge.
2. Система зажигания по п.l, отличающаяся тем, что конструктивно обмотки катушки зажигания выполнены с увеличенным потоком рассеяния магнитного поля, например, в виде галеты.2. The ignition system according to claim 1, characterized in that the windings of the ignition coil are structurally designed with an increased magnetic flux scattering flux, for example, in the form of a biscuit.
3. Система зажигания по п.l или п.2., отличающаяся тем, что магнитопровод катушки зажигания изготовлен из материала с низкими удельными потерями, например, из трансформаторного железа, рассчитанного на частоту 400 Гц. 3. The ignition system according to claim 1 or claim 2, characterized in that the magnetic circuit of the ignition coil is made of material with low specific losses, for example, from transformer iron, designed for a frequency of 400 Hz.
PCT/RU2006/000204 2005-05-05 2006-04-25 Ignition system for an internal combustion engine WO2006121368A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06747762A EP1887217A2 (en) 2005-05-05 2006-04-25 Ignition system for an internal combustion engine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113815/06A RU2287080C1 (en) 2005-05-05 2005-05-05 Ignition system of internal combustion engine
RU2005113815 2005-05-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2006121368A2 true WO2006121368A2 (en) 2006-11-16
WO2006121368A3 WO2006121368A3 (en) 2007-03-01

Family

ID=37396994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2006/000204 WO2006121368A2 (en) 2005-05-05 2006-04-25 Ignition system for an internal combustion engine

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1887217A2 (en)
CN (1) CN100575696C (en)
RU (1) RU2287080C1 (en)
WO (1) WO2006121368A2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2682594B1 (en) * 2011-03-04 2021-05-12 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Ignition coil for internal combustion engine
CN106555683B (en) * 2016-11-18 2019-05-31 龙岩学院 A kind of methane fuelled engine ignition control method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2054575C1 (en) 1992-10-26 1996-02-20 Акимов Николай Александрович Relaxation-vibration electronic ignition system for internal combustion engine
RU2107184C1 (en) 1996-05-13 1998-03-20 Валерий Афанасьевич Винокуров Spark ignition system
RU2171909C1 (en) 2000-04-04 2001-08-10 Тарасов Петр Алексеевич Device to increase spark plasma volume in spark plug

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1414588B2 (en) * 1962-07-04 1971-07-22 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart IGNITION DEVICE FOR COMBUSTION MACHINERY
DE2338556C2 (en) * 1973-07-30 1982-09-09 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Ignition system for internal combustion engines

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2054575C1 (en) 1992-10-26 1996-02-20 Акимов Николай Александрович Relaxation-vibration electronic ignition system for internal combustion engine
RU2107184C1 (en) 1996-05-13 1998-03-20 Валерий Афанасьевич Винокуров Spark ignition system
RU2171909C1 (en) 2000-04-04 2001-08-10 Тарасов Петр Алексеевич Device to increase spark plasma volume in spark plug

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.V.AKIMOV; YU.P.CHIZHOV: "Electrical equipment of automobiles", ZA RULEM, 2001, pages 188 - 191

Also Published As

Publication number Publication date
CN100575696C (en) 2009-12-30
WO2006121368A3 (en) 2007-03-01
RU2287080C1 (en) 2006-11-10
CN101213366A (en) 2008-07-02
EP1887217A2 (en) 2008-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10072629B2 (en) Repetitive ignition system for enhanced combustion
US9777695B2 (en) High-frequency discharge ignition device
GB2085076A (en) Plasma ignition system
JP2597126B2 (en) Method and apparatus for generating ignition spark in an internal combustion engine
US20130199508A1 (en) Method for controlling the ignition point in an internal combustion engine by means of a corona discharge
MX2009012442A (en) Measuring device in a radiofrequency ignition system for internal combustion engine.
KR20180129853A (en) Method and apparatus for controlling an ignition system
MX2011002524A (en) Device for measuring the ionization current in a radiofrequency ignition system for an internal combustion engine.
JP2001506721A (en) Ignition device with ion current measurement device
US20030056773A1 (en) Capacitor discharge ignition (CDI) system
EP3374627A1 (en) Method and apparatus to control an ignition system
CA2870131A1 (en) High-frequency plasma ignition device
JP2004525302A (en) Ignition device for internal combustion engine
RU2287080C1 (en) Ignition system of internal combustion engine
JPS6077384A (en) Spark plug for internal combustion engine
US3758821A (en) Saturable-core square wave oscillator circuit
US4161936A (en) Audio frequency ionization ignition system
JP2000045924A (en) Ignition device for internal combustion engine
RU2364744C2 (en) Method for reduction of energy losses in ignition systems of internal combustion engines
RU2190911C2 (en) Ignition system
RU2384728C2 (en) Internal combustion engine ignition device
RU2362902C2 (en) Method of discharge voltage reduction in ignition systems of internal combustion engines
JP2014088778A (en) Internal combustion engine
US7240670B2 (en) Extended duration high-energy ignition circuit
JPH0311876Y2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200680024011.7

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006747762

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2006747762

Country of ref document: EP